406_secciones compuestas de acero-concreto (metodo lrfd)

INSTITUTOPOLITCNICONACIONAL

ESCUELASUPERIORDEINGENIERAYARQUITECTURAUNIDADZACATENCO

SECCIONESCOMPUESTASDEACEROCONCRETO(MTODOLRFD)

TESIS

QUEPARAOBTENERELTITULODE:

INGENIEROCIVIL

PRESENTA:

JUANCARLOSNAVARRETEBAUTISTA

ASESOR:ING.JOSLUISFLORESRUIZ

MXICO,D.F. 2003

GRACIASAMIASESORDETESIS:

ING.JOSLUISFLORESRUIZ,SINCUYAAYUDA,ESTETRABAJONOSEHUBIERA

REALIZADO.

ATODOSLOSQUECREENENM.

ALAMEMORIADEMIABUELOALEJANDRONAVARRETEHERNANDEZ.

AMIMADREQUESIEMPREMEHAAPOYADOCONSUGRANESFUERZOY

SACRIFICIO.

AMIPADREQUEMEHAENSEADOAVERLAVIDADEDIFERENTESMANERAS.

ATODOSMISHERMANOS,QUIENESMEAYUDANCONSTANTEMENTEASER

CADADIAMEJOR.

AMIABUELAYMITIAQUESABENAYUDARMECUANDO MASLO

NECESITO.

SECCIONESCOMPUESTASDEACEROCONCRETO(MTODOLRFD)

CONTENIDO

PROLOGO.................................................................................................................... I

1.GENERALIDADESDEDISEOESTRUCTURAL.................................................11.1.Diseoestructural .............................................................................................11.2.Aceroestructural ...............................................................................................11.3.Productosdeacero...........................................................................................31.4.Resistenciadelacero........................................................................................51.5.Influenciadelatemperaturaenelacero...........................................................81.6.Solicitacionesdecargas ...................................................................................9

2.REGLAMENTOS,MTODOSYESPECIFICACIONESDEDISEO ...................122.1.Reglamentosdeconstruccin.........................................................................122.2.Mtodosdediseo.........................................................................................122.3.Especificacionesdediseo.............................................................................152.4.EspecificacionesdelInstitutoAmericanodelaConstruccinenAcero(AISC) ....................................................................................................................162.5.FactoresdecargayresistenciausadosenlasEspecificacionesAISC ..........172.6.ManualdelaConstruccinenAcero ..............................................................19

3.SECCIONESCOMPUESTAS................................................................................213.1.Introduccin ....................................................................................................213.2Desarrollohistrico ..........................................................................................213.3.Ventajasdelaconstruccincompuesta..........................................................223.4.Construccincompuesta.................................................................................233.5.Vigascompuestas...........................................................................................253.6.Procedimientosdeconstruccin .....................................................................283.7.Dimensionamiento ..........................................................................................303.8.Conectoresdecortante...................................................................................323.8.1.Introduccin...............................................................................................323.8.2.Desarrollodelosconectoresdecortante ..................................................333.8.3.Tiposdeconectoresdecortante ...............................................................333.8.4.Conexindecortante ................................................................................343.8.5.Resistenciadeconectoresdecortante......................................................39

3.9.Resistenciaporflexin....................................................................................453.10.Resistenciaporcortante ...............................................................................523.11.Deflexiones ...................................................................................................543.11.1.Deflexionesalargoplazoporflujoplstico .............................................543.11.2.Deflexionesdevigascompuestas ...........................................................553.11.3.Deflexionesdevigasembebidas.............................................................573.11.4.DeflexionessegunlasEspecificacionesdelaAASHTO .........................57

3.12.Vigascompuestasconcubiertasdeacerotroqueladas...............................573.13.Vigasparcialmentecompuestas ...................................................................613.14.Vigasembebidas...........................................................................................62

3.15.Vigascontinuas.............................................................................................623.16.Diseodeseccionescompuestas.................................................................633.17.Diseodeseccionesembebidas ..................................................................653.18.Columnascompuestas..................................................................................673.18.1.Introduccin.............................................................................................673.18.2.Especificaciones......................................................................................683.18.3.Resistenciadediseoparacolumnascompuestascargadasaxialmente ...........................................................................................................703.18.4.Diseodecolumnascompuestas sujetasacargaaxialyflexin ...........73

4.APLICACIONES ....................................................................................................80

5.DIAGRAMASDEFLUJO ....................................................................................135

CONCLUSIONES....................................................................................................144

NOMENCLATURA...................................................................................................145

BIBLIOGRAFA.......................................................................................................150

I

PROLOGO

Aparte delmtododeDiseoporEsfuerzosPermisiblesyelmtododeDiseoPlastico,el mtodo de Diseo por Factores de Carga y Resistencia (LRFD) es una nuevaalternativa para los edificios de acero estructural. En 1986, el AISC edito las primerasespecificacionespara el diseode factoresde carga y resistencia de edificiosdeaceroestructural y en 1988 un manual de construccin en acero, denominado (LRFD). LasegundaedicindelmanualLRFDpublicadaen1994,contienelasespecificacionesAISCde1993.

Debido a la importancia en la resistencia, economa y esttica, ingenieros y arquitectosrecurren actualmente al diseo compuesto. El presente trabajo esta basado en lasEspecificacionesdelInstitutoAmericanodelaConstruccionenAcero(AISC)yelmanualLRFDlocualseenfocaprincipalmentealdiseodevigasycolumnascompuestas.

Lasdiversasecuacionesindicadasyempleadasenlosrespectivosproblemasilustrativosdelosdiferentestemas,sehantraducidoalsistemamtricodecimal.Lasdimensionesyvaloresderesistenciasetomarondeacuerdo alasempleadasennuestropasafindefacilitarsuaplicacinyentendimiento.Seincluyesuficienteteoraydiferentesproblemasilustrativos paraunamayorinformacinycomprensin,asicomotambindiagramasdeflujoparaquesepuedaentenderaunmselprocesodeldiseocompuesto.

1

1.GENERALIDADESDEDISEOESTRUCTURAL

1.1.DISEOESTRUCTURAL

La palabra diseo se refiere al dimensionamiento de los miembros de una estructuradespus de que se han calculado los elementos mecanicos, ya sea esta de aceroestructural, de concreto reforzado y/o compuesto de aceroconcreto, para lo cual seselecionanlasseccionestransversalesadecuadasparaqueresistanlascargasaquevaestarsometida,por loqueelestructuristadebedistribuir yproporcionaradecuadamentelosmiembrosestructuralesparaquepuedanmontarsefacilmente,ytenganlaresistenciasufuciente, al igual que sean econmicas. En consecuencia el estructurista debegarantizarquenosevaacaerlaestructuradiseada,porlocualunadelasprioridadesms imporatntesdelestructuristaes laseguridadyaque laestructuradebesoportarnosololascargasaquevaestarsometida,sinotambindebedesoportarlosestadoslimitedeservicio,esdecirdebeconsiderarquelosdesplazamientos,agrietamientos,vibracionesodaosnoseanexcesivos,paraquenopuedanperjudicarsucapacidadparasoportarlascargasde laestructura.Para hacerunbuendiseo se requiere la evaluacinde variasalternativasdeestructuracindelosmiembrosydesusconexiones,porloquesedevenhacer varios diseos para poder abatir costos, tanto en la estructuracin como en laconstrucinsinsacrificarlaresistenciadelamisma.Otraprioridaddelestructuristaeslafactibilidad,yaqueeneldiseodelosmiembrossedebeverquesepuedanfabricarseymontarsesinquehayaproblemas,porloqueelestructuristadebeadaptarsusdiseosalosmtodosdefabricacinyalosmaterialeseinstalacionesdisponibles.Parapoderselecionaryevaluarelsistemaestructuralenunaformaglobal,elestructuristadebe de tener un conocimiento suficiente en el diseo demiembros individuales de laestructuraparapoderdiseardeunaformaeficienteyeconmica.

1.2.ACEROESTRUCTURAL

El acero resulta de la combinacin de hierro y pequeas cantidades de carbono, quegeneralmenteesmenoral1%ypequeosporcentajesdeotroselementos,siendounodelos materiales estructurales ms importantes, ya que es de alta resistencia encomparacin con otros materiales estructurales, otras de sus propiedades es launiformidad ya que no cambia apreciablemente con el paso del tiempo, como lasestructurasdeconcretoreforzado,quesedaporelef