acero estructural-miembros de union

PROYECTOS DE ACEROACERO ESTRUCTURAL-MIEMBROS DE UNION

ING. WILLIAM LOPEZ

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ACERO ESTRUCTURALINTRODUCCIÓN

En esta guía se va a estudiar el efecto que las Fuerzas Externas pueden ejercer sobres los perfiles estructurales hechos de acero, y mediante los conocimientos de Resistencia de los Materiales, Estática y la Teoría de Estructuras podremos determinar la seguridad de las estructuras construidas con dicho material, y en ese sentido estudiar su capacidad de resistir tracción, compresión, flexión, corte, torsión, etc. y determinar la magnitud de las deformaciones que pueda sufrir en caso de carga.

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Si representamos el esfuerzo simple (Tracción y Compresión) y sabemos que el máximo efecto de una fuerza es el aplicado a la sección perpendicular a dicha fuerza, entonces podemos decir:

f = P/A (representa el esfuerzo promedio)

y para que pueda ser considerado “uniforme” la R (Resultante) de las fuerzas debe pasar por el centro de gravedad de la sección. Este tipo de esfuerzo se le conoce como ESFUERZO AXIAL.ING. WILLIAM LOPEZ

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Luego que ocurre con ese ESFUERZO AXIAL cuando es tracción, simplemente produce alargamiento y acortamiento cuando es compresión. El caso contrario a este esfuerzo es el ESFUERZO CORTANTE, conocido también como esfuerzo tangencial y ocurre a todo lo largo de la sección que resiste las cargas aplicadas. Algunos ejemplos de ellos se observan en las figuras a continuación.

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a) El remache debe resistir “Corte Sencillo” (El cizallamiento ocurre en la sección del remache entre las dos planchas)

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PP

P

P b) El pasador debe resistir “corte doble” (hay dos secciones disponibles para resistir la fuerza de corte)

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c) La Barra circular punzona la chapa, siendo el área resistente similar al borde de una moneda

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P

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Para hacer el calculo de una estructura no basta solo con tomar en cuenta la resistencia del material sino también su rigidez. Si consideramos el caso de una barra de acero sometida a una fuerza de tracción en una maquina de ensayos

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PP

Si se mide la carga y el alargamiento en una longitud L, se puede hacer un grafico en el cual las “ordenadas” sean la “fuerza” y las abscisas representen el alargamiento o la elongación.

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Diagrama Esfuerzo-Deformación para el Acero Estructural

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Limite de proporcionalidad

LimiteElástic

o

Punto Cedente

Resistencia Ultima

Esfuerzo de Rotura Real

Esfuerzo de Rotura Nominal (Aparente)

Deformación

ε=δ/L

Esf

uerz

o

f=P/A

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ACERO ESTRUCTURALINTRODUCCIÓN-DEFINICIONES

Deformación: para calcular la elongación unitaria o

deformación ε (épsilon), no es mas que dividir elongación

δ (delta) por la longitud L, o sea ε = δ/L; y el diagrama anterior nos permite visualizar puntos “x” característicos tales como: Limite de Proporcionalidad: donde termina la parte rectilínea,

de donde se deduce que “el esfuerzo es proporcional a la deformación” (Ley de Hooke). La pendiente de la recta o sea f/ε, o su tangente es conocida como el Modulo de Elasticidad del Material E

E= f/ ε= f*L/δ lo cual implica que

E= P*L/A* δ

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ACERO ESTRUCTURALINTRODUCCIÓN-DEFINICIONES La Ley de Hooke: establece el hecho de que el esfuerzo es

proporcional a la deformación, es decir que f= E*ε. Normalmente se representa como:

δ= P*L/A*E Limite Elástico: esfuerzo después del cual el material no regresa a

su forma o tamaño original al ser descargado, o sea que queda permanentemente deformado.

Punto Cedente: en el cual ocurre un considerable alargamiento sin un aumento de la carga(Es decir el material cede). Esto es típico solo del acero estructural.

Esfuerzo Ultimo: el punto mas alto y ocurre justo antes de la rotura o falla del material.

Esfuerzo de Rotura: es el esfuerzo existente al fallar el material. La carga de rotura se distribuye en un área muy pequeña.

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ACERO ESTRUCTURALINTRODUCCIÓN-DEFINICIONES Esfuerzo de Trabajo o Esfuerzo Admisible: es

aquel que debe estar por debajo del limite elástico y del punto de proporcionalidad para que pueda ser valida la Ley de Hooke en la cual esta basada la Teoría Elástica. En ese sentido se acostumbra a utilizar por Norma un Factor de Seguridad ya que es muy difícil determinar ese punto, por lo tanto se divide el Punto Cedente por ese factor para obtener ese esfuerzo admisible, o sea que:

fadm = Fy/F.S ING. WILLIAM LOPEZ

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ACERO ESTRUCTURALINTRODUCCIÓN-DEFINICIONES Esfuerzo de Trabajo o Esfuerzo Admisible: en el

caso del acero estructural mas usado el A-36 cuyo punto cedente es de 36.000 psi, y con identificación SIDOR PS-25 (Fy= 2.530 Kg/cm2) el esfuerzo admisible es de 1.400 kg/cm2, es decir equivale a 0.55Fy, lo que equivale a decir que F.S.= 2.530 Kg/cm2/1.400 Kg/cm2 = 1,8

Las Vigas “I” y “U” son producidas con acero PS-25, a menos que se lleven a cabo ajustes contra solicitudes o pedidos.

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ACERO ESTRUCTURALINTRODUCCIÓN-CONSIDERACIONES Acero Estructural: El acero estructural es el metal

mas utilizado en la industria de la construcción, tanto en las formas de perfiles laminados en caliente como en la forma de planchas, pletinas o chapas de diferentes espesores las cuales son dobladas luego en frio, soldadas, remachadas o atornilladas para fabricar estructuras de todo tipo. Entre los perfiles estándar existen varias formas, como las vigas “I” (llamadas “doble T” en Venezuela), la “U” y los ángulos de lados iguales todos los cuales son fabricados en Venezuela por SIDOR hasta un cierto tamaño, y otros perfiles como las vigas “H” o vigas “I” de alas anchas (WF siglas en Ingles por Wide Flange), ángulos de alas desiguales, vigas “T”, etc. que son de importación.

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ACERO ESTRUCTURALMIEMBROS Miembros de Unión: Hay dos cosas que se contemplan

cuando hablamos de miembros de unión en Acero Estructural y se basa en los dichos: La cuerda revienta siempre por lo mas delgado La Cadena es tan fuerte como su eslabón mas débil

En ese sentido en acero estructural es lo mas importante, ya que son elementos unidos uno con otro, que deben ser conectados. Las conexiones o uniones deben entonces ser muy cuidadosamente diseñadas para mantener el mismo grado de seguridad que cada uno de sus componentes. Básicamente existen los siguientes tipos de unión: Remaches Pernos Pasadores Soldadura Epoxi (Opcional)

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ACERO ESTRUCTURALMIEMBROS Uniones por medio de Remaches, Pernos y Pasadores: Similitudes:1. Los elementos conectores pasan a través de perforaciones.2. Los conectores trabajan a corte. Diferencias:3. Los remaches en caliente, al enfriarse se contraen y producen

una compresión entre las planchas conectadas lo cual genera fricción.

4. Los remaches en frio al golpearlos también generan fricción.5. Los pernos pueden ser de dos tipos:

a) Pernos ajustados que llenan totalmente el orificio, aplicándoles un torque conocido.

b) Pernos corrientes actuando en huecos sobredimensionados (Uniones provisionales).

6. Pasadores de Unión: son usados donde se requiera una articulación o se desea realizar una conexión muy rápida.ING. WILLIAM LOPEZ

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ACERO ESTRUCTURALMIEMBROS- HIPÓTESIS DE CÁLCULOS Hipótesis asumida para el calculo de Remaches,

Pernos Ajustados:1. No se considera la fricción causada por la

contracción de los remaches (pernos).2. Todos los remaches (pernos) reciben igual carga.3. Los remaches y pernos llenan totalmente el hueco.4. El esfuerzo a tracción en las planchas conectadas

se distribuye uniformemente en la sección neta de la misma.

5. No se descuentan los orificios para calcular el área efectiva de los elementos que trabajan a compresión

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ACERO ESTRUCTURALMIEMBROS- TIPOS DE JUNTAS Existen básicamente dos tipos de Junta:1. Junta de Solape: o sea por superposición de las

propias planchas que se desea conectar.2. Junta a tope, en cuyo caso las planchas a unir

se colocan una frente a la otra y se recubren con una o dos planchas para poderlas unir, estas ultimas suelen ser llamadas cubrejuntas.

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ACERO ESTRUCTURALMIEMBROS- TIPOS DE FALLAS Hay cuatro (04) formas en que una Junta con

remaches o pernos puede fallar:1. Por corte del remache o perno:

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Ps

Ps

d

Ps = As*fs = (π*d2/4)*fs

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ACERO ESTRUCTURALMIEMBROS- TIPOS DE FALLAS

2.- Por desgarramiento de la plancha principal: ocurre en una sección que pasa por el hueco hecho para el paso del remache (sección neta)

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Pt = At*ft = (b-d)*t*ft

Pt

Pt

d

t

Pt Ptb

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3.- Por falla de apoyo (presión de asiento): ocurre un desplazamiento relativo de las dos planchas por el agrandamiento o deformación permanente del hueco, causada por una excesiva presión de asiento.

ING. WILLIAM LOPEZPb = Ab*fb = (t*d)*fb

Pb

Pb

d

t

Pb Pbb

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4.- Por ser muy poca la distancia de borde: es decir la distancia desde el primer hueco hasta el borde de la plancha es muy corta.

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Pdb = Adb*fs = 2*e*t*fs

Pdb

Pdb

d

t

Pdb Pdbb

e

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ACERO ESTRUCTURALMIEMBROS- TIPOS DE JUNTAS BIBLIOGRAFIA: Norma Venezolana COVENIN 1618-82:

Estructuras de Acero para Edificaciones, Proyectos, fabricación y construcción.

“Specification for the Design, Fabrication and Erection of Structural Steel for Buildings” del American Institute of Steel Construction (AISC).

“Strength of Materials” (Resistencia de Materiales) de Ferdinand L. Singer.

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