CAPITULO I. INTRODUCCION 1.1.DISEO ESTRUCTURAL En el presente curso se tiene como objetivo facilitar a los alumnos, varios conocimientos

que se tiene sobre el comportamiento y diseo de las estructuras de acero.

Corresponde definir entonces lo que se conoce como Diseo Estructural: Una mezcla de

arte y ciencia que combina los sentimientos intuitivos de ingeniero con los principios de

la Esttica, Dinmica, Mecnica de Materiales y el Anlisis Estructural para producir una

estructura segura que sirve sus propsitos.

1.2.OPTIMIZACION Antes de definir las diversas etapas del diseo es preciso dar a conocer la idea de lo ptimo

que se busca en cada trabajo. Este criterio que inicialmente fue solo intuitivo o cualitativo

va empezando a tener en Ingeniera Estructural, un significado ms preciso como:

a) Costo mnimo

b) Peso mnimo

c) Costo de construccin mnimo

d) Trabajo mnimo

e) Mxima eficiencia mnima para el propietario

Muchas veces, varios de estos criterios pueden estar combinados. En Per, en estructuras

de acero, el criterio de peso mnimo quizs sea el ms usado.

1.3.PROCEDIMIENTO DEL DISEO ESTRUCTURAL La labor del diseo se compone de 2 partes, la relacionada con los aspectos funcionales

de la obra a ejecutar, y la que tiene que ver con el diseo de los componentes de las

estructuras. En el primer caso aspectos tales como posicin de reas adecuadas de trabajo,

dimensiones mnimas, ventilacin, iluminacin, facilidades de transporte de circulacin

como son: Corredores, escaleras, ascensores, aire acondicionado, energa, posicin de

equipos, cuidado ambiental, esttica son temas a discutir con el cliente y los otros

profesionales que estn relacionados con la construccin.

Lo segundo sea el estudio del esqueleto estructural se refiere a la seleccin de los

miembros para transmitir las cargas con seguridad hasta el suelo. Se recomienda el

siguiente proceso iterativo:

1. Planeamiento: Establecimiento de las condiciones funcionales a la que la

estructura debe servir. Aqu se define el criterio de lo ptimo.

2. Configuracin Preliminar Estructural: aqu es donde la experiencia y lo que se

podra llamar el ingeniero y el diseador deben figurar. Se tienen que fijar la

disposicin de los miembros y sus tamaos iniciales para ser discutidos con el

cliente y los otros profesionales.

3. Determinacin de las Cargas: Estimadas inicialmente pero conocidas con ms

precisin en las sucesivas iteraciones.

4. Seleccin preliminar: de los miembros estructurales que permitan iniciar un

anlisis estructural que es la siguiente etapa.

5. Anlisis estructural: Se crea un modelo matemtico ms adecuado a la realidad

del verdadero comportamiento estructural de la edificacin, se aplica los mtodos

de la mecnica para determinar los esfuerzos internos que se esperan que se

tendrn en los miembros estructurales con el objeto de poder compararlos con las

resistencias que debern tener dichos miembros, cosa que se efecta en la

siguiente etapa.

6. Evaluacin: Se debe preguntar si las resistencias o condiciones de servicio que

se obtienen de acuerdo a un reglamento superan a las demandas que se establecen

en los resultados de la etapa previa. Si hay un margen de seguridad adecuado y

econmico se puede dar por concluido el diseo, sino se va a la siguiente etapa.

7. Rediseos: Repeticin de los pasos 3 a 6 para lograr cumplir los objetivos

mediante un proceso iterativo.

8. Decisin: Queda finalmente la decisin si es que se ha alcanzado el objetivo

buscado en un diseo. Si se piensa que se ha logrado entonces se da por concluido

el proceso iterativo.

9. Elaboracin de planos de diseo y las especificaciones de trabajo

correspondientes, en algunos casos la presentacin de las maquetas o mtodos

de izaje son necesarios: En otros casos la elaboracin adicional de los llamados

planos de fabricacin, que son aquellos en la que se detalla cada miembro para

que sean mejorados en los talleres as como sus conexiones.

1.4.CARGAS Se puede definir las siguientes cargas ms conocidas:

Carga Muerta: Es una carga fija de gravedad en posicin y magnitud y se define como

peso de todos aquellos elementos que se encuentran permanentemente en la estructura o

adheridas a ella; Ejemplo su peso propio

Carga Viva: Es aquella carga de gravedad que activa sobre la estructura cuando esta se

encuentra ya en servicio y puede variar en posicin y valor durante la vida til de la

estructura. Algunos ejemplos pueden ser: Las personas, muebles, equipos mviles,

vehculos, etc.

Posicin de las cargas para producir mximas flexiones

Impacto: Se define como impacto al efecto dinmico de las cargas vivas sbitamente

aplicadas, no se consideran como cargas de impacto el transitar de personas o movimiento

de muebles.

Cargas de Nieve: Aunque en Per la mayora de estructuras se construyen en zonas

donde la nieve no es significativa, es recomendable que los techos de las estructuras que

se encuentran a una altitud de 3000 msnm sean diseados para una sobrecarga de nieve

de un peso especfico no menor de 150 kg/m3, y un espesor menor de 30 cm.

Cargas de Viento: Todas las estructuras estn sujetas a la accin del viento y en especial

en aquellas de 2 o 3 pisos o en aquellas zonas donde la velocidad del viento es

significativa o en aquellas en las que debido a su forma, son ms vulnerables a los factores

aerodinmicos. En el caso de las estructuras de acero, por su propio peso relativamente

bajo y grandes superficies expuestas a la accin del viento, las cargas del viento pueden

ser ms importantes que las cargas debidas al sismo.

SUCCION

Cargas de Sismo: Los terremotos producen movimientos horizontales y verticales: Los

movimientos horizontales son los que generan en las estructuras los efectos ms

significativos. Cuando el suelo se mueve, la inercia de la estructura tiende a resistir los

movimientos.

Si por el principio de DAlembert:

0 00 00 0

+

+ 0 + 0

=

()

()

()

+ =

1.5.TIPOS DE PERFILES ESTRUCTURALES Existen cuatro grupos de elementos de acero que se emplean en las construcciones.

Perfiles Laminados: Son laminados en caliente.

Perfiles Soldados: Son hechos de planchas que se cortan y se sueldan para formar

una seccin.

Perfiles Plegados: Se hacen de planchas delgadas que se doblan en frio. Ejm:

Calamina.

Secciones Compuestas: Existen vigas compuestas y columnas compuestas.

m1

m2

m3

Combinaciones de cargas. Factores de carga y combinaciones:

1.4

1.2 + 1.6 + 0.5()

1.2 + 1.6() + (0.50.8)

1.2 + 1.3 + 0.5 + 0.5()

1.2 1.0 + 0.5 + 0.25

0.9 (1.31.0)

CS

PERFIL COLUMNA

CSV PERFIL

VIGA-COLUMNA

VS PERFIL

VIGA

1.6.TIPOS DE ESTRUCTURAS DE ACERO

1.7.PROPIEDADES DE DISEO DE UN PERFIL A = rea del Perfil (cm2)

= rea del Ala (cm2)

, = Momentos de Inercia (cm4)

= Producto de Inercia (cm4)

, = Mdulo de Seccin (cm3)

ARMADURAS

PORTICOS

ESTRUCTURA ESFERICA

=

, = Radio de Giro de la Seccin

=

, = Mdulo Plstico de la Seccin (cm3)

Tablas de Diseo

Secreto: Exacto y necesario: Siempre es aproximado

> 10 ton m

Metrado de cargas (nunca es exacto): Cierta holgura

1.8.TIPOS DE SECCIN Y PERFILES MS COMUNES. a) Varillas o Barras.

Lisas o Corrugadas.

Dimensiones. = 6.109.15

Dimetros: 1 7 ",38 ",

12 ",

58 ",

34 ", 1"

b) Planchas (K)

Se denominan tambin productos laminados, entre ellos tenemos:

Planchas delgadas.

o Ancho nominal 0.92 y 1.22 mts.

o Longitud nominal 2.40, 3.00, 4.80, 6.00 mts.

o Espesor nominal 2.00, 2.50, 3.00, 4.00, 5.00 mm.

Planchas Estructurales.

o Ancho nominal 1.22, 1.52, 1.80 mts.

o Longitud nominal 2.40, 3.00, 4.80, 6.00 mts.

o Espesor nominal 6.40, 8.00, 9.50, 12.50, 16.20, 25.32 mm.

c) Platinas.

Se denominan planchas delgadas.

b

b < 100 mm

d) Perfiles Laminados en Caliente.

ngulos de lados iguales (L) 1"1", (1 8 ",316 ",

14 ")

11 4 " 114 ", (

14 "

316 ",

18 ")

18 ",

316 ",

14 "

e) Secciones Tubulares.

1.9.COMPORTAMIENTO DE LA ESTRUCTURA DE ACERO Si a un elemento idealizado se somete una carga P completamente centrada y se grafica

las lecturas de esfuerzo V deformacin en las coordenadas X Y.

Donde el mdulo de elasticidad es aproximado =

= 2.1 10/ en

compresin.

1.10. FATIGA Es la repeticin sucesiva de fuerzas actuantes que pueden fatigar la estructura y dar origen

a una carga ltima menor a la esperada.

1.11. LA INESTABILIDAD Fenmeno ocasionado por un arriostramiento deficiente, origina que la carga ltima

esperada no se produzca sino a un valor menor

SECCIONES SECCIONE

SECCIONES RECTANGULAR

T

T