ESTRUCTURAS METESTRUCTURAS METLICAS Y DE LICAS Y DE MADERAMADERA

0909--0202

Profesor: Antonio Zeballos CabreraProfesor: Antonio Zeballos Cabrera

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EdiciEdicin. n. AlfaomegaAlfaomega Grupo Editor, MGrupo Editor, Mxico, 2002.xico, 2002.11.11. DiseDiseo Estructural en Acero (Con o Estructural en Acero (Con nfasis en el Mnfasis en el Mtodo de disetodo de diseo con o con

Factores de Carga y Resistencia). Luis Zapata B. Libro 8 de la CFactores de Carga y Resistencia). Luis Zapata B. Libro 8 de la Coleccioleccin n del Ingeniero Civil, Colegio de Ingenieros del Perdel Ingeniero Civil, Colegio de Ingenieros del Per, 1991., 1991.

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13.13. Designing Steel Structures. Sol E. Cooper, Andrew C. Chen. (PUCPDesigning Steel Structures. Sol E. Cooper, Andrew C. Chen. (PUCP: TA : TA 684 C75)684 C75)

CapCaptulo 1tulo 1

INTRODUCCIINTRODUCCINN

1.1 Generalidades1.1 Generalidades

CRITERIOS DE BASECRITERIOS DE BASE

El objetivo principal es establecer criterios sEl objetivo principal es establecer criterios slidos para el diselidos para el diseo en acero.o en acero.

La base es la comprensiLa base es la comprensin del COMPORTAMIENTO de los elementos y n del COMPORTAMIENTO de los elementos y las estructuras metlas estructuras metlicas.licas.

Los criterios, a diferencia de las normas, cambian muy poco con Los criterios, a diferencia de las normas, cambian muy poco con el tiempo.el tiempo.

La norma americana AISC, Load & La norma americana AISC, Load & ResistanceResistance Factor Factor DesignDesign..

La Norma Peruana de Acero es la E.090 ESTRUCTURAS METLa Norma Peruana de Acero es la E.090 ESTRUCTURAS METLICAS.LICAS.

El sistema de unidades que emplea la Norma es el Sistema InternaEl sistema de unidades que emplea la Norma es el Sistema Internacional cional (SI).(SI).

SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES (SI)SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES (SI)

Unidades bUnidades bsicas:sicas:LongitudLongitud = metro= metro = m= mMasaMasa = kilogramo= kilogramo = = kgkgTiempoTiempo = segundo= segundo = s= s

Unidades derivadas:Unidades derivadas:FuerzaFuerza = newton= newton = N= NPresiPresinn = pascal = pascal = = PaPa = 1N/m= 1N/m22EnergEnergaa = joule= joule = J = 1 = J = 1 NxmNxm

(1 newton es la fuerza que a un cuerpo con una (1 newton es la fuerza que a un cuerpo con una masa de 1 masa de 1 kgkg le produce una aceleracile produce una aceleracin de 1 m/sn de 1 m/s22))

EQUIVALENCIASEQUIVALENCIAS

1 g1 g = 9.806650 m/s= 9.806650 m/s221 1 kgkg--ff = 9.806650 N (exacto)= 9.806650 N (exacto)1 1 kgkg--ff = 2.204622 = 2.204622 lblb--ff1 1 MPaMPa = 1 N/mm= 1 N/mm221 1 MPaMPa = 10.2 = 10.2 kgkg--f/cmf/cm221 1 ksiksi = 6.894757 = 6.894757 MPaMPa1 1 kipkip = 1 000 = 1 000 lblb = 4448.222 N= 4448.222 N

VALORES USUALES

E = 2 030 000 kg-f/cm2= 200 000 MPa= 29 000 ksi

G = 780 000 kg-f/cm2= 77 200 MPa= 11 200 ksi

Peso unitario del acero = 7 850 kg-f/m3= 77 kN/m3= 490 lb-f/ft3

DESARROLLO DEL CURSODESARROLLO DEL CURSO

1.1. Estudio de elementos aislados sometidos a diferentes solicitacioEstudio de elementos aislados sometidos a diferentes solicitaciones.nes.2.2. Consideraciones especiales al caso de fuerzas sConsideraciones especiales al caso de fuerzas ssmicas.smicas.3.3. Su conexiSu conexin a los elementos de apoyo.n a los elementos de apoyo.4.4. Ensamblado de estos elementos para constituir estructuras.Ensamblado de estos elementos para constituir estructuras.

1.2 Clasificaci1.2 Clasificacin de estructurasn de estructuras

TIPOS USUALES DE ESTRUCTURAS METLICAS

1.- Prticos con conexiones rgidas2.- Prticos con conexiones de corte (no rgidas)3.- Prticos biarticulados de alma llena4.- Tijerales5.- Arcos

EDIFICIO TUBULAREDIFICIO TUBULAR

Planta de un edificio tubularPlanta de un edificio tubular((AmitAmit Urs Urs StabilityStability AnalisisAnalisis ofof FrameFrame TallTall BuildingsBuildings))

PORTICOS CONEXIPORTICOS CONEXINES RIGIDASNES RIGIDAS

PORTICOS CON CONEXIONES PORTICOS CON CONEXIONES DE CORTEDE CORTE

PORTICO (BIARTICULADO) DE ALMA LLENAPORTICO (BIARTICULADO) DE ALMA LLENA

TIJERALESTIJERALES

TIJERALESTIJERALES

UNIONES UNIONES DE NUDOSDE NUDOSEN TIJERALEN TIJERAL

rea de planchas194m2

Peso. 800kg

Peso: 840 kgf

Peso: 840kgfrea de planchas:

194m2

ARCOSARCOS

CUPULA ESFERICACUPULA ESFERICA

COLISEO BONILLA COLISEO BONILLA MIRAFLORESMIRAFLORES

ELEMENTOS LIVIANOS DE ACERO

LLMINA PREFORMADA MINA PREFORMADA ACERO ACERO -- DECKDECK

PLANCHA COLABORANTE

PLANCHA PLANCHA COLABORANTECOLABORANTE

SISTEMA QUICKWALL PARA VIVIENDASSISTEMA QUICKWALL PARA VIVIENDAS

1.3 Criterios de seguridad1.3 Criterios de seguridad

CRITERIOS DE SEGURIDADCRITERIOS DE SEGURIDAD

Debe cuidarse la seguridad a la rotura y el buen Debe cuidarse la seguridad a la rotura y el buen funcionamiento en Condiciones de Servicio.funcionamiento en Condiciones de Servicio.

Debe tenerse en cuenta que todos estos factores se Debe tenerse en cuenta que todos estos factores se comportan con criterios comportan con criterios probabilprobabilsticossticos..

RESISTENCIA CARACTERISTICARESISTENCIA CARACTERISTICA

Para los materiales se emplea la Para los materiales se emplea la resistenciaresistencia caractercaractersticasticaque es menor que la resistencia promedio, y que se que es menor que la resistencia promedio, y que se establece bajo la condiciestablece bajo la condicin de que no mn de que no ms de 1 en un cierto s de 1 en un cierto nnmero de ensayos (por ejemplo 1 en 10) darmero de ensayos (por ejemplo 1 en 10) dar una una resistencia menor que la caracterresistencia menor que la caracterstica.stica.

Distribucin Probabilstica de Solicitaciones, Q, y Resistencias, R

INDICE DE CONFIABILIDAD, INDICE DE CONFIABILIDAD,

CONTROL DE CALIDADCONTROL DE CALIDAD

1.4 Procedimientos de dise1.4 Procedimientos de diseoo

PROCESO DE DISEPROCESO DE DISEOO

Es un proceso iterativo que pasa por las siguientes Es un proceso iterativo que pasa por las siguientes etapas:etapas:

1.1.-- Anteproyecto (diseAnteproyecto (diseo conceptual)o conceptual)2.2.-- AnAnlisislisis3.3.-- DiseDiseoo

FUNCIONES DE UN BUEN DISEFUNCIONES DE UN BUEN DISEOO

FuncionalidadFuncionalidadSeguridadSeguridadEconEconmica mica (Est(Esttica)tica)

GGnesis del esquema estructuralnesis del esquema estructural

RAZON Y SER DE LOS TIPOS ESTRUCTURALESRAZON Y SER DE LOS TIPOS ESTRUCTURALESEduardo TorrojaEduardo Torroja

GGnesis del esquema estructuralnesis del esquema estructural

RAZON Y SER DE LOS TIPOS ESTRUCTURALESRAZON Y SER DE LOS TIPOS ESTRUCTURALESEduardo TorrojaEduardo Torroja

GGnesis del esquema estructuralnesis del esquema estructural

RAZON Y SER DE LOS TIPOS ESTRUCTURALESRAZON Y SER DE LOS TIPOS ESTRUCTURALESEduardo TorrojaEduardo Torroja

METODOS DE DISEO

1. Diseo por Esfuerzos Admisibles Allowable Stress Design (ASD)

2. Diseo por Factores de Carga y Resistencia (Estados Lmites) Load and Resistance Factor Design (LRFD)

ESTADOS LIMITES

Son aquellas condiciones en que un sistema (la estructura) se encuentra en un inminente estado de falla.

La falla tiene, en este caso, distintas acepciones.

En ingeniera estructural se definen, por ahora, dos estados lmite: de RESISTENCIA y de SERVICIO.

ESTADOS LIMITES DE RESISTENCIA

1.Esfuerzos2.Pandeo3.Fatiga4.Volteo5.Deslizamiento

El concepto de falla en estos casos se asocia a condiciones en que la estructura se fractura, se vuelve inestable, o se mueve, de manera que no puede seguir sosteniendo la carga impuesta.

ESTADOS LIMITES DE SERVICIO

1.Deflexiones2.Vibracin3.Fisuracin

El concepto de falla en estos casos implica que la estructura responde a ciertas cargas de manera inapropiada para los fines del edificio.

1.5 Reglamentos1.5 Reglamentos

CARGAS PARA EL DISEO

1.- Norma E.020 CARGAS

2.- Norma E.030 DISEO SISMORRESISTENTE

1.1. La Norma Peruana de Acero es la E.090 aprobada en Febrero de 200La Norma Peruana de Acero es la E.090 aprobada en Febrero de 2004.4.

2.2. La Norma E.090 emplea el mLa Norma E.090 emplea el mtodo de disetodo de diseo por Factores de Carga y o por Factores de Carga y Resistencia (LRFD).Resistencia (LRFD).

3.3. Por existir aPor existir an muchos profesionales que emplean el mn muchos profesionales que emplean el mtodo de disetodo de diseo o por Esfuerzos Admisibles (ASD), presenta procedimientos mpor Esfuerzos Admisibles (ASD), presenta procedimientos mnimos de nimos de disediseo por este mo por este mtodo.todo.

CONDICION GENERAL DE SEGURIDADCONDICION GENERAL DE SEGURIDAD

CARGAS, FACTORES DE CARGA Y CARGAS, FACTORES DE CARGA Y COMBINACICOMBINACIN DE CARGASN DE CARGAS--11

Las siguientes cargas nominales deben ser consideradas: Las siguientes cargas nominales deben ser consideradas:

D D :: Carga muerta debida al peso propio de los Carga muerta debida al peso propio de los elementos y los efectos permanentes sobre laelementos y los efectos permanentes sobre laestructura.estructura.

L L :: Carga viva debida al mobiliario y ocupantesCarga viva debida al mobiliario y ocupantes..Lr Lr :: Carga viva en las azoteas.Carga viva en las azoteas.W W :: Carga de vientoCarga de viento..S S :: Carga de nieveCarga de nieve..E E :: Carga de sismo de acuerdo a la NCarga de sismo de acuerdo a la NTE TE E.030 DiseE.030 Diseo o

Sismorresistente.Sismorresistente.R R :: Carga por lluvia o granizoCarga por lluvia o granizo..

CARGAS, FACTORES DE CARGA Y CARGAS, FACTORES DE CARGA Y COMBINACICOMBINACIN DE CARGASN DE CARGAS--22

La resistencia requerida de la estructura y sus elementos debe ser determinada para la adecuada combinacin crtica de cargas factorizadas. Para la aplicacin del mtodo LRFD, las siguientes

combinaciones deben ser investigadas:1,4D (1.4-6)

1,2D + 1,6L + 0,5(Lr R) (1.4-2)1,2D + 1,6(Lr S R) + (0,5L 0,8W) (1.4-3)1,2D + 1,3W + 0,5L + 0,5(Lr S R) (1.4-4)1,2D 1,0E + 0,5L + 0,2S (1.4-5)0,9D (1,3W 1,0E) (1.4-6)

IMPACTOIMPACTO

En el caso de estructuras que soporten carga viva que En el caso de estructuras que soporten carga viva que produce impacto, deberproduce impacto, deber considerarse un incremento en la considerarse un incremento en la

carga viva nominal debido a este efecto. carga viva nominal debido a este efecto. En el caso del mEn el caso del mtodo LRFD este incremento se aplica en todo LRFD este incremento se aplica en

las combinaciones 1.4las combinaciones 1.4--2 y 1.42 y 1.4--33

IMPACTOIMPACTO

Si no hay indicaciSi no hay indicacin en contrario los incrementos sern en contrario los incrementos sern los n los siguientes:siguientes:(a) Apoyos de ascensores (a) Apoyos de ascensores ...................... 100%...................... 100%(b) Apoyos de maquinaria liviana accionada(b) Apoyos de maquinaria liviana accionada

por ejes o motores por ejes o motores . 20%. 20%(c) Apoyos de maquinas (c) Apoyos de maquinas reciprocantesreciprocantes . 50%. 50%(d) Tirantes que soportan pisos y voladizos(d) Tirantes que soportan pisos y voladizos 33%33%(e) Vigas de puente gr(e) Vigas de puente gra con cabina de a con cabina de

operador y sus conexiones .................. 25%operador y sus conexiones .................. 25%(f) Vigas de puente gr(f) Vigas de puente gra con control colgante a con control colgante

y sus conexiones y sus conexiones 10%10%

FUERZAS HORIZONTALES EN PUENTES GRUAFUERZAS HORIZONTALES EN PUENTES GRUA

La fuerza lateral nominal que se genera en la vLa fuerza lateral nominal que se genera en la va del puente gra del puente gra por el a por el movimiento del polipasto no debe ser menor al 20% de la suma delmovimiento del polipasto no debe ser menor al 20% de la suma del peso peso

izado y el peso del polipasto. No debe incluirse el peso de otraizado y el peso del polipasto. No debe incluirse el peso de otras partes de la s partes de la grgra.a.

FUERZAS HORIZONTALES EN PUENTES GRUAFUERZAS HORIZONTALES EN PUENTES GRUA

Esta fuerza debe aplicarse en la parte superior de los rieles acEsta fuerza debe aplicarse en la parte superior de los rieles actuando en la tuando en la direccidireccin normal al desplazamiento del puente grn normal al desplazamiento del puente gra y debe ser distribuida a y debe ser distribuida

considerando la rigidez lateral de la estructura que soporta losconsiderando la rigidez lateral de la estructura que soporta los rieles.rieles.

FUERZAS HORIZONTALES EN PUENTES GRUAFUERZAS HORIZONTALES EN PUENTES GRUA

La fuerza longitudinal nominal tendrLa fuerza longitudinal nominal tendr un valor mun valor mnimo de 10% de las nimo de 10% de las mmximas cargas de rueda de la grximas cargas de rueda de la gra aplicada en la parte alta del riel, a a aplicada en la parte alta del riel, a menos que se especifique otra cosa.menos que se especifique otra cosa.

1.6 Ayudas de dise1.6 Ayudas de diseoo

DOCUMENTOS DE DISEDOCUMENTOS DE DISEOO

1.1.-- Planos: Planos: -- de Ingenierde Ingeniera Ba Bsicasica-- de Tallerde Taller

2.2.-- Especificaciones TEspecificaciones Tcnicascnicas3.3.-- Memoria DescriptivaMemoria Descriptiva

MANUAL DEL MANUAL DEL AISCAISC

Datos de perfilesDatos de perfiles

Grfico paradiseo de

Vigas.

MANUAL AISC

AYUDASAYUDASPARAPARA

ELELDISEDISEOO