DISEÑO_EN_ACERO_Y_MADERA _Capitulo 1_.pdf

7/28/2019 DISEO_EN_ACERO_Y_MADERA _Capitulo 1_.pdf

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DISEODEESTRUCTURASDEACERO(MtodoLRFD)

Ing.RodrigoSurezP.

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UNIDAD1LAESTRUCTURADEACERO

Objetivo: El conocimiento del acero como material estructural, sus propiedades mecnicas, las

especificacionesmodernasde losdiversos tiposdeaceroy los conceptosgeneralese introductoriosal

temadelasestructurasmetlicas.

Temario:

1.1 INTRODUCCIN.1.2NOTACINYDEFINICIONES1.3VENTAJASYDESVENTAJASDELACEROCOMOMATERIALESTRUCTURAL1.4ELACEROESTRUCTURALYSUSPROPIEDADESMECNICAS.1.5PERFILESYPLACASDEACEROESTRUCTURAL


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1.1INTRODUCCINEn laactualidad,existeun sin findeestructurasenelmundo fabricadasconestematerial,desde

puentes,edificios,torresyotras.ElacerosefabriceconmicamenteenEstadosUnidosafinalesdelsigloXIXylasprimerasvigasdepatnanchonoselaminaronsinohasta1908.

Lasupuestaversatilidadyfacilidaddearmadodeestructuras,locataloganalacerocomoelmaterialperfectoparalaconstruccindeobrasciviles,ademsdecontarconunaconsiderableresistencia,pocopeso, facilidadde fabricacin yotraspropiedadespordemsde convenientes.Estasyotraspropiedadeslasiremosdesglosandoenloscaptulosposteriores.

Existe una gran variedad de especificaciones que fueron y son desarrolladas para materiales yestructuras.Cadaunaestbasadaenaosdeexperienciaadquiridapormediodeluso realde laestructura.Lasdiversasecuacionesyreglasdeespecificacinquesedancuandounorealizaestudiossobre las estructuras de aceromuchas veces ocasionan confusin almomento de disear. Estosapuntessereferirnensumayorpartea laespecificacinLRFD(LoadandResistanceFactorDesignSpecification for Structural Steel Buildings) del Instituto Americano de la Construccin en Acero

(AISC)ysonespecificacionesparaeldiseoporfactoresdecargayresistenciaenedificiosdeacero

estructural.

1.2NOTACINYDEFINICIONESNotacinBsica:

E=MdulodeElasticidaddelAcero=29000Kipporpulgadacuadrada(Ksi)

FU=Resistenciaalatraccin,KsiFy=Esfuerzodefluencia,lmitedefluencia,resistenciadefluencia,Ksi

Definiciones:

Acero Estructural, como lo define el AISC (en la especificacin LRFD y otras), se refiere a loselementosdeacerodeunmarcoestructuralquesoportacargasdediseo.Enlseincluyenvigasdeacero,columnas,vigascolumnas,tirantesdesuspensinyempalmes.

Viga:Miembroestructuralcuyafuncinprimariaessoportarcarastransversalesasuejelongitudinal.Lasvigas,porlogeneral,sonhorizontalesysostienenlospisosenlosedificios(Figura1.1).

Columna:Miembroestructuralcuyafuncinprimariaessoportarcargasdecompresinalolargode

sueje longitudinal.En lasestructurasdeconstruccin, lascolumnas,generalmente, sonmiembros

verticalesquesoportanlasvigas(Figura1.1).

VigaColumna: Miembro estructural cuya funcin es soportar cargas tanto transversales comoparalelasasueje longitudinal.Unacolumnadeconstruccinsometidaafuerzashorizontales(talescomoelviento)esrealmenteunavigacolumna.

Tirante de suspensin:Miembro estructural que soporta cargas de traccin a lo largo de su ejelongitudinal.

Empalme:Materialutilizadoparaunirdosomsmiembrosestructurales.Ejemplosdeempalmessonvigaavigayvigaacolumna.


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Figura1.1MarcodeAceroEstructural

1.3VENTAJASYDESVENTAJASDELACEROCOMOMATERIALESTRUCTURALEntrelasVentajasmsdestacadasdelacerocomomaterialestructuralsepuedencitarlassiguientes:

AltaResistencia

Laaltaresistenciadelaceroporunidaddepeso implicaqueserrelativamentebajoelpesode las

estructuras; esto es de gran importancia en puentes de grandes claros, en edificios altos y en

estructurasdeficientesenlacimentacin.

Uniformidad

Las propiedades del acero no cambian apreciablemente en el tiempo como es el caso de las

estructurasdeconcretoreforzado.

Elasticidad

El acero se acercams en su comportamiento a las hiptesis de diseo que lamayora de losmateriales, graciasaque sigue la leydeHookehastaesfuerzosbastantealtos. Losmomentosde

inercia de una estructura de acero pueden calcularse exactamente, en tanto que los valoresobtenidosparaunaestructuradeconcretoreforzadosonrelativamenteimprecisos.

Durabilidad

Si el mantenimiento de las estructuras de acero es adecuado durarn indefinidamente.Investigaciones realizadas en los aceros modernos, indican que bajo ciertas condiciones no se

requiereningnmantenimientoabasedepintura.

Ductilidad

Laductilidadeslapropiedadquetieneunmaterialdesoportargrandesdeformacionessinfallarbajo

altosesfuerzosde tensin.Cuando sepruebaa tensinunacero conbajo contenidode carbono,ocurreunareduccinconsiderablede laseccintransversalyungranalargamientoenelpuntodefalla,antesdequesepresentelafractura.Unmaterialquenotengaestapropiedadprobablementeserduroyfrgilyseromperalsometerloaungolperepentino.

Enmiembros estructurales sometidos a cargas normales se desarrollan altas concentraciones deesfuerzosenvariospuntos.Lanaturalezadctildelosacerosestructuralescomuneslespermitefluir


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localmenteenesospuntos,evitndoseasfallasprematuras.Unaventajaadicionaldelasestructuras

dctilesesque,alsobrecargarlas,susgrandesdeflexionesofrecenevidenciavisibledelainminencia

delafalla.

Tenacidad

Losacerosestructuralessontenaces,esdecir,poseenresistenciayductilidad.Unmiembrodeacerocargadohastaquesepresentangrandesdeformacionesserancapazderesistirgrandesfuerzas.Esta es una caracterstica muy importante porque implica que los miembros de acero puedensometerseagrandesdeformacionesdurantesuformacinymontaje,sinfracturarse,siendoposibledoblarlos,martillarlos,cortarlosy taladrarlossindaoaparente.Lapropiedaddeunmaterialparaabsorberenergaengrandescantidadessedenominatenacidad.

AmpliacionesdeEstructurasExistentes

Lasestructurasdeaceroseadaptanmuybienaposiblesadiciones.Sepuedenaadirnuevascrujaseincluso alas enteras a estructuras de acero ya existentes y los puentes de acero con frecuencia

puedenampliarse.

PropiedadesDiversas

Otrasventajas importantesdelaceroestructuralson:a)granfacilidadparaunirdiversosmiembros

pormediode varios tiposde conexin como son la soldadura, los tornillos y los remaches;b) laposibilidaddeprefabricarlosmiembros;c)rapidezdemontaje;d)grancapacidadparalaminarseenunagrancantidaddetamaosyformascomosedescribemsadelante;e)resistenciaa lafatiga;f)

reusoposibledespusdedesmontarunaestructurayg)posibilidaddevenderlo como chatarraaunquenopuedautilizarseensuformaexistente.Elaceroeselmaterialreutilizableporexcelencia.

Engeneralelacerotienelassiguientesdesventajas:

CostodeMantenimiento

Lamayorpartedelosacerossonsusceptiblesalacorrosinalestarexpuestosalaireyalaguay,por

consiguiente, deben pintarse peridicamente. El uso de aceros intemperizados para ciertasaplicaciones,tiendeaeliminarestecosto.

CostodeProteccinContraelFuego

Aunque algunos miembros estructurales son incombustibles, sus resistencias se reducen

considerablementedurantelosincendios,cuandolosotrosmaterialesdeunedificiosequeman.Han

ocurridomuchos incendios en inmuebles vacos en los que el nicomaterial combustible era el

mismoinmueble.Elaceroesunexcelenteconductordecalor,demaneraquelosmiembrosdeacerosinproteccinpuedentransmitirsuficientecalordeunaseccinocompartimientoincendiadodeunedificioaseccionesadyacentesdelmismoedificioeincendiarelmaterialpresente.Enconsecuencia,la estructura de acero de una construccin debe protegerse mediante materiales con ciertas

caractersticasaislantesoeledificiodeberacondicionarseconunsistemade rociadoresparaquecumpla con los requisitos de seguridad del cdigo de construccin de la localidad en que seencuentreemplazado.


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SusceptibilidadalPandeo

Cuantomslargosyesbeltosseanlosmiembrosacompresin,tantomayoreselpeligrodepandeo.

Comose indicpreviamente,elacerotieneunaaltaresistenciaporunidaddepeso,peroalusarsecomocolumnasno resultamuyeconmicoyaquedebeusarsebastantematerial,sloparahacermsrgidaslascolumnascontraelposiblepandeo.

Fatiga

Otracaracterstica inconvenientedelaceroesquesuresistenciapuedereducirsesisesometeaungrannmerode inversionesdel sentidodelesfuerzo,obien,aungrannmerode cambiosde lamagnitud del esfuerzo de tensin. (Se tienen problemas de fatiga slo cuando se presentantensiones).Enlaprcticaactualsereducen lasresistenciasestimadasdetalesmiembros,sisesabedeantemanoqueestarnsometidosaunnmeromayordeciclosdeesfuerzovariable,queciertonmerolmite.

FracturaFrgil

Bajociertascondiciones,elaceropuedeperdersuductilidadylafallafrgilpuedeocurrirenlugaresdeconcentracindeesfuerzos.Lascargasqueproducenfatigaymuybajastemperaturasagravanlasituacin.

1.4ELACEROESTRUCTURALYSUSPROPIEDADESMECNICASLaprincipalventajadelaceroessualtaresistenciaenrelacinconlasresistenciasdeotrosmateriales

estructuralescomunes:lamadera,lamamposterayelhormign.Adiferenciadelamamposterayelhormign,quesondbilesatraccin,elaceroesresistentetantoalatraccincomoalacompresin.Debidoasualtaresistencia,elaceroestructuralseusaampliamenteenconstruccin.Lasestructurasmsaltasydemayordistanciaentreapoyossonpredominantementedeacero.

En laFigura1.2sepresentanlosdiagramastpicosdeesfuerzodeformacinenelaceroestructural.Sebasanenlaaplicacindefuerzasdetraccinaunamuestradeprueba.Laordenada(esdecir,elejevertical) representaelesfuerzo,quesedefinecomo lacargadivididaporelreade la seccin

transversal. Las unidades de esfuerzo son kip ( kilopounds; es decir, 1 000 libras) por pulgadacuadrada,comnmente representadasporksi.Laabscisa (esdecir,elejehorizontal) representa ladeformacin,queesunamedidadealargamientobajoesfuerzo y sedefine comoelaumentoenlongitud,divididoporlaunidadoriginal.Lasunidadesdeladeformacinsonpulgadasobrepulgada;

ladeformacinesadimensional.


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Figura 1.2 Diagrama esfuerzodeformacin mostrando los efectos del endurecimiento pordeformacin.

Siuna pieza de acero estructural dctil se somete a una fuerzade tensin, sta se comenzar a

alargar.

Si

se

incrementa

la

fuerza

a

razn

constante,

la

magnitud

del

alargamiento

aumentar

constantementedentrodeciertoslmites.Enotraspalabras,elalargamientoseduplicarcuandoel

esfuerzo pase de 6 000 a 12 000 psi (pounds per square inches); se usar psi lb/pulgindistintamente).Cuandoelesfuerzodetensinalcanceunvaloraproximadamenteigualaunmediode la resistencialtimadelacero,elalargamiento comenzar aaumentarms y rpidamente sin

incrementocorrespondientedeesfuerzo.

Elmayoresfuerzoparaelque todavaesvlida la leydeHookeoelpuntomsaltode laporcinrectadeldiagramaesfuerzodeformacinsedenominalmitedeproporcionalidad.Elmayoresfuerzo

queunmaterialpuederesistirsindeformarsepermanentementesedenomina lmiteelstico.Este

valorraravezsemideyparalamayoradelosmaterialesestructurales,incluidoelacero,essinnimo

del

lmite

proporcional.

Por

esta

razn

se

usa

a

veces

el

trmino

lmiteproporcional

elstico.

El esfuerzo en elque se presentaun incrementobrusco en el alargamientoo deformacin si unincremento en el esfuerzo, se denomina esfuerzo defluencia; corresponde al primer punto deldiagrama esfuerzodeformacin para el cual la tangente a la curva es horizontal. El esfuerzo defluencia es para el proyectista la propiedad ms importante del acero, ya que muchosprocedimientosdediseosebasanenestevalor.Msalldelesfuerzodefluenciahayunintervaloen el que ocurre un incremento considerable de la deformacin sin incremento de esfuerzo. Ladeformacinque sepresentaantesdelesfuerzode fluenciasedenominadeformacinelstica.Ladeformacinqueocurredespusdelesfuerzode fluencia sedenominadeformacinplstica.Esta

ltimadeformacinesgeneralmenteigualenmagnituda10o15vecesladeformacinelstica.

Despusdelareginplsticasetieneunazonallamadaendurecimientopordeformacinenlaqueserequieren esfuerzos adicionalesparaproducir deformacionesmayores. Estaporcindel diagrama


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esfuerzodeformacin no resulta muy importante para los proyectistas actuales porque las

deformaciones son muy grandes. En la Figura 1.3 se muestra un diagrama tpico de un acero

estructuraldebajocontenidodecarbono.Slosepresentaaqulaparteinicialdelacurva,debidoa

la gran deformacin que ocurre antes de la falla. En el punto de falla, los aceros dulces tienendeformaciones unitarias que equivalen a valores que oscilan entre 150 y 200 veces loscorrespondientesaladeformacinelstica.Lacurvaalcanzasuesfuerzomximoyluegodisminuye

poco a poco antes de que ocurra la falla. En esta regin de la curva se presenta unamarcadareduccindelaseccintransversal,llamadaestriccindelelemento,Figura1.4.

Figura1.3DiagramaEsfuerzoDeformacincaractersticodeunaceroestructuralconbajocontenidodecarbono.

Figura1.4Estriccinoensanchamientosbitodeunaprobetadeaceroenlaseccin.


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Tabla1.1Acerosusadosenlosperfilesyplacasdeaceroestructural

Lossiguientesdatos,sonvaloresaproximadosparatodoslosaceros:

MdulodeElasticidad(E) :29000[ksi]MdulodeCortante(G) :11200[ksi]RelacindePoison :0.30Esfuerzodecedenciaencorte :0.57veceselesfuerzodecedenciaentraccin

Resistencialtimaencorte :2/3a3/4veceslaresistenciaalatraccin

VaseASTMA6paraconocerlaclasificacindelgrupodelosperfilesestructurales

Entrelosacerosestructuralesmsimportantessetienen:

Acero

estructural;

ASTM

A36

donde

fy

=

36

ksi

Fy=36kilopoundperSquireinch=36klb/pulg

fy=36ksix70.3 2500kg/cmASTMA50 donde fy=50ksi

Fy=50ksix70.3 3500kg/cm

1.5PERFILESYPLACASDEACEROESTRUCTURALUnmiembroestructuralpuedeserunperfillaminadoopuedeestarcompuestodedosomsperfileslaminadosodeplacas,unidosmediantesoldadurasopernos.Siemprequeseaposibleseempleanlos perfiles laminados ms econmicos. Sin embargo, se puede exigir el uso de miembros

compuestos

en

condiciones

especiales

(tales

como

las

que

se

necesitan

para

miembros

muy

pesados

oseccionestransversalescongeometrasparticulares).


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Actualmenteelhierroyelacerocomprendencasiel95%enpesodetodoslosmetalesproducidosen

el mundo. Los aceros para usos estructurales se clasifican por su composicin qumica, las

propiedades que se presentan cuando es sometido a traccin y por la forma de fabricacin, en:

aceros de carbono, aceros de alta resistencia y de baja aleacin, aceros de carbono tratadostrmicamente,yacerosaleadosparaconstruccintratadostrmicamente.

EnlaFigura1.6seobservaunacurvatpicadeesfuerzodeformacinparauntipodeaceroparacadagrupo,con lafinalidaddeobservar losnivelescrecientesderesistenciadecadaunode lostiposdeaceros.

En laTabla1.1sepresentaalgunosde losacerosmsutilizadosencadaunode losgruposconsusresistenciasespecficasenperfilesyplacas.EnlaNormaAISC01sepuedeobservarlaspropiedadesmnimasespecificadasparaperfilesyplacasdeaceroestructuralcomoseindicaenlaTabla1.2.


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Tabla1.2EspecificacionesparaperfilessegnelASTM(vaseAISC01,pg.224)


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Tabla1.3EspecificacionesparaperfilessegnelASTM(vaseAISC01,pg.225)

1.5.1 AcerosalCarbonoLascaractersticasgeneralesdelaceroalcarbonoson:1. Mximocontenidoparaelementosquenosobrepasanlassiguientescantidades;manganeso1.65%;silicio0.60%;cobre0.60%.

2. Elmnimoqueseespecificanosobrepaseel0.40%

3. EnelreglamentodelAISCnoespecificauncontenidomnimoparaotroselementosaadidosparaobtenerunaaleacindeseada.

ElaceroA36eselacerodeusofrecuenteparapuentes,edificiosyotrosusosestructurales.EsteproporcionaunpuntodefluenciamnimoFy=36[klb/pulg=ksi]entodoslosperfilesyplacas

estructuralesdehasta8pulgadasdeespesor.


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ElaceroA573,queenlatabla1.1estdisponibleentresgradosderesistenciaparaaplicacionesenplacasenlascualesimportalatenacidad.

Entrelosacerosdebajaaleacindealtaresistencia(HSLA),sonaquellosquepresentanelpuntode fluenciaFy=40 [ksi]yalcanzanesaresistenciacuandoson laminadosencaliente,ynoportratamiento trmico, estos aceros ofrecen un aumento de resistencia con un incremento de

precio.

ElaceroA242esunaceroqueesresistentea lacorrosinsuperficial,entoncesse loutilizaencasosdondelaresistenciaalacorrosinatmosfricaporlomenosesequivalentea4vecsladelaceroalcarbonoparausosestructurales.

El aceroA588 es el aceroms empleado en el trabajo estructural. Proporciona un punto defluenciadeFy=50[ksi]enplacasdehasta4pulgadasdeespesor.

El grupo A572 especifica aceros HSLA de columbiovanadio en cuatro grados con punto defluenciamnimosde42,50,60y65[ksi].Elgrado42enespesoreshastade6pulgadasyelgrado

50enespesorcon4pulgadasseusanparapuentessoldados.(VaselaFigura1.6)

Losacerosdebajaaleacinydealtaresistenciaselosutilizaparaconstruccindemaquinariasynoparaeldiseodeestructuras.

1.5.2 CurvasTpicasdeEsfuerzoDeformacinparaAcerosEstructuralesyConcreto.Comosepuedeobservar,lascurvastpicasdeacerosestructuralesydeconcretoenlaFigura1.5,

elmduloelsticoparaelacerodeterminadoanterirmenteyparaelmdulodeelasticidaddelconcretowcestcomprendidoentre1.44y2.48ton/mdepesosnormales(ACI31805artculo8.5.1),es:

'15100 cc fE =

Ec=MdulodeElasticidaddelconcreto,[MPa].fc=Resistenciaalacompresincilndricaalos28das.wc=Pesounitariodelconcreto,[ton/m]


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Figura 1.5 Curvas tpicas esfuerzodeformacin del concreto y acero. (Vase Diseo deEstructurasdeConcretodeArthurH.Nilson).

Figura 1.6 a) Curvas tpicas esfuerzodeformacin para aceros estructurales; b) Curvas tpicas

esfuerzodeformacinparaacerosestructuralesyconcreto.


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1.5.3 EconomaenelDiseoEstructuralDebido al Incremento y competitividad en la industria de la construccin, con costos de

materialesymanodeobraquevanenaumento,elIngenieroEstructuralestobligadoabuscarlamxima economa en el diseo, que est relacionada con la seguridad y la vida til de laestructura.

Enelcasodeestructurasdehormignarmadoeldiseadorsepreocupapordisearlaestructuraquefalleprimeroelaceroyluegoelconcreto,dandoascumplimientoaunodelosprincipiosdela ingenieraestructuralquees laseguridad,yaqueesteevitaraque laestructuracolapseysepuedansalvarvidashumanas.

Algunasveceseltransportetieneunagraninfluenciaenlaeconoma,lasconexionespuedenserfabricadas en un taller lo que abaratara costos cuando se fabrican durante elmontaje. Porejemploun tallerconstruido sobreunavanavegable tieneunagranventajaalconstruirseunpuentesobreelro.

Enel casode grandespuentes,puede construirseun tallerprovisional, cercade laobrapara

evitareltransportedeloselementosdelpuente.

Ladisposicindelosmiembrosdeunaestructuratambinesafectadaporlaeconoma,lamejor

maneraesproporcionarunatrayectoriamsdirectaposibleparatransmitir lafuerzadelpunto

decargaalacimentacindeunaestructura.

1.5.4 Perfiles(Secciones)deAceroLos usos de los diversos perfiles semostrarn en los captulos siguientes. Se hace referenciaconstanteenelpresente textoalManualdeDiseoenAcerosegnelMtododeFactoresdeCarga y Resistencia;Manual LRFD (Manual of Steel Construction Load and Resistance FactorDesign), publicado por el Instituto Americano de la Construccin de Acero (AISC). Esteproporciona la informacindetallada sobre losperfilesestructuralesdeacero,esdenominadoManualLRFD.

SerecomiendaqueellectorconsulteelManualLRFDdelAISC01dondesedanlasdimensionesypropiedadesdelosperfileslaminadosencalienteW,S,L,Cyotrosms.

1.5.4.1 PerfilesWLosmiembrosestructuralesmayormenteutilizadossonaquellosquetienengrandesmomentos

deinerciaconrelacinasusreas.

LosperfilesItienenestapropiedad,generalmentelosperfilesdeacerosedesignanporlaformade sus secciones transversales, estas vigas son de patn ancho (denominadas vigas W), lasuperficieinternadeunavigaWesparalelaalasuperficieexternaconunapendientemximade1:20enelinterior,dependiendodesuprocedenciayfabricacin.


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Figura1.7PerfilWShapes(ManualofSteelConstructionLoadandResistanceFactorDesign2001

ThirdEdition)

EnelManualAISC01sepuedenobservarunagranvariedaddeperfilesW,conlasdimensionesy

propiedadesdecadaunadeellos(Pg.112alasPg.129).

AnteslosperfilesWsedenotabancomo:

WF40x321(WideFlanges=AlasAnchas)

Lasimbologaqueesutilizadaactualmenteparasunotacines:

W40x321Peso[lb/ft]

ProfundidadAprox.[in]

Elprimertrminoindicaconciertaaproximacinlaprofundidadotamaoaproximadoden[in],yelsegundotrminoindicaelpesodelperfilen[lb/ft].

EstetipodeperfilesWsonunodelosperfilesquetieneunamayorresistenciaalaflexinesto

porquecuentanconunelevadoMomentodeInercia.

OtrasdelascaractersticasesquelasalasdelperfilWestnalejadasdelcentrodelperfil,porlo

tantomientrasms alejadas las alas se tienemayormomento de inercia y sucede tambincuando se incrementael anchode lasalas,pero sedeber teneren cuentaque cuandoesteincrementoesdemasiadotantoenelalmadelperfily lasalassepandea,producindoseaselpandeolocaldelalmaopandeolocaldelalacomoseindicaenlaFigura1.8


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Figura1.8PerfilesWconPandeoLocal:a)Pandeodelalma,b)Pandeodealas.

1.5.4.2 PerfilesSEste tipodeperfiles fueron losprimerosen fabricarsey suuso fuemuydifundidoenEstadosUnidos, teniendounapendientede1:6enel interiordesuspatines,comosepuedeobservar,estosperfilesadiferenciadelosWnopresentanespesoresconstantesyunaciertacurvaturaenelalmaylasalasdelperfilSquedificultalasconexiones.

Esmuyutilizadoen la construccindepuentes, yaque facilitael escurrimientodelaguao la

nievequeestencontactoconlosperfiles,estograciasalapendientequepresentan.

Figura1.9PerfilSShapes(ManualofSteelConstructionLoadandResistanceFactorDesign2001).

EnelAISC01sepuedenobservarlosperfilesS,(Pg.126alasPg.127).


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1.5.4.3 PerfilesM

Figura 1.10PerfilMShapes (Manualof SteelConstruction Load andResistance FactorDesign

2001).

Lafabricacindeestosperfilesesapedidosegnlosrequerimientosespecialesdelquediseay

el constructor, es decir, no son perfilesmuy comerciales. En elManual AISC01 se pueden

observarperfilesM,(Pg.125alasPg.126).

1.5.4.4 PerfilesHPEs utilizado en el diseo de pilotes de acero para las fundaciones de estructuras como serpuentes,edificiosyotros.


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Figura1.11PerfilHPShapes (ManualofSteelConstruction LoadandResistance FactorDesign

2001).

EsteperfilestfabricadodetalmaneraqueelalmatienemayorespesorqueelalaparaqueelalamadelperfilHP resista la fuerzadelmartilloqueejerceenelmomentodelhincado.EnelManualAISC01sepuedenobservarperfilesHP,(Pg.128alasPg.129).

1.5.4.5 PerfilesCyMCLosperfiles canal como semuestraen la Figura1.12,puedenutilizarseen la construccindearmadurasplanasconectadasaplacasdenudoconpernos,remachesosoldadura.Al igualquelos perfiles M, la fabricacin de los perfilesMC es a pedido segn los requerimientos deldiseadoryelconstructor,estosperfilesnosonmuycomerciales.

EnelManualAISC01sepuedenobservar losperfilesC, (Pg.130a lasPg.131)yMC, (Pg.132alasPg.133).

Figura 1.12 Perfil CShapes (Manual of Steel Construction Load and Resistance Factor Design2001).


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1.5.4.6 PerfilesL

Figura 1.13 Perfil LShapes (Manual of Steel Construction Load and Resistance Factor Design2001).

Losperfiles L son losmsutilizadosenestructurasdonde senecesiteminimizar las cargasde

vientooporrazonessimplementeestticas.

EnelManualAISC01sepuedenobservarlosperfilesL,(Pg.134alasPg.139).

1.5.4.7 PerfilesWT

Figura1.14PerfilWTShapes (ManualofSteelConstructionLoadandResistanceFactorDesign2001).

LasestructurasconperfilesT,sonsatisfactoriascomocuerdasdearmadurassoldadasporquelos

miembrosdelacelosasepuedenconectarfcilmenteaellas.

EnelManualAISC01sepuedenobservarlosperfilesWT,(Pg.140alasPg.151).


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1.5.4.8 PerfilesMT

Figura1.15PerfilMTShapes (ManualofSteelConstructionLoadandResistanceFactorDesign2001).

EnelManualAISC01sepuedenobservarlosperfilesMT,(Pg.152alasPg.153).

1.5.4.9 PerfilesST

Figura1.16Perfil STShapes (Manualof SteelConstruction LoadandResistance FactorDesign2001).

LosperfilesST,seobtienendelosperfilesS,tienenlaventajadequesusperaltesnovaranconrespectoalosperfilesWT.

EnelManualAISC01sepuedenobservarlosperfilesST,(Pg.154alasPg.155).


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1.5.4.10 PerfilesRectangularesHSS

Figura1.17PerfilRectangularyCuadradoHSSShapes (ManualofSteelConstruction LoadandResistanceFactorDesign2001).

LosperfilesRectangularyCuadradoHSSsonperfilesparausoexpuesto,paraminimizarlascarasdevientooporrazonesestticas.

EnelManualAISC01sepuedenobservarlosperfilesHSS,(Pg.156alasPg.169).

1.5.4.11 PerfilesCircularesHSS

Figura1.18PerfilCircularHSSShapes(ManualofSteelConstructionLoadandResistanceFactorDesign2001).

LosperfilesCircularHSSoseccintubularal igualque losperfilesRectangularyCuadradoHSSsonutilizadosparaunusoexpuesto.

EnelManualAISC01sepuedenobservarlosperfilesCircularHSS,(Pg.170alasPg.173).


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1.5.4.12 Perfiles2L

Figura1.19Perfil2LShapes (Manualof SteelConstruction LoadandResistance FactorDesign

2001).

Losperfiles2L,se losutilizaparamiembrosatraccindearmadurasparatechosqueconsisten

enangularessimples,perounmiembromssatisfactorioseconstruyeabasededosangulares,

espalda con espalda, deben conectarse cada 1.2 m 1.5 m para prevenier vibracin,especialmenteenarmadurasdepuentes.

Elperfil2L (dobleangular) tiene laventajade tenerunamayor resistencia con respectoa los

perfilesL(simpleangular),donde:

Elperfil2L (dobleangular) tiene laventajade tenerunamayor resistencia con respectoa losperfilesL(simpleangular),donde:

SfM = (Ecuacinvlida

para

ejes

principales)

Entonces:

S

Mf = Si:S>porlotantomayorresistencia

EnelManualAISC01sepuedenobservarlosperfiles2L,(Pg.174alasPg.176).


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1.5.4.13 PerfilesCombinadosWC

Figura1.20PerfilWShapesCap(ManualofSteelConstructionLoadandResistanceFactorDesign2001).

EnelManualAISC01sepuedenobservarlosperfilesWCap.SonlacombinacindeunperfilW

conunperfilCMC,(Pg.180alasPg.181).

1.5.4.14 PerfilesCombinadosSC

Figura1.21PerfilSShapesCap(ManualofSteelConstructionLoadandResistanceFactorDesign

2001).

EnelManualAISC01sepuedenobservar losperfilesSCap.Son lacombinacindeunperfilS

conunperfilCMC,(Pg.182alasPg.183).


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Ing.RodrigoSurezP.

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1.5.4.15 Rieles

Figura1.22Dimensionesypropiedadesdeseccionesriel(ManualofSteelConstructionLoadand

ResistanceFactorDesign2001).

EnelManualAISC01 sepuedenobservar lasdimensiones ypropiedadesdeuna variedaddeseccionesrieles,(Pg.188).

1.5.5 PerfilesDobladosenFroLosperfilesestructuralesdobladosenfro,sonaquellosfabricadosabasedeplanchas,tratadostrmicamente (templadosy revenidos)dndolesdurezay resistencia,para luegoseprocedaaldoblado de lasmismasmediante equipos sencillos de doblado en fro, la forma es segn losrequerimientosdeldiseadoryconstructor.

Losmiembrosformadosenfro,adiferenciadelasseccioneslaminadasencaliente,maspesadas,seusanesencialmenteentressituaciones:

1. Cuandocargasyclarosmoderadoshacenantieconmicosalosgruesosperfileslaminadosen

caliente.

2. Cuando, independientemente del espesor, se requieren miembros de configuracionestransversalesquenopuedenproduciren formaeconmicapor laminadoencalienteopor

soldadoenplacasplanas.

3. Cuando sebuscaque losmiembrosportadoresdecarga tambinproporcionen superficies

tiles,comoenpanelesdepisoyparedes,tablerosdetechoysimilaresyseanresistentesalacorrosin.

Se cuenta con una variedadde perfiles doblados en fro, los cuales pueden observarse en laFigura1.23.Estosperfilesestructurales son resistentes,durablesyahorran tiempoymanodeobra, entre sus aplicaciones tenemos; galpones, porta techos de viviendas, carroceras,

estructurasmetlicas,maquinasyequipos,etc.


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Ing.RodrigoSurezP.

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Figura1.23De(ae)sonseccionessimplesparamiembrosestructurales,de(fh)seccionescon

refuerzo

para

miembros

estructurales,

de

(i

k)

secciones

para

cubiertas

o

paneles

(vase

ColdFormedMembersenStructuralSteelDesigndeLambertTall,SecondEdition)

Entre los perfilesms usados en la industria de la construccin se tienen las dimensiones ycaractersticas de los perfiles doblados en fro como ser perfil C, perfil costanera, angulares(vaseFigura1.24).

Figura 1.24 Dimensiones y caractersticas de perfiles C, Costanera, Angulares (Vase LRFD

ColdFormedSteelDesignManualofAmericanIronandSteelInstituteAISI1991)

Setieneotravariedaddemiembrosaflexinqueeslaarmaduraprefabricadacomoloslargueros

delalmaabiertayloslarguerostrabes.EstosproductossonregidosporelAISI(Specificationforthe ColdFormed Steel Structural Members), pero el reglamento que se estudia en estedocumentonoseaplicaalosperfilesenfro,teniendosupropioreglamentoqueeselManualde


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Diseo de Aceros Laminados en Fro con elMtodo LRFD, (LRFD ColdFormed Steel Design

Manual).

Ejemplo1.1

Determinar:

a) ElMomentodeInerciadelperfilW10x112ycuantoresiste.

Entonces:


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Ing.RodrigoSurezP.

b) Se tiene una seccin rectangular de acero con dimensiones 30 x 13.87, hallar elmduloresistente(S),delaseccinrectangular.

Conclusiones:

Haciendo una comparacin entre las secciones anteriormente estudiadas, el perfilW resistetantocomolaseccinrectangularyaquepresentanelmismomduloresistente,ysolovaraenelreacomosepuedeobservarenelEjemplo1.1incisoa)yb).

Elprincipioqueelingenieroestructuralpersigue,eseldelaseguridadyeconomaeneldiseoyconstruccindetodotipodeestructuras.

ElpesodelaseccinrectangulardeaceroesmayorqueeldelperfilW,porlotantoelcostodel

perfilWesmenorencomparacinaldelaseccinrectangular.

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