Diseño Básico de Estructuras de Acero 1-Introduccion 1lgarza/acero_madera/Diseno... · DISEÑO...

DISEÑO BASICO DE ESTRUCTURAS DE ACEROParte 1- Introducción

22/06/2010

Luis Garza Vásquez I.C., M.I. 1

DISEÑO BASICO DE DISEÑO BASICO DE ESTRUCTURAS DE ESTRUCTURAS DE

ACEROACERO¡ LA LABOR DE UN PROFESOR ¡ LA LABOR DE UN PROFESOR

NO ES ENSEÑAR A HACER NO ES ENSEÑAR A HACER SINO A PENSAR!SINO A PENSAR!

¡Meter formulas de NSR¡Meter formulas de NSR--09 de 09 de una vez!una vez!

OBJETIVOSOBJETIVOS

Diseñar estructuras de acero sencillas Diseñar estructuras de acero sencillas pero reales, con métodos modernos pero reales, con métodos modernos (LRFD)(LRFD)(LRFD).(LRFD).

PROGRAMAPROGRAMA

•• GeneralidadesGeneralidades•• TensiónTensión•• CompresiónCompresión•• Flexión y CortanteFlexión y Cortante•• Flexo compresiónFlexo compresión•• Uniones (Fundamentos)Uniones (Fundamentos)•• Lámina Doblada en FríoLámina Doblada en Frío

BIBLIOGRAFIABIBLIOGRAFIA1.1. NRSNRS--10 Capitulo B, F210 Capitulo B, F2, F3 y F4, F3 y F42.2. Manual AISCManual AISC--LRFD 4a Ed. (2006)LRFD 4a Ed. (2006)3.3. Valencia Gabriel. Estructuras de Acero, 1997Valencia Gabriel. Estructuras de Acero, 19974.4. WeiWei--WenWen Yu.Yu.--ColdCold formedformed SteelSteel DesignDesign5.5. De Buen, O. Diseño de Estructuras de AceroDe Buen, O. Diseño de Estructuras de Acero6.6. Salmon Salmon Ch.Ch., Johnson J. , Johnson J. SteelSteel StructuresStructures 4a 4a

Ed 1996Ed 1996Ed,1996.Ed,1996.7.7. Manual de Diseño de Estructuras de Acero, Mac Manual de Diseño de Estructuras de Acero, Mac

GrawGraw Hill.Hill.8.8. SeguiSegui T., WilliamT., William-- Diseño de Estructuras de Acero Diseño de Estructuras de Acero

con LRFD, 2a Ed., con LRFD, 2a Ed., ThomsonThomson, México 2000, México 20009.9. GalambosGalambos T., T., LinLin F., Johnston, Diseño de F., Johnston, Diseño de

Estructuras de Acero con LRFD, Estructuras de Acero con LRFD, PrenticePrentice Hall, Hall, México,1999México,1999

10.10.www.aisc.orgwww.aisc.org11.11.www.unalmed.edu.co/lgarzawww.unalmed.edu.co/lgarza

EL ACERO EN EL MUNDOEL ACERO EN EL MUNDO

• La construcción metálica, con la utilización del hierro en escala industrial, se ha impulsado en la mitad del siglo XIX

• La construcción metálica, con la utilización del hierro en escala industrial, se ha impulsado en la mitad del siglo XIX

1779 – Iron Bridge at Coalbrookdale

• La conformación del hierro para la fabricación de rieles (1830) y la producción de perfiles de hierro fundido (1854) fueron avances de fundamental importancia para la construcción metálica


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Muros perimetrales de masa con estructura interior de hierro

Formas tradicionales de cubrir un espacio con bóvedas y cúpulasplanteando a través del hierro una tensión entre la solidez y la filigrana

Biblioteca Nacional de Francia, Sala de Lectura (1875) Henri LabrousteBiblioteca de Sainte-Genevieve (1851) Henri Labrouste

TORRE EIFFEL 1887 (TORRE EIFFEL 1887 (ClickClick MillauMillau))

THE MALTINGS 1796THE MALTINGS 1796

Fábrica textil Benyon, Bage & Marshall (1797) Charles Bage

Primer edificio de varias plantas con estructura metálica a la vista

Fábrica de chocolates de Noisiel-sur-Marne (1871-1872) Jules Saulnier

CHOCOLATERIE 1871CHOCOLATERIE 1871


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• En 1872, empezaron a ser usados varios de los elementos de la moderna construcción metálica


• En 1885 ocurrió un salto tecnológico, cuando las vigas de hierro fundido fueron sustituidas por vigas de acero laminadas

• En 1895, se inició el nuevo método de construcción en Estados Unidos, explorando el uso de plantas más abiertas


• Después de la II Guerra Mundial, un nuevo salto tecnológico: la transición del uso de remaches a la aplicación de soldadura y el uso de tornillos de alta resistencia, que resultaron en colosales avances en las uniones de las estructuras metálicas

Estadio Olímpico, Beijing (2008) Herzog & de Meuron

EN COLOMBIA HASTA 1994


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EDIFICIO EL BOSQUE , Bogotá1994

EDIFICIO EL ATICO, Medellín1995


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PRODUCCION PRODUCCION DELDELDEL DEL

ACEROACERO

869

613

551

518

498

494

431

350

266

964SOUTH KOREA

TAIWAN

JAPAN

ITALY

SPAIN

CZECH REPUBLIC

CANADA

GERMANY

USA

TURKEY

CONSUMO “PER CAPITA” DE PRODUCTOS ACABADOS DE ACERO

266

249

241

212

187

152

96

90

55

34

106

136

99

TURKEY

FRANCE

CHINA

RUSSIA

UNITED KINGDOM

MEXICO

CHILE

SOUTH AFRICA

VENEZUELA

ARGENTINA

BRAZIL

COLOMBIA

INDIA

Kg por Habitante

Datos: IBS – IISI (2005)

Producción Histórica MundialProducción Histórica MundialMillones de toneladas

Fuente: Tomada de Comportamiento actual y futuro del acero. ASIMET - CAP


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PRODUCCIÓN ANUALPRODUCCIÓN ANUAL

Fuente: ILAFA

Producción del Producción del Acero por PaísesAcero por Países

PRODUCCIÓN DE ACERO CRUDOPRODUCCIÓN DE ACERO CRUDO

-5,00

10,0015,0020,0025,0030,0035,0040,0045,0050,00

ca a sil

co na ela ile bia rú

PRODUCCIÓN DE LAMINADOS Enero-Diciembre

2006 2007 2008 2009

Am

éric

Latin

a

Bra

s

Méx

ic

Arg

entin

Vene

zue

Chi

Col

omb

Per

Fuente: ILAFA

País/ Country 2006 2007 2008 2009VARIACIÓN %

2008/2009

América Latina 54,50 55,40 54,60 45,40 - 9,20

Brasil 25,40 25,70 25,50 20,23 - 5,27

México 13,99 14,70 14,00 12,90 - 1,10

Argentina 5,30 5,20 5,30 3,74 - 1,56

Venezuela 3,79 3,8 3,9 3,09 - 0,81

Chile 1,58 1,60 1,60 1,28 - 0,32

Colombia 1,45 1,6 1,50 1,45 - 0,05

Perú 0,90 0,80 1,00 0,88 - 0,12

PRODUCCIÓN MUNDIAL DE PRODUCCIÓN MUNDIAL DE ACERO POR PAÍSESACERO POR PAÍSES

Producción de Acero 2007Producción de Acero 2007Producción Mundial: 1344 million metric tons de acero crudoProducción Mundial: 1344 million metric tons de acero crudo

Fuente: World Steel in Figures. 2008 2nd Edition

China es el productor más grande del mundo en acero crudo.

Importaciones Siderurgia Importaciones Siderurgia 2008 por Origen2008 por Origen

To

Total general

1.000.000.000,00

1.200.000.000,00

1.400.000.000,00

1.600.000.000,00

1.800.000.000,00

IMPORTACIONES SECTOR SIDERURGIA 2008

Fuente: DIAN

EnEn elel 20082008 laslas principalesprincipales importacionesimportaciones queque entraronentraron aa ColombiaColombia fueronfueron provenientesprovenientesdede Venezuela,Venezuela, Brasil,Brasil, MéxicoMéxico yy JapónJapón.. DeDe loslos insumosinsumos queque sese importaronimportaron loslos másmássignificantessignificantes fueronfueron laminadoslaminados enen calientecaliente yy enen fríofrío ((72087208,, 72097209))

ns

VENEZUELA

BRASIL CHINA MEXICO JAPON ESTADOS UNIDOS

COREA (SUR), REP DE

0,00

200.000.000,00

400.000.000,00

600.000.000,00

800.000.000,00

Total general VENEZUELA BRASIL CHINA MEXICO JAPON ESTADOSUNIDOS

COREA(SUR) REP

LARGOSLARGOS--Barras de RefuerzoBarras de Refuerzo

Fuente: Metal Bulletin


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PRODUCCION DEL ACEROPRODUCCION DEL ACEROFlujo grama de la Producción del Flujo grama de la Producción del

AceroAcero

Productos / Aplicaciones

Acero reciclado

Horno de arco eléctrico

Instalaciones de refinación

Colada continua

Inyección de C

Mineral de Fe

Conformado Laminación

Lámina, barras, perfiles, rieles...

Fabricación, procesamiento, acabado

Reducción directa

Horno básico al O2

Fundición de arrabioAlto horno

Acero reciclado

Carbón

H. Coque

Caliza

Sub-

productos

CHATARRA+ENERGIA+CAL ACERO LIQUIDO

HORNO ELECTRICO•CARGA: Cestas con chatarra proveniente de patio.

•FUSION: Despues de la primera carga- adición de oxigeno

•PREAFINO:Al final de la última etapa de fusión, bajar el % de carbono y defósforo en el baño liquido- formación de escoria.

•VACIADO: Vertido de acero liquido a cuchara-adición de ferroaleciones-desoxidación.

Elemento Resistencia mecánica

ductibilidad soldabilidad Resistencia corrosión

Carbono (C) ↑ ↓ ↓ ↓Cobre (Cu) ↑Cromo (Cr) ↑ ↓ ↓ ↑Fosforo (P) ↑ ↓ ↑Manganeso (Mn) ↑ ↓ ↓Molibdeno (Mo) ↑ ↑Niquel (Ni) ↑ ↓ ↑Niobio (Nb) ↑ ↓Silicio (Si) ↑ ↓ ↑Titanio (Ti) ↑ ↑

leyenda ↑ aumenta ↓ reduce


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ACERO LIQUIDO CON ALTA HOMOGENIDAD

PALANQUILLA

COLADA CONTINUA•Transformar el acero líquido en palanquilla (materiaprima laminación).

•Asegurar rectitud de palanquilla.

•Producto con mayor calidad superficial.

•Reducción de pases de laminación.

Proceso LaminaciónProceso Laminación Barras y PerfilesBarras y Perfiles

HORNOHORNO DESBASTEDESBASTE TREN CONTINUOTREN CONTINUO

CONTROL CALIDADCONTROL CALIDAD

MAQUINA UNIVERSALMAQUINA UNIVERSAL

PRODUCTOS TERMINADOSPRODUCTOS TERMINADOS

BASCULABASCULA

CARGUECARGUE

MESA ENFRIAMIENTOMESA ENFRIAMIENTO

COL

SK{Ñ

ETIQUETADOETIQUETADO


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LAMINALAMINA PERFILES ARMADOSPERFILES ARMADOS

PERFILES ELECTROSOLDADOSPERFILES ELECTROSOLDADOSPERFILES DE LAMINA DOBLADA EN FRIOPERFILES DE LAMINA DOBLADA EN FRIO


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PERFILES TIPICOS

•Perlines y Zetas

•Otros Perfiles

Perfiles tubulares estructurales (PTE)Perfiles tubulares estructurales (PTE)

Perfiles tubulares estructurales (PTE)

ASTM A500ASTM A500


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PERFILES LAMINADOSPERFILES LAMINADOS

Perfil H

Perfil I


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Perfil Canal

ANGULOSANGULOS

ANGULOSANGULOS


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PROPIEDADES MECANICAS

MASA DIMENSIONES PROBETAS

•Garantizar conformidad de los productos de acuerdo a normas nacionales e internacionales:

•Ultima resistencia

•Punto de cedencia

•Alargamiento

•Relación Ur/Pc

•Altura y distancia de corruga

•Masa x Metro

•Ensayos de tracción, doblado y dimensionales.

•Comprobación de composición química.

• 1 muestra cada 10 toneladas.


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ACEROS PARA USO ESTRUCTURALACEROS PARA USO ESTRUCTURAL

NORMA TIPO FORMAS USOS SOLDABILIDADFy

MPa(Ksi)Fu

MPa(Ksi)Observaciones

A36A36Al Al

carbóncarbónL ,I, L ,I, laminalamina

EstructurasEstructurasPuentesPuentes Muy buenaMuy buena 252(36)252(36) 408(58)408(58)

A7A7 Al Al carbóncarbón

L ,I, L ,I, láminalámina

Estructuras Estructuras viejasviejas Muy buenaMuy buena 231(33)231(33) 420(60)420(60) No se fabricaNo se fabricacarbóncarbón láminalámina jj No se fabricaNo se fabrica

A615gr40A615gr40

Icontec 161Icontec 161

A607gr50A607gr50

Al Al carbóncarbón



∅∅

∅∅

LáminaLámina

Concreto,Concreto,PerlinesPerlines

LDFLDF

Muy buenaMuy buena

BuenaBuena

Muy buenaMuy buena

281(40)281(40)

240240

352(50)352(50)

420(60)420(60)

370370

450(65)450(65)

Varilla LisaVarilla Lisa

Calidad Calidad ComercialComercial


LL ,,I, I, laminalamina

LDFLDF Muy buenaMuy buena 210(30)210(30)

PRPR340(48)340(48)

NORMA TIPO FORMAS USOS SOLDABILIDAD

FyMPa-Ksi

FuMPa(Ksi) ObservacionesObservaciones

A572gr50A572gr50HSLAHSLA L, I,L, I,

laminalaminaEdificios y Edificios y puentespuentes

BuenaBuena 352(50)352(50) 455(65)455(65)

A588gr50A588gr50HSLAHSLA I, laminaI, lamina Edificios y Edificios y

puentespuentesRegularRegular 352(50)352(50) 492(70)492(70) c/Cu,Ni,Crc/Cu,Ni,Cr

IntemperizalbleIntemperizalble


A242A242 HSLAHSLA LL Cerchas, Cerchas, TorresTorres

RegularRegular 352(50)352(50)323(46)323(46)

492(70)492(70)460(67)460(67)

c/Cu,Ni,Crc/Cu,Ni,CrIntemperizalbleIntemperizalble

A992A992 HSLAHSLA EdificiosEdificios BuenaBuena 352(50)m352(50)minin455(65)m455(65)máxáx

414(59)414(59) Fy/Fu < 0.85Fy/Fu < 0.85

A913gr 50ó A913gr 50ó 6565

HISTARHISTAR Muy buenaMuy buena 352(50)m352(50)minin455(65)m455(65)máxáx

414(59)414(59) Más soldableMás soldable

DualDual II EdificiosEdificios BuenaBuena A36 y A50A36 y A50


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NORMA TIPO FORMAS

USOS SOLDABILIDAD

FyMPa-Ksi

FuMPa(Ksi) ObservacioneObservacione

ss

A500 gr CA500 gr C

BuenaBuena 322(46)322(46)352(50)352(50)

434(62)434(62)

A500 gr BA500 gr B BuenaBuena 294(42)(46)294(42)(46) 408(58)408(58)


A53grAA53grA 210(30)210(30) 336(48)336(48)

A53gr BA53gr B Muy BuenaMuy Buena 245(35)245(35) 420(60)420(60)

A514A514 QTAQTA RegularRegular 700(100)700(100) 9108130)9108130) No dúctilNo dúctil

ST37(DIN)ST37(DIN) II EstructuraEstructura Muy BuenaMuy Buena 235(33)máx235(33)máx..

340(48)340(48) Fy variable,Fy variable,

FABRICACION Y MONTAJEFABRICACION Y MONTAJE

Centro Renault, Swindon (1984) Norman Foster Prefabricación total

CIMENTACIONCIMENTACION PLANOS ESTRUCTURALESPLANOS ESTRUCTURALES

Detalles de Detalles de unionunion


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CARGA VERTICAL

CON VIENTO


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PLANOS DE FABRICACIONPLANOS DE FABRICACION


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TEOREMAS DEL TEOREMAS DEL COLAPSO COLAPSO PLASTICOPLASTICOPLASTICOPLASTICO


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JuntasJuntas


ListasListas dedeListas Listas de de MaterialesMateriales


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INSPECCION INSPECCION FABRICACIONFABRICACION

-- En PlantaEn Planta


-- Dimensiones MaterialesDimensiones MaterialesASTM A6ASTM A6•• ASTM A6ASTM A6

•• CPECPE


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-- DistorsionesDistorsiones•• CPECPE•• 2mm < 10m ó 3mm>2mm < 10m ó 3mm>2mm < 10m ó 3mm> 2mm < 10m ó 3mm>

10m10m•• 1/1000 Columnas1/1000 Columnas

INSPECCION FABRICACIONINSPECCION FABRICACION

•• ArmadoArmado

-- Antes de soldarAntes de soldar-- PerforacionesPerforaciones

INSPECCION FABRICACIONINSPECCION FABRICACION•• SoldaduraSoldadura


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MONTAJEMONTAJE

SEGURIDAD EN ALTURAS???SEGURIDAD EN ALTURAS???

PLANOS DE MONTAJEPLANOS DE MONTAJE


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STEEL DECKSTEEL DECKSTEEL-DECK


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VACIADOVACIADO FACHADAS Y MUROSFACHADAS Y MUROS

Uso elementos lineales. Separación estructura y envolvente

Hong Kong & Shangai Bank (1986) Norman Foster


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PANELES PREFABRICADOSPANELES PREFABRICADOS

INSPECCION MONTAJEINSPECCION MONTAJE

-- Soldaduras de campoSoldaduras de campo•• Igual que fabricaciónIgual que fabricación•• Mayor CuidadoMayor Cuidado•• Fema 350 y 353 PRMFema 350 y 353 PRM


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PATOLOGIAPATOLOGIA

MONTAJEMONTAJE


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La Construcción Industrializada es la solución para la necesidad cada vez mayor de una construcción rápida y sin desperdicios

USO DE ELEMENTOS PREFABRICADOSUSO DE ELEMENTOS PREFABRICADOSAGILIDAD EN LA EJECUCIÓNAGILIDAD EN LA EJECUCIÓNRACIONALIZACIÓN DE MATERIALES Y MANO DE RACIONALIZACIÓN DE MATERIALES Y MANO DE OBRAOBRA TECNOLOGIATECNOLOGIAOBRA OBRA -- TECNOLOGIATECNOLOGIABAJOS ÍNDICES DE DESPERDICIOS BAJOS ÍNDICES DE DESPERDICIOS MANO DE OBRA ESPECIALIZADAMANO DE OBRA ESPECIALIZADACANTEROS DE OBRAS ASEADOS Y ORGANIZADOSCANTEROS DE OBRAS ASEADOS Y ORGANIZADOSREDUCCIÓN DE ACCIDENTESREDUCCIÓN DE ACCIDENTESGARANTÍA DE CALIDADGARANTÍA DE CALIDADMAS TIEMPO DE PLANIFICACIÓN Y MENOS MAS TIEMPO DE PLANIFICACIÓN Y MENOS TIEMPO DE EJECUCIÓNTIEMPO DE EJECUCIÓN

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