estructuras metalicas cap. nº1 [modo de compatibilidad]

8/10/2019 Estructuras Metalicas Cap. N1 [Modo de Compatibilidad]

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Ing. Efran Cota Chura

Estructuras Metlicas

Universidad Andina Nstor Cceres Velsquez

Facultad de Ingenieras y Ciencias PurasC. A. P. de Ingeniera CivilAsignatura de Estructuras Metalicas

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Bibliografa



1. Norma Tcnica de Edificacin E.090ESTRUCTURAS METALICAS. Ministerio de Vivienda,Construccin y Saneamiento, 2004.

2. Manual of Steel Construction - Load & ResistanceFactor Design (LRFD). American Institute of SteelConstruction (AISC), 1993.

3. Diseo Estructural en AceroLuis F. Zapata Baglieto.

4. Steel Structures. Design and Behavior.

Emphasizing Load and Resistance Factor Design.Charles G. Salmon and John E. Johnson. ThirdEdition. Harper Collins Publishers Inc, New York,

1990.2


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Capitulo 1

INTRODUCCION



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1.1- Diseo Estructural



" Es una mezcla de Arte y Ciencia que combina los sentimientos intuitivos del ingenierocon los principios de la Esttica, Dinmica, Mecnica de los Materiales, y el AnlisisEstructu ral, para producir una estructura segura que sirva sus propsitos

Ciertamente la labor operativa se ha multiplicado, pero con la ayuda de lacomputadora, se ha aliviado el trabajo de tal modo que se puede decir que lasestructuras de acero son, en la actualidad, ms seguras y mejor aprovechadas.

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1.2- Optimizacin Estructural



Una estructura es optima cuando se cumple las siguientes caractersticas:

a) Costo mnimo;b) Peso mnimo;c) Tiempo de construccin mnimo;d) Trabajo mnimo;e) Mxima eficiencia operativa para el propietario.

En Per, en el caso de las estructuras de acero, el criterio del peso mnimo quizs seael ms usado.

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1.3- Procedimiento del Diseo Estructural


Facultad de Ingenieras y Ciencias PurasC. A. P. de Ingeniera CivilAsignatura de Estructuras Metlicas

El diseo estructural esta relacionado con dos aspectos importantes:a) aspectos funcionalesb) aspectos diseo

Se recomienda el siguiente proceso iterativo para el diseo estructural:1) Planeamiento: Establecimiento de las condiciones funcionales a las que la estructura debe

servir.2) Configuracin preliminar estructural: Se tiene 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.4) Seleccin preliminar de los miembros estructurales: Que permita iniciar un anlisis

estructural en la siguiente etapa.5) Anlisis Estructural: Se crea el modelo matemtico ms adecuado a la realidad del

verdadero comportamiento estructural de la edificacin.6) Evaluacin: Se debe preguntar si la resistencia o condiciones de servicio que se obtienen de

acuerdo a un reglamento superan a las demandas que se establecen en los resultados de laetapa previa.

7) Rediseos: Repeticin de los pasos 3. a 6. para lograr cumplir los objetivos, mediante unproceso iterativo.

8)

Decision: Queda, finalmente, decidir si es que se ha alcanzado el ptimo buscado en undiseo.9) Elaboracin de Planos: de Diseo y las Especificaciones de trabajo correspondientes. 6


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1.4- Cargas



Norma de Cargas

1) E.020 CARGAS

2) 2.- Norma E.030 DISEO SISMORRESISTENTE

Tipos de Carga Tenemos las siguientes:

1) Carga muerta: Es una carga de gravedad fija en posicin y magnitud, y se define como el peso de todos aquelloselementos que se encuentran permanentemente en la estructura o adheridos a ella

2) Carga Viva: Es aquella carga de gravedad que acta sobre la estructura cuando sta se encuentra ya en servicio y quepuede variar en posicin y valor durante la vida til de la estructura.

3) Carga Viva: Se define como impacto al efecto dinmico de las cargas vivas sbitamente aplicadas. Para considerar elimpacto, el Reglamento AISC indica que las cargas vivas nominales sern incrementadas en un porcentaje como se

indican a continuacin: Para estructuras con elevadores o elevadores de maquinarias Para estructuras con maquinaria, impulsada por eje o motor Para estructuras con maquinaria vibratoria o unidades de encendido automtico no menos de Para tirantes de pisos o voladizos Para viga tecle mvil operada en cabina y todas sus conexiones

Para viga tecle mvil operada manualmente y todas sus conexiones

.....100%

.......20%

.......50%

.......33%

.......25%

.......10%7


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1) Carga de Nieve: Aunque en Per la mayora de las estructuras se construyen en zonas donde la nieve no essignificativa, es recomendable que los techos de las estructuras que se encuentren a una altitud de ms de 3000 m. seandiseados para una sobrecarga de nieve de un peso especfico no menor de 150 kg/m3, y un espesor no menor de 30cm.

2) Carga Viento: Todas las estructuras estn sujetas a la accin del viento y en especial las de ms de 2 o 3 pisos de alturao en aquellas en las zonas donde la velocidad del viento es significativa o en las que debido a su forma, son msvulnerable a los efectos aerodinmicos.Aunque el viento tiene naturaleza dinmica, es satisfactorio tratar al viento como una carga esttica. Se entiende mejorlos factores que actan sobre la presin esttica mediante la ecuacin siguiente:

Cp = coeficiente de presin yCr = es un coeficiente de rfaga (ambos son nmeros abstractos)

v = Velocidad del viento

)2

/( mkgqr

Cp

CP =

)2

/(005.0 2 mkgvq =

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1) Carga de Sismo: Estas cargas inducidas en las

estructuras estn en relacin a su masa y elevacin apartir del suelo; as como de las aceleraciones delterreno y de la capacidad de la estructura para disiparenerga; estas cargas se pueden determinar comofuerzas estticas horizontales aplicadas a las masas dela estructura, aunque en ocasiones debido a la alturade los edificios o esbeltez se hace necesario un anlisis

dinmico para determinar las fuerzas mximas a queestar sometida la estructura.

W

dR

ZUSCH =

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1.5- Tipos de Perfiles



1) Productos Laminados en Caliente : productos no planos (perfiles ngulos, canales, perfiles alas anchas, tubos, varillas lisas,etc.) productos planos, que son las planchas.

Perfiles Plegados

Perfiles Soldados que son un segundo tipo de perfiles ms empleado en la prctica.

Secciones Combinadas: se forman por planchas o de los perfiles laminados en caliente o plegados o soldados Secciones Compuestas: Cuando cualquiera de los perfiles mencionados arriba se unen con el concreto se dice que seforman.

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1.6- Tipos de Estructuras de acero



1) Prticos: Los prticos pueden tener nudos rgidos o semirrgidos y sus miembros soportan flexiones.2) Armaduras: las armaduras trasmiten slo acciones axiales a travs de sus miembros y se cuida, entonces, que sus

nudos sean libres de rotar y por lo tanto incapaces de trasmiten momentos y que las cargas transversales reposen enlos nudos solamente.

3) Estructuras Laminares:

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1.7- AISC Como Reglamento de Diseo



1) AISC:

Que significa Instituto Americano de la Construccin en Acero (AISC). Fue fundado en 1912 y desde 1921 ha elaborado 9 versiones de las "Especificaciones para el Diseo,

Construccin y Montaje de Estructuras de Acero para Edificaciones"

2) Enfoques del Diseo estructural en acero conforme a lo disponible a la fecha:

a) "Diseo por Esfuerzos Permisibles", conocido por sus siglas ASD (Allowable Stress Design)b) "Diseo por Estados Lmites", conocido por sus siglas LRFD (Load and Resistance Factor Design).

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1.8- AISC Diseo por Factores de Carga yResistencia



1) estn basadas en los siguientes criterios:

a) Un modelo basado en probabilidades.b) Calibracin de los resultados con los que se obtiene en el mtodo ASD, con el objeto que las estructuras no sean muy

diferentes entre ambos mtodos.

FrmulaAISC-LRFD

Combinacin de CargaMxima posibilidad de cargaen la vida

til de 50 aos

(A4.1) 1.4 D Carga muerta D durante la construccin

(A4.2) 1.2 D + 1.6 L + 0.5 ( S L r R ) Carga viva L

(A4.3) 1.2 D + 1.6 ( L r S R ) + Carga en el techo

( 0.8 W 0.5 L )(A4.4) 1.2 D + 1.3 W + 0.5 L + Carga de viento W aditiva a la

0.5 ( Lr S R ) carga muerta

(A4.5) 1.2 D + 1.5 E + ( 0.5 L 0.2 S ) Carga de sismo aditiva a la

carga muerta

(A4.6) 0.9 D - ( 1.3 W 1.5 E ) W E opuesta a la carga muerta

S = Carga de nieve; Lr = carga viva sobre el techo; R = carga inicial de lluvia en techos

planos cuando falla el desage. 15


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- Factor de Resistencia ()



sirve de base para asegurar que los efectos factorizados sobre la estructura son menores que la resistencia confiable desus miembros.

es menor que la unidad y sus valores para determinado tipo de solicitacin estarn definidos por el conocimiento que setenga del comportamiento real del miembro o la conexin considerada.

Valor de f Miembro o Conector

0.90 Seccin total en traccin

0.75 Seccin neta de conexin en traccin

0.90 Miembros en flexin

0.85 Miembros en compresin axial

0.75 Pernos en traccin

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- por que usar el Mtodo AISC-LRFD?



Se presenta, aqu, algunas de sus ventajas:

1. Es una herramienta adicional para que el diseador no difiera en su concepto de solucin que emplea en diseo deconcreto armado, por ejemplo.

2. LRFD aparece ms racional y por lo tanto se acerca ms a la realidad de lo que ocurre en la vida til de la estructura.

3. El uso de varias combinaciones de cargas conduce a economa de la solucin, porque se acerca con ms exactitud a loque ocurra.

4. Facilita el ingreso de las bases de diseo conforme ms informacin est disponible.

5. Es posible introducir algunos cambios en los factores i 11 o f cuando se conoce con mayor exactitud la naturaleza de lascargas. Esto tiene importancia cuando existen cargas no usuales, o mejor conocimiento de la resistencia.

6. Futuros ajustes y calibraciones sern ms fciles de hacer

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EJEMPLO N 1



1) EJEMPLO 1.1

Determinar la Carga Factorizada (Carga Mayorizada, Carga Ultima) axial en la columna de un edificio sobre la queactan las siguientes cargas de servicio: D = 100 t; L = 150 t; Lr S R = 30 t; W = 60 t; E = 50 t (t=toneladas).

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EJEMPLO N 2



Se desea cubrir un Techo con Armaduras Metlicas de Acero, Fy =2530kg/cm2(36 ksi), cuyos miembros sean ngulos dobles de lados iguales y sus conexiones soldadas.La cubierta ser de Canaln de 7.30 m. Las armaduras estn separadas 6.00 m. Existeadems una carga en el nudo central de la brida inferior (proveniente de un Tecle) de3000 kg, incluido el factor de impacto. Determinar las Cargas de Servicio y los

Esfuerzos Factorizados. Dar un Esquema Final de dichos esfuerzos en todas las barras. VerFig. 1.18.

SOLUCION

Cargas de Servicio:

Peso del Canaln = 25 kg/m2; Peso Estructura Metlica (estimado) = 15 kg/m2; Carga viva sobre el techo (RNC) = 30 kg/m2 Carga Muerta en cada nudo del techo = (25+15)*3.5*6 = Pd= 840kg = 0.84t

Carga Viva en cada nudo del techo = 30*3.5*6 = Pl = 630 kg = 0.63t19


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