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UNIVERSIDAD CATOLICA DE HONDURAS “NUESTRA SEÑORA REINA DE LA PAZ” CAMPUS SAN PEDRO Y SAN PABLO INGENIERIA CIVIL DISEÑO DE ESTRUCTURAS METALICAS CONFERENCIA I - II : GENERALIDADES SOBRE DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO. SUMARIO 1.1. Introducción 1.2. Enfoque diseño de los Códigos. Diseño por LRFD 1.3. Propiedades del acero y los perfiles 1.4. Enfoque de seguridad del AISC 1.5 Ayudas de diseño. Manual de la Construcción de Acero BIBLIOGRAFIA William T Segui, Diseño de Estructuras de Acero con LRFD, 2 da Edición Joseph E. Bowles, Diseño de Acero Estructural. 1.1. Introducción En la clase pretendemos dar una visión general, llegando a particularizar en algunos casos, sobre el Diseño de Estructuras de Acero, seguiremos el orden lógico de cualquier clase normal: empezando por los principios generales de diseño, las propiedades del acero, características de los perfiles y luego se estudiará, uno a uno, los distintos estados de solicitación para terminar con el diseño de uniones. Pero, como de costumbre, vistos con un enfoque de conjunto buscando un objetivo más específico, en algunos casos llegando a consolidar y completar conceptos e ideas ya conocidos, en otros actualizando conocimientos por el lógico avance de la disciplina de diseño estructural. Analizaremos el Código AISC (American Institute of Steel Construction) de 1993 que se basa en el Diseño de acero por factores de carga y resistencia (LRFD), usamos algunos textos básicos como consulta (ver referencias bibliográficas) que tienen un indudable valor metodológico, y como ayuda de diseño muy importante, emplearemos el Manual de la construcción de acero del AISC. Vale la pena mencionar acá la gran utilidad del libro “Diseño de estructuras de acero con LRFD ” del autor William T. Segui, por su valor técnico y metodológico, referenciado al final, junto con otros textos usados para la confección de este material. Queremos destacar que para el diseño de elementos de acero hay cuatro herramientas básicas: expresiones de diseño y revisión( método analítico“a mano”), tablas de diseño, cartas de diseño y software especializado. En la aplicación de cualquiera de ellos estamos en la obligación de conocer, con bastante grado de detalle, las bases de cálculo e hipótesis en que se basan.

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DISEÑO DE ESTRUCTURAS METALICAS

CONFERENCIA I - II : GENERALIDADES SOBRE DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO.

SUMARIO

1.1. Introducción

1.2. Enfoque diseño de los Códigos. Diseño por LRFD

1.3. Propiedades del acero y los perfiles

1.4. Enfoque de seguridad del AISC

1.5 Ayudas de diseño. Manual de la Construcción de Acero

BIBLIOGRAFIA

William T Segui, Diseño de Estructuras de Acero con LRFD, 2da Edición

Joseph E. Bowles, Diseño de Acero Estructural.

1.1. Introducción

En la clase pretendemos dar una visión general, llegando a particularizar en algunos casos, sobre el Diseño de Estructuras de Acero, seguiremos el orden lógico de cualquier clase normal: empezando por los principios generales de diseño, las propiedades del acero, características de los perfiles y luego se estudiará, uno a uno, los distintos estados de solicitación para terminar con el diseño de uniones. Pero, como de costumbre, vistos con un enfoque de conjunto buscando un objetivo más específico, en algunos casos llegando a consolidar y completar conceptos e ideas ya conocidos, en otros actualizando conocimientos por el lógico avance de la disciplina de diseño estructural.

Analizaremos el Código AISC (American Institute of Steel Construction) de 1993 que se basa en el Diseño de acero por factores de carga y resistencia (LRFD), usamos algunos textos básicos como consulta (ver referencias bibliográficas) que tienen un indudable valor metodológico, y como ayuda de diseño muy importante, emplearemos el Manual de la construcción de acero del AISC.

Vale la pena mencionar acá la gran utilidad del libro “Diseño de estructuras de acero con LRFD ” del autor William T. Segui, por su valor técnico y metodológico, referenciado al final, junto con otros textos usados para la confección de este material.

Queremos destacar que para el diseño de elementos de acero hay cuatro herramientas básicas: expresiones de diseño y revisión( método analítico“a mano”), tablas de diseño, cartas de diseño y software especializado. En la aplicación de cualquiera de ellos estamos en la obligación de conocer, con bastante grado de detalle, las bases de cálculo e hipótesis en que se basan.

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El diseño estructural de una edificación, requiere la determinación de las proporciones y dimensiones globales de la estructura soportante, así como la selección de las secciones transversales de los miembros individuales

Diseño

Estructural

Modelación

Objetivos

Selección Preliminar De las Secciones

Transversales

Análisis Estructural Rediseño

Segura E.L. Ultimo No

Resiste Funcional E.L. Utilización Si No

Económica Económica Si Planos

Una estructura económica: Generalmente se consigue con un uso eficiente de los materiales y de la mano de obra, lo cual puede usualmente alcanzarse por medio de un diseño que requiera una cantidad mínima de material, aunque a menudo pueden lograrse ahorros significativos usando más material siempre y cuando de esta manera resulta un proyecto más simple y más fácil de construir.

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Un buen diseño estructural: Se logra con la evaluación de varios sistemas estructurales posibles (diferentes disposiciones de los miembros y sus conexiones) y comparando sus costos. Para cada sistema estructural investigado se diseñan los componentes individuales, esto implica el análisis estructural de los marcos de la edificación y el cálculo de las fuerzas y momentos en los miembros individuales. Con esta información, el ingeniero estructural puede entonces seleccionar las secciones transversales apropiadas. Sin embargo, antes de cualquier análisis, debe decidirse sobre el material constructivo primario que se usará; éste será usualmente concreto reforzado, acero estructural o ambos. Idealmente, deberán prepararse diseños alternativos para cada uno de tales materiales El ingeniero estructural debe seleccionar y evaluar el sistema estructural global para producir un diseño eficiente y económico pero no puede hacerlo sin un conocimiento total del diseño de los componentes de la estructura.

Modelación Forma Uniones Cargas Materiales Apoyos Barras rectas simples concentradas elásticos Barras curvas articuladas distribuidas plásticos Superficies rígidas momentos elásto-plasticos MIEMBROS ESTRUCTURALES

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Estructuras Barras rectas Columnas Vigas Vigas-columnas uniones

Tensión Flexión Flexo-Comp. Flexión Compresión Cortante Cortante Tensión

Cortante CARGAS DIFERENTES TIPOS Son aquellas que son permanentes e incluyen el peso propio de la estructura, además del peso de la estructura, las cargas muertas en un edificio incluyen el peso de todos los componentes no estructurales como los recubrimientos de pisos, los muros divisorios, otros MUERTAS dispositivos, equipos mecánicos y plomería. Las cargas antes mencionadas resultan de la gravitación y se llaman cargas de gravedad.

CARGAS También pueden ser cargas de gravedad, son aquellas

que no son tan permanentes como las cargas muertas. Ellas pueden o no estar actuando sobre la estructura en VIVAS un momento dado, y su posición puede no ser fija. Ejemplos de cargas vivas son los muebles, equipos, y los ocupantes de los edificios.

En general, la magnitud de una carga viva no está tan bien definida como la de una carga muerta y usualmente debe ser estimada. En muchos casos, un miembro estructural debe ser investigado para varias posiciones de una carga viva de modo que no se pase por alto una condición potencial de falla

Carga de Viento Carga de Sismo OTROS TIPOS DE CARGAS Carga de Nieve Presión Hidrostática Presión del Suelo

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REGLAMENTOS DE CONSTRUCCIÓN Los edificios deben diseñarse y construirse de acuerdo con las especificaciones de diseño de un re-glamento de construcción,

Documento con fuerza legal que es establecido y

controlado por una entidad gubernamental adscripta a

REGLAMENTO una ciudad, un municipio, una provincia o un país. Este

DE CONSTRUCCIÓN reglamento contiene los requisitos relativos a seguridad

estructural, seguridad contra el fuego, plomería,

ventilación y acceso para minusválidos.

Los reglamentos de construcción no dan procedimientos de diseño, pero ellos especifican los requisitos y restricciones de diseño que deben satisfacerse.

ESPECIFICACIONES DE DISEÑO: En contraste con los reglamentos de construcción, las especificaciones de diseño dan una guía más específica sobre el diseño de miembros estructurales y sus conexiones. Presentan las directrices y criterios que permiten a ESPECIFICACIONES un ingeniero estructural llevar a cabo los objetivos DE DISEÑO Indicados en un reglamento de construcción. Ellas representan lo que se considera una buena práctica ingenieril basada en las últimas investigaciones. Las especificaciones de diseño son revisadas periódicamente y puestas al día en suplemento o ediciones completamente nuevas. Tales especificaciones no tienen por sí mismas vigencia legal, pero al presentar los criterios y límites de diseño en forma de mandatos y prohibiciones legales, ellas pueden ser fácilmente adoptadas, por referencia, como parte de un reglamento de construcción.

Las especificaciones diseño de mayor interés en acero, son aquellas publicadas por las siguientes organizaciones.

1. American Institute of Steel Construction (AISC): Estas especificaciones se refieren al diseño de edificios de acero estructural y sus conexiones. Ellas son las que analizaremos con detalle (AISC, 1993).

2. American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO): Estas especificaciones se refieren al diseño de puentes carreteras y estructuras afines. Ellas se refieren a todos los materiales estructurales usados normalmente en puentes, como el acero, el concreto reforzado y la madera (AASHTO, 1992, 1994). 3. American Railway Engineering Association (AREA): Este .documento se refiere al diseño de puentes ferroviarios y estructuras afines (AREA, 1992). 4. American Iron and Steel Institute (AISI): Estas especificaciones tratan todo lo relativo al acero formado en frío, (AISI, 1996).

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1.2. Enfoque diseño de los Códigos. Diseño por LRFD

Todo diseño estructural debe ser regido por un Código o Reglamento determinado que impone ciertas restricciones y especificaciones, los mismos tienen fuerza legal y es administrado por una entidad gubernamental. Normalmente son confeccionados por investigadores y especialistas que lo proponen, y previa consulta con el gremio algunas veces, y posteriormente se aprueba tomando carácter obligatorio en el país que se trate. Muchas veces esos Códigos son importados y es necesario adecuarlo a las particularidades del país en cuestión

Los Reglamentos de diseño no dan procedimientos de diseño, pero ellos especifican los requisitos y restricciones de diseño que deben satisfacerse.

En la actualidad hay varias organizaciones que redactan reglamentos que están haciendo esfuerzos por unificar criterios, un ejemplo claro de eso es el Eurocódigo. Todos los reglamentos son muy similares en contenido y con cada nueva revisión se hacen más uniformes. Un reglamento único simplificaría el trabajo de los ingenieros en las distintas regiones y países, todavía falta mucho para esa total unificación, incluso en EEUU hay cuatro grandes instituciones que norman las construcciones de acero, como los mencionamos antes: AISC, AASHTO (diseño de puentes y estructuras afines), AREA (diseño de puentes ferroviarios) y AISI (aceros conformados en frío). Otros Códigos significativos pueden considerarse (no están todos, sólo mencionamos los más utilizados):

1. Eurocódigo 3 “Proyecto de estructuras de acero”, 1998

2. NBE-EA-95 Estructuras de Acero en Edificaciones (Norma Española)

3. Norma DIN-2005: Deutsches Institut für Normung (Norma alemana)

4. Diseño según NC 53-94/83. Diseño de Estructuras de Acero

5. NFU-57064-1998: Norma francesa

6. SNIP II-83 Estructuras de Acero, 1983 Norma Soviética

7. AISC. American Institute of Steel Construction. 1993. Load and Resistance Factor Design Specification for Structural Buildings

Como ya se ha dicho nos ocuparemos del Código AISC, pero vamos hacer un comentario general sobre enfoque de diseño estructural en acero, enmarcada en la historia del desarrollo de los Métodos.

Dos son los enfoque generales de diseño en acero:

1. Diseño por esfuerzos permisibles

2. Diseño por factores de carga o resistencia LRFD (Estados Límites, no reconocido tácitamente por el AISC)

En el diseño por esfuerzo permisible un elemento se diseña de manera que las características geométricas de la sección sean suficientemente grandes para que el esfuerzo actuante, provocado por las

cargas de trabajo o de servicio, sea inferior a un esfuerzo permisible (σact σperm). El esfuerzo

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permisible se obtiene dividiendo el esfuerzo de fluencia de acero Fy o el esfuerzo ultimo Fu por un factor

de seguridad. Este enfoque se llama también: diseño elástico o diseño por esfuerzos de trabajo. Los esfuerzos de trabajo son los que provoca cargas de trabajo o de servicio, son las cargas sin mayorar.

En el Diseño por factores de carga o resistencia se considera que el elemento fallará a una carga muy superior a la de trabajo en estado plástico. Se usa el término plástico porque, en la falla, el miembro estará sometido a deformaciones muy grandes que lo introducen en el rango plástico. En este caso se trabaja

con Fy o Fu sin minorar, pero se reduce la capacidad resistente de la sección por un factor menor que la

unidad y los efectos de la carga se mayora. Además hay que analizar el estado de servicio para que no haya deflexiones excesivas, que deben estar dentro de un límite controlable.

El AISC no acepta implícitamente el concepto de Estados Límites, pero al haber chequeo de servicio estamos reconociendo la existencia de estados de limites de utilización.

“El diseño por factores de carga y resistencia no es un concepto reciente; desde 1974 se ha usado en Canadá, donde se conoce como diseño por estados límites. Es también la base de la mayoría de los reglamentos europeos de edificaciones. En Estados Unidos, el LRFD ha sido un método aceptado para el diseño de concreto reforzado durante años y es el principal método autorizado por el ACI, donde se conoce por diseño por resistencia”.

Profundicemos un poco más sobre el Método de los Estados Límites (MEL): se entiende por estado límite de una estructura aquel estado que pone fuera de servicio una estructura, que no necesariamente significa la rotura de la misma. Si dividen en Estados Límites Últimos y Estados Límites de Servicio o Utilización.

Los Estados Límites Últimos supone el colapso o rotura de la estructura o una parte de ella. Dentro de esta categoría se pueden mencionar:

Pérdida de estabilidad de la estructura

Transformación de la estructura en un mecanismo por aparición de varias articulaciones plásticas.

Estado límite de rotura por: carga axial, flexión, combinaciones de M y N, cortante, punzonamiento, adherencia, etc.

Fatiga

Deformaciones plásticas grandes que provocan cambios inaceptables en la geometría de la estructura.

Etc

Los Estados Límites de Utilización son los que inutilizan la estructura para su uso, llegando a comprometer su vida útil y su durabilidad. Dentro de esa categoría están:

Deformaciones o desplazamientos excesivos, que pueden danar la propia estructura o partes no estructurales (fachada, cristales, tabiques, etc).

Agrietamiento excesivo o prematuro.

Vibraciones excesivas.

Corrosión excesiva.

Problemas de durabilidad.

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D

B

A

C

ε

σ

Límite elástico

Punto superior de fluencia

O

Elástico Plástico Endurecimiento Estricción y falla por deformación

Fu

Fy

Fe Fp

Límite de proporcionalidad

1.3 Propiedades del acero y los perfiles

Los primeros usos del hierro, componente principal del acero, fueron en la fabricación de pequeñas herramientas, aproximadamente 4000 años antes de la era cristiana (Murphy, 1957). Este material se usaba en forma de hierro forjado, que se producía calentando el mineral en hornos de carbón. En la última parte del siglo XVIII y principio del XIX, el hierro colado y el hierro forjado se usaron en varios tipos de puentes. El acero, aleación principalmente de hierro y carbono, con menos impurezas y menos carbono que el hierro colado, fue primero usado en la construcción pesada en el siglo XIX. Con el advenimiento del convertidor Bessemer en 1855, el acero comenzó a desplazar el hierro forjado y el hierro colado en la construcción. En Estados Unidos, el primer puente ferroviario de acero estructural fue el puente Eads, construido en 1874 en S1. Louis, Missouri (Tall, 1964). En 1884 fue terminado en Chicago el primer edificio con estructura de acero. Las características del acero que son de mayor interés para los ingenieros estructurales pueden examinarse graficando los resultados de una prueba de tensión. Si un espécimen de prueba es sometido a una carga axial P, como se muestra en la figura 1.1, el esfuerzo y la deformación unitaria pueden calcularse como sigue:

Figura 1.1

= P / A y ε = ∆L / L, Donde:

--- esfuerzo de tensión axial

A --- área de la sección transversal

ε --- deformación unitaria axial

L --- longitud del espécimen

∆L --- cambio de longitud

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En el segmento OA las deformaciones crecen proporcional a los esfuerzos hasta cierto valor Fp llamado límite de proporcionalidad. Hasta este límite es válida la ley de Hooke , para un esfuerzo superior el diagrama se hace curvilíneo; sin embargo si no se supera un esfuerzo superior a Fe, denominado límite elástico, el material conserva sus propiedades elásticas, es decir, al descargar la probeta, ésta recuperará sus dimensiones y propiedades iniciales. En la práctica no se hace distinción entre Fe y Fp, puesto que los valores de límite de proporcionalidad y de elasticidad se diferencian muy poco. La razón del esfuerzo a la deformación unitaria dentro del rango elástico, se denota por E y se llama Módulo de Young, Módulo de Elasticidad o de Deformación, es la misma para todos los aceros estructurales y tiene un valor de 200 Gpa (2 x 106 kg/cm2) o 29 000 klb/plg2 .

El tramo horizontal CD del diagrama se denomina escalón de fluencia. El esfuerzo que se desarrolla en este caso, es decir, cuando las deformaciones crecen sin aumento de la carga, se denomina límite de fluencia o resistencia de fluencia y se designa por Fy. El diagrama de aceros de Alto Límite Elástico (ALE) no tiene un escalón de fluencia bien definido. Para estos se usa el llamado límite convencional de fluencia. Se denomina límite convencional de fluencia al esfuerzo que, cuando se alcanza, al descargar la probeta permanecerá una deformación remanente de un 0.2%. El valor máximo del esfuerzo que pueda alcanzarse se llama resistencia última del acero y presupone un fallo frágil.

Al acero que exhibe el comportamiento mostrado en la figura anterior se le llama dúctil debido a su capacidad de sufrir grandes deformaciones antes de fracturarse. La ductilidad puede ser medida por el alargamiento, definido como

e = ((Lf – Lo) / Lo) x 100 (1.1) Donde:

e --- alargamiento (expresado en porcentaje)

Lf --- longitud de la probeta en la fractura

Lo --- longitud original El límite elástico del material es un esfuerzo que se encuentra entre el límite proporcional y el punto superior de fluencia. Hasta este esfuerzo, la probeta puede descargarse sin que quede una deformación permanente; la descarga será a lo largo de una porción lineal del diagrama, es decir, la misma trayectoria seguida durante la carga. Esta parte del diagrama esfuerzo-deformación unitario se llama rango elástico. Más allá del límite elástico la descarga será a lo largo de una línea recta paralela a la parte lineal inicial de la trayectoria de carga y se tendrá entonces una deformación permanente. La siguiente figura (figura 1.2) muestra una versión idealizada de la curva esfuerzo-deformación unitaria. El límite proporcional, el límite elástico y los puntos superiores e inferiores de fluencia están todos muy cercanos entre sí y son tratados como un solo punto llamado el punto de fluencia, definido por el esfuerzo Fy

Figura 1.2

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El otro punto de interés es el valor máximo del esfuerzo que puede alcanzarse, llamado resistencia última en tensión Fu. La forma de esta curva es típica de todos los aceros estructurales dulces, que son diferentes uno de otro principalmente en los valores de Fy y Fu. La razón del esfuerzo a la deformación unitaria dentro del rango elástico, denotada E y llamada módulo de Young o módulo de elasticidad, es la misma para todos los aceros estructurales y tiene un valor de 29, 000,000 psi (libras por pulgada cuadrada) o 29,000 ksi (kips por pulgada cuadrada) La figura que sigue (figura 1.3), muestra una curva típica esfuerzo-deformación unitaria para aceros de alta resistencia que son menos dúctiles que los aceros dulces mencionados hasta ahora. Aunque hay una porción elástica lineal y una clara resistencia en tensión, no se tiene un punto de fluencia bien definido o meseta de fluencia.

Figura 1.3

Para usar esos aceros de alta resistencia de manera consistente con el uso de los aceros dulces, debe escogerse algún valor del esfuerzo como valor para Fy, de manera que los mismos procedimientos y fórmulas puedan usarse con todos los aceros estructurales. Aunque no hay un punto de fluencia, uno tiene que ser definido. Como se mostró previamente, cuando un acero está esforzado más allá de su límite elástico y luego se descarga, la trayectoria seguida hasta el esfuerzo cero no será la tra-yectoria original desde el esfuerzo cero; ésta será a lo largo de una línea que tiene la pendiente de la porción lineal de la trayectoria seguida durante la carga, es decir, una pendiente igual a E o módulo de elasticidad. Se tendrá entonces una deformación unitaria residual o permanente después de la descarga. El esfuerzo de fluencia para el acero con una curva esfuerzo-deformación unitaria del tipo mostrado en la figura anterior se llama resistencia de fluencia y se define como el esfuerzo en el punto de descarga que corresponde a una deformación unitaria permanente de cierta cantidad definida arbitrariamente. Se selecciona usualmente una deformación unitaria de 0.002 y a este método de determinar la resistencia de fluencia se le llama el método del 0.2% de desplazamiento. Como se mencionó previamente, las dos propiedades usualmente necesarias en el diseño de acero estructural son

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Fu Y Fy, independientemente de la forma de la curva esfuerzo-deformación unitaria e independientemente de cómo se haya obtenido Fy. Por esta razón se usa el término genérico esfuerzo de fluencia y puede significar punto de fluencia o bien resistencia de fluencia.

Composición química: Las diversas propiedades del acero estructural, incluidas la resistencia y la ductilidad, son determinadas por su composición química. El acero es una aleación cuya componente principal es el hierro. Otra componente de todos los aceros estructurales, aunque en cantidades mucho menores, es el carbono, que contribuye a la resistencia pero reduce la ductilidad Otras componentes de algunos grados de acero son el cobre, el manganeso, el níquel, el cromo, el molibdeno y el silicio.

Los aceros estructurales pueden agruparse de acuerdo con su composición, como sigue:

a) Aceros simples al carbono: principalmente hierro y carbono, con menos de 1 % de carbono b) Aceros de baja aleación: hierro y carbono y otros componentes (usualmente menos del 5%). Los componentes adicionales son principalmente para incrementar la resistencia, que se logra a costa de una reducción en la ductilidad. c) Aceros especiales o de alta resistencia: similares en composición a los aceros de baja aleación pero con un mayor porcentaje de componentes agregados al hierro y al carbono. Esos aceros son de resistencia superior a la de los aceros simples al carbono y tienen también alguna cualidad especial como la resistencia a la corrosión

Los diferentes grados de aceros estructurales son identificados por la designación asignada a ellos por la American Society for Testing and Materials (ASTM). Esta organización elabora normas para definir los materiales en términos de sus composiciones, propiedades y desempeño, y prescribe pruebas específicas para medir esos atributos (ASTM, 1 996a). El acero estructural más comúnmente usado en la actualidad es un acero dulce designado como ASTM A36 o brevemente A36. Éste tiene una curva esfuerzo-deformación unitaria del tipo mostrado en las figuras anteriores y tiene las siguientes propiedades en tensión:

Esfuerzo de fluencia: Fy = 36,000 psi (36 ksi)

Resistencia en tensión: Fu = 58,000 psi a 80,000 psi (58 ksi a 80 ksi)

El acero A36 es clasificado como un acero simple al carbono y tiene las siguientes componentes (aparte del hierro):

Carbono: 0.26% (máximo)

Fósforo: 0.04% (máximo)

Azufre: 0.05% (máximo) Estos porcentajes son aproximados; los valores exactos dependen de la forma del producto de acero terminado. El A36 es un acero dúctil con un alargamiento, definido por la ecuación 1.1, de 20% con base en la longitud original no deformada de 8 pulgadas. Los fabricantes de acero que proporcionan el acero A36 deben certificar que éste cumple las normas

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ASTM. Los valores para el esfuerzo de fluencia y la resistencia en tensión mostrada, son requisitos mínimos; ellos pueden excederse y usualmente lo hacen en cierta medida. La resistencia en tensión está dada como un rango de valores ya que esta propiedad no puede alcanzarse con el mismo grado de precisión que el esfuerzo de fluencia. Un acero con un esfuerzo de fluencia de más de 36 ksi se considera usualmente como un acero de alta resistencia. Los aceros de alta resistencia más frecuentemente usados son aquellos con un esfuerzo de fluencia de 50 ksi y una resistencia en tensión de 65 ksi o 70 ksi, aunque se dispone de un acero con un esfuerzo de fluencia de 100 ksi. Por ejemplo, el ASTM A242 es un acero de baja aleación, resistente a la corrosión disponible con esfuer-zos de fluencia de 42, 46 Y 50 ksi con resistencias correspondientes de tensión de 63, 67 y 70 ksi. Su composición es la siguiente:

Carbono: 0.15% (máximo)

Manganeso: 1.00% (máximo)

Fósforo: 0.15% (máximo)

Azufre: 0.05% (máximo)

Cobre: 0.20% (mínimo)

El acero A242 no es tan dúctil como el acero A36; su alargamiento, basado en una longitud original de 8 pulgadas es de 18%, en comparación con 20% del A36.

Los aceros de alta resistencia más usados son aquellos con esfuerzo de fluencia de 50, 65 o 70 klb/plg2

Perfiles estándar

En el proceso de diseño delineado antes, uno de los objetivos (y el énfasis principal en este clase) es la selección de las secciones transversales apropiadas para los miembros individuales de la estructura por diseñarse. A menudo, esta selección implicará escoger un perfil de sección transversal estándar que esté ampliamente disponible en vez de requerir la fabricación de un perfil con dimensiones y propiedades especiales. La selección de un "perfil comercial" será casi siempre la opción más económica, incluso si ello implica usar un poco más de material.

La categoría más grande de perfiles estándar es aquella que se refiere a los perfiles rolados (laminados) en caliente. En este proceso de manufactura, que tiene lugar en un molino, el acero fundido se toma del horno y se vierte en un sistema de colada continua donde el acero se solidifica pero nunca se permite que se enfríe por completo. El acero caliente pasa por una serie de rodillos que oprimen el material dándole la forma transversal deseada. El rolado (laminado) del acero mientras aún está caliente, permite que éste se deforme sin pérdida de ductilidad, como es el caso con el trabajado en frío. Durante el proceso de rolado, el miembro se incrementa en longitud y se corta a longitudes estándar, usualmente a un máximo de 65 a 75 pies, tramos que son subsecuentemente cortados (en un taller de fabricación) a las longitudes requeridas para una estructura particular.

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Alma

+ d

Patín o ala

Perfil W 14 x 74

d = + 14 pulgadas y 74 libras/ pie

Perfil S American Standard

S 18 x 70

d = 18 pulgadas y 70 libras / pie

En las figuras siguientes (figuras 1.4) se muestran secciones transversales de algunos de los perfiles ro-lados (laminados) en caliente más usados. Las dimensiones y designaciones de los perfiles estándar disponibles están definidos en las normas ASTM.

Figura 1.4 a

El perfil W, llamado también perfil de patín ancho (perfil de alas anchas), consiste en dos patines paralelos separados por una sola alma. La orientación de esos elementos es tal que la sección transversal tiene dos ejes de simetría. Una designación típica sería "W18 x 50", donde W indica el tipo de perfil, 18 es el peralte nominal paralelo al alma y 50 es el peso en libras por pie de longitud. El peralte nominal es el peralte aproximado expresado en pulgadas enteras. Para algunos de los perfiles más ligeros, el peralte nominal es igual al peralte dado a la pulgada más cercana, pero ésta no es una regla general para los perfiles W. Todos los perfiles W de un tamaño nominal dado pueden agruparse en familias que tienen el mismo peralte de paño interior de patín a paño interior de patín pero con espesores diferentes de patín.

Figura 1.4 b

El perfil S es similar al perfil W ya que tiene dos patines paralelos, una sola alma y dos ejes de simetría. La diferencia estriba en las proporciones: Los patines del perfil W son más anchos en relación al alma que los patines del perfil S. Además, las caras exterior e interior de los patines del perfil W son paralelos, mientras que las caras interiores de los patines del perfil S están inclinadas con respecto a las caras exteriores. Un ejemplo de la designación de un perfil S es "S18 x 70", donde la S indica el tipo de perfil y los dos números dan el peralte en pulgadas y el peso en libras por pie. Este perfil se llamaba antes viga-l.

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Figura 1.4 c

Los perfiles angulares existen en las versiones de lados iguales y de lados desiguales. Una designación típica sería "L6 x 6 x3/4 " o "L6 x 3 x 5/8". Los tres números son las longitudes de cada uno de los lados medidas desde la esquina, o talón, basta la punta del otro extremo del lado, y el espesor, que es el mismo para ambos lados. En el caso de ángulos de lados desiguales se da siempre primero la dimensión del lado más largo. Aunque esta designación proporciona todas las dimensiones, ella no da el peso por pie.

Figura 1.4 d

El perfil C o Canal American Standard, tiene dos patines y un alma, con un solo eje de simetría; ésta tiene una designación como "C9 x 20". Esta notación es similar a la de los perfiles W y S, donde el primer número da el peralte total paralelo al alma en pulgadas y el segundo número da el peso en libras por pie lineal. Sin embargo, para la canal, el peralte es exacto en vez de nominal.

Figura 1.4 e

La T estructural resulta de recortar un perfil W, M o S a la mitad de su altura. El prefijo de la designación es WT, MT o ST, dependiendo del perfil de origen. Por ejemplo, un perfil WTl8 x 115 tiene un peralte nominal de 18 pulgadas y un peso de 115 libras por pie y es recortado de un perfil W36 x 230. Similarmente, un perfil ST10 x 32.7 es recortado de un perfil S20 x 65.4 y un perfil MT3 x 10 es recortado de un perfil M6 x 20.

6 “

8 “ Perfil L de lados iguales o desiguales

L 8 x 6 x 1 (8” de largo, 6 “ de ancho y una de espesor)

Canal C American Standard

C6 x 13 (d = 6 “ y 13 libras / pie)

T estructural , ST o WT

WT 7 x 37, es la mitad de W 14 x 74

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No se muestran en la figura dos perfiles rolados (laminados) en caliente similares al perfil W: el perfil HP y el perfil M. El perfil HP, usado para pilotes, tiene superficies paralelas en sus patines (alas), aproximadamente el mismo ancho y peralte e iguales espesores en patines y alma. La "M" significa misceláneos y es un perfil que no encaja exactamente en ninguna de las categorías W, HP o S. Los perfiles M y HP se designan de la misma manera que los perfiles W: por ejemplo, M14 x 18 y HP14 x 117.

Figura 1.4 f

Otros perfiles usados a menudo se muestran en la figura 1.4 f. Las barras pueden tener secciones transversales circulares, cuadradas o rectangulares. Si el ancho de un perfil rectangular es de 8 pulgadas o menor, éste se clasifica como barra y se designa usualmente con el ancho antes que el espesor. Por ejemplo, barra de 8 x 3/4. Si el ancho es mayor de 8 pulgadas, el perfil se clasifica como placa y se designa usualmente indicando primero el espesor, como en el caso de una placa de 1/2 x 10. Las barras y las placas se forman por laminación en caliente. También en la figura anterior se muestran perfiles huecos que pueden ser producidos doblando el material de la placa a la forma deseada y soldando la costura o bien por trabajado en caliente para producir un perfil sin costura. Esos perfiles huecos de acero se designan HSS.

.

La mayoría de las secciones huecas de acero disponibles en Estados Unidos, actualmente se producen por formado (doblado) en frío y soldadura (Sherman, 1997). Entre los perfiles huecos existen secciones circulares (llamadas tubos) y perfiles tubulares (ya sean cuadrados o rectangulares). En la mayoría de los casos, uno de esos perfiles estándar cumplirá los requisitos del diseño. Si los requisitos son especialmente severos, puede entonces ser necesaria una sección compuesta, como las mostradas en la siguiente figura (figura 1.5)

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Figura 1.5

En ocasiones un perfil estándar es aumentado con elementos transversales adicionales, como cuando una cubre-placa se suelda a uno o los dos patines de un perfil W. Las secciones compuestas representan una manera efectiva de reforzar una estructura existente en proceso de rehabilitación o modificación para otro uso del que fue diseñada. A veces, una sección compuesta debe usarse porque ninguno de los perfiles rolados (laminados) estándar es suficientemente grande; es decir, la sección transversal no tiene suficiente área o momento de inercia. En tales casos pueden usarse trabes armadas. Éstas pueden ser en forma de sección I, con dos patines y un alma o en forma de caja, 'Con dos patines y dos almas. Los componentes pueden soldarse entre sí y pueden diseñarse para que tengan exactamente las propiedades necesarias. Las secciones compuestas' pueden también formarse uniendo dos o más perfiles rolados estándar entre sí. Una combinación ampliamente usada es un par de ángulos espalda con espalda y conectados á intervalos a lo largo de su longitud. Esta sección se llama perfil de ángulo doble. Existen muchas otras posibilidades, algunas de las cuales ilustraremos más adelante.

Otra categoría de productos de acero para aplicaciones estructurales es el acero formado en frío. Los perfiles estructurales de este tipo son creados doblando material delgado como lámina o placa de acero en la forma deseada sin calentado. Secciones transversales típicas se muestran en la figura siguiente. Sólo material relativamente delgado puede usarse y los perfiles resultantes son adecuados sólo para aplicaciones ligeras. Una ventaja de este producto es su versatilidad, ya que casi cualquier sección transversal concebible puede ser formada. En adición, el trabajado en frío incrementa el punto de fluencia del acero y bajo ciertas condiciones puede tomarse en cuenta en el diseño (AISI, 1996). Sin embargo, este incremento es a costa de una ductilidad reducida. Debido a la delgadez de los elementos de la sección transversal, el problema de la inestabilidad es un factor particularmente importante en el diseño de estruc-turas de acero formadas en frío.

Las características geométricas de la sección transversal de algunos perfiles se muestran en el anexo 1 (Manual de la Construcción de acero AISC)

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1.4 Enfoque de seguridad del AISC

Como vimos antes, el diseño de un miembro estructural implica la selección de una sección transversal que resista con seguridad, y económicamente las cargas aplicadas. La economía significa usualmente peso mínimo, es decir, una cantidad mínima de acero. Esta cantidad corresponde a la sección transversal con el menor peso por pie, que es aquella con la menor área transversal. Aunque otras consideraciones, como la facilidad de construcción, puede ultimadamente afectar la selección del tamaño de un miembro, el proceso comienza con la selección del perfil más ligero que cumpla la función deseada. Una vez establecido este objetivo, el ingeniero debe decidir cómo hacerlo con seguridad, que es donde entran en juego los diferentes enfoques del diseño. Existen esencialmente tres enfoques diferentes; los veremos aquí en forma general

Diseño por esfuerzos permisibles Enfoques de Diseño plástico Diseño Diseño por factores de carga y de resistencia

Diseño por esfuerzo permisible: El miembro se selecciona de manera que tenga propiedades transversales como área y momento de inercia suficientemente grandes para prevenir que el esfuerzo máximo exceda un esfuerzo permisible. Este esfuerzo permisible estará en el rango elástico del material y será menor que el esfuerzo de fluencia Fy. Un valor típico podría ser O.60Fy. El esfuerzo permisible se obtiene dividiendo el esfuerzo de fluencia Fy o bien la resistencia última de tensión Fu entre un factor de seguridad. Este enfoque de diseño se llama también diseño elástico o diseño por esfuerzos de trabajo. Los esfuerzos de trabajo son aquellos que resultan de las cargas de trabajo, que son las cargas aplicadas. Las cargas de trabajo se conocen también como cargas de servicio. Un miembro apropiadamente diseñado quedará sometido a esfuerzos no mayores que el esfuerzo permisible bajo cargas de trabajo.

Diseño plástico: se basa en una consideración de las condiciones de falla en vez de consideraciones de la carga de trabajo. Un miembro se selecciona usando el criterio de que la estructura fallará bajo una carga considerablemente mayor que la carga de trabajo. La falla en este contexto significa el colapso o deformaciones extremadamente grandes. Se usa el término plástico porque en la falla, las partes del miembro estarán sometidas a deformaciones muy grandes que introducen al miembro en el rango plástico. Cuando la sección transversal entera se plastifica en suficientes localidades, se formarán "articulaciones plásticas" en esas localidades, creándose un mecanismo de colapso. Como las cargas reales serán inferiores a las cargas de falla por un factor de seguridad conocido como factor de carga, los miembros diseñados de esta manera no son inseguros, a pesar de ser diseñados con base en lo que sucede en la falla. El procedimiento de diseño es aproxi-madamente como sigue:

1. Multiplique las cargas de trabajo (cargas de servicio) por el factor de carga para obtener

las cargas de falla.

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2. Determine las propiedades de la sección transversal necesarias para resistir la falla bajo esas cargas. (Se dice que un miembro con esas propiedades tiene suficiente resistencia y que estará a punto de fallar cuando se someta a las cargas factorizadas.)

3. Seleccione el perfil más ligero con la sección transversal que tenga esas propiedades.

Los miembros diseñados por teoría plástica alcanzan el punto de falla bajo las cargas factorizadas pero son seguros bajo las cargas de trabajo reales.

Diseño por factores de carga y resistencia (LRFD): Es similar al diseño plástico en tanto que se considera la resistencia o la condición de falla. Los factores de carga se aplican a las cargas de servicio y se selecciona un miembro que tenga suficiente resistencia frente a las cargas factorizadas. Además, la resistencia teórica del miembro es reducida por la aplicación de un factor de resistencia. El criterio que debe satisfacerse en la selección de un miembro es

Carga factorizada ≤ Resistencia Factorizada (1)

En esta expresión, la carga factorizada es realmente la suma de todas las cargas de servicio que resistirá el miembro, cada una multiplicada por su propio factor de carga. Por ejemplo, las cargas muertas tendrán otros factores de carga que son diferentes de aquellos para las cargas vivas. La resistencia factorizada es la resistencia teórica multiplicada por un factor de resistencia. La ecuación 1 puede entonces escribirse como.

Σ (Cargas x factores de carga) ≤ Resistencia x Factor de Resistencia (2) La carga factorizada es una carga de falla mayor que la carga de servicio real total, por lo que los factores de carga son usualmente mayores que la unidad. Sin embargo, la resistencia factorizada es una resistencia reducida y el factor de resistencia es usualmente menor que la unidad. Las cargas factorizadas son las cargas que llevan a la estructura o al miembro a su límite. En términos de seguridad, este estado límite puede ser fractura, fluencia o pandeo y la resistencia factorizada es la resistencia útil del miembro, reducida del valor teórico por el factor de resistencia. El estado límite puede también ser uno de servicio, como la deflexión máxima aceptable.

ESPECIFICACIONES DEL INSTITUTO AMERICANO DE LA CONSTRUCCIÓN EN ACERO (AISC)

Ya que el énfasis de este clase es en el diseño de miembros de acero estructural y sus conexiones, la especificación del American Institute of Steel Construction es la especificación de diseño de mayor importancia aquí. Ella está escrita y mantenida al día por un comité del AISC que comprende practicantes de la ingeniería estructural, educadores, productores de acero y fabricantes de estructuras. Periódicamente se publican nuevas ediciones y, siempre que es necesaria una revisión intermedia, se editan suplementos.

El diseño por esfuerzos permisibles ha sido el principal método usado para los edificios de acero estructural desde que las primeras Especificaciones AISC fueron editadas en 1923, aunque recientes

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ediciones han contenido estipulaciones para el diseño plástico. En 1986. el AISC editó la primera especificación para el diseño por factores de carga y resistencia de edificios de acero estructural y un libro paralelo, el Manual of Steel Construction (Manual de construcción en acero). El propósito de esos dos documentos es proporcionar un diseño alternativo al diseño por esfuerzos permisibles, tal como el diseño plástico es también una alternativa. La segunda edición del Manual (AISC, 1994), incluye las Especificaciones AISC de 1993. Las normas de las Especificaciones LRFD se basan en las investigaciones reportadas en ocho artículos publicados en 1978 en la revista estructural de la American Society of Civil Engineers (Ravindra y Galambos; Yura, Galambos y Ravindra; Bjorhovde, Galambos y Ravindra; Cooper, Gálambos y Ravindra; Hansell y otros; Fisher y otros; Ravindra, Cornell y Galambos; Galambos y Ravindra, 1978). A menos que se indique de manera diferente, las-referencias a las Especificaciones AISC y al Manual of Steel Construction serán a las versiones LRFD.

El diseño por factores de carga y resistencia no es un concepto reciente; desde 1974 se ha usado en Canadá, donde se conoce como diseño por estados límite. Es también la base de la mayoría de los reglamentos europeos de edificación. En Estados Unidos, el LRFD ha sido un método aceptado de diseño para el concreto reforzado durante años y es el principal método autorizado en el American Concrete Institute's Building Code, donde se conoce como diseño por resistencia (ACI, 1995). Las normas de diseño para puentes carreteros permiten el diseño por esfuerzos permisibles (AASHTO, 1992) y el diseño por factores de carga y resistencia (AASHTO, 1994)

Las Especificaciones AISC son publicadas como un documento independiente, pero son también parte del Manual de construcción en acero. Excepto por los productos especializados de acero como los de acero formado en frío, que son tratados por una especificación diferente (AISI, 1996), las Especificaciones AISC son las normas por medio de las cuales virtualmente todos los edificios de acero estructural se diseñan y construyen en Estados Unidos.

Las Especificaciones consisten en cuatro partes: el cuerpo principal, los apéndices, la Sección de valores numéricos y los Comentarios. El cuerpo principal está organizado alfabéticamente según los capítulos A al M. Dentro de cada capítulo, los encabezados mayores están rotulados con la designación del capítulo seguido por un número. Subdivisiones adicionales están rotuladas numéricamente. Por ejemplo, los tipos de acero estructural autorizados se dan en una lista del capítulo A, "General Provisions", bajo la Sección A3. Material y, bajo ésta, la Sección 1. Acero estructural. El cuerpo principal de las Especificaciones es seguido por apéndices a capítulos seleccionados. Los apéndices se designan B, E, F, G, H, J y K para corresponder a los capítulos a los que se refieren. Esta sección es seguida por la sección sobre Valores numéricos, que contiene tablas de valores numéricos para algunos de los requisitos de las Especificaciones. La sección de Valores numéricos es seguida por los Comentarios, que explican muchas de las estipulaciones de las Especificaciones. Su esquema organizativo es el mismo que el de las Espe-cificaciones, por lo que el material aplicable a una sección particular puede localizarse fácilmente. Los apéndices, la sección de Valores numéricos y los Comentarios se consideran las partes oficiales de las Especificaciones y tienen la misma autoridad que el material en el cuerpo principal.

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FACTORES DE CARGA Y RESISTENCIA USADOS EN LAS ESPECIFICACIONES, AlSC

La ecuación 2 puede escribirse más precisamente como: ΣδiQi ≤ ΦRn (3)

Donde:

Q¡ = un efecto de carga (una fuerza o un momento)

δ = un factor de carga

Rn = la resistencia nominal de la componente bajo consideración

Φ = factor de resistencia La resistencia factorizada ΦRn se llama resistencia de diseño. La sumatoria en el lado izquierdo de la ecuación 3 es sobre el número total de efectos de carga (incluidas, pero no limitada a las cargas muertas y vivas), donde cada efecto de carga puede asociarse con un factor de carga diferente. No sólo puede cada efecto de carga tener un factor de carga diferente, sino que también el valor del factor de carga para un efecto de carga particular dependerá de la combinación de las cargas bajo consideración. Las combinaciones de cargas por considerarse se dan en el capítulo A, "General Provisions", de las Especificaciones AISC como:

1.4D (A4-1)

1.2D + 1.6L + 0.5(Lr o S o R) (A4-2)

1.2D + 1.6(Lr o S o R) + (0.5L o 0.8W) (A4-3)

1.2D + 1.3W + O.5L + 0.5(Lr o S o R) (A4-4) 1.2D :!: 1.0E + O.5L +, 0.2S (A4-5)

0.9D :!: (1.3 W o 1.0E) (A4-6)

Donde:

D = carga muerta

L = carga viva debido al equipo y ocupación

Lr = carga viva de techo

S = carga de nieve

R = carga de lluvia o hielo*

W = carga de viento

E = carga por sismo

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El identificador a la derecha de cada una de esas combinaciones de cargas es la clave alfanumérica usada

por el AISC para ecuaciones y expresiones, en la que la letra representa el capítulo, el primer número la

sección y el segundo número la secuencia dentro de esa sección.

Como se mencionó antes, el factor de carga para un efecto de carga particular no es el mismo en todas las

combinaciones de cargas. Por ejemplo, en la A4-2, para la carga viva L es 1.6 mientras que en la A4-3 es 0.5.

La razón es que la carga viva se toma como el efecto dominante en la A4-2 y uno de los tres efectos, Lr, S o R

será el dominante en la A4-3. En cada combinación, uno de los efectos se considera como el valor "máximo

durante su vida" y los otros como los valores en "puntos arbitrarios del tiempo". Esos factores de carga y

combinaciones de carga son los recomendados en el Minimum Design Loads for Buildings and Other

Structures (ASCE, 1996) y se basan en amplios estudios estadísticos.

El factor de resistencia Φ para cada tipo de resistencia está dado por el AISC en el capítulo de las Especificaciones que trata con esa resistencia. Esos factores varían en valor de 0.75 a 1.0.

Ф = 0.85 Compresión Axial

Ф = 0.9 Cortante

Ф = 0.9 Flexión

Ф = 0.9 Fluencia en un miembro a tension

Ф = 0.75 Fractura en un miembro a tensión

Ilustraremos la aplicación del método de los factores de carga y resistencia a un miembro axialmente cargado en compresión. EJEMPLO 1 Una columna (miembro en compresión) en el piso superior de un edificio está sometida a las siguientes cargas.

Carga muerta: 109 kips de compresión

Carga viva de piso: 46 kips de compresión

Carga viva de techo: 19 kips de compresión

Nieve: 20 kips de compresión

a) Determine la combinación AISC de cargas gobernante y la correspondiente carga factorizada.

b) Si el factor de resistencia Φ es de 0.85, ¿cuál es la resistencia nominal requerida? Solución: No obstante que una carga no esté actuando directamente sobre un miembro, ella puede aún causar un efecto de carga en el miembro. Esto es cierto para la nieve y la carga viva de techo en este ejemplo. Aunque este edificio está sometido a viento, las fuerzas resultantes sobre la estructura son resistidas por miembros diferentes a esta columna particular.

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a) La combinación de cargas que gobierna es la que produce la carga factorizada máxima. Evaluaremos cada expresión que implique la carga muerta D, la carga viva L resultante del equipo y tipo de ocupación, la carga viva de techo Lr y la nieve S

(A4-1): 1.4D = 1.4(109) = 152.6 kips

(A4-2):1.2D + 1.6L + 0.5(Lr o S o R).

Como S es mayor que Lr y R = 0, necesitamos evaluar esta combinación sólo una vez, usando S. 1.2D + 1.6L + 0.5S = 1.2(109) + 1.6(46) + 0.5(20) = 214.4 kips (A4-3): 1.2D + 1.6(Lr o S o R) + (0.5L o 0.8 W). En esta combinación usamos S en vez de Lr y tanto R como W son cero. 1.2D + 1.6S + 0.5L = 1.2(109) + 1.6(20) + 0.5(46) = 185.8 kips (A4-4): 1.2D + 1.3W + 0.5L + 0.5(Lr o S o R). Esta expresión se reduce a 1.2D + 0.5L + 0.5S y, por inspección, podemos ver que ella produce un menor resultado que la combinación A4-3.

(A4-5): 1.2D 1.0E + 0.5L + 0.2S. Como E = O, esta expresión se reduce a 1.2D + 0.5L + 0.2S, que produce un menor resultado que la combinación A4-4. (A4-6): 0.9D + (1.3W o 1.0E). Esta expresión se reduce a 0.9D, que es menor que cualquiera de las otras combinaciones.Σ RESPUESTA

La combinación que gobierna es la A4-2 y la carga factorizada es de 214 kips.

b) Si la carga factorizada obtenida en la parte (a) se sustituye en la relación fundamental del AISC, es decir, en la ecuación 2.3, obtenemos:

ΣλiQi ≤ ΦRn

214.4 ≤ 0.85Rn

Rn ≥ 252.2 kips RESPUESTA La resistencia nominal requerida es de 252 kips.

PROBLEMAS

NOTA Todas las cargas dadas son de servicio Factores de carga y resistencia usados en las Especificaciones AISC

1.1 Una columna de un edificio está sometida a las siguientes cargas:

9 kips en compresión de carga muerta

5 kips en compresión de carga viva de techo

6 kips en compresión de nieve

7 kips en compresión de 3 pulgadas de lluvia acumulada sobre el techo

8 kips en compresión por viento

a) Determine la carga factorizada por usarse en el diseño de la columna. ¿Qué combinación de cargas

del AISC gobierna?

b) ¿Cuál es la resistencia de diseño requerida para la columna?

c) Si el factor de resistencia es de 0.85, ¿cuál es la resistencia nominal requerida para la columna?

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1.2 Resuelva el problema anterior sin considerar la posibilidad de acumulación de lluvia sobre el techo. 1.3 Una viga es parte del sistema estructural para el piso de un edificio de oficinas. El piso está sometido a cargas muertas y vivas. El momento máximo causado por la carga muerta de servicio es de 45 ft-kips y el momento máximo por carga viva de servicio es de 63 ft-kips (esos momentos se presentan en la misma posición sobre la viga y pueden por ello combinarse). a. Determine el momento flexionante máximo factorizado. ¿Cuál es la combinación AISC de cargas que gobierna? b. Si el factor de resistencia ti> es de 0.9, ¿cuál es la resistencia por momento nominal requerida en ft-kips? 1.4 Un miembro en tensión debe diseñarse para una carga muerta de servicio de 18 kips y una carga viva de servicio de 2 kips. Determine la carga máxima factorizada y la combinación AISC de cargas que gobierna.

1.5 Ayudas de diseño. Manual de la Construcción de Acero

La ayuda más importante que hay para diseñar estructuras de acero según el Código AISC es el Manual de la Construcción de Acero. Este material trae todas las Especificaciones del AISC, varios ejemplos y numerosas tablas, ábacos y cartas de diseño.

El Manual consta de dos volúmenes. El volumen I con tiene 7 partes:

1. Parte 1. Dimensiones y propiedades: Contiene características geométricas de perfiles estándar laminados, tubos, perfiles tubulares, combinaciones de secciones etc. Se da información también sobre disponibilidad de perfiles de varias resistencias y distintos tipos de acero.

2. Parte 2. Aspectos esenciales del LRFD: Es un condensado de los aspectos normativos de diseño del LRFD con ejemplos numéricos.

3. Parte 3. Diseño de columnas: Contiene tablas para el diseño de columnas y vigas columnas. Se ilustra con ejemplos numéricos.

4. Parte 4. Diseño de vigas y trabes: Contiene gráficas y tablas para el diseño de vigas y trabes con ejemplos ilustrativos.

5. Parte 5. Diseño compuesto: Trata los miembros compuestos, usualmente viga y columnas, formados por dos materiales: concreto y acero.

6. Parte 6. Especificaciones y Reglamentos: Contiene las Especificaciones y Comentarios del AISC y otros documentos.

7. Parte 7. Datos diversos y tablas matemáticas: Esta parte trata el alambre y lámina de acero, otros materiales de construcción. Incluye fórmulas matemáticas, conversión de unidades, etc.

El Volumen II, que comprende las Partes 8 a la 13, contiene tablas de ayuda para el diseño de conexiones atornilladas y soldadas junto con tablas que proporcionan detalles sobre conexiones "estandarizadas". (La Parte 13 es una lista de organizaciones de la industria de la construcción.).