Curso de Diseño en Acero Clase No 5. Diseño de Sistemas Estructurales en Acero

Universidad José Antonio Páez.Universidad José Antonio Páez.Materia: Estructuras para Arquitectos.Materia: Estructuras para Arquitectos.

Curso: Cómo Diseñar Estructuras en Acero.Curso: Cómo Diseñar Estructuras en Acero.

Clase V: Clase V:

Diseño de Estructuras de Acero en Arquitectura.Diseño de Estructuras de Acero en Arquitectura.Definición de los Sistemas Estructurales en Acero.Definición de los Sistemas Estructurales en Acero.

M.Sc. Esp. Ing. Prof. Alejandro F. Pocaterra B. M.Sc. Esp. Ing. Prof. Alejandro F. Pocaterra B.

1.- ¿Cómo se pueden diseñar las Estructuras de Acero?1.1.- ¿Qué son las estructuras en Acero?Las estructuras en acero, así como cualquier otra, son un conjunto de partes destinadas a resistir un cumulo de cargas, y trasmitirla a través de sus elementos hasta el suelo, para que sea disipada.

Así pues se logra esta trasmisión a través de sus elementos conformantes. Estos elementos son: Placas o Losas, Chapas o Paredes, Vigas Principales y Secundarias y Tirantes.

Sistema de Trasmisión de Cargas de la Edificación.

Sistema de Concha.Trasmisión solo de las Cargas Propias.

1.- ¿Cómo se pueden diseñar las Estructuras de Acero?1.2.- ¿Qué son las estructuras en Acero?Así pues se logra esta trasmisión a través de sus elementos conformantes. Estos elementos son:

• Placas o Losas: Son planchas sujetas a cargas perpendiculares sobre la cara conformada por las dos dimensiones mas larga.

• Chapas o Paredes: Planchas sujetas a cargas paralelas a sus dos caras mas largas.

• Vigas Principales y Secundarias: Son barras sujetas a cargas transversales a su eje transversal.

• Tirantes: Son barras que soportan cargas de tracción o compresión sobre su mismo eje.

Comportamiento Estructural.

1.- ¿Cómo se pueden diseñar las Estructuras de Acero?1.3.- ¿Qué es un comportamiento estructural?Se logra un comportamiento estructural cuando ciertos elementos (losas) apoyados sobre las vigas de carga, logran trasmitir sus cargas a las columnas y estas a las fundaciones.

En la practica es posible descomponer el sistema en cada una de sus partes conformantes y hallar las reacciones que generan cada uno de ellos sobre sus respectivos apoyos.

Pero…… ¿Que se puede observar una ves que se descompone un sistema estructural?.Pero…… ¿Que se puede observar una ves que se descompone un sistema estructural?.

1.- ¿Cómo se pueden diseñar las Estructuras de Acero?1.4.-¿Que se puede observar una ves que se descompone un sistema estructural?.Se pueden observar entre otros elementos los siguientes:

Pórticos Planos: Estructuras formadas por barras planas que están cargadas o solicitadas por cargas en ese mismo plano.

Celosía Plana: Estructuras formadas por barras pertenecientes al mismo plano, articuladas entre si, y sometida a la acción de cargas NODALES.

Celosía Espaciales: Estructuras formadas por barras que no pertenecen al mismo plano, articuladas entre si, y sometidas a la acción de cargas NODALES.

1.- ¿Cómo se pueden diseñar las Estructuras de Acero?1.5.-¿Que sucede con los pórticos de una Estructura?Se pueden observar entre otros elementos los siguientes:

Pórticos Planos Indeformables:Estructuras formadas por barras planas que están cargadas o solicitadas por cargas en ese mismo plano que no son capaces de hacer trasladar algunos de sus puntos.

Solo ocurren en casos muy puntuales cuando las inercias rotacionales superan limites impensables y evitan por tanto la traslación de algún punto del sistema.

Pórticos Planos Deformables:Estructuras formadas por barras planas que están cargadas o solicitadas por cargas en ese mismo plano, que debido a sus cargas pueden deformarse.

Son en la practica todos los pórticos que existen.

1.- ¿Cómo se pueden diseñar las Estructuras de Acero?1.5.-¿Que sucede con los pórticos de una Estructura?Cuando se combinan pórticos con cruces o arrastramientos laterales conocidos como San Andrés se transforma en un sistema con desplazamiento incompatibles uno de del otro, por lo que la estructura puede hacerse con elementos de menor Inercia (mas pequeños) y por ende mas liviana.

De esta manera se consiguen estructural indeformables, livianas capaces de disipar sistemas de cargas tanto verticales como horizontales.

Cuando se tiene edificaciones de gran calado, superiores a los 30 metros, los desplazamientos laterales por las cargas de viento y sismo son mayores y por tanto deben ser consideradas para realizar un buen diseño arquitectónico sobre la base de arriostramientos concéntricos y/ó excéntricos.

1.- ¿Cómo se pueden diseñar las Estructuras de Acero?1.6.-¿Cómo pueden hacerse las Columnas de una Edificación en Acero?.Las columnas son los elementos sismo resistentes por naturaleza en las edificaciones, y son las que trasmiten las cargas a sus fundaciones. Pero pueden ser elementos estéticos.

Pero a la vez deben tener al menos un elemento vertical que trasmita la carga entre sus un elemento vertical que trasmita la carga entre sus partes conformantes…. partes conformantes…. ¿Cómo se logra?.....

Columna curva Cuadripartita ó Tripartita a lo largo de su eje en forma de pétalos. Se refuerzan con chapas soldadas entre si, siguiendo una mínima curvatura hasta llegar al tope. Se direcciona con una Roladora ó Talandra

La separación máxima en tope entre ellas puede llegar a ser entre 100 - 80 centímetros.


Pero a la vez deben tener al menos un elemento vertical que trasmita la carga entre sus un elemento vertical que trasmita la carga entre sus partes conformantespartes conformantes…. ¿Cómo se logra?.....

Columna Tubulares a una Base: Se conforman por tres columnas de hasta 15 centímetros de diámetro (para lonas de techo) y desde 55 centímetros de diámetro dependiendo de la carga (para losas de entre piso).

Se acoplan a la base con tres articulaciones y con una en cada tope a la viga de carga.

Vista Lateral.



Columna Semi Circular con Perfil “I”: Se conforman por una columna con un perfil “I” entre 30 centímetros para lonas de techo y desde 55 centímetros de Peralte dependiendo de la carga (para losas de entre piso).

Se acoplan a la base con cuatro pernos por el alma a una plancha de apoyo sobre el apoyo.

Vista Planta.

Vista Lateral.



Columna Semi Circular con Chapas de Acero: Se conforman por una columna con un perfil “CIRCULAR” entre 20 centímetros para lonas de techo y desde 55 centímetros de Diámetro dependiendo de la carga (para losas de entre piso).

Se le acoplan cuatro chapas de espesor entre 2.5 cm. a 3.5 cm. a lo largo de su fuste hasta la plancha de apoyo.

Vista Lateral.

Vista Planta.

1.- ¿Cómo se pueden diseñar las Estructuras de Acero?1.6.-¿Cómo pueden hacerse las Columnas de una Edificación en Acero?.Las columnas son los elementos sismo resistentes por naturaleza en las edificaciones, y son las que trasmiten las cargas a sus fundaciones.


Viga “IPE” ó “H” de Carga.

Vista Lateral.

Viga “IPE” de Cierre.

Columna Circular sobre Fachada: Se conforman por una columna con un perfil “CIRCULAR” ´0 “RECTANGULAR” entre 20 centímetros para lonas de techo y desde 55 centímetros de Diámetro dependiendo de la carga (para losas de entre piso).

Se le acoplan A LA VIGA DE Carga del Nivel respectivo y tiene por lo general e =3.5 cms a lo largo de su fuste hasta la plancha de apoyo.

Lamina de Vidrio e = 9 mm.

Lamina de Vidrio e = 9 mm.

Columna “Circular” en Fachada.

Viga “Rectangular” en Fachada.

1.- ¿Cómo se pueden diseñar las Estructuras de Acero?2.1.-¿Cómo pueden hacerse las Vigas de una Edificación en Acero?.Las vigas trasmiten a lo largo de su eje las cargas de las losas, y están sometidas a Flexión y deben ser elementos rígidos de gran altura (para evitar sus deformaciones o flechas) que pudieran perturbar no solo el uso de la edificación, sino además su comportamiento estructural.

¿Cómo se logra?.....

Vigas de Alma Llena: Son los elementos que mejor sirven para Edificaciones y Galpones. Deben ser capaces de trasmitir el peso de las losas a las columnas. Se conforman de dos Alas conectadas a un Alma.

Son sus Alas son las que resisten los esfuerzos de Tracción y Compresión.

Por lo general tienen un espesor mayor a 1.2 centímetros.

Viga “I” ó “H” de Carga.

Vista Lateral.

Viga “I” ó “H” .

Rigidizadores Transversales de Corte. e = 1.2 cms.

Eje Neutro.

Carga de la Losa



Vigas de Alveolares Ó Boyd de Alma Llena: Son los elementos mas estéticos que sirven para Edificaciones y Galpones. Deben ser capaces de trasmitir el peso de las losas a las columnas. Se conforman de dos Alas Tubular o Planas conectadas a un Alma de espesor 1.2 centímetros.

Son sus Alas son las que resisten los esfuerzos de Tracción y Compresión.

Por lo general tienen un espesor mayor a 1.2 centímetros.



Vigas en Celosía: Son los elementos menos estéticos que sirven para Edificaciones y Galpones. Unidos por un Cordón Superior y otro Inferior que deben ser capaces de trasmitir el peso de las losas a las columnas. Se conforman por Montantes y Diagonales conectados entre sí.

Son sus Cordones son los que resisten los esfuerzos de Tracción (Inferior) y Compresión (Superior).

Por lo general tienen todos estos elementos un espesor mayor a 1.2 centímetros. Su peralte es variable.



Vigas Vierendeel: Son los elementos mas estéticos que sirven para Edificaciones y Galpones. Unidos por conexiones rígidas deben ser capaces de trasmitir el peso de las losas a las columnas. Se conforman por Barras Resistentes (Perfiles) conectados entre sí. Sirven para unir dos pisos.

Son sus elementos conectados quienes resisten los esfuerzos de Tracción y Compresión.


1.- ¿Cómo se pueden diseñar las Estructuras de Acero?3.-¿Cómo pueden hacerse los Portales de una Edificación en Acero?.Los portales son los elementos conformantes de todo sistema estructural y deben ser elementos lo suficientemente rígidos, pero a su vez flexibles, para poder soportar las cargas (Verticales y Horizontales) sin destruirse.

Porticos con Arriostramiento: Son portales semejantes a los que se tiene en estructuras de concreto, pero tiene unos nuevos elementos que los distinguen, que son los amarres o arriostramientos tanto CONCENTRICOS como EXCENTRICOS.

Igualmente son los que distribuyen los esfuerzos que se producen a lo largo y ancho de todas las estructuras de acero.

Arriostramientos Concéntrico. Arriostramientos Excéntrico.

1.- ¿Cómo se pueden diseñar las Estructuras de Acero?3.-¿Cómo pueden hacerse los Portales de una Edificación en Acero?.Los portales son los elementos conformantes de todo sistema estructural y deben ser elementos lo suficientemente rígidos, pero a su vez flexibles, para poder soportar las cargas (verticales y Horizontales) sin destruirse.

Sx Sy

Cedencia en tensión Pandeo en compresión. Pandeo en compresión. Pandeo en compresión. Cedencia en tensión

1.- ¿Cómo se pueden diseñar las Estructuras de Acero?3.-¿Cómo pueden hacerse los Portales de una Edificación en Acero?.Los portales son los elementos conformantes de todo sistema estructural y deben ser elementos lo suficientemente rígidos, pero a su vez flexibles, para poder soportar las cargas (verticales y Horizontales) sin destruirse.

Sx Sy

Cedencia en tensión

Pandeo en compresión. Pandeo en compresión.

Cedencia en tensión

1.- ¿Cómo se pueden diseñar las Estructuras de Acero?3.-1¿Cómo pueden hacerse los Portales de una Edificación en Acero?.Pórticos con Concéntricos: Se espera que los pórticos especiales con arriostramientos concéntricos (SCBF) soporten deformaciones inelásticas significativas cuando se ven sometidos a las fuerzas resultantes del terremoto de diseño

•VENTAJAS:•Alta rigidez elástica

•DESVENTAJAS:•Menor ductilidad que otros sistemas como el de diagonales excéntricas•Menor versatilidad para la arquitectura.

Diagonal en V-invertida Diagonal en V Diagonal simple

1.- ¿Cómo se pueden diseñar las Estructuras de Acero?3.-1¿Cómo pueden hacerse los Portales de una Edificación en Acero?.Pórticos con Concéntricos: Se espera que los pórticos especiales con arriostramientos concéntricos (SCBF) soporten deformaciones inelásticas significativas cuando se ven sometidos a las fuerzas resultantes del terremoto de diseño



Diagonal en V-invertida Diagonal en V Diagonal simple

Pandeo en la plancha de nodo

e

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1.- ¿Cómo se pueden diseñar las Estructuras de Acero?3.-2¿Cómo pueden hacerse los Portales de una Edificación en Acero?.Pórticos con Excéntricos: Se espera que los pórticos con arriostramientos excéntricos (EBF) soporten deformaciones inelásticas significativas en los eslabones (links) cuando se ven sometidos a las fuerzas resultantes del terremoto de diseño.



Eslabón.

1.- ¿Cómo se pueden diseñar las Estructuras de Acero?3.-2¿Cómo pueden hacerse los Portales de una Edificación en Acero?.Pórticos con Excéntricos: Se espera que los pórticos con arriostramientos excéntricos (EBF) soporten deformaciones inelásticas significativas en los eslabones (links) cuando se ven sometidos a las fuerzas resultantes del terremoto de diseño.

•VENTAJAS:• Alta rigidez elástica a partir del Eslabón.

•DESVENTAJAS:• Mayor ductilidad por el Eslabón.

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e

Eslabón.

Eslabón.

Receso…. Hasta la próxima Clase….Receso…. Hasta la próxima Clase….

Universidad José Antonio Páez.Universidad José Antonio Páez.Materia: Estructuras para Arquitectos.Materia: Estructuras para Arquitectos.

“No son muertos los que yacen en las tumbas frías … “No son muertos los que yacen en las tumbas frías … … Muertos son los que andan con sus almas frías y viven … Muertos son los que andan con sus almas frías y viven

todavía”.todavía”.

“Métanle vida a sus años y nunca años a su vida”“Métanle vida a sus años y nunca años a su vida”

Con cariño y hasta siempre … gracias por su tiempo;Con cariño y hasta siempre … gracias por su tiempo;

M.Sc. Esp. Ing. Prof. Alejandro F. Pocaterra B.M.Sc. Esp. Ing. Prof. Alejandro F. Pocaterra B.

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