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Universidad Rafael Landívar Facultad de IngenieríaResistencia de Materiales IILaboratorio, Sección 02Ing. Juan Carlos García

Estructura de Acero

Santiago Flores Calvinisti 1087011Nancy Martínez Ponce 2001011

Fecha: 10 de junio de 2013

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ÍNDICE

Contenido

INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................ 3

MARCO TEÓRICO.............................................................................................................................. 4

ESTRUCTURA DE ACERO OBSERVADA.......................................................................................... 6

CONCLUSIONES ................................................................................................................................ 8

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................................................... 9

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INTRODUCCIÓN

Una viga es un elemento estructural que es capaz de soportar cargas, principalmente mediante laresistir flexión. Esta flexión es inducida en el material como resultado de cargas, su propio peso,reacciones externas, entre otros. Las vigas se utilizan tradicionalmente para describir elementos

estructurales de ingeniería civil pero unas estructuras más pequeñas como camiones, marcos decarros, de máquinas u otros elementos mecánicos contienen estructuras de vigas que sondiseñados y analizados en una forma bastante similar para resistir fuerzas externas e internas.

Las vigas están caracterizadas por su perfil, la forma de su sección transversal, su longitud y elmaterial. En una construcción, las vigas normalmente están hechas de acero estructural, concretoreforzado y madera. El diseño de vigas está dado por condiciones de soporte de cargas, ya seanpuntuales o distribuidas y por la condición de apoyo que posean. Los apoyos restringen elmovimiento lateral y/o rotaciones, para poder cumplir con condiciones estáticas y también paralimitar la deformación de los materiales.

En el diseño de vigas está involucrado también el aspecto económico; se busca diseñar a maneraque el perfil sea el más económico, pero efectivo, y para ello la distribución del material en la

sección juega un papel sumamente importante. Por lo tanto, las secciones varían su geometría.

En la presente investigación nos centraremos en vigas de acero, ya que la base de la misma fue laobservación de la estructura metálica ubicada frente al Edificio TEC, de la Universidad RafaelLandívar.

Dicha estructura presenta varios perfiles estructurales básicos, cada uno con característicasgeométricas propias, las cuales hacen que sean adecuadas para usos específicos.

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MARCO TEÓRICO

 ACERO ESTRUCTURAL

El acero estructural es material de construcción de acero, formado con una forma o sección

transversal específica (perfiles). Los miembros de acero estructural tienen, como el perfil W, tienengrandes segundos momentos de inercia, lo cual permite que el elemento sea muy rígido conrespecto a su área transversal.

El acero estructural utilizan ciertos aleaciones identificadas y especificadas por las normas ASTM.Estos aceros están identificados por la letra A y luego por dos, tres o cuatro números. Estos sedividen en cuatro ramas diferentes: Aceros de carbono (A36, A53, A590, A920), de alta resistencia(A992, A270), de alta resistencia a la corrosión (A242, A588), y templado y revenido (A514, A517).

Unión de Miembros de Acero

En construcciones, los miembros de acero son unidos mediante pernos o soldadura.

Pernos: Son elementos muy utilizados en la construcción y en la maquinaria. Consisten ensujetadores que unen otras dos partes, y se aseguran con una tuerca. A veces los pernosllevan una arandela, la cual es una pieza delgada circular con un orificio que se utiliza parapoder distribuir la carga que se le aplica.

Soldadura: es la fabricación o proceso que une dos materiales, utilizando metales otermoplásticos, el proceso consiste en derretir las piezas con que se trabajan y agregar unmaterial de relleno para formar una masa de material derretido que al enfriarse seconvierte en una unión muy resistente.Para soldar existen tres diferentes procesos, cada uno requieren de más temperatura loscuales producen una unión más resistente.

o Soldadura blanda: utiliza una aleación de plomo y estaño como metal de aporte.o  Soldadura de plata: utiliza una aleación que contiene plata.

o  Soldadura de latón: utiliza una aleación de latón como metal de aporte.

La soldadura blanda se caracteriza por fundir el metal a 400°C, mientras que lasoldadura de plata y latón utilizan temperaturas mayores, normalmente requieren deuna flama una mecha para poder fundir el aporte.

Perfiles estructurales de acero

La siguiente tabla presenta los diversos tipos de vigas en acero, así como su descripción yaplicación.

Tipo de Perfil Descripción Aplicación en la IngenieríaCivil

W (sección de patínancho).

Tiene dos patines rectangularesunidos por el alma que también esrectangular y es perpendicular a lospatines. Las caras interiores de lospatines son paralelas a las exteriores.Se caracteriza por tener una altaproporción del área de la sección

 Aplicaciones estructurales deforma horizontal y vertical:

Edificios de acero estructural,edificios industriales, puentes,viviendas, construcción naval,túneles, entre otros.

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transversal en los patines y,consecuentemente resultaconveniente para utilizarse comoviga o columna. Tienen un mayorporcentaje de acero concentrado ensus patines que las vigas S, por lo

que poseen mayores momentos deinercia y momentos resistentes paraun mismo peso. Se usan comoelementos a flexión y son máseficientes que los perfiles S y C.

C (canal)  Adopta la forma de una C mayúscula.Tiene un solo eje de simetría. Lascaras exteriores de las alas sonperpendiculares al alma y lasinteriores presentan una inclinacióndel 8% respecto a las exteriores, porlo que las alas tienen espesor

decreciente hacia los bordes.Las uniones entre la cara interior delalma y las caras interiores de las alasson redondeadas.Es inconveniente como viga.

Piezas de relleno en armaduras.

En pilares, unidos entre sí consoldadura o presillas.

Patín de las trabes carril paragrúas viajeras de poca

capacidad de carga (trabajahorizontalmente).

S (I o Viga AmericanStandard).

Las caras exteriores de las alas sonperpendiculares al alma y lasinteriores presentan una inclinacióndel 14% respecto a las exteriores,por lo que las alas tienen espesordecreciente hacia los bordes.

Las uniones entre las caras del almay las caras interiores de las alas sonredondeadas.

 Aplicaciones estructurales queconlleven flexión.

L (angular). Sección que consta de dos ladosperpendiculares entre sí, con elmismo espesor. Se distingue por suforma L mayúscula. Las caras de suslados son paralelas y tienen lasesquinas redondeadas. Pueden serde lados iguales o desiguales.

Cuerdas, diagonales ymontantes de:

 Armaduras para puentes,techos, bodegas, torres detransmisión eléctrica.

Contraventeos verticales deedificios urbanos y puntales decontraventeo en techos yparedes de estructurasindustriales.

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Circular Cuenta con dos ejes de simetría. Sonmuy eficientes y efectivos comoelementos estructurales parasoportar cualquier tipo desolicitación debido a que el materialestá distribuido uniformemente en la

sección.

Estructuras especiales, comoplataformas marinas.

Torres de transmisión.

 Armaduras.

ESTRUCTURA DE ACERO OBSERVADA

La estructura de acero observada está basada en la estructura original diseñada por Duane S.Ellifrit. Según “Connections Teaching Toolkit” de Perry S. Green, Ph.D.Thomas Sputo, Ph.D., P.E. yPatrick Veltri, brindado por el Ing. Enrique de León, la estructura original cuenta con:

25 miembros de acero

26 soldaduras43 elementos de conexionesMás de 144 pernos individuales

 Al ser observada la estructura se notó la presencia de perfiles W, C, doble L, así como también lasuniones de elementos por medio de soldaduras y pernos.

En las imágenes que se mostrarán, se señalan algunos perfiles y uniones. Las referencias son lassiguientes:

Referencia

Perfil doble L

Perfil C

Perfil W

Sección circular

Uniones por pernos

Soldadura

Empotramiento: conexión entre dosmiembros estructurales que impidedesplazamiento y rotación decualquiera de los miembros, unorespecto del otro.

Referencia

Horquillas: accesorios mecánicosque están diseñados paratransferir la carga a partir de unavarilla roscada a un pasadortransversal. La horquilla transfierela tensión de la varilla roscada encortante doble en el pasador. Elpasador está asegurado a travésde un agujero en una placa queestá unido al elemento de aceroapropiado.

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CONCLUSIONES

1.  Una obra civil o estructura mecánica, puede contar con numerosos elementosestructurales, los cuales variarán su geometría, material y distribución del mismo, costo,

etc., en base a la función que deberá cumplir.

2.  Elementos estructurales de acero, como los diversos perfiles existentes, se pueden utilizartanto en cuestiones civiles y mecánicas.

3.  El diseño de los perfiles estructurales de acero es determinado por el tipo de carga que elmismo soportará y el tipo de apoyo.

4.  Cada uno de los tipos de perfiles estructurales de acero cuenta con característicasgeométricas que hacen que su comportamiento sea específico y logre, o no, cumplir con losrequerimientos que alguna estructura exija.

5.  Mientras más grande sea el segundo momento de inercia de la sección transversal de un

perfil en un eje, mayor va a ser su rigidez sobre ese mismo eje, y va a resistir más a latorsión.

6.  Para unir elementos estructurales de acero existen diversos medios, como la soldadura o eluso de pernos.

7.  Las arandelas son utilizadas para distribuir uniformemente la carga que el perno estásoportando.

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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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o  Estructuras de Acero. [En línea. Consultado el 09 de Junio de 2013]. Disponible en:http://www.sisman.utm.edu.ec/libros/FACULTAD%20DE%20CIENCIAS%20MATEM%C3%81TICAS%20F%C3%8DSICAS%20Y%20QU%C3%8DMICAS/INGENIER%C3%8DA%20CIVIL /09/ESTRUCTURAS%20METALICAS/doc13077-f.pdf 

o   Aceros estructurales. [En línea. Consultado el 09 de Junio de 2013]. Disponible en:http://ocw.bib.upct.es/pluginfile.php/10463/mod_resource/content/1/Tema%2001.Aceros%20estructurales.pdf 

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Martínez de Murgúia: Buenos Aires 1982 Structural Design. [En línea. Consultado el 09 deJunio de 2013]. Disponible en:http://www.constructionknowledge.net/general_technical_knowledge/general_tech_basic_structural_design.php

o  SCREW .vs. BOLT. [En línea. Consultado el 09 de Junio de 2013]. Disponible en:http://engineerexplains.com/answr/Screw-vs-Bolt1.html

o  Different Types of Welding. Visto [En línea. Consultado el 09 de Junio de 2013]. Disponibleen: http://www.weldingtipsandtricks.com/types-of-welding.html

o  Perry S. Green, Ph.D., Thomas Sputo, Ph.D., P.E., Patrick Veltri. Connections Teaching Toolkit. A Teaching Guide for Structural Steel Connections. AISC.