Estructuras_Metalicas (1)

7/25/2019 Estructuras_Metalicas (1)

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No existe norma Peruana, por lo que tomamos la americana AISC (American

Institute of Steel Construction).Primero se uso el mtodo ASD (Allowable Stress Design).

Ahora se tiene el LRFD (Load Resist Factor Design).

Se acerca mas a la realidad (lo que ocurre en la vida til de la estructura),

trabaja con unas combinaciones de carga que podran ocurrir en el tiempo devida til de la estructura.

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Combinacin de carga:

1.4D

1.2D + 1.6L + 0.5(S Lr R)

1.2D + 1.6(Lr S R) + 0.5(Lr S R)

1.2D + 1.3W + 0.5L + (Lr S R)

1.2D 1.0E +(0.5L + 0.25)

0.9D (1.3W o 1.0E)

Mxima posibilidad de carga en la vida til de 50 aos.

Carga muerta D durante la construccin .

Carga viva L

Carga en el techo.

Carga de viento W aditivo a la carga muerta.

Carga de sismo aditiva a la carga muerta.

W o E opuesta a la carga muerta.

S= Carga de nieve (Techos a mas de 3000 m, peso= 150 Kg/m3, y un espesor no menor de 30 cm).

E= Carga de sismo

Lr= Carga viva sobre el techo

R= Carga de lluvia cuando falla el desage.

D= Carga muerta

L= Carga viva debida al equipo y ocupacin

Para el diseo se considerara la combinacin de cargas que dara los mayores resultados.

Ejemplo


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a) Costo mnimo

b) Peso mnimo

c) Tiempo de construccin mnimo

d) Trabajo mnimo

e) Mxima eficiencia operativa para el propietario.

En el Per el criterio del peso mnimo es el mas usado, ya que hay mano de obra barata.


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Prticos

A

A

Seccin A-A

-De Alma llena

-De celosa


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Lijerales o Armaduras


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Arcos

Tensores

Barras Separadas

Seccin General

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Viguetas de celosa

Estn formadas por ngulos en la parte superior, ngulos o varillas en la parte inferior y varillas que

forman la celosa.

Trabajan solamente en flexin y sus componentes solamente en traccin o compresin. La celosa o

enrejado trabaja a corte.


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Estructuracin

Generalmente las columnas estn separadas de 5 a 6 metros.

L

5-6 m

L

H 50 60 cm


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1.6m

Esta dimensin esta entre 1.55 y 1.66. Fijapor la longitud de la plancha de eternit.

Generalmente 1.6


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El acero utilizado para este tipo de construcciones es el acero A-36.

Fy=2530 Kg/cm2 E=2.1x106 kg/cm2 u=0.3

Fu=4080 Kg/cm2 G=0.807x106 kg/cm2 =7.850 Kg/m3

Para evitar el pandeo local en tubos


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Carga Muerta:-Planchas de Zinc (Calamina) =3 a 6 kg/m2 fg

-Planchas de cemento : 10 -15 Kg/m2

-Peso propio de la estructura :

-Pesos permanentes


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Carga Viva: Norma peruana 30 Kg/m2

Carga de nieve: Se desprecia por la zona. (+ 3000 msnm).

Cargas de vientos:

donde la velocidad esta dada en Km/h, medida a una altura de 10 m del suelo. Ver mapa deistacas. En ningn caso tomar . Ver los coeficientes.

El viento puede hacer que un elemento a traccin pase a compresin, pandee y falle.

0.6 0.70.3 0.6

0.60.3

0.7 0.6


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Se combinan todos los estrados de la carga y se analiza el tijeral para cada estrado.Interesa saber la mxima fuerza en traccin y/o compresin en las barras.

Se tendrn algunas barras a traccin y compresin.

5 m

1.6

rea de cargade una vigueta.


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La estructura se analiza como un sistema de barras, es decir, no hay momentos en los extremos y

las cargas se aplican en los nodos.

La plancha se reduce a 1.7 y 1.6Se colocan viguetas en cada traslape.

Largo6=1.80 m7=2.10m8=2.40m

Entre una plancha y otra se deja

un traslape de 20 cm,generalmente puede ser 15 0 25cm, depende de la pendiente para la lluvia.

1.10 m

Planchas de eternit


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Debe ser un numero par debido a la simetra. Es mejor porque noverificamos pandeo.

Especificacin de los ngulos: 1L1x1/8: Angulo en L de 1por 1/8de espesor.

TraccinCompresin

Ejemplo


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En todos los casos: se coloca

Arriostres para disminuir elpandeo.

No se consideran esfuerzos por temperatura porque estas estructuras tienen un extremo libre.


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Arriostres de estabilidad

lateral.

Las viguetas tambin searrastran.


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Es mas barata que la unin por pernos, por lo tanto, la mas usada actualmente. Los clculos se

basan en la suposicin de una falla por corte en la seccin critica (garganta) o si no por corte en el

rea de contacto entre el cordn y el material base.

Garganta=0.707 WsWs

Metal Base


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Tamao mnimo (ver tabla)

Penetracin Parcial


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Tamao mximo:-Si el espesor del borde es menor o igual a el espesor mximo puede ser Ws= (6.4mm).

-Cuando el espesor del borde es mayor a ,el mximo tamao podr ser igual al espesor de lapieza menos 1/16(1.5mm).

Ws(max)= 6.4 mm

Ws(min)= 5mmEscoger 6mm

Ws

T1/4

Ws

1/16

T>1/4


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Longitud Mnima de un Cordn

Lsno ser menor a 4 veces el tamao de la

soldadura.

Adems no menor a la distancia b que los

separa.

La longitud de traslape no ser menor a 5xt.

Ws

Ws

b

Ls


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Las 2 y 3 primeras posiciones indican la resistencia a la fluencia para el

material del electrodo.

La siguiente para la posicin del electrodo.

La ultima la marca de grupo. Caractersticas especiales del electrodo.

E _ _ _ _E _ _ _ _ _

-Los mas usuales son 60 70 KSIPosiciones #1: Cualquier posicin.

#2: Usarlo en posicin plana y horizontal.

#3: Posicin plana.


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-Caractersticas Particulares:

Posiciones #0: Electrodo de corriente continua con revestimiento celulsico.

#1 : Mas usado de corriente alterna, con revestimiento celulsico.

#2: Trabaja con 2 tipos de corriente, con revestimiento de rotilo (material arcillosoque genera un arco de corriente elctrica suave) no penetra mucho y el acabadoexterno es parejo, se usa en acabado.

#4: Trabaja con corriente continua y alterna, tiene revestimiento en base a hierro enpolvo, en algunas aplicaciones, aporta metal a la soldadura.

#8: Electrodo de corriente alterna, con un revestimiento de bajo contenido de hidrogeno, es usado en Aceros de baja soldabilidad.


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E 60 XX

Ws(min)= 3 mm

Ws(max)= 6.7 mm

5 mm= 0.667 tn/ c

A cada lado soldar 120 mm

100 mm15 Tn

Ejemplo


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Verificar:

= Esf. De rotura del material de la plancha: 4.08 Tn/cm2

Ok > 0.667

Los miembros a traccin deben tener una relacin de esbeltez :

Fabricacin

Manipuleo durante el montaje

Evitar la formacin de ondas de calor


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-Son los miembros mas simples de disear.

-Las conexiones son muy importantes.

-Para asegurar un buen funcionamiento en las conexiones debemos tener en cuenta:

a) El factor de resistencia del elemento (=0.75 por la inseguridad en el comportamiento de lasconexiones).

b) reas netas y las cadenas de falla en huecos.

c) Los conceptos de reas netas efectivas.

d) Bloques de corte.

Se prefieren elementos simples porque requieren menos trabajo de fabricacin, pero a veces es

necesario unirlos, uno no es suficiente, aumentar la relacin de esbeltez, por el tipo de conexin,

disminuir los efectos de la flexin.

La resistencia en los miembros en traccin esta definida por dos estados limites:

Fluencia= rea total de la seccin (AT).

Fractura= en la seccin neta efectiva (Ac).

Se relacionan con fallasconocidas recientemente.


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Para Fluencia

Para Fractura

Conexionessoldadas

En el primer caso se ha considerado Fypara que las deformaciones no sean grandes en lugar de

Fu, en cambio en las conexiones el tramo es corto.


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Se tiene una combinacin de falla por traccin y corte, en la soldadura se debe a que ahora se

tienen cordones mas cortos debido a que pueden soportar mayores esfuerzos.

Esta falla no es controlada por ATo AC, si no

por otra falla que envuelve dos planos.

Corte

Traccin


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Hay dos posibles formas de falla

Fractura de traccin (Fu) con fluencia de corte (0.6FY)

Fractura de corte (0.6Fu) con fluencia de traccin

No puede ocurrir fractura al

mismo tiempo en los 2

planos (experimentalmentecomprobado).

Fluencia traccin

Fractura corte

Fractura traccin

Fluencia en corte


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5

3

2

L3x3/8A=4.22

pulg2

Corte

Traccin

Ejemplo


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Fluencia en la seccin total:

Fractura:

Bloque de corte: Fractura Traccin + Fluencia corte

Fractura en corte + Fluencia en traccin

Controla bloque de corte: Mejora si se aumenta el rea de contacto entre el ngulo y la cartela.


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- En el diseo inicial se usa fluencia en la seccin total y fractura, luego, al final en el diseo de las uniones

se comprueba el bloque corte, lo que fija tambin el tamao de la cartela, la experiencia nos da una

primera idea: las cartelas se dibujan a escala.


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Las longitudes de los perfiles comerciales son de 6 metros, por lo que los empalmes se hacen en los nudos

para mantener la linealidad del elemento, sobre todo cuando estn en compresin.

De tablas

(A=3.026 cm2 mnima)

rx= 0.772

ry=1.498

Escogemos

rx= 1.181

Ejemplo


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Para compresin: De tablas

No necesita arriostre.

Enlaces: para que el primero falle por fluencia antes que por pandeo.


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A=1.51

rY= 0.77

rZ=0.5

Colocar enlaces a 1/3 (2 enlaces):


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-El problema critico es el pandeo (Euler)

-Los elementos superiores en el tijeral estn sometidos a compresin, como aqu se dan las mayores

cargas estos determinan el espesor de la estructura.

Se suelda y no se colocan enlaces(A veces es preferible calcular losenlaces para no colocar el cordn a lolargo de todo el perfil.)

Para mantener unidos los ngulos.

Platinas (rectangulares 2x1)


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Influyen en el comportamiento del miembro en compresin axial, los esfuerzos residuales, el punto de

Fluencia del material y la rectitud inicial del miembro.

-Formulas AISC LRFD:-El requerimiento es


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Se introduce en factor de reduccin Q para considerar el caso de espesores delgados relacin ancho

espesor de la placa grande.

Q=1 Placas gruesasQ


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Fy=2530 Kg/cm2

rx=8.91 cmry= 4.99 cm

A= 53.1 cm2

k=1Q=1L=610 cm

Calcular Pn:

Tablas:

Ejemplo


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Es preferible que KL/r 200 (No es necesario cumplirlo).

Para perfiles laminados gruesos el pandeo flexional (Euler) prevalece sobre el pandeo torsional y el flexo

torsional.

En el diseo de miembros a compresin unidos por enlaces, la norma dice que sern efectivos cuando

a/ri50. Donde a= distancia entre conectores y ri= es el menor radio de giro de un elemento.

Cuando la relacin a/rif>50 la columna resiste menos y se usa un KL/r modificado (que de hecho es mayor).

Entonces El que controle (el mayor)

En este caso el enlace disminuye L. Para y x no afecta

por ser paralelo.

x

y


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Se dibujan a escala y en base a la experiencia se dan las proporciones 20cm a cada lado del perfil.

Pueden ser de 3/8o generalmente.

En el nudo superior, aunque no necesite cartela es siempre recomendable colocar, as mismo como las

esquinas.

La cartela se debe unir al perfil con soldadura de penetracin.


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Son generalmente perfiles L de 2x2x3/16

De estabilidad lateral.

3/2para L=20m

5/8para L=13m

Por confirmar.


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CV=50 Kg/m

CM=40 Kg/m

Amplificando la carga


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Para nuestro caso:

h= 25 cm

Para disear el momento ultimo se asume concentrado en los extremos de la vigueta. Angulosuperior y barra inferior.

C

T

0.95h

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Casi siempre 1 x1

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De la tabla:

RZ=0.75 cm

A=2.316 cm2

rX=rY=1.182 cm


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De tablas:

Supongamos que colocamos las lneas de corriente a 1/3 de la luz.

De tabla

Colocamos a de la luz

De tabla


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Cortante mximo:

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F

Traccin:

Varilla 3/8

Compresin:

De tablas:


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Especificacin

1L 1 x1/8

25 cm

3/8

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5

5

5


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5/2

Esto no es seguro

Tal vez 3/2


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1/4 ^ 1/2

GroutCemento: arena

1:3

15cm ^ 10cm

Normalmente

5/8

L=25 ^ 30 cm

L=r6

Longitud mnima


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Tabla- Esfuerzos de Diseo para Miembros en Compresin

Acero Fy=2530 kg/cm2

c=0.85


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Tabla- Resistencia por una pulg/cm de soldadura de filete.


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Tabla- Resistencia por una pulg/cm de soldadura de filete.


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rea Neta Efectiva


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Miembros en Tensin


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