UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN DE AREQUIP AREQUIPA A FACUL ACULTTAD DE: INGENIERIA CIVIL DEPART DEP ARTAMENTO AMENTO ACADEMICO DE INGENIERIA CIVIL
1.
Alta Alta resis resisten tenci cia: a: Alta resistencia por unidad de peso
2. 3.
Unif Unifor ormi mida dad: d: Sus propiedades no cambian con el tiempo Elas Elasti tici cida dad: d: Se acerca mas en su comportamiento a las hipótesis de diseño debido a
4.
que sigue la ley de Hooke hasta esfuerzos bastante altos. Los momento de inercia de una estructura de acero se pueden calcular exactamente. Dura Durabi bili lida dad: d: Si el mantenimiento de las estructuras de acero es adecuado duran indefinidamente.
5.
Duct Ductil ilid idad ad:: Tiene la propiedad de soportar grandes deformaciones sin fallar bajo
esfuerzos de tensión altos.
6.
Ten enac acid idad ad:: Los aceros aceros estructur estructurales ales poseen poseen resiste resistencia ncia y ductilidad ductilidad.. Este Este material material
absorbe grandes cantidades de energía.
7.
Ampliaci Ampliaciones ones de estructur estructuras as exi existen stentes: tes: Las estructuras de acero se adaptan muy bien
a posibles ampliaciones.
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Propi Propieda edades des diver diversas sas:: •
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Gran facilidad para unir diversos miembros por medio de varios tipos de conexión simple, como la soldadura y los pernos. Posibilidad de prefabricar los miembros. Rapidez de montaje Capacidad para laminarse laminarse en una gran cantidad de tamaños y formas. formas. Es posible utilizarlo nuevamente nuevamente después de desmontar un estructura. Pos Posib ibililid idad ad de ve vende nderl rlo o como como chat chatar arrra. El acer acero o es el mate materi rial al reci recicl clab able le por por excelencia.
1.
Corr Corro osió sión: El acero es susceptible a corrosión al estar expuestos al aire y al agua. La falla por corrosión –
fatiga puede ocurrir si los miembros de acero se someten a esfuerzos esfuer zos cíclicos y a ambiente corrosivos.
2.
resistencia del acero disminuye considerabl considerablemente emente en Cost Costo o de la prote protecc cció ión n contr contra a el fuego fuego:: La resistencia temperaturas que comúnmente se alcanza en un incendio, además el acero es un excelente conductor del calo calorr. Las Las estru estruct ctur uras as de acer acero o de un edifi edifici cio o deben deben prot proteg eger erse se media mediant ntee mate materi rial ales es con con características características aislante.
3.
Suscep Suscepti tibil bilid idad ad al pan pandeo deo:: Cuanto mas largos y esbeltos sean los miembros a compresión, tanto mayo es
el peligro de pandeo.
4.
Fatiga: Su resistencia se puede reducir si se somete a un gran numero de inversiones del sentido del
esfuerzo o a un gran numero de cambios de magnitud de esfuerzo de tensión. (Se tiene problemas de fatiga solo cuando se presentan tensiones)
5.
Frac Fractu tura ra frág frágil il:: Bajo ciertas condiciones el acero puede perder su ductilidad y la fractura frágil puede
ocurr ocurrir ir en lugar lugares es de conc concent entra raci ción ón de esfuer esfuerzo zos. s. Las Las carg cargas as que prod produce ucen n fati fatiga ga y muy baja bajass temper temperatu atura rass agrav agravan an la situaci situación. ón. La condici condiciones ones de esfuer esfuerzo zo triaxia triaxiall tambié también n pueden pueden conduc conducir ir a fractura frágil.
1.
Los primer primeros os metales metales usado usadoss por los humanos humanos probab probablem lement ente e fue algún tipo tipo de aleación aleación de cobre cobre tal como el bronce, los avances mas importantes se dan con la fabricación y uso del hierro y de su famosa aleación llamada acero.
2.
Actualmente Actualmente el hierro y el acero acero compre comprenden nden casi el 95% en tonelaje tonelaje de todos lo metales metales producido producidoss en el mundo.
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No se ha podido podido determinar determinar cuando cuando el hombre hombre utilizo utilizo por primera primera vez el hierro. Se han encontr encontrado ado una daga y un brazalete de hierro en las pirámides de Egipto con una edad de 5000 años.
4.
El uso del del hierro hierro ha tenido tenido una gran gran influenci influenciaa en el avance avance de la civiliza civilización ción y probablem probablemente ente la seguirá seguirá siendo en lo siglos venideros.
5.
Desde el inicio de la edad edad de hierro hierro,, alrededor alrededor del del año 1000 a.C., el progreso progreso de la civilización civilización en la paz paz y en la guerra ha dependido mucho de lo que el hombre ha sido capaz de hacer con el hierro.
6.
En un ince incendi ndio o fore forest stal al en el monte monte Ida en la antigu antiguaa Troya roya (Actua (Actuall Turquí urquía) a) cerca cerca del mar Egeo, Egeo, supuestamente el terreno era muy rico en depósitos ferrosos y el calor del fuego produjo una forma primitiva de hierro.
7.
Muchos Muchos histor historiado iadores res creen creen que el hombre hombre aprendi aprendió ó a usar el hierro hierro que cayo cayo a la tierra tierra en forma forma de meteoritos que con frecuencia esta combinado con níquel resultando entonces un metal mas duro.
8.
Su fabricac fabricación ión data data de 2000 2000 a 3000 años años y no existió existió un método de producción producción económico económico sino hasta hasta la mitad del siglo XIX.
9.
El primer primer acero probabl probableme emente nte se obtuvo obtuvo cuando cuando los otros elemen elementos tos necesa necesario rioss para produci producirlo rlo se encontraron presentes por accidente cuando se calentaba el hierro y así con el paso de los años probablemente el hierro tuvo contacto con el carbón vegetal que luego se martillo con el hierro caliente.
10. Al repetir este este proceso proceso varias varias veces, se obtuvo obtuvo una capa exterior exterior endurecida endurecida de acero, acero, se esta manera manera se produjeron las famosas espadas de Toledo y Damasco.
11. El primer proceso proceso para produci producirr acero acero en grandes grandes cantida cantidades des fue bautiza bautizado do en honor honor de Sir Henry Bessemer de Inglaterra. 12. En Estados Unidos fueron William Kelly de Eddyville, Kentucky, Kentucky, había producido producido acero mediante el mismo proceso de Bessemer siete años antes. 13. Kelly Kelly y Bessemer Bessemer se percat percatar aron on que un chorro de aire aire a través través del hierro hierro fundido fundido quemab quemabaa la mayor mayor parte de impurezas en el metal, desafortunadamente también eliminaba algunos elementos provechosos como el carbón y el manganeso.
14. Después Después se aprendi aprendió ó que estos elemento elementoss podían podían restituir restituirse se añadiendo añadiendo hierro especula especularr, que es una aleación de hierro, carbono y manganeso; además al agregar piedra caliza en el convertidor podía removerse el fosforo y la mayor parte de azufre. 15. El proceso proceso de Bessemer Bessemer redujo los los costos costos de producción producción por lo menos menos en un 80% y permitió permitió por primera primera vez la producción en grandes cantidades de acero (1855)
16. El convertidor convertidor de Bessemer Bessemer se uso en Estados Estados Unidos Unidos hasta principios principios del XX y de allí se remplazo remplazo con mejores métodos como el proceso de solera abierta y el de oxigeno básico.
17. Actualmente Actualmente la mayo mayorr parte de perfiles perfiles y placas placas de acero estructur estructural al que se producen producen en EEUU se hace fundiendo chatarra de acero.
18. El acero fundido fundido se vierte en moldes que tienen aproxi aproximadam madamente ente las formas formas finales finales de los miembros miembros , las secciones secciones resultantes resultantes que se hacen pasar por una serie de rodillos rodillos para comprimirlos comprimirlos hasta su forma forma final tienen mejor superficie y menores esfuerzos residuales que el acero recién hecho. 19. Los perfiles perfiles se pueden procesar procesar mas mediante mediante el rolado en frio, frio, la aplicación aplicación de diversos recubrimi recubrimientos entos y tal vez mediante el proceso del recocido, mediante el cual se calienta el acero a un rango intermedio de temperatura (1300 – 1400 °F), se le mantiene a esta temperatura por varias horas y luego se le deja enfriar a temperatura ambiente. Este proceso conduce a un acero de menor dureza y fragilidad pero mayor ductilidad.
20. 20. El term termino ino hierro dulce se refiere al hierro con un contenido muy bajo de carbono ≤ con un contenido muy alto de carbono ≥ 2% se le llama hierro colado.
0.15% ,
21. Después de 1840 el hierro dulce (mas maleable) comenzó comenzó a remplazar al hierro colado.
y al hierro
22. El primer uso del metal metal para una estructur estructuraa grande tuvo tuvo lugar en Shropshir Shropshire, e, Inglaterra Inglaterra en 1779, 1779, ahí se construyo con hierro colado el puente Coalbrookdale en forma de arco de 100 pies de claro sobre el rio Severn.
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Estados unidos 1819 ángulos de hierro laminados. Vigas I de acero, EEUU 1884 (Edificio de la Home Insurance Company de Chicago). Invento Invento los rascacielos – Ing. William LeBaron Jenny. 1890 se construye el primer edifico totalmente armado con acero (Rand-McNally Chicago).
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La torre Eiffel de 985 pies de altura construida construida de hierro dulce en 1889 introdujo introdujo los ascensores. ascensores. 1896, La Association of American Steel Manufacturers (As (Asociación estadounidense de fabricantes de acero) ahora (American Iron and Steel Institute, o AISI), primeros esfuerzos por estandarizar los perfiles. Distinción entre Vigas S (% 1-6) y Vigas W (% 1-20).
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Sistema de identificación de los perfiles estructurales. •
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W27x114 : Sección W con 27 plg plg aproximadamente aproximadamente de peralte peralte y peso de 114 114 lb/pie S12x35 S12x35 : Secció Sección n S con 12 plg de peralte peralte y peso peso de 35 lb/pie. lb/pie.
HP12x74 : Sección usada como pilote pilote de carga con 12 plg aproximadamente aproximadamente de peralte peralte y peso de 74 lb/pie. Los pilotes de carga se hacen con laminados regulares W, pero con almas más gruesas para resistir mejor el impacto del hincado del pilote. El ancho y el peralte de estas secciones son aproximadamente iguales, y sus patines y almas tienen espesores iguales o casi iguales. M8x6.5 : Sección Sección diversa diversa con 8 plg de peralte peralte y peso de 6.5 lb/pie. Forma parte de un grupo de miembros estructurales tipo H con doble simetría que no puede clasificarse por sus dimensiones como sección W, S o bien HP, ya que la pendiente de sus patines interiores es diferente de 16 2/3 por ciento. C10x30
: Sección Sección canal con 10 plg plg de de peralte peralte y peso peso de de 30 lb/pie. lb/pie.
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Sistema de identificación de los perfiles estructurales. •
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MC18x58 : Sección canal diversa con 18 plg de peralte y peso de 58 lb/pie que no se puede clasificar por sus dimensiones como C. HSS14x10x5/8 : Sección estructural rectangular hueca de 14 plg de peralte, 10 plg de ancho, con un espesor de pared de 5/8 plg. Pesa 93.10 lb/pie. También se dispone de secciones HSS cuadradas y redondas. L6x6x1/2 : Angulo de lados iguales, cada uno de 6 plg de longitud y 1/2 plg de espesor. espesor. WT18x151 : Perfil Tee Tee que se obtiene al cortar en dos una W36x302. Este tipo de sección se conoce como te estructural. Las Las secc seccio iones nes rect rectan angu gula lare ress de acer acero o se clas clasif ific ican an como como plac placas as anch anchas as o barr barras as estrechas.
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El AISC en Estados Unidos ha eliminado casi por completo el problema de trabajar con unidades métricas al realizar el diseño de acero estructural. Casi Casi to toda dass sus sus ecua ecuaci cion ones es está están n escr escrit itas as en una una forma orma apli aplica cabl blee a ambo amboss sistemas. La sección W36x302 se muestra como W920x449, donde el 920 está en mm y el 449 está en kg/m.
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Éstos se fabrican doblando láminas delgadas de acero de bajo carbono o baja aleación en prácticamente cualquier sección transversal deseada. Estos perfiles, que pueden utilizarse para los miembros más ligeros suelen usarse en algunos tipos de techos, pisos y muros y varían en espesores entre 0.01 hasta apro aproxi xima mada dame ment ntee 0.25 0.25 plg. plg. Los Los perf perfililes es más más delg delgad ados os se usan usan con con much muchaa frecuencia para algunos paneles estructurales.
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Las propi propied edade adess del del acero acero puede pueden n cambia cambiars rsee en gran gran medid medidaa varia variand ndo o las cantidades presentes de carbono y añadiendo otros elementos como silicio, níquel, manganeso y cobre. La composición química del acero es de suma importancia en sus efectos sobre sus propi propied edade adess tales tales como como la soldab soldabili ilidad dad,, la resis resiste tenc ncia ia a la corr corrosi osión, ón, la resistencia a la fractura frágil, etc. ASTM especifica los porcentajes exactos máximos de carbono, manganeso, silicio, etc., que se permiten en los aceros estructurales. En las décadas pasadas, un acero estructural al carbono designado como A36 y con un esfuerzo mínimo de fluencia Fy = = 36 klb/plg2, era el acero estructural común comúnme ment ntee usado usado.. Sin embar embargo go,, más recie recient ntem emen ente te,, la mayor mayoría ía del del acero acero estructural usado en Estados Unidos se fabrica fundiendo acero chatarra en hornos eléctricos. Con este proceso puede producirse un acero de 50 klb/plg2, A992, y venderse a casi el mismo precio que el acero A36.
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Por otro lado, ocasionalmente ha sido difícil obtener los ángulos de 50 klb/plg2 sin pedidos especiales a las laminadoras de acero. Como resultado, todavía se usan con frecuencia los ángulos A36. Además, las placas de 50 klb/plg2 pueden costar más que el acero A36. Los aceros estructurales disponibles en perfiles estructurales laminados en caliente, placas y barras pueden clasificarse clasificarse como aceros con carbono, aceros de alta resistencia y baja aleación, aceros resistentes a la corrosión, y aceros de baja aleación enfriados y templados. En Estados Unidos, la American Society for Testing and Materials ( ASTM) desarrolla y mantiene los estándares de materiales relevantes para estos aceros Los aceros estructurales se agrupan generalmente según varias clasificaciones principales de la ASTM: •
A36, A53, A500, A500, A501, A501, A529. Aceros de propósitos generales, aceros estructurales al carbono.
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A572, A618, A618, A913 y A992. A992. Aceros estructurales de alta resistencia y baja aleación.
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A242, A242, A588, A588, A847 A847. Aceros estructurales de alta resistencia, baja aleación y resistentes a la
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corrosión atmosférica. atmosférica. A514, A582. Placas de acero templado y enfriado.
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Estos aceros tienen como principales elementos de resistencia al carbono y al manganeso en cantidades cuidadosamente dosificadas. •
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Acero de bajo contenido contenido de carbono: 6 0.15%. Acero dulce: 0.15 a 0.29%. (Los aceros estructurales al carbono quedan dentro de esta categoría.) Acero medio al carbono: carbono: 0.30 a 0.59%. Acero con alto contenido contenido de carbono: 0.60 a 1.70%.
Difieren de los aceros de alta resistencia en que tienen un porcentaje más elevado de elementos de aleación y en que dependen del tratamiento térmico para para desar desarro rolla llarr nivele niveless de resis resiste tenci nciaa adecu adecuado ados. s. El enfri enfriami amien ento to da como como resultado un material muy resistente pero con poca ductilidad en comparación los aceros al carbono.
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Estos aceros obtienen sus altas resistencias y otras propiedades por la adición, aparte del carbono y manganeso, de uno a más agentes de aleación como el columbio, vanadio, cromo, silicio, cobre y níquel. Se incluyen aceros con esfuerzos de flue fluenc ncia ia comp comprrendi endido doss entr entree 40 klb/ klb/pl plg2 g2 y 70 klb/ klb/pl plg2 g2.. Esto Estoss acer aceros os generalmente tienen mucha mayor resistencia a la corrosión atmosférica que los aceros al carbono.
Esto Estoss acer aceros os pose poseen en una una alta alta resis esiste tenc ncia ia a la corr corros osió ión n atmo atmosf sfér éric icaa pues pues desarrollan su propia densidad, dureza y capa de oxido denso duro, y que se adhiere con fuerza. Este tiene un color purpura purpura en lugar del color oxido en forma de escamas.
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Existen otros grupos de aceros de alta resistencia como los de ultra-alta-resistencia que tienen fluencias de entre 160 klb/plg2 y 300 klb/plg2. ASTM no les ha asignado un número de clasificación. Actualmente existen en el mercado más de 200 aceros con esfuerz uerzo os de fluen luenccia may mayore ores de 36 klb/p lb/plg lg2. 2. La indus ndustr triia del del acer acero o está experimentando ahora con aceros cuyos esfuerzos de fluencia varían entre 200 klb/plg2 y 300 klb/plg2, a futuro se dispondrá de aceros con fluencias de 500 klb/plg2. La fuerza teórica de unión entre los átomos de hierro se ha estimado en más de 4 000 klb/plg2. El uso de aceros más resistentes resultará económico en miembros a tensión, vigas y colum columnas nas.. Factore actoress adicio adicional nales es que pueden pueden conduc conducir ir al uso de los aceros aceros de alta alta resistencia se cuentan los siguientes: 1. 2. 3. 4.
Alta Alta resiste resistencia ncia a la corrosión corrosión.. Posibles ahorros en los costos costos de transporte, montaje y cimentaciones cimentaciones debido al menor peso. Uso de vigas de menor menor peralte, peralte, que permite reducir el espesor espesor de los pisos. pisos. Posib Posibles les ahorros ahorros en la protecc protección ión contra contra el fuego fuego porque porque pueden pueden usarse usarse element elementos os más pequeños.
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La tenacidad a la fractura del acero se usa como una medida general de su resistencia al impacto o de su capacidad para absorber incrementos repentinos en los esfuerzos de muesca. Entre más dúctil es el acero, mayor es su tenacidad. Por otra parte, entre más baja es la temperatura, mayor es su fragilidad. La prueba Charpy de muesca V es la más ampliamente usada. Si bien esta prueba (descrita en la especificación A6 del ASTM) es algo inexacta, ayuda a identificar los aceros frágiles. Con esta prueba se mide la energía requerida para fracturar una pequeña barra de sección transversal rectangular con una muesca específica. Aunq Aunque ue la prue prueba ba Char Charpy py es bien bien cono conoci cida da,, en real realid idad ad prop propor orci cion onaa una una medición muy mala. En los artículos de Barsom y Rolfe se consideran otros métodos para medir la tenacidad del acero. Tarea: realizar un resumen de máximo 1 hoja del articulo DETERMINACIÓN DE LA TENACIDAD A LA FRACTURA DEL MATERIAL DE UN GASODUCTO.
La barra se fractura con un péndulo liberado desde cierta altura. La cant cantid idad ad de ener energí gía a reque requeri rida da para para fract fractur urar ar la barr barra a se dete determ rmin ina a a part partir ir de la altu altura ra a la que que el pénd péndul ulo o se elev eleva a despué después s del golpe. golpe. La prueba prueba puede puede repeti repetirse rse para para difere diferente ntes s temper temperatu aturas ras y grafic graficars arse. e. Tal gráfic gráfica a muestr muestra a claram clarament ente e la rel relació ación n ent entre tem tempera perattura, ura, duc ductil tilidad idad y fragi ragillidad idad.. La temperatura en el punto de mayor pendiente es la temperatura de transición.
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Ciertos perfiles W pesados con espesores de patín mayores de 2 pulgadas suelen secciones nes jumbo jumbo. denominarse seccio Las secciones jumbo se desarrollaron originalmente para usarse como miembros a compresión con un comportamiento satisfactorio. Al ser usado como miembros a tensión o flexión, sus patines y almas han presentado serios problemas de agrietamiento cuando se ha utilizado soldadura o corte térmico, teniendo como resultado menores capacidades de carga y problemas relacionados con la fatiga. Las piezas gruesas de acero tienden a ser más frágiles que las delgadas. Entre otras cosas por que los núcleos de perfiles gruesos están sometidos a un menor laminado, poseen mayor contenido de carbono (necesario para producir los esfuerzos de fluencia requeridos) y tienen mayores esfuerzos de tensión por el enfriamiento (esfuerzos residuales). Las secciones jumbo empalmadas con soldadura pueden usarse en casos de tensión axial o de flexión si se sigue los procedimiento procedimientoss dados en la Especificación A3.1c de la Especificación AISC. Algunos de los requisitos requisitos son los siguientes:
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El acero usado debe tener ciertos niveles de absorción de energía, determinados por la prueba Charpy de la muesca en V (20 pies-lb a una temperatura máxima de 70 °F). Es necesario que las pruebas se hagan sobre especímenes tomados de áreas del núcleo donde la fractura frágil se ha evidenciado como problemática. La temperatura temperatura debe controlarse controlarse durante el soldado y el trabajo debe seguir una cierta secuencia. Se requieren detalles especiales para los empalmes..
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Los Los espe especí címe mene ness de acer acero o usad usados os para para prue prueba bass y desa desarr rrol ollo lo de curv curvas as esfu esfuer erzo zo-deformación unitaria usualmente tienen sus ejes longitudinales en la dirección en la que el acer acero o fue fue lami lamina nado do.. Si los los espe especí címe mene ness se toma toman n con con sus sus ejes ejes longi longitu tudi dina nale less trans transve vers rsalm almen ente te a la direcc dirección ión del lamina laminado do “a través través del espesor” del acer acero, o, el resultado será una menor ductilidad y tenacidad. Afortunadamente, esto es de poca importancia para casi todos los casos. Sin embargo, puede ser de gran importancia cuando cuando se usan usan placa placass grues gruesas as y perfil perfiles es estru estruct ctur urale aless pesado pesadoss en junta juntass soldad soldadas as fuertemente fuertemente restringidas. (Puede ser también problemático problemático en miembros delgados, pero es mucho más importante en los elementos gruesos.) Si una junta está fuertemente restringida, restringida, la contracción contracción de las soldaduras en la dirección del del espe espeso sorr no pued puedee redi redist stri ribu buir irse se adec adecua uada dame ment ntee y el resu result ltad ado o puede puede ser ser un desgarr rrami amien ento to lamina laminar r . (Laminar signific desgarr desgarramie amiento nto del acero acero llamado llamado desga significaa que consiste en capas delgadas.) La situación se agrava por la aplicación de una tensión externa. El desgarramiento desgarramiento laminar puede presentarse como un agrietamiento agrietamiento por fatiga fatiga después de la aplicación de un número de ciclos de carga.
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El prob proble lem ma del del desg desgar arrramie amien nto lami lamina narr se pued puedee elim elimin inar ar o mini minimi mizzar considerablemente con detalles y procedimientos de soldadura apropiados. Por ejemplo, las soldaduras deben detallarse de manera que la contracción ocurra tanto como sea posible en la dirección en que el acero fue rolado. Algunas compañías fabricantes de acero producen aceros con propiedades mejoradas en la dir direcci ecció ón del espe spesor sor, lo que proporcio ciona una una resis sistencia cia mayor al desgarramiento laminar. laminar.
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El suministro de estructuras de acero consiste en el laminado de los perfiles, la fabricación de los elementos para un trabajo específico (incluido el corte a las dimens dimension iones es requ requeri eridas das y el punzo punzonad nado o de los agujer agujeros os neces necesari arios os para para las conexiones de campo) y su montaje. El diseño de las estructuras generalmente lo hace un ingeniero en colaboración con una empresa de arquitectos. El proyectista hace los dibujos del diseño que muestran las cotas de los miembros estructurales, las dimensiones generales y las conexiones fuera de lo común. La compañía encargada de fabricar la estructura elabora los planos detallados y los somete a la aprobación del ingeniero. El montaje de las estructuras de acero es más que en cualquier otro aspecto del trabajo de construcción, un asunto de ensamblaje. El montaje se ejecuta de acuerdo con una serie de planos de montaje. Estos planos no son dibujos detallados, son simples diagramas lineales que muestran la posición de cada elem elemen ento to en la estr estruc uctu turra. Los Los plan planos os mues muestr tran an a cada cada piez piezaa indi indivi vidu dual al o subensamblaje de piezas junto con las marcas de asignación de transporte o de montaje, para su posición correcta en la estructura.
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El diseñador estructural distribuye y dimensiona las estructuras y las partes de éstas para que soporten satisfactoriamente las cargas a las que quedarán sometidas. Sus funciones son: •
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El trazo general de la estructura El estudio de las formas estructurales estructurales posibles que puedan usarse usarse La consideración de las condiciones condiciones de carga El análisis de esfuerzos, deflexiones, etc. El diseño de los elementos elementos y la preparación de los planos de diseño. Con más exactitud, exactitud, la palabra diseño se refiere al dimensionamiento dimensionamiento de las partes de una estructura estructura después de que se han calculado las fuerzas.
El ingeniero estructurista debe proporcionar a las estructuras •
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Proporción para un fácil montaje Resistencia suficiente Economía en el diseño.
Seguridad: Implica no solo soportar con seguridad, sino que además resista las
cargas sin deformaciones apreciables. Costo: El proyectista siempre debe tener en mente la posibilidad de abatir los costos de la construcción sin sacrificar la resistencia. Factibilidad: Otro objetivo es el diseño de estructuras que puedan fabricarse y montarse sin mayores problemas. Los proyectistas necesitan conocer lo relativo a los métodos de fabricación, transporte, disponibilidad de mano de obra, equipo disponible para el montaje y deben adaptar sus diseños a las instalaciones disponibles.
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El diseño de un miembro de acero implica mucho más que el cálculo de las propiedades requeridas para resistir las cargas y la selección del perfil más ligero que que teng enga tales ales prop propie ieda dade des. s. Aunq Aunque ue a prim primer eraa vis vista par parece ece que que est este procedimiento ofrece los diseños más económicos, deben considerarse muchos otros factores:
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Comunicación Comunicac ión entre proyectista, proyectista, fabricante, montador y otros que intervienen en el proyecto. proyecto. Conocimiento Conocimiento de las dimensiones en que se fabrican los perfiles laminados. laminados. Unificar el mayor número posible de perfiles en cuanto al tamaño y forma. forma. Verificar los elementos que variarían con este incremento del peralte de vigas como son muros, elevadores columnas, instalaciones y cimentaciones. Espaciamiento Espacia miento de vigas para reducir el numero de miembros a montarse y a fabricarse. Los miembros miembros de acero estructural deben pintarse pintarse sólo de ser necesario. Utilizar la misma sección el mayor número de veces veces posible. Se debe conocer la forma de transporte de elementos grandes. Escoger secciones fáciles de montar y de fácil fácil mantenimiento.
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La apariencia puede ser el factor principal al tener que escoger el tipo de estructura.
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Surge con frecuencia la pregunta, ¿cómo lograr un diseño económico en acero estructural? La respuesta es simple: depende de lo que el fabricante de acero no tenga que hacer . (En otras palabras, un diseño económico se alcanza cuando la fabricación se minimiza.)
Tarea de grupos: •
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2000v04_bridges (4) 2000v04_cable-stayed (6) 2000v04_economy (7) 2000v04_joists (1) 2000v04_new_developments (2) 2000v04_reducing_costs (2) 2000v04_value_engineering (9)
El proy proyec ecti tissta debe debe sabe saberr dond dondee dar dar may mayor aten atenci ción ón y dónd dóndee se requiere la asesoría exterior. exterior. Los proyectistas, proyectistas, seleccionan miembros de suficiente tamaño y resistencia. Las estructuras de acero rara vez fallan debi ebido a defect ectos del material, más bien ien lo hacen por su uso inadecuado. El colapso de las estructuras se debe generalmente a: • • • •
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Falta de atención a los detalles de las conexiones. Insuficiente apoyo de vigas Los asentamientos en las cimentaciones. Algunas fallas estructurales ocurren porque no se da una atención adecuada a las las defl defleexion xiones es,, fatig atigaa de miem miembr bros os,, arri arrios ostr tram amie ien nto con contra tra lade ladeos os,, vibraciones y la posibilidad de pandeo de miembros en compresión o de los patines de compresión de vigas. las peores condiciones pueden ocurrir durante el montaje y puede entonces requerirse un arriostramiento especial temporal.
Las siguientes reglas generales se aplican a las dimensiones y pesos de piezas de acero estructural que se pueden fabricar en un taller, transportarse a la obra y montarse: 1) 2)
3) 4)
Los pesos pesos y longitudes máximos máximos que pueden manejarse en el taller y en un sitio de construcción son aproximadamente 90 toneladas y 120 pies, respectivamente. Piezas de 8 pies pies de altura, altura, 8 pies de ancho y 60 pies de largo pueden transportarse transportarse en camiones sin dificultad (siempre que los pesos en los ejes o pesos brutos no excedan los valores permisibles indicados por las autoridades a lo largo de las rutas designadas). Hay pocos pocos problem problemas as en el envío envío por ferro ferrocarr carrilil si las las piezas piezas no tienen tienen más de 10 pies de alto, 8 pies de ancho, 60 pies de largo y si no pesan más de 20 toneladas. Las rut rutas debe deben n estu estudi diaarse cuida uidado dosa same men nte, así como omo consul nsulttar a los los trans transpor portis tista tass con con respe respect cto o a los pesos pesos y tamañ tamaños os que exced excedan an los valor valores es indicados en los puntos 2 y 3 anteriores.
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Un punto muy importante, que muchos tienen dificultad en entender, es que el diseño estructural no es una ciencia exacta y que no tiene sentido sentido tener resultados resultados con ocho cifras significativ significativas. as. Algunas de las razones se debe a que los métodos de análisis se basan en hipótesis parcialmente ciertas, a que las resistencias de los materiales varían apreciablemente y a que las cargas máximas sólo pueden determinarse en forma aproximada. Desde un punto de vista práctico, al parecer lo mejor es calcular con todos los dígitos en la calculadora en los pasos intermedios y luego redondear las respuestas finales.
