ESTRUCTURAS METESTRUCTURAS METÁÁLICAS Y DE LICAS Y DE MADERAMADERA

0909--0202

Profesor: Antonio Zeballos CabreraProfesor: Antonio Zeballos Cabrera

BIBLIOGRAFBIBLIOGRAFÍÍAA

1.1. Norma TNorma Téécnica de Edificacicnica de Edificacióón E.090 ESTRUCTURAS METn E.090 ESTRUCTURAS METÁÁLICAS. LICAS. Ministerio de Vivienda, ConstrucciMinisterio de Vivienda, Construccióón y Saneamiento, 2004.n y Saneamiento, 2004.

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EdiciEdicióón. n. AlfaomegaAlfaomega Grupo Editor, MGrupo Editor, Mééxico, 2002.xico, 2002.11.11. DiseDiseñño Estructural en Acero (Con o Estructural en Acero (Con éénfasis en el Mnfasis en el Méétodo de disetodo de diseñño con o con

Factores de Carga y Resistencia). Luis Zapata B. Libro 8 de la CFactores de Carga y Resistencia). Luis Zapata B. Libro 8 de la Coleccioleccióón n del Ingeniero Civil, Colegio de Ingenieros del Perdel Ingeniero Civil, Colegio de Ingenieros del Perúú, 1991., 1991.

12.12. Design of Steel Structures. Edwin H. Gaylord and Charles N. GaylDesign of Steel Structures. Edwin H. Gaylord and Charles N. Gaylord. ord. 2nd. Edition. Mc. 2nd. Edition. Mc. GrawGraw--Hill Book Co., New Cork, 1972Hill Book Co., New Cork, 1972

13.13. Designing Steel Structures. Sol E. Cooper, Andrew C. Chen. (PUCPDesigning Steel Structures. Sol E. Cooper, Andrew C. Chen. (PUCP: TA : TA 684 C75)684 C75)

CapCapíítulo 1tulo 1

INTRODUCCIINTRODUCCIÓÓNN

1.1 Generalidades1.1 Generalidades

CRITERIOS DE BASECRITERIOS DE BASE

El objetivo principal es establecer criterios sEl objetivo principal es establecer criterios sóólidos para el diselidos para el diseñño en acero.o en acero.

La base es la comprensiLa base es la comprensióón del COMPORTAMIENTO de los elementos y n del COMPORTAMIENTO de los elementos y las estructuras metlas estructuras metáálicas.licas.

Los criterios, a diferencia de las normas, cambian muy poco con Los criterios, a diferencia de las normas, cambian muy poco con el tiempo.el tiempo.

La norma americana AISC, Load & La norma americana AISC, Load & ResistanceResistance Factor Factor DesignDesign..

La Norma Peruana de Acero es la E.090 ESTRUCTURAS METLa Norma Peruana de Acero es la E.090 ESTRUCTURAS METÁÁLICAS.LICAS.

El sistema de unidades que emplea la Norma es el Sistema InternaEl sistema de unidades que emplea la Norma es el Sistema Internacional cional (SI).(SI).

SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES (SI)SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES (SI)

Unidades bUnidades báásicas:sicas:LongitudLongitud = metro= metro = m= mMasaMasa = kilogramo= kilogramo = = kgkgTiempoTiempo = segundo= segundo = s= s

Unidades derivadas:Unidades derivadas:FuerzaFuerza = newton= newton = N= NPresiPresióónn = pascal = pascal = = PaPa = 1N/m= 1N/m22

EnergEnergííaa = joule= joule = J = 1 = J = 1 NxmNxm

(1 newton es la fuerza que a un cuerpo con una (1 newton es la fuerza que a un cuerpo con una masa de 1 masa de 1 kgkg le produce una aceleracile produce una aceleracióón de 1 m/sn de 1 m/s22))

EQUIVALENCIASEQUIVALENCIAS

1 g1 g = 9.806650 m/s= 9.806650 m/s22

1 1 kgkg--ff = 9.806650 N (exacto)= 9.806650 N (exacto)1 1 kgkg--ff = 2.204622 = 2.204622 lblb--ff1 1 MPaMPa = 1 N/mm= 1 N/mm22

1 1 MPaMPa = 10.2 = 10.2 kgkg--f/cmf/cm22

1 1 ksiksi = 6.894757 = 6.894757 MPaMPa1 1 kipkip = 1 000 = 1 000 lblb = 4448.222 N= 4448.222 N

VALORES USUALES

E = 2 030 000 kg-f/cm2

= 200 000 MPa= 29 000 ksi

G = 780 000 kg-f/cm2

= 77 200 MPa= 11 200 ksi

Peso unitario del acero = 7 850 kg-f/m3

= 77 kN/m3

= 490 lb-f/ft3

DESARROLLO DEL CURSODESARROLLO DEL CURSO

1.1. Estudio de elementos aislados sometidos a diferentes solicitacioEstudio de elementos aislados sometidos a diferentes solicitaciones.nes.2.2. Consideraciones especiales al caso de fuerzas sConsideraciones especiales al caso de fuerzas síísmicas.smicas.3.3. Su conexiSu conexióón a los elementos de apoyo.n a los elementos de apoyo.4.4. Ensamblado de estos elementos para constituir estructuras.Ensamblado de estos elementos para constituir estructuras.

1.2 Clasificaci1.2 Clasificacióón de estructurasn de estructuras

TIPOS USUALES DE ESTRUCTURAS METÁLICAS

1.- Pórticos con conexiones rígidas2.- Pórticos con conexiones de corte (no rígidas)3.- Pórticos biarticulados de alma llena4.- Tijerales5.- Arcos

EDIFICIO TUBULAREDIFICIO TUBULAR

Planta de un edificio tubularPlanta de un edificio tubular((AmitAmit Urs Urs –– StabilityStability AnalisisAnalisis ofof FrameFrame TallTall BuildingsBuildings))

PORTICOS CONEXIPORTICOS CONEXIÓÓNES RIGIDASNES RIGIDAS

PORTICOS CON CONEXIONES PORTICOS CON CONEXIONES DE CORTEDE CORTE

PORTICO (BIARTICULADO) DE ALMA LLENAPORTICO (BIARTICULADO) DE ALMA LLENA

TIJERALESTIJERALES

TIJERALESTIJERALES

UNIONES UNIONES DE NUDOSDE NUDOSEN TIJERALEN TIJERAL

Área de planchas194m2

Peso. 800kg

Peso: 840 kgf

Peso: 840kgfÁrea de planchas:

194m2

ARCOSARCOS

CUPULA ESFERICACUPULA ESFERICA

COLISEO BONILLA COLISEO BONILLA MIRAFLORESMIRAFLORES

ELEMENTOS LIVIANOS DE ACERO

LLÁÁMINA PREFORMADA MINA PREFORMADA ACERO ACERO -- DECKDECK

PLANCHA COLABORANTE

PLANCHA PLANCHA COLABORANTECOLABORANTE

SISTEMA QUICKWALL PARA VIVIENDASSISTEMA QUICKWALL PARA VIVIENDAS

1.3 Criterios de seguridad1.3 Criterios de seguridad

CRITERIOS DE SEGURIDADCRITERIOS DE SEGURIDAD

Debe cuidarse la seguridad a la rotura y el buen Debe cuidarse la seguridad a la rotura y el buen funcionamiento en Condiciones de Servicio.funcionamiento en Condiciones de Servicio.

Debe tenerse en cuenta que todos estos factores se Debe tenerse en cuenta que todos estos factores se comportan con criterios comportan con criterios probabilprobabilíísticossticos..

RESISTENCIA CARACTERISTICARESISTENCIA CARACTERISTICA

Para los materiales se emplea la Para los materiales se emplea la resistenciaresistencia caractercaracteríísticasticaque es menor que la resistencia promedio, y que se que es menor que la resistencia promedio, y que se establece bajo la condiciestablece bajo la condicióón de que no mn de que no máás de 1 en un cierto s de 1 en un cierto nnúúmero de ensayos (por ejemplo 1 en 10) darmero de ensayos (por ejemplo 1 en 10) daráá una una resistencia menor que la caracterresistencia menor que la caracteríística.stica.

Distribución Probabilística de Solicitaciones, Q, y Resistencias, R

INDICE DE CONFIABILIDAD, INDICE DE CONFIABILIDAD, ββ

CONTROL DE CALIDADCONTROL DE CALIDAD

1.4 Procedimientos de dise1.4 Procedimientos de diseññoo

PROCESO DE DISEPROCESO DE DISEÑÑOO

Es un proceso iterativo que pasa por las siguientes Es un proceso iterativo que pasa por las siguientes etapas:etapas:

1.1.-- Anteproyecto (diseAnteproyecto (diseñño conceptual)o conceptual)2.2.-- AnAnáálisislisis3.3.-- DiseDiseññoo

FUNCIONES DE UN BUEN DISEFUNCIONES DE UN BUEN DISEÑÑOO

FuncionalidadFuncionalidadSeguridadSeguridadEconEconóómica mica (Est(Estéética)tica)

GGéénesis del esquema estructuralnesis del esquema estructural

RAZON Y SER DE LOS TIPOS ESTRUCTURALESRAZON Y SER DE LOS TIPOS ESTRUCTURALESEduardo TorrojaEduardo Torroja

GGéénesis del esquema estructuralnesis del esquema estructural

RAZON Y SER DE LOS TIPOS ESTRUCTURALESRAZON Y SER DE LOS TIPOS ESTRUCTURALESEduardo TorrojaEduardo Torroja

GGéénesis del esquema estructuralnesis del esquema estructural

RAZON Y SER DE LOS TIPOS ESTRUCTURALESRAZON Y SER DE LOS TIPOS ESTRUCTURALESEduardo TorrojaEduardo Torroja

METODOS DE DISEÑO

1. Diseño por Esfuerzos Admisibles Allowable Stress Design (ASD)

2. Diseño por Factores de Carga y Resistencia (Estados Límites) Load and Resistance Factor Design (LRFD)

ESTADOS LIMITES

Son aquellas condiciones en que un sistema (la estructura) se encuentra en un inminente estado de falla.

La falla tiene, en este caso, distintas acepciones.

En ingeniería estructural se definen, por ahora, dos estados límite: de RESISTENCIA y de SERVICIO.

ESTADOS LIMITES DE RESISTENCIA

1.Esfuerzos2.Pandeo3.Fatiga4.Volteo5.Deslizamiento

El concepto de “falla” en estos casos se asocia a condiciones en que la estructura se fractura, se vuelve inestable, o se mueve, de manera que no puede seguir sosteniendo la carga impuesta.

ESTADOS LIMITES DE SERVICIO

1.Deflexiones2.Vibración3.Fisuración

El concepto de “falla” en estos casos implica que la estructura responde a ciertas cargas de manera inapropiada para los fines del edificio.

1.5 Reglamentos1.5 Reglamentos

CARGAS PARA EL DISEÑO

1.- Norma E.020 CARGAS

2.- Norma E.030 DISEÑO SISMORRESISTENTE

1.1. La Norma Peruana de Acero es la E.090 aprobada en Febrero de 200La Norma Peruana de Acero es la E.090 aprobada en Febrero de 2004.4.

2.2. La Norma E.090 emplea el mLa Norma E.090 emplea el méétodo de disetodo de diseñño por Factores de Carga y o por Factores de Carga y Resistencia (LRFD).Resistencia (LRFD).

3.3. Por existir aPor existir aúún muchos profesionales que emplean el mn muchos profesionales que emplean el méétodo de disetodo de diseñño o por Esfuerzos Admisibles (ASD), presenta procedimientos mpor Esfuerzos Admisibles (ASD), presenta procedimientos míínimos de nimos de disediseñño por este mo por este méétodo.todo.

CONDICION GENERAL DE SEGURIDADCONDICION GENERAL DE SEGURIDAD

CARGAS, FACTORES DE CARGA Y CARGAS, FACTORES DE CARGA Y COMBINACICOMBINACIÓÓN DE CARGASN DE CARGAS--11

Las siguientes cargas nominales deben ser consideradas: Las siguientes cargas nominales deben ser consideradas:

D D :: Carga muerta debida al peso propio de los Carga muerta debida al peso propio de los elementos y los efectos permanentes sobre laelementos y los efectos permanentes sobre laestructura.estructura.

L L :: Carga viva debida al mobiliario y ocupantesCarga viva debida al mobiliario y ocupantes..Lr Lr :: Carga viva en las azoteas.Carga viva en las azoteas.W W :: Carga de vientoCarga de viento..S S :: Carga de nieveCarga de nieve..E E :: Carga de sismo de acuerdo a la NCarga de sismo de acuerdo a la NTE TE E.030 DiseE.030 Diseñño o

Sismorresistente.Sismorresistente.R R :: Carga por lluvia o granizoCarga por lluvia o granizo..

CARGAS, FACTORES DE CARGA Y CARGAS, FACTORES DE CARGA Y COMBINACICOMBINACIÓÓN DE CARGASN DE CARGAS--22

La resistencia requerida de la estructura y sus elementos debe ser determinada para la adecuada combinación crítica de cargas factorizadas. Para la aplicación del método LRFD, las siguientes

combinaciones deben ser investigadas:1,4D (1.4-6)

1,2D + 1,6L + 0,5(Lr ó R) (1.4-2)1,2D + 1,6(Lr ó S ó R) + (0,5L ó 0,8W) (1.4-3)1,2D + 1,3W + 0,5L + 0,5(Lr ó S ó R) (1.4-4)1,2D ± 1,0E + 0,5L + 0,2S (1.4-5)0,9D ± (1,3W ó 1,0E) (1.4-6)

IMPACTOIMPACTO

En el caso de estructuras que soporten carga viva que En el caso de estructuras que soporten carga viva que produce impacto, deberproduce impacto, deberáá considerarse un incremento en la considerarse un incremento en la

carga viva nominal debido a este efecto. carga viva nominal debido a este efecto. En el caso del mEn el caso del méétodo LRFD este incremento se aplica en todo LRFD este incremento se aplica en

las combinaciones 1.4las combinaciones 1.4--2 y 1.42 y 1.4--33

IMPACTOIMPACTO

Si no hay indicaciSi no hay indicacióón en contrario los incrementos sern en contrario los incrementos seráán los n los siguientes:siguientes:(a) Apoyos de ascensores (a) Apoyos de ascensores ……...................... 100%...................... 100%(b) Apoyos de maquinaria liviana accionada(b) Apoyos de maquinaria liviana accionada

por ejes o motores por ejes o motores ……………………………………………………………………. 20%. 20%(c) Apoyos de maquinas (c) Apoyos de maquinas reciprocantesreciprocantes ………………. 50%. 50%(d) Tirantes que soportan pisos y voladizos(d) Tirantes que soportan pisos y voladizos…… 33%33%(e) Vigas de puente gr(e) Vigas de puente grúúa con cabina de a con cabina de

operador y sus conexiones .................. 25%operador y sus conexiones .................. 25%(f) Vigas de puente gr(f) Vigas de puente grúúa con control colgante a con control colgante

y sus conexiones y sus conexiones ………………………………………………………………………… 10%10%

FUERZAS HORIZONTALES EN PUENTES GRUAFUERZAS HORIZONTALES EN PUENTES GRUA

La fuerza lateral nominal que se genera en la vLa fuerza lateral nominal que se genera en la víía del puente gra del puente grúúa por el a por el movimiento del polipasto no debe ser menor al 20% de la suma delmovimiento del polipasto no debe ser menor al 20% de la suma del peso peso

izado y el peso del polipasto. No debe incluirse el peso de otraizado y el peso del polipasto. No debe incluirse el peso de otras partes de la s partes de la grgrúúa.a.

FUERZAS HORIZONTALES EN PUENTES GRUAFUERZAS HORIZONTALES EN PUENTES GRUA

Esta fuerza debe aplicarse en la parte superior de los rieles acEsta fuerza debe aplicarse en la parte superior de los rieles actuando en la tuando en la direccidireccióón normal al desplazamiento del puente grn normal al desplazamiento del puente grúúa y debe ser distribuida a y debe ser distribuida

considerando la rigidez lateral de la estructura que soporta losconsiderando la rigidez lateral de la estructura que soporta los rieles.rieles.

FUERZAS HORIZONTALES EN PUENTES GRUAFUERZAS HORIZONTALES EN PUENTES GRUA

La fuerza longitudinal nominal tendrLa fuerza longitudinal nominal tendráá un valor mun valor míínimo de 10% de las nimo de 10% de las mmááximas cargas de rueda de la grximas cargas de rueda de la grúúa aplicada en la parte alta del riel, a a aplicada en la parte alta del riel, a menos que se especifique otra cosa.menos que se especifique otra cosa.

1.6 Ayudas de dise1.6 Ayudas de diseññoo

DOCUMENTOS DE DISEDOCUMENTOS DE DISEÑÑOO

1.1.-- Planos: Planos: -- de Ingenierde Ingenieríía Ba Báásicasica-- de Tallerde Taller

2.2.-- Especificaciones TEspecificaciones Téécnicascnicas3.3.-- Memoria DescriptivaMemoria Descriptiva

MANUAL DEL MANUAL DEL AISCAISC

Datos de perfilesDatos de perfiles

Gráfico paradiseño de

Vigas.

MANUAL AISC

AYUDASAYUDASPARAPARA

ELELDISEDISEÑÑOO