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MIEMBROS DE FLEXION Y FUERZA AXIAL

UNIVERSIDAD NACIONAL JORGE BASADRE GROHMANN

ESCUELA DE ACADEMICO PROFESIONAL DE ARQUITECTURA

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL, ARQUITECTURA Y GEOTECNIA

INTEG

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NTES

• YANAPA CONDORI, CAROLINA 2011-128011DOCENTE:

• ING.ELVIRA

ESCUELA:• ESAQ- ARQUITECTURA

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INDICE

 TITULO I : PRESENTACION

• DEFINICION Y ANTECENDENTES • MIEMBROS DE SUJETO A FLEXION• ANALISIS ESTRUCTURAL -

PROBLEMAS APLICATIVOS (EXPLICADO)

• APLICACIONES GRAFICAS • ESPECIFICACIONES AISC Y LRFD • CONCLUSIONES (TODOS C/U SU

PARTE)

 TITULO II : DESARROLLO

FUERZA AXIAL

MIEMBROS EN FLEXIÓN

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PRESENTACION

En el presente trabajo del curso de diseño

Estructural se hablara sobre temas de diseño

de estructuras se presentan los conceptos

fundamentales del diseño de miembros en

flexión o vigas: se definen este tipo de

elementos estructurales, se ilustran sus

principales usos en estructuras de acero; se

describe su comportamiento básico, se

clasifican las secciones de acuerdo con sus

relaciones ancho/espesor y según las

Especificaciones técnicas correspondientes; se

indican sus modos de falla, los requisitos de

diseño

conforme a las especificaciones referidas y

varios ejemplos típicos de diseño.

Además también se trataran sobre el tema de

fuerzas axiales.

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MIEMBROS DE FLEXION

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Los primeras investigaciones

sobre el comportamiento

de vigas o miembros en flexión fueron realizadas por

Leonardo da Vinci en el siglo XV.

ANTECEDENTES HISTORICOS

LEONARDO DA VINCI

A principio del siglo XVII, Galileo

trabajó en el estudio de los

esfuerzos producidos por

las cargas verticales en una viga en voladizo.

Galileo Galilei

Navier formuló las ecuaciones de la flexión

simple.Se han desarrollado a lo largo del tiempo varias teorías más complejas con base en las investigaciones efectuadas sobre el pandeo lateral y pandeo lateral por

flexo-torsión que las de Navier, su teoría sobre vigas

es aún vigente para el diseño de miembros en

flexión o vigas.

El efecto de la torsión en barras fue investigado a principio del siglo XVIII por C.

A. Coulomb y T. Young. El primer tratamiento riguroso de la torsión,

involucrando el alabeo y la flexión, fue propuesto por St. Venant en 1853. En 1903

L. Prandtlintrodujo la analogía de la membrana, y en

1905, S. Timoshenko presentó los resultados de sus investigaciones sobre la torsión no uniforme de las vigas de sección

transversal “I”, teniendo en cuenta la resistencia al desplazamiento lateral de los

patines. NAVIER

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DEFINICION

DEFINICIÓN DE MIEMBROS EN FLEXIÓN

LOS MIEMBROS EN FLEXIÓN

Son elementos estructurales de sección prismática

Colocados normalmente en posición horizontal

Soportan cargas perpendiculares al eje longitudinal (en cualquiera de sus dos sentidos

Producen preponderantemente solicitaciones de flexión y cortante.

VIGAS

Son miembros estructurales muy importantes en la estructura de

un edificio

VIGAS

Soportan lossistemas de piso simples o compuestos acero-concreto

crean las superficies horizontales útiles del edificio

compuestos acero-concreto

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W = Carga uniformemente repartida kg/m.L = Claro libre (longitud de la viga) m.V máx. = Fuerza cortante máxima kg.M máx. = Momento flexionante máximo kg - m.

Donde:

SOLICITACIONES DE UNA VIGA TÍPICA CON CARGA UNIFORMEMENTE REPARTIDA: FLEXIÓN Y CORTANTE

USO DE LOS MIEMBROS DE FLEXION

La flexión es una de las acciones internas más

comunes en las estructuras de

todo tipo

Se presenta en las vigas y largueros de pared

Se presenta en las vigas de los sistemas de piso

Se presenta en las vigas cubierta de edificios industriales.

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SECCIONES TRANSVERSALES PARA MIEMBROS DE FLEXION

Las secciones armadas de sección transversal distinta a la de los perfiles I

Las vigas están sujetas preponderantemente a flexión uniaxial y cuando se utilizan perfiles IR se cargan en el plano de simetría que corresponde al de menor momento de inercia.

El eje de flexión de las vigas

Es siempre el de mayor momento de

inercia (eje X- X)

Se requieren secciones estructurales de mayor peralte que el de las utilizadas como columnas flexo-comprimidas.

Las secciones de alma abierta (armaduras)

SECCIONES TRANSVERSALES TÍPICAS DE MIEMBROS EN FLEXIÓN.

Se utilizan en vigas que soportan cargas de gran

magnitud

Se utilizan eventualmente cuando se necesita espacio para canalizar las

instalaciones a través del alma de la vigaProducen momentos flexionantes elevados

Pueden causar pandeo lateral por flexo-torsión.

Grandes lucesCargas ligeras

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CLASIFICACION DE LAS SECCIONES

Las secciones estructurales se clasifican en cuatro tipos en función de las relaciones ancho/grueso máximas de suselementos planos que trabajan en compresión axial, en compresión debida a flexión, en flexión o en flexo-

compresión.

• Secciones tipo 1 = secciones para diseño plástico y para diseño sísmico

• Secciones tipo 2 = secciones compactas y para diseño sísmico.

• Secciones tipo 3 = secciones compactas

• Secciones tipo 4 = secciones esbeltas

CURVA DE MOMENTO PLÁSTICO VERSUS

RELACION ANCHO/GRUESO DE

PATINES

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FUERZA AXIAL

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DEFINICION

FUERZA AXIIAL

partes importantes al analiza

CARGAS AXIALES

centro geométrico

El eje axial de un objeto va de un lado a otro del objeto pasando por el llamado centro

axial.

es un punto dentro del espacio

delimitado por la forma del objeto

centro axial

es el centro perfecto de su

masa

Esta línea depende de la forma del objeto y no de su masa

el centro axial y el centro geométrico pueden coincidir en el mismo punto o puede

que no.

Estas fuerzas pueden ser de compresión o de tensión, dependiendo de la dirección de la fuerza.

Es una fuerza que actúa directamente sobre el centro axial de un objeto en la dirección del eje longitudinal.

GRAFICO DE DEFINICION DE FUERZA AXIAL

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TIPOS DE FUERZA

COMPRENSION TRACCION

Cuando un elemento recto de sección constante, como el de la figura, se somete a un par de fuerzas axiales, F, aplicadas en el centroide de la sección transversal, se producen esfuerzos normales en todo el

elemento.

Bajo algunas condiciones adicionales, se dice que este

elemento está sometido a carga axial, soportando un

esfuerzo uniforme dado por:

Al hacer un corte en una sección cualquiera del elemento de la figura se obtiene una distribuciónuniforme de esfuerzos en dicha sección, tal como se muestra en la figura

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APLICACIONES GRAFICAS

MIEMBROS SUJETOS A FLEXIÓN Y TENSIÓN AXIAL

a) Colgante sometido a una carga de tensión

b) Colgante sometido a una carga de tensión axial y a una carga lateral ( como viento) u otro momento lateral

c) Viga sometida a una carga uniforme de gravedad y a una carga lateral de tensión

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3.- ANALISIS ESTRUCTURAL - PROBLEMA APLICATIVO

Ejemplo Aplicativo:

Un miembro de acero de 50Kg. Si tiene una sección de W12 x 35 sin agujeros y esta sujeto a una tensión factorizada Pu de 80klb y a un momento factorizado Muy de 35 klb-pie. ¿Es satisfactorio el miembro Lb < Lp?

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AISC

DOS SON LOS ENFOQUES DEL DISEÑO ESTRUCTURAL EN ACERO CONFORME A LO DISPONIBLE A LA FECHA:

“DISEÑO POR ESFUERZOS PERMISIBLES”, CONOCIDO POR SUS SIGLAS ASD (ALLOWABLE STRESS DESIGN)

“DISEÑO POR FACTORES DE CARGA Y RESISTENCIA Ó ESTADOS LÍMITES”, CONOCIDO POR SUS SIGLAS LRFD (LOAD AND RESISTANCE FACTOR DESIGN).

El método ASD ya tiene más de 100 años de aplicación Sin embargo, durante las dos últimas décadas, el diseño estructural se está

moviendo hacía un procedimiento más racional basado en conceptos de probabilidades. En esta metodología (LRFD) se denomina “estado límite” aquella condición de la estructura en la cual cesa de cumplir su función.

Resistencia y servicio. El primer estado : Tiene que ver con el comportamiento para máxima resistencia dúctil, pandeos,

fatiga, fractura, volteo o deslizamiento.El segundo estado tiene que ver con la 15 funcionalidad de la estructura: En situaciones tales como deflexiones, vibraciones, deformación permanente y

rajaduras.

Con él se procura conseguir que los esfuerzos unitarios actuantes reales en los miembros estructurales sean menores que los esfuerzos unitarios permisibles, aconsejados por el reglamento.

AISC LRFD

LOS ESTADOS LÍMITES SE DIVIDEN EN DOS CATEGORÍAS

American Institute of Steel Construction(Instituto Americano de Construcción en Acero)

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LAS ESPECIFICACIONES AISC MENCIONADAS ANTERIORMENTE SON RECONOCIDAS EN PERÚ POR EL

RNC EN LA NORMA E-070 A FALTA DE UNAS ESPECIFICACIONES NACIONALES. POR SUPUESTO QUE EN

ESTA SE PRESENTAN LIGERAS MODIFICACIONES CON RESPECTO A LO ENUNCIADO POR LAS ESPECIFICACIONES

AISC.

La norma peruana de estructuras metálicas e-070 introduce el factor de seguridad en el diseño atreves de dos mecanismos.

Estos son: Amplificación de las cargas de servicio y reducción de la resistencia teórica de la pieza o reducción de la capacidad, como lo hace la metodología AISC-

LRFD antes mencionada.

Las cargas de servicio se estiman a partir del metrado de cargas teniendo como base la norma e-020 de cargas, y el análisis estructural se efectúa bajo la hipótesis de un comportamiento elástico de la estructura. Para nuestro caso el sap2000, software auxiliar usado tanto para el análisis

como diseño estructural, realizará el análisis elástico lineal de la estructura.

SEGÚN LA NORMA E-070

SEGÚN LA NORMA E-020

El diseño por resistencia, como ya se indicó presenta la ventaja que el factor de seguridad de los elementos analizados puede ser determinado.

AISC

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LRFD

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ESPECIFICACIONES

AISC

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METODO DE DISEÑO POR FACTORES DE CARGA Y RESISTENCIA

LRFD (LOAD AND RESISTANCE FACTOR

DESIGN)

El LRFD es un método que se utiliza para el diseño de estructuras de acero, este nos permite hacer de una manera más eficaz nuestros proyectos. Dado a las propiedades del acero junto con todas las

especificaciones hacen de este método el mas seguro.

LA ESPECIFICACIONES LRFD SE CONCENTRA EN REQUISITOS

MUY ESPECIFICACIONES A LOS ESTADOS LIMITES DE

RESISTENCIA Y LE PERMITEN AL PROYECTISTA CIERTA LIBERTAD

EN EL ÁREA DE SERVICIO.

ESTO NO SIGNIFICA QUE EL ESTADO LIMITE DE SERVICIO

NO SEA SIGNIFICATIVO

SI NO QUE LA CONSIDERACIÓN MAS IMPORTANTE(COMO EN

TODAS LAS ESPECIFICACIONES ESTRUCTURALES) ES LA

SEGURIDAD Y LAS PROPIEDADES DE LA GENTE.

POR ELLO, LA SEGURIDAD PUBLICA NO SE DEJA AL JUICIO

DEL PROYECTISTA.

VENTAJAS DEL MÉTODO  LRFD:

Es  probable que se ahorre mucho dinero con este método sobre todo cuando las cargas vivas son más

pequeñas que las muertas

El  método de LRFD, se utiliza un factor de seguridad menor para las cargas muertas y  mayor para las cargas vivas, al utilizar otro métodos de construcción los costos se elevan

cuando las cargas vivas son más grandes  que las muertas.

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LAS CARGAS DE TRABAJO O SERVICIO (QI) SE MULTIPLICAN POR CIERTOS FACTORES DE CARGA O SEGURIDAD (ΛI–SIEMPRE MAYORES QUE 1.0)

LAS CARGAS FACTORIZADAS USADAS PARA EL DISEÑO DE LA ESTRUCTURA.

LAS MAGNITUDES DE LOS FACTORES DE CARGA VARÍAN, DEPENDIENDO DEL TIPO DE COMBINACIÓN DE LAS CARGAS.

LA ESTRUCTURA SE PROPORCIONA PARA QUE TENGA UNA RESISTENCIA ÚLTIMA DE DISEÑO SUFICIENTE PARA RESISTIR LAS CARGAS FACTORIZADAS.

DEL METODO

(Suma de los productos de los efectos de las cargas y factores de carga) ≤(factor de resistencia)(resistencia

nominal) (Los efectos de las cargas) ≤(la resistencia o

capacidad del elemento estructural)

Se base en los conceptos de estados límite. El estado límite es para describir una condición en la

que una estructura o parte de ella deja de cumplir su pretendida función

ESTA RESISTENCIA ES LA RESISTENCIA TEÓRICA O NOMINAL (RN) DEL MIEMBRO ESTRUCTURAL, MULTIPLICADA POR UN FACTOR DE RESISTENCIA (Φ‐SIEMPRE MENOR QUE 1.0)

ECUQACION GENERALLA EXPRESIÓN PARA EL REQUISITO DE SEGURIDAD ESTRUCTURAL ES:

DONDEU –LA CARGA ÚLTIMAD –CARGAS MUERTAS (DEAD LOAD)L –CARGAS VIVAS (LIVE LOAD)LR –CARGAS VIVAS EN TECHOS (ROOF LIVE LOAD)S –CARGAS DE NIEVE (SNOW LOAD)R –CARGA INICIAL DE AGUA DE LLUVIA O HIELO (RAIN WATER OR ICE LOAD)W –FUERZAS DE VIENTO (WIND LOAD)E –FUERZAS DE SISMO (EARTHQUAKE LOAD)

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LRFDSE BASE EN LOS CONCEPTOS DE ESTADOS LÍMITE.

EL ESTADO LÍMITE ES PARA DESCRIBIR UNA CONDICIÓN EN LA QUE UNA ESTRUCTURA O PARTE DE ELLA DEJA DE

CUMPLIR SU PRETENDIDA FUNCIÓN

ESTADOS DE LÍMITE:

Se refieren al comportamiento de las estructuras bajo cargas normales de

servicio y tienen que ver con aspectos asociados con el uso y

ocupación, tales como deflexiones excesivas, deslizamientos,

vibraciones y agrietamientos.

FACTORES DE RESISTENCIA

La resistencia última de una estructura depende en la resistencia de los materiales, las dimensiones, la mano de obra y no puede calcular exactamente

QUE PUEDE INFLUIR

1. Imperfecciones en las teorías de análisis 2. A variaciones en las propiedades de los materiales 3. A las imperfecciones en las dimensiones de los elementos estructurales Para hacer esta estimación, se multiplica la resistencia última teórica (resistencia nominal) de cada elemento por un factor q, de resistencia.

LOS ESTADOS LÍMITE DE RESISTENCIA:

LOS ESTADOS LÍMITE DE SERVICIO:

Se basan en la seguridad o capacidad de carga de las estructuras e incluyen las

resistencias plásticas, de pandeo, de fractura, de fatiga, de volteo, etc.

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MAGNITUD DE LOS FACTORES DE CARGA Y RESISTENCIA

Las incertidumbres que afectan a los factores de carga y resistencia son:

Variación en la resistencia de los materiales. Error en los métodos de análisis. Los fenómenos naturales como huracanes, sismos, etcétera. Descuidado durante el montaje La presencia de esfuerzos residuales y concentraciones de esfuerzos, variaciones

en las dimensiones de las secciones transversales, etc.

CONFIABILIDAD Y LAS ESPECIFICACIONES LRFD

Confiabilidad al porcentaje estimado de veces que la resistencia de una estructura será igual o excederá a la carga máxima aplicada a ella durante su vida estimada ( 50 años) los investigadores del método LRFD desarrollaron un procedimiento para estimar l a confiabilidad de los diseños.

Establecieron lo que les pareció razonable en cuanto a porcentajes de confiabilidad para diferentes situaciones. Lograron ajustar los factores φ de resistencia para que los

proyectistas fuesen capaces de obtener los porcentajes de confiabilidad establecidos en el punto anterior.

Un proyectista afirma que sus diseños son 99.7% confiables. 100 % no es posible. 1000 estructuras diferentes ‐3 son sobrecargadas y en 50 años de vida se fallarán. La resistencia de cada estructura, r ≥q, la carga máxima. Siempre habrá una pequeña posibilidad de que q >r. El propósito de los autores de las especificaciones LRFD fue mantener esta posibilidad tan baja y

consistente como fuese posible.

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CONCLUSION

El LRFD es el mejor método para hacer estructuras de acero en todos los aspectos desde seguridad, gastos hasta limites, confiabilidad, etc. Creemos que jamás habrá un método en el cual se pueda tener un 100% de efectividad ya que nadie es perfecto, solo siempre habrá un margen de error dado por la naturaleza ya que sus factores nunca actúan de la misma manera.

Creemos que jamás habrá un método en el cual se pueda tener un 100% de efectividad ya que nadie es perfecto, solo se pueden hacer aproximaciones a él pero siempre habrá un margen de error dado por la naturaleza ya que sus factores , nadie puede determinar sus magnitudes debido a que jamás sucede el mismo suceso por lo tanto siempre sus factores siempre son indeterminados.

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L IV GRACIAS