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• Leandro Olivares

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Universidad Nacional Federico Villarreal Profesionales formando profesionales

FACULTAD DE ARQUITECTURA Y URBANISMO ESCUELA PROFESIONAL DE ARQUITECTURA

CURSO: DISEÑO ESTRUCTURAL I Profesor: MANUEL ANTONIO MONTES DE OCA ESCUDERO Arquitecto C.A.P. 2778 “No basta estudiar todas las teorías de resistencia y los métodos de cálculo. Es necesario absorber todos los detalles y experimentos hasta que se vuelva completamente familiar en una forma natural e intuitiva con todos los fenómenos del esfuerzo y la deformación.” EDUARDO TORROJA

09 VIGAS DE ACERO ◄ TORRE BURJ KHALIFA - Dubai – Emiratos Árabes

VIGAS DE ACERO 01 EL ACERO ESTRUCTURAL

El acero estructural es una aleación que se obtiene al combinar hierro, carbono y ciertas cantidades de otros elementos (silicio, azufre, fósforo y oxígeno) que, en conjunto, aportan características específicas de homogeneidad y alta resistencia. El “acero estructural al carbono” es un acero laminado en caliente, con un límite de fluencia de 250 mega pascales (equivalente a 2,549 Kg/cm²), que se produce en una amplia gama de formas y grados (perfiles laminados), lo que permite una gran flexibilidad en su uso. El acero es un material relativamente elástico, que soporta por igual los esfuerzos de tracción y compresión. Además, es barato de fabricar, muy fuerte y versátil, de gran disponibilidad en la industria de la construcción.

Clasificación del acero estructural: El acero estructural, según su forma, se clasifica en: a. PERFILES ESTRUCTURALES: Los perfiles estructurales son piezas de acero laminado cuya sección transversal puede ser en forma de I, H, T, canal o ángulo. b. BARRAS: Las barras de acero estructural son piezas de acero laminado, cuya sección transversal puede ser circular, hexagonal o cuadrada en todos los tamaños. c. PLANCHAS: Las planchas de acero estructural son productos planos de acero laminado en caliente con anchos de 203 mm y 219 mm, y espesores mayores de 5,8 mm y mayores de 4,5 mm, respectivamente.

VIGAS DE ACERO 02 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL ACERO ESTRUCTURAL

a. Ventajas del Acero Como Material Estructural: .Firmeza: Es un material de gran resistencia, lo cual permite aligerar, al mínimo, el peso de la estructura, sin menoscabo de su eficiencia. .Semejanza: Las propiedades del acero no cambian perceptiblemente con el tiempo. .Durabilidad: Se logran estructuras que, con eficaz manutención, duran tiempos indefinidos. .Ductilidad: Soporta grandes esfuerzos y deformaciones sin llegar a fallar. Su naturaleza dúctil le permite fluir localmente, evitando fallas prematuras. .Tenacidad: Es muy resistente a deformarse o romperse, absorbiendo mucha energía. b. Desventajas del Acero Como Material Estructural: .Costo de Mantenimiento: Muchos aceros son susceptibles a la corrosión, por estar expuestos al agua y al aire; por consiguiente, deben pintarse periódicamente. .Costo de Protección Contra el Fuego: Aunque los aceros estructurales son incombustibles, sus resistencias se reducen considerablemente durante los incendios.

VIGAS DE ACERO 03 COMPORTAMIENTO DEL ACERO ESTRUCTURAL

Consideremos los esfuerzos (ƒ = P/A) y deformaciones (ɛ = Δ/L) de una probeta de acero sometida a tracción o compresión axial. Mediante un adecuado diagrama esfuerzo-deformación se observa:  Límite Proporcional (S): Es una línea recta que establece la proporcionalidad S entre el esfuerzo y la deformación. La pendiente E = ƒ/ɛ de esta recta, llamada Módulo de Elasticidad, indica que la proporcionalidad sólo es válida en el rango elástico de esta recta. El valor O promedio del Módulo de Elasticidad del acero es E = 2 x 106 Kp/cm².  Límite Elástico (cercano a S y no indicado en el diagrama): Señala el punto hasta donde puede esforzarse el acero y, luego, tras ser descargado, puede recuperar sus dimensiones primitivas.  Punto de Fluencia (F): Al llegar a este punto, la probeta de acero experimenta gran deformación sin aumento de esfuerzo, debido al deslizamiento molecular. Al esfuerzo correspondiente a F se le denomina esfuerzo de fluencia y se representa por ƒy.  Punto de Endurecimiento (P): Es el punto donde cesa el escurrimiento del acero debido al deslizamiento molecular. A partir de P, se requiere aumentar la carga para seguir deformando.  Punto de Rotura: Es el punto donde se fractura el material, tras una larga deformación.  Rango Elástico (recta OF): Rango proporcional entre el esfuerzo ƒ y la deformación ɛ.  Rango Plástico: Rango permanente entre los puntos de fluencia F y de endurecimiento P. Indica que al llegar al esfuerzo de fluencia ƒy, la deformación es constante.  Rango de Endurecimiento: Se extiende más allá del punto P, hasta la ruptura del material.

VIGAS DE ACERO 04 LAS VIGAS DE ACERO

Una viga es un miembro estructural recto, generalmente horizontal, que soporta cargas que actúan transversalmente a su eje longitudinal. La capacidad para soportar dichas cargas transversales y transmitirlas a los apoyos radica en su resistencia a la flexión, debida al mayor momento de inercia que el peralte le confiere a su sección (plano del alma). El momento flexionante, producido en la viga, se presenta acompañado de fuerzas cortantes. Sin embargo, éstas suelen tener una influencia secundaria en el comportamiento de vigas. Una viga de acero es aquella conformada por la unión de planchas, barras y/o perfiles de acero. Este material posee una mayor resistencia, con un peso mucho menor, y soporta eficazmente las tracciones y compresiones.

Una viga de acero de ama abierta es aquella cuya alma es aligerada, para economizar material cuando predominan los momentos de flexión sobre los esfuerzos cortantes. El alma puede tener corte redondo, en zigzag, soldado alternativamente al ala superior e inferior, o el formado por la unión de cuatro perfiles.

VIGAS DE ACERO 05 TIPOS COMUNES DE PERFILES DE ACERO

Los perfiles de acero son elementos estructurales que se obtienen como producto final del tren de laminación de la industria del acero. Estos perfiles laminados se prestan para su utilización directa en ensamblaje de vigas de acero. Los principales tipos son: a. Perfiles I: Tienen la forma de la letra I mayúscula Se caracterizan porque sus alas son de poco ancho, en relación con su altura. Por ello, los momentos de inercia y los módulos resistentes, respecto a sus dos ejes principales, difieren considerablemente. Los perfiles I del mismo peralte y distinta capacidad se diferencian en el ancho del ala y en el espesor del alma. b. Perfiles WF: Tienen las alas mucho más anchas (wide flange) y se les simboliza por las letras WF. Por su mayor ancho, sus momentos de inercia y sus módulos resistentes, respecto a sus dos ejes principales, no difieren tanto. El ensanchamiento de las alas les confiere mayor estabilidad lateral. Además, su amplitud y espesor constante facilita los ensambles. c. Perfiles C: Tienen la forma de canal o de letra C mayúscula. Carecen de ala hacia un lado y, por tanto, son asimétricos respecto a uno de sus ejes principales. Los perfiles de igual peralte se diferencian en el ancho del y en el espesor del alma. Según la práctica norteamericana, suelen designarse a estos perfiles normalizados del siguiente modo: 1º Se escribe el peralte nominal en pulgadas. 2º Se escribe el símbolo (I, WF o C). 3º Se anota el peso en libras por pie de longitud. 4º En nuestro medio, se agregan las siglas AISC. Ejemplos: 24”I – 120# - AISC 26”WF – 230# - AISC

VIGAS DE ACERO 06 PISOS A BASE DE VIGAS DE ACERO

Existen innumerables variantes estructurales de entrepiso a base de vigas de acero, unas de libre uso y otras patentadas. Así tenemos: a. Losas de concreto armado: Son losas macizas prefabricadas o vaciadas en sitio y apoyadas sobre viguetas y vigas de acero. b. Losas sobre viguetas pretensadas: Son losas aligeradas, vaciadas en sitio, que se poyan sobre viguetas pretensadas de concreto armado. c. Losas sobre placas colaborantes: Son losas macizas de concreto vaciadas sobre láminas metálicas plegadas, que actúan como encofrado y se apoyan sobre viguetas y vigas de acero.

a.

b.

c.

VIGAS DE ACERO 06 CONSIDERACIONES GENERALES PARA EL DISEÑO DE VIGAS DE ACERO

Según la longitud de la viga de acero y según la carga a que se encuentra sometida, al momento de seleccionar y dimensionar un perfil, se deberán considerar los siguientes aspectos:  Dimensionamiento según la capacidad de resistencia a los momentos de flexión, controlando la inestabilidad local en el ala comprimida.  Control de la resistencia al corte (en el alma) y al aplastamiento local (en los puntos de concentración de cargas).  Control de las deformaciones, limitando las flechas.  Selección del tamaño y tipo de los perfiles de acero, desde el punto de vista económico. Los perfiles de acero más usados en vigas son los del tipo I, debido a su elevada inercia, mayor rigidez lateral y apreciable resistencia a la torsión en relación a otros perfiles abiertos. Los perfiles WF poseen gran estabilidad lateral, aunque son débiles para resistir flexión. Los perfiles de sección C (canal), se usan para soportar cargas pequeñas, aunque debido a su falta de rigidez lateral, requieren de arriostres laterales.