• Author / Uploaded
• Jesús Rodrigo Rayón Valencia

Citation preview

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA UNIDAD ZACATENCO

ALUMNO: RAYON VALENCIA JESUS RODRIGO OLVERA FERRER MARIO ENRIQUE OCHOA IZQUIERDO GABRIEL REYES GIMENEZ MIGUEL

GRUPO: 1CM10

MATERIA: EXPRESION GRAFICA I

INVESTIGACION DE PERFILES ESTRUCTURALES DE ACERO

¿Qué es el acero? El acero es una aleación de hierro con una cantidad de carbono que puede variar entre 0,03% y 1,075% en peso de su composición, dependiendo del grado.

Acero no es lo mismo que hierro. Y ambos materiales no deben confundirse. El hierro es un metal relativamente duro y tenaz, con diámetro atómico (dA) de 2,48 Å, con temperatura de fusión de 1535 °C y punto de ebullición 2740 °C.

La diferencia principal entre el hierro y el acero se halla en el porcentaje de carbono: el acero es hierro con un porcentaje de carbono de entre el 0,03% y el 1,075%.

El acero conserva las características metálicas del hierro en estado puro, pero la adición de carbono y de otros elementos tanto metálicos como no metálicos mejora sus propiedades físico-químicas, sobre todo su resistencia.

Existen muchos tipos de acero según el/los elemento/s aleante/s que estén presentes. Cada tipo de acero permitirá diferentes aplicaciones y usos, lo que lo hace un material versátil y muy difundido en la vida moderna, donde podemos encontrarlo ampliamente.

Los dos componentes principales del acero se encuentran en abundancia en la naturaleza. El acero se puede reciclar indefinidamente sin perder sus atributos, lo que favorece su producción a gran escala. Esta variedad y disponibilidad lo hace apto para numerosos usos como la construcción de maquinaria, herramientas, edificios y obras públicas, aeronáutica, industria automotriz, instrumental médico, etc… contribuyendo al desarrollo tecnológico de las sociedades industrializadas, pues ningún material logra igualarlo cuando se trata de resistencia al impacto o la fatiga.

Perfiles estructurales de acero

DESIGNACIÓN DE PERFILES ESTRUCTURALES Los perfiles se designan en forma abreviada usando su altura o peralte y su peso por unidad de longitud, y, a pesar de que México es un país métrico desde el siglo XIX, muchas veces se utilizan unidades del sistema inglés para designar un determinado perfil para su uso en planos, designaciones y diseño, algunos ejemplos son: - Perfil IPR 8x31 el cual es una sección IPR o IR con 8 pulgadas de peralte y con un peso de 31 libras por cada pie de longitud, con unidades en el sistema métrico se trataría de un perfil IPR 210x59.5 en donde su peralte es de 210 mm y un peso de 59.5 kilógramos por cada metro de longitud. - Perfil IPS 5x10 el cual es un perfil IPS o IS con5 pulgadas de peralte y con un peso de 10 libras por cada pie de longitud, con unidades en el sistema métrico se trataría de un perfil IPR 127x15 en donde su peralte de 127 mm y un peso de 15 kilogramos por cada metro de longitud.

4. PROPIEDADES DE DISEÑO DE LOS PERFILES ESTRUCTURALES Las propiedades de diseño de estos perfiles son proporcionadas por los fabricantes en base a normas establecidas por asociaciones tales como: AISC (American Institute of Steel Construction) e IMCA (Instituto Mexicano de la Construcción en Acero A.C.) y son fáciles de obtener, ya sea por medio de los manuales proporcionados por los fabricantes, Internet o en los apéndices de la mayor parte de libros dedicados a estos temas.

Perfiles IPR Las vigas IPR se encargan de soportar las cargas de las losas o los elementos planos colocados sobre de ellas además de llevar dichas cargas hacia las columnas, de estas hacia sus bases y de estas hacia el suelo. Como elemento estructural rígido las vigas IPR se disponen horizontalmente con el objetivo de vincular columnas entre ellas.

Perfil IPS La viga IPS (perfil “I” estándar) conocida por todos ya que se utiliza principalmente para la construcción de bóvedas caseras, la medida más usual es la de 5” y en esta viga la única variable es el peralte. Este perfil se maneja en largos de 12 o de 15 metros de largo según su procedencia.

Perfil canal o U El perfil canal o perfil U de acero es un producto formado por acero estructural al carbono ordinario y acero estructural de baja aleación ordinario laminado en caliente. Comúnmente utilizados en la construcción de puentes, estructura arquitectónica, fabricación de vehículos y otras estructuras industriales.

Perfiles Comerciales PTR Perfil tubular rectangular o cuadrado, este tipo de perfil le garantiza la resistencia estructural demandada. El P.T.R. es una barra hueca, comúnmente utilizada para armar estructuras que no tengan que resistir mucho peso. Los hay en distintos calibres y tamaños, se pueden encontrar en acabado negro. También puede ser manejado en PTR galvanizado pero sólo por pedido especial. La gran ventaja de estos perfiles es que son de fácil armado.

Perfil angular Los ángulos se aplican en la construcción de estructuras metálicas livianas y pesadas, donde las partes van unidas por soldadura o empernadas y son capaces de soportar esfuerzos dinámicos. También son empleados en elementos de menor solicitación, como soportes, marcos, muebles, barras de empalme y ferretería eléctrica en general.

VIGAS SOLDADAS Los perfiles laminados se encuentran en configuraciones muy adecuados para aplicaciones estructurales con una muy amplia gama de aplicaciones en distintos tipos de proyectos.

Sin embargo, es posible que por las exigencias estructurales de algunos proyectos no se encuentren disponibles perfiles laminados en las dimensiones adecuadas al proyecto de cálculo. En tal caso, las soluciones posibles con frecuencia recurren a la fabricación de perfiles especiales, los que se elaboran en talleres a partir de planchas. Es una práctica común y muy conveniente el revisar la disponibilidad local de perfiles laminados antes de iniciar un determinado proyecto. Como se ha comentado, la soldadura (ver uniones y conexiones) otorga una gran rigidez a las conexiones y, si está bien ejecutada, asegura la continuidad estructural del material a costos generalmente razonables. La fabricación de perfiles en base a uniones soldadas ejecutadas en las condiciones controladas de un taller asegura una unión probablemente perfecta y permite diseñar y fabricar los perfiles más adecuados a las exigencias del proyecto de cálculo estructural. No son sólo las condiciones ambientales o ergonométricas en las que trabaja un posible operador o soldador las que hacen eficiente y seguro el trabajo de fabricación en taller. También las tecnologías de corte y soldadura, hoy altamente tecnificadas (desde corte y soldadura por oxiacetileno, corte y soldadura al arco, soldadura por arco sumergido o corte por plasma), permiten configurar los perfiles según requerimiento e incorporarles, en el mismo momento, los elementos complementarios que permitan materializar buenas y eficientes conexiones en terreno.

Es frecuente que proyectos de gran envergadura, como se presentan en puentes o grandes proyectos industriales, recurran a este tipo de soluciones. Hoy en la mayoría de las regiones, el proceso de transformación del acero ha mostrado grandes

progresos en los que la tecnificación e industrialización de los procesos de fabricación, de la mano de las tecnologías CAD-CAM, permite soluciones muy eficientes y competitivas. Otra aplicación de los perfiles soldados es en proyectos que, por decisiones de diseño o por optimización de las estructuras, se recurre a vigas de sección variable. En tales casos, no existe otra alternativa (por el momento, al menos) que recurrir a la fabricación en talleres o maestranzas. En algunos casos, la fabricación de perfiles de sección variable se puede lograr optimizando la sección de una viga laminada. Una variante de esta alternativa la conforman las vigas alveolares y/o perforadas, como las mostradas en el proyecto de Megacentro de Bodegas Cimenta, publicado en este mismo sitio. En la fotografía que sigue se aprecia tanto una sección de viga de sección variable en la llegada al nudo de una viga perforada. A su vez, la solución de la columna y del nudo mismo, está realizada en base a la fabricación soldada en taller. SELECCIÓN DE PERFILES En la práctica del diseño de vigas y selección de perfiles estructurales, frecuentemente se utiliza la relación que existe entre el momento de inercia I y la distancia c conociéndose como módulo de sección Z, esto es:

Por lo tanto, la fórmula de la flexión se puede escribir así:

Para las vigas con sección geométrica simple geométrica simple se recomienda el procedimiento siguiente:

3.- Se calcula el módulo de sección necesario para la viga, para ello, se despeja al módulo de sección Z de la ec. 2 obteniendo:

4.- Por último, como se trata de secciones geométricas simples, se calculan las dimensiones necesarias para la viga aplicando la ec.(1), esto es:

Selección de perfiles estructurales comerciales. El procedimiento a seguir para seleccionar el perfil adecuado para una aplicación dada es el que a continuación se describe:

1.- Se determina el momento flexionante máximo que actúa en la viga. 2.- Se calcula el esfuerzo admisible en el material de la viga 3.- Se calcula el módulo de sección Z (S) necesario 4.- Con el módulo de sección calculado en el paso anterior, se hace uso de las tablas antes mostradas y se selecciona aquel perfil que satisfaga nuestras necesidades, debiendo recordar que también influye el peso del perfil, tanto en el costo como en el momento adicional creado en la viga, por lo que muchos casos se hacen necesario un nuevo análisis de la viga.