• Author / Uploaded
• Felix Rafael

Citation preview

UNIVERSIDAD DEL GOLFO DE MEXICO

ESTRUCTURAS III ACERO

FACILITADOR: ARQ. BIBIANA PEREZ SALAZAR

INTRODUCCIÓN A LAS ESTRUCTURAS DE ACERO ACERO: Hasta 1960 los aceros que se usaron en la construcción de estructuras metálicas se clasificaron siempre como aceros al carbón, designados por la ASTM como A7, el cual tenía un mínimo de resistencia 33 Ksi y quienes lo utilizaban siempre se referían a este material como el “acero”, sin ninguna identificación adicional. Otros aceros como el de alta resistencia a la corrosión rara vez fueron utilizados en edificios y mas bien en la ejecución de puentes.

Nota: Ksi es una unidad de medida que se refiere a la presión, exactamente a los kilo libras de fuerza por pulgada cuadrada que se ejercen sobre un objeto. Esta unidad se suele utilizar con materiales en ciencia e ingeniería para medir la tensión. Un Ksi son 1.000 psi, o libras de fuerza por pulgada cuadrada.

De 1960 - 1990 Otros tipos de acero fueron desarrollados por procesos de enfriamiento, templado y aleación con otros metales, incrementando con ello la resistencia; lo que permitió a diseñadores y constructores reducir el número y tamaño de elementos estructurales En esa época el diseñador podía escoger entre máxima rigidez y menos peso, como el atributo óptimo en la estructura, y podía seleccionar acero de variadas resistencias para un proyecto de acuerdo a sus criterios de diseño. A partir de 1990 surgieron aceros que fueron desarrollados con base en los existentes, que permitieron mejores resistencias, mejor respuesta a las condiciones climáticas y una mejor adaptación y comportamiento a la soldadura como parte definitiva en el diseño del sistema completo

HOY:

se ha desarrollado y se consigue en el mercado una amplia gama de aceros de resistencia a la compresión, con límites de fluencia entre 24Ksi y 100 Ksi y en un número apreciable de aleaciones que permiten cualquier tipo de solución.

hoy

El acero Estructural de , laminado, caliente o en frio puede ser:

Tres clases:

ACERO-CARBONO ACERO DE ALTA RESISTENCIA ACERO BAJA ALEACIÓN Y ACERO ALTA ALEACIÓN Todos ellos clasificados por las normas ANSI, ASTM A6, DIN y Bs, utilizados en distintos tipos de estructuras.

Sarten de acero carbono Tuberia de acero carbono

Cepillo de alambre de cerdas de acero carbono.

SIGLAS ANSI: American National Standards Institute El instituto nacional estadounidense de estándares, es una organización sin fines de lucro que supervisa el desarrollo de estándares para productos, servicios, procesos y sistemas en los Estados Unidos

ASTM: American Society for Testing and Materials o ASTM International Es una organización de normas internacionales que desarrolla y publica acuerdos voluntarios de normas técnicas para una amplia gama de materiales, productos, sistemas y servicios. DIN: Instituto Alemán para la Normalización (en alemán) es usado con el nombre de sus normas.

Clasificación de aceros  CORTEN. Acero resultante de la aleación con el níquel, y cuya principal característica es ser anticorrosivo  Calmado

 Corrugado  Galvanizado  Inoxidable  Laminado

 Al carbono  De aleación

LAS ESTRUCTURAS DE ACERO EN LA ARQUITECTURA El sistema de estructuras con acero es una técnica de construcción que se basa en un marco o esqueleto de alguna estructura que se conforme por verticales de columnas de acero y horizontales de H de acero (una viga en forma de H de acero), construidos en una cuadrícula rectangular para soportar cubierta y muros de un edificio. El sistema de estructuras con acero se utiliza con mayor frecuencia en: •Edificios de gran altura: debido a su resistencia, bajo peso y velocidad de la construcción •Edificios industriales: debido a su capacidad de abarcar grandes espacios a bajo costo •Edificios del almacén: por la misma razón de instalar y quitar

sistemas de estructuras con acero: ➢ Son de rápida construcción en algún sitio. ➢ Son flexibles, lo que los hace muy bueno en resistir las fuerzas dinámicas (cambiantes), tales como las fuerzas del viento o terremotos. ➢ Una amplia gama de perfiles estructurales prefabricados están disponibles, tales como I, C y perfiles angulares.

Arquitectura Mexicana Torre ejecutiva BBV Bancomer

Arcos bosque corporativo

➢ Estos sistemas de estructuras con acero se pueden hacer para tomar cualquier tipo de forma, y se revisten con cualquier tipo de material. Torre Mayor

➢ Una amplia gama de métodos de unión disponible, tales como pernos, soldadura, remachado, etc…

TIPOS DE ACERO ESTRUCTURAL Para construcción de estructuras metálicas se consideran tres clases: ACERO LAMINADO: Producido por un proceso de laminación horizontal o vertical, en frio o en caliente. ACERO COLADO: Producido por un proceso de colado vertical del material en caliente para piezas individuales. ACERO FORJADO: Producido por el doblado o moldeado en frio de láminas para producir cierto tipo de elementos. PROPIEDADES DEL MATERIAL. Propiedades físicas:

Densidad:

d: 7.85kg/dm³

Coef. Expansión: e= 10 x 10-6 Temp.° Celsius Módulo elasticidad: E = 2.1 x 106 kg/cm²

LAMINADOS EN CALIENTE Ideal para productos donde no se requieren tolerancias estrictas

Laminado en caliente: pasa por rodillos a muy altas temperaturas—más de 1.700˚F, lo que supera la temperatura de recristalización de la mayoría de aceros. Lo cual permite darle forma y es más fácil de trabajar. con un gran trozo rectangular de metal llamado palanquilla se calienta y se envía para preprocesamiento, donde se aplana para formar un rollo grande a altas temperatura pasa a través de una serie de rodillos a altas velocidades para lograr sus dimensiones finales. El acero se encoge un poco mientras se enfría. Dado que el acero laminado en caliente se enfría después del procesamiento, hay menos control sobre su forma final, haciéndolo menos adecuado para aplicaciones de precisión. Las vías férreas y los proyectos de construcción con frecuencia utilizan acero laminado en caliente.

El acero laminado en caliente las siguientes características: o Una superficie rugosa—un remanente del enfriamiento desde temperaturas extremas o Bordes y esquinas ligeramente redondeadas para productos de barras y placas (debido al encogimiento y menor acabado) o Distorsiones ligeras, donde el enfriamiento puede resultar en formas ligeramente trapezoidales, a diferencia de ángulos perfectamente cuadrados

LAMINADOS EN FRIO

Es ideal para productos que demandan dimensiones exactas y superficies mejoradas

Laminado en frío es esencialmente acero laminado en caliente que ha pasado por todo el procesamiento. Una vez el acero laminado en caliente se ha enfriado, se relamina a temperatura ambiente para alcanzar dimensiones más exactas y mejores cualidades de superficie. Acero “laminado” en frío con frecuencia se utiliza para describir un rango de procesos de acabado, aunque técnicamente “laminado en frío” aplica únicamente para hojas que se someten a compresión entre rodillos. Las formas de acero que se sacan, como barras o tubos, son “dibujadas”, no laminadas. Otros procesos de acabado incluyen doblar, moler y pulir—cada uno de ellos se utiliza para modificar el inventario existente de laminado en caliente a productos más refinados. El acero laminado en frío puede identificarse por las siguientes características: o Superficies mejores y más acabadas con tolerancias más cercanas o Superficies lisas que con frecuencia son grasosas al toque o Las barras son verdaderas y cuadradas, con frecuencia tienen bordes y esquinas bien definidas o Los tubos tienen mejor uniformidad concéntrica y rectitud

PROPIEDADES PROPIEDADES MECANICAS Las propiedades mecánicas del acero se determinan por medio de ensayos, de acuerdo a las normas ICONTEC o ASTM donde los valores límites encontrados y la temperatura, caracterizan su soldabilidad, cualidad en la cual intervienen el tipo de acero, proceso y los insumos utilizados, diseño y componentes estructurales. Estas propiedades mecánicas son: ➢ ➢ ➢ ➢ ➢

Rango elástico Rango plástico Diseño Plástico Fuerza permisible Tensión de rotura

PROPIEDADES QUÍMICAS O DE COMPOSICIÓN Los aceros también se caracterizan por sus componentes, contenidos de carbono y contenidos de otros minerales en las posibles aleaciones con el material base que es el acero carbono

CLASES DE ACERO: Los aceros al carbón están clasificados en cuatro categorías, basados en el porcentaje de carbono que contienen: Bajo en carbono, con un contenido de menos del 0.15% Rebajado en carbono con un contenido entre 0.15% y 0.29% Medio en carbono con un contenido entre 0.29 y 0.59% Alto en carbono con un contenido entre 0.59 y 1.70% ACEROS DE BAJO CARBONO: No se usan en estructuras metálicas sino en otro tipo como puentes, plataformas submarinas, etc. ACEROS DE CARBONO REBAJADO Dependiendo del espesor del elemento se utilizan en la construcción de estructuras metálicas para edificios. (caracterizados por su alta soldabilidad) TIPOS DE ACERO CARBONO REBAJADO Acero A36: laminado en caliente para estructuras metálicas pernadas y soldadas, es el de más amplia utilización, con límites de fluencia, 32 Ksi y 36 KSI.

TIPOS DE ACERO MEDIO EN CARBONO Acero A 325 : Laminado en caliente, se usa en la fabricación de tornillos y tuercas, con límite de fluencia, 50 Ksi. Acero A 500: Laminado en frio de uso general en estructuras pernadas y soldadas con límites de fluencia 33Ksi, 42Ksi y 46Ksi para presentación en barras y 39 Ksi, 46 Ksi y 50 Ksi para perfileria. Acero A 501: Laminado en caliente de uso general en estructuras pernadas y soldadas, con límite de fluencia 36 Ksi. Acero A 529: Acero laminado en caliente para platinas y barras de menos ½ pulgadas de espesor o diámetro, uso general en estructuras y armaduras pernadas o soldadas, con límite de fluencia 42 Ksi.

ACEROS DE ALTO CARBONO Y BAJA ALEACIÓN

Considerados de alta resistencia con contenidos de carbono entre 0.59% y 1.70% y aleaciones de columbio y vanadio para incrementar su resistencia, utilizados para algunas partes de las estructuras como pernos, tuercas y remaches. TIPOS Acero A 572: acero para perfileria en general, platinas y barras pernadas o soldadas, con límites de fluencia 42 Ksi, 50Ksi y 65 Ksi.

para estructuras

Acero A 607: Acero laminado en frio o en caliente, tiene aleación de columbio o vanadio y es para estructuras escenográficas, con límite de fluencia entre 45 Ksi y 70Ksi. Adicionando cobre como aleación, su resistencia a la corrosión se incrementa el doble con respecto al acero carbono rebajado normal A36.

ACEROS ALEADOS

Aceros aleados con otros minerales, que se han templado por el proceso de subir y bjar la temperatura a la cual han sido laminados, para conseguir límites de fluencia entre 80 Ksi y 100 Ksi. Tipos: A 490: De alta resistencia, laminado en caliente, usado en tuercas y tornillos, 90 Ksi. A 514: Templado para platinas, usado en estructuras soldadas de puentes y edificios 90 Y 100 Ksi. A 709: Templado para platinas y barras, usado en puentes y estructuras de edificios, 36 Ksi Y 100 Ksi.

ACEROS ESPECIALES

Aceros de intemperie: Los aceros al carbono convencionales que no son protegidos con pintura u otros medios, se corroen a menos que contengan manganeso y silicona para evitarlo. Cromo, cobre, níquel y vanadio, desarrollan una capa gruesa de óxido o patina cuyo efecto es proteger el acero de la corrosión en el tiempo. Estos son aceros de intemperie, cambian de aspecto exterior en su coloración que varía entre café y púrpura. Dependiendo del clima el proceso de curado dura entre uno y tres años, alternado con el paso del tiempo, la humedad o material seco estimula la oxidación. No debe usarse en ambientes demasiado agresivos como el mar.

ACERO INOXIDABLE

Utilizados en construcción, son aleados que contienen por lo menos el 12% de cromo y usualmente 1% de silicona y el 1% de manganeso por volumen. Los de mas calidad llevan aleaciones de Molibdeno y níquel, lo cual son resistentes a los agentes químicos agresivos como la corrosión. Por sue xcesivo costo es usado en algunas partes de la edificación, muros, puertas y rieles y rodamientos.

ACEROS DE ALTA TENSIÓN

Para casos específicos se utilizan aceros de baja aleación y alta tensión, con garantía de resistencia de 70kg/mm², cuya característica principal es el tener un estructura interior de grano muy fino, que por su bajo contenido de carbono tiene una gran soldabilidad. Estos aceros son usados por lo general en los primeros pisos de las columnas de los edificios de altura mientras en las columnas de los pisos superiores se usan los aceros corrientes A 36 Requiere más presión que el acero normal para ser doblado más allá del límite en que no vuelve a su forma inicial. Según la clasificación de USLAB (Ultra Light Steel Auto Body), se considera acero de alta resistencia el que tiene un límite elástico entre 210 y 550 MPa, y acero de resistencia «ultra alta» al que tiene más de 550 MPa. A igualdad de espesor, una plancha de acero de alta resistencia da más rigidez a una carrocería; a igualdad de rigidez, la hace más ligera.

CARACTERÍSTICAS DE LOS MATERIALES

Metales empleados en estructuras metálicas. Los metales que se emplean en estructuras metálicas son principalmente el acero ordinario, el autopatinable, acero inoxidable y el aluminio El ordinario: Es el mas empleado y existen los siguientes (según la norma EN 10027) S235JR S275JR S355JR

S235J0 S275J0 S355J0 S355K2

S235J2 S275J2 S355J2

➢ La primera sigla es una “S” (de Steel acero en lengua inglesa) ➢ La siguiente cantidad numérica es el límite elástico en Mpa. En elementos cuyo espesor no supere los 16 mm. ➢ En espesores superiores la resistencia de cálculo es menor. ➢ Las últimas siglas indican su sensibilidad a la rotura frágil y su soldabilidad. ➢ JR para construcciones ordinarias ➢ J0 cuando se requiere alta soldabilidad y resistencia a la rotura frágil. ➢ J2 Cuando se requiere exigencias excesivamente frágiles, uno de los parámetros que se exige a estos aceros es que su alargamiento de rotura sea superior al 15%.

Aceros Autopatinables

Tienen la misma nomenclatura y composición que los aceros ordinarios y tienen como característica que en su composición entra una pequeña cantidad de cobre. Tienen un buen comportamiento ante la corrosión atmosférica, ya que se produce en su superficie una capa de óxido que la protege.

Aceros Inoxidables Se emplean en estructuras sometidas a ambientes agresivos y existen los siguientes tipos:

PERFILES Se emplean en estructuras sometidas a ambientes agresivos y existen los siguientes tipos: Los perfiles son los elementos ya manufacturados a partir de los diferentes tipos de acero carbono, que de acuerdo a su posición en la estructura trabajan para esfuerzos de compresión, tensión, pandeo, arriostramiento, utilizados como vigas, perlines y amarres. Pueden ser laminados en caliente o frio, fabricados con base de pletinas y láminas planas con uniones de soldadura. Vienen en una amplia gama de secciones y en longitudes de 20 y 30 metros (60 y 90 pies), dependiendo del laminador y bajo ciertas condiciones se pueden conseguir longitudes hasta de 40 metros (120 pies).

PERFILES

Existen varias denominaciones de perfiles según el código del país que se adopte, dentro de los cuales podemos identificar el DIN de Alemania, las BS de Gran Bretaña y las AISC de Estados Unidos que son las mas comunes y por las cuales se rigen la mayoría de las edificaciones. Sin embargo la denominación americana difiere de la denominación europea aunque las características morfológicas de los perfiles sean muy parecidas o en algunos casos, iguales. La comunidad europea como consecuencia de la unificación de los países ha transformado todos los códigos existentes en uno solo que ya ha salido al mercado como “ Euronorms” o Eurocòdigo y junta básicamente los còdigos británicos, alemanes y franceses, que son los mas importantes y utliizados en el diseñoy fabricación de perfiles en esa parte del mundo.

TIPOS DE PERFILES SENCILLOS PERFIL I PN (Europeo) I S (Americano) Perfil en forma de I, con patines o caras exteriores perpendiculares al alma e interiores con inclinación hasta el 14% con respecto a las exteriores, la unión entre los costados y las caras del alma son redondeadas, el borde de los mismo tiene una arista viva exterior y la interior redondeada, dimensiones desde 80 – 600mm Su denominación Americana es viga en doble T, forma de trabajo: resiste perfectamente a flexión pero menos compresión.

PERFIL I PE (Europeo) W (Americano) Perfil en forma de I, sus patines o caras exteriores e interiores son perpendiculares y paralelas al alma, la unión entre las caras interiores y el alma son redondeadas, y el borde tiene arista interior y exterior viva. Su relación entre el ancho de los patines y la altura se mantiene inferior a 66. Con denominación Americana de viga en H.

TIPOS DE PERFILES SENCILLOS PERFIL HE (Europeo) H (Americano) Perfil en forma de H, con caras exteriores e interiores perpendiculares y paralelas al alma, con uniones redondeadas y borde interior y exterior con aristas vivas. Con denominación Americana de viga en H. Es un tipo de perfil laminado cuya sección transversal tiene forma de doble T, con alas más anchas que un perfil doble T de tipo IPN o IPE Los perfiles HE comprenden las tres series siguientes: Serie normal: HEB Serie ligera: HEA Serie pesada: HEM

PERFIL UPN (Europeo) MC (Americano) Perfil en forma de U, las caras exteriores de los patines son perpendiculares al alma, las interiores tienen una inclinación del 8% con respecto a las exteriores, la unión entre la cara interior del alma y las de los patines son redondeadas, los patines tienen el borde con arista interior redondeada y exterior viva. Con equivalencia Americana de canal U.

TIPOS DE PERFILES SENCILLOS PERFIL L (Europeo) Angle L (Americano) Su sección es en ángulo recto, los patines son de igual longitud, la unión entre las caras interiores es redondeada y las caras de los patines son paralelas, con patines de borde interior redondeado y exterior vivo. Con denominación Americana de Ángulos

PERFIL LD (Europeo) Angle L (Americano) La sección es un Angulo recto y patines de distinta longitud. La unión interior de sus caras es redondeada con las caras de los patines paralelas, de borde interior redondeado y exterior vivo. Con denominación americana de ángulos.

PERFIL T (Europeo) (Americano)

Sección en forma de T simple. Tiene un canto igual al ancho del ala (a=b). Dimensiones desde 30.30.4 hasta 100.100.11 mm. Forma de trabajo: soporta tracciones, flexiones no muy grandes y pequeñas compresiones.

TIPOS DE PERFILES SENCILLOS

El acero estructural es un material básico utilizado en las estructuras de edificios, puentes y muelles, por su amplia gamma de formas y grados lo que permite una gran flexibilidad en su uso. Es relativamente barato de fabricar, fuerte y versátil.

Denominación de las partes de un perfil

1.4. CLASIFICACIÓN DE LAS ESTRUCTURAS DE ACERO

Clasificación del acero estructural o de refuerzo: según su forma perfiles estructurales: los perfiles estructurales son piezas de acero laminado cuya sección transversal puede ser en forma de I, H, T, canal o ángulo. barras: las barras de acero estructural son piezas de acero laminado, cuya sección transversal puede ser circular, hexagonal o cuadrada en todos los tamaños. planchas: las planchas de acero estructural son productos planos de

1.5. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LAS ESTRUCTURAS DE ACERO

VENTAJAS DEL ACERO COMO MATERIAL ESTRUCTURAL: ➢ ALTA RESISTENCIA: la alta resistencia del acero por unidad de peso Implica que será poco el peso de las estructuras, eso es de gran importancia en puentes de grandes claros. ➢ UNIFORMIDAD. Las propiedades del acero no cambian apreciablemente con el tiempo como es el caso de las estructuras de concreto reforzado. ➢ DURABILIDAD: Si el mantenimiento de las estructuras de acero es adecuado durarán indefinidamente. ➢ DUCTILIDAD: La ductilidad es la propiedad que tienen un material de soportar grandes deformaciones sin fallar bajo altos esfuerzos de tensión. La naturaleza dúctil de los aceros estructurales comunes les permite fluir localmente, evitando así fallas prematuras. ➢ TENACIDAD: Los aceros estructurales son tenaces, es decir, poseen resistencia y ductilidad. La propiedad de un material para absorber energía en grandes cantidades se denomina tenacidad.

Otras ventajas importantes del acero son:

a)

Gran facilidad para unir diversos miembros por medio de varios tipos de conectores como son la soldadura, los tornillo y remaches

b)

Posibilidad de prefabricar los miembros de una estructura

c)

Rapidez de montaje

d)

Gran capacidad de laminarse y en gran cantidad de tamaños y formas

e)

Resistencia a la fatiga

f)

Posible rehuso después de desmontar una estructura

DESVENTAJAS DEL ACERO COMO MATERIAL ESTRUCTURAL:

➢ Costo de mantenimiento: la mayor parte de los aceros son susceptibles a la corrosión al estar expuestos al agua y al aire y por consiguiente deben pintarse periódicamente. ➢ Costo de la protección contra el fuego. Aunque algunos miembros estructurales son incombustibles, sus resistencias se reducen considerablemente durante los incendios.

➢ Susceptibilidad al pandeo. Entre mas largos y esbeltos sean los miembros a compresión, mayor es el peligro de pandeo. El acero tiene una alta resistencia por unidad de peso, pero al utilizarse como columnas no resulta muy económico ya que debe usarse bastante material, solo para hacer más rígidas las columnas contra el posible pandeo. Nota: El acero estructural puede laminarse en forma económica en una gran variedad de formas y tamaños sin cambios apreciables en sus propiedades físicas. Generalmente los miembros estructurales más convenientes son aquellos con grandes momentos de inercia en relación con sus áreas. Los perfiles I, T y L tienen esta propiedad.

1.6. PRESENTACIÓN COMERCIAL DEL ACERO

Palastros Barras Perfiles

Las formas mas comunes de los aceros que se emplean en la industria metálica se clasifican en tres grandes grupos:

PALASTROS

: Son chapas laminadas que miden entre 1x2

metros y 3x3 metros. Chapón de hierro o acero laminado de diversos espesores, utilizado para la elaboración de placas de anclaje, de carteles metálicos y otras utilidades diversas en el montaje de estructuras. Son un producto de gran consumo, en cualquiera de sus variedades, negra, pintada, galvanizada y Cincalum . Disponible en diferentes formatos, el mas extendido es el de 2x1.

Estas chapas de acero pueden diferenciarse entre:

Presentaciones de palastros :  Chapas galvanizadas, producidas a partir de chapa de acero laminado en frio o en caliente, revestido en ambas caras con una capa de zinc. En su superficie presenta una cristalización de Zn muy visible en forma de estrella, llamada flor.  Chapas Cincalum, aleación de Al (aluminio), resistente a la corrosión gracias a su concentración de aluminio (55%, silicio (1.6%) y Zn. Este revestimiento es superior al del acero galvanizado, pues dura de 2 a 6 veces mas.

Estos dos tipos pueden formar ondas lisas, sinusoidales y trapezoidales y presentan espesores de 30-50 mm.

Chapa galvanizada.

Chapa Cincalum

Presentaciones de palastros :  Chapas prepintadas: Fabricadas a partir de chapas de acero galvanizado o revestidas con aleaciones Al-Zn (cincalum), con un recubrimiento orgánico (pintura) que le da valores anticorrosivos, su composición les otorga una gran durabilidad a agentes atmosféricos. Son utilizadas en la industria de la construcción para techos, tejados, paneleria, etc.  Chapas negras: actúan como componentes de productos terminados tanto en la industria como en la arquitectura. Puede aplicarse en múltiples tareas. Son presentados en rollos o planchas, con un diámetro de 0.5 mm a 105 mm y espesores de 0.3 mm a 20mm.

Pueden ser perforadas de forma redonda, cuadrada, rectangular, hexagonal, triangular. Decorativa y ser laminadas en frio y en caliente.

Chapa pre pintada

Chapas negras

BARRAS  Son piezas mas largas que ancha, macizas y de secciones variables. Tienen distintas formas.

 Los alambres también son barras redondas con diámetro menor a 5mm y los flejes son pletinas con mucha longitud y poco espesor.

PERFILES  Los mas utilizados son el angular, IPN, en T, cuadrado y rectangular. Pero hay mas formas denominados especiales (ventanas, puertas de coches)

“ ” 1.7. FALLAS EN ESTRUCTURAS METALICAS

Causas principales de falla en estructuras de acero  PANDEO:  DAÑOS EN CONEXIONES  CORROSIÓN  FATIGA  FUEGO

 SISMO

 PANDEO: Es la causa con mayor frecuencia en alguno de sus elementos o de la construcción en conjunto ya que las secciones cada vez mas esbeltas que se utilizan contribuyen a este problema y solución es por consiguiente el contraventeo.  Fenómeno que aparece principalmente en pilares y columnas y se traduce en la aparición de una flexión adicional en un elemento cuando se halla sometido a la acción de esfuerzos axiales de cierta importancia.

 Los contraventeos son elementos estructurales que rigidizan la estructura, distribuyen los esfuerzos producidos por los diferentes tipos de carga y los transmiten a la cimentación. Evitan el pandeo, conservan la estabilidad lateral. Nodal: Aporta rigidez lateral solo en sectores específicos y en la unión del marco con el elemento estructural.

Proporciona control de distorsiones laterales bajo el principio de compatibilidad de deformaciones de dos puntos al unirse con otro elemento estructural.

El mas popular y puede ser en forma diagonal a nodos, concéntricas en la viga del marco y excéntricas en la viga del marco.

contraventeo

Contraventeo continuo es aquel que se le proporciona a elementos estructurales y/o marcos de manera constantes en alguno de sus planos. Ejemplo: Viga tipo I esta anclada a una losa y esta integración de trabe y losa, beneficia directamente a la trabe. Es común conocerle como arriostramiento cuando restringe la deformación del elemento contraventeado.

Materiales: Acero Aluminio Madera

Es básicamente la aportación de contraventeo siempre y cuando la configuración deformada del elemento o estructura que es contraventeado haga depender y prescindir del elemento que contraventea.

PANDEO La aparición de deflexión por pandeo limita severamente la resistencia en compresión de cualquier pieza esbelta. Eventualmente, a partir de cierto valor de la carga axial de compresión, denominada carga crítica de pandeo, puede producirse una situación de inestabilidad elástica y entonces fácilmente la deformación aumentará produciendo tensiones adicionales que superarán la tensión de rotura, provocando la ruina del elemento estructural. Existen diferentes maneras o modos de fallo por pandeo. Los modos típicos son: ➢ Pandeo flexional. Modo de pandeo en el cual un elemento en compresión se flecta lateralmente sin giro ni cambios en su sección transversal. ➢ Pandeo torsional. Modo de pandeo en el cual un elemento en compresión gira alrededor de su centro de corte.

PANDEO ➢ Pandeo flexo-torsional. Modo de pandeo en el cual un elemento en compresión se flecta y gira simultáneamente sin cambios en su sección transversal. ➢ Pandeo lateral-torsional. Modo de pandeo de un elemento a flexión que involucra deflexión normal al plano de flexión y, de manera simultánea, giro alrededor del centro de corte

Modos de pandeo de columnas aisladas comprimidas axialmente

FALLA EN CONECTORES Se enumeran a continuación los estados límite o modos de falla que controlan el diseño resistente de conexiones apernadas: ➢ Falla por Corte en el perno ➢ Falla pro Tracción en el perno

➢ Falla por aplastamiento del material conectado ➢ Falla por deslizamiento Crítico ➢ Falla por arrancamiento del bloque de corte ➢ Falla por rotura en el área Neta efectiva

 FALLA POR CORTE EN EL PERNO La resistencia depende directamente del número de pernos, del número de planos de cizalle, del material del perno y su sección transversal. Se produce cuando el desplazamiento entre las planchas origina elevados esfuerzos de corte en uno o mas planos del conector.

La condición de deslizamiento crítico implica que el deslizamiento está impedido, es decir que no puede existir ningún tipo de corrimiento relativo entre las planchas conectadas, debido a la gran fricción producida pro el estricto ajuste de los pernos con las llaves calibradas.

 FALLA POR TRACCIÓN EN EL PERNO La resistencia depende directamente del número de pernos, del número de planos de cizalle, del material del perno y su sección transversal.

El roscado de las tuercas de los pernos, así com el enfriamiento de los remaches luego de su colocación origina fuerzas de pretracción en estos medios de unión. Si a estos esfuerzos se suman las fuerzas exteriores de tracción sobre los conectores y se supera su resistencia al agotamiento a tracción sobreviene la falla

Sin embargo, los esfuerzos adicionales debido a fuerzas exteriores aplicadas son generalmente reducidos y no se llega a exceder el límite de resistencia.

 FALLA POR DESLIZAMIENTO CRITICO Propia de conexiones tipo fricción. La resistencia depende básicamente de la presión de contacto entre las piezas y de la rugosidad de las caras en contacto. La falla se presenta como un deslizamiento relativo entre las partes conectadas.

FALLA POR APLASTAMIENTO DE PERNOS En la practica este tipo de falla tiene una sola remota posibilidad de ocurrencia, debido a que el acero de los pernos o remaches es de calidad superior al de las planchas que conectan y el confinamiento dentro de las perforaciones incrementa su ductilidad.

Ejemplo: si por error ocurre una conexión con pernos a A307 Y Planchas y perfiles de acero de alta resistencia.

APLASTAMIENTO DE PLANCHAS En las conexiones tipo aplastamiento, esta falla es el resultado de la compresión del vástago del conector contra las paredes de la perforación. Debido al desplazamiento de las planchas, comienza gradualmente a aumentar de tamaño del agujero, incrementando su diámetro en la dirección de la fuerza aplicada.

La capacidad resistente al aplastamiento en los agujeros de las planchas se debe verificar tanto en las conexiones tipo deslizamiento crítico, como en las de tipo aplastamiento.

FALLA POR ARRANCAMIENTO DEL BLOQUE Este tipo de falla ocurre cuando la distancia de la perforación al borde cargado es insuficiente. Para evitar este efecto, deben respetarse las distancias mínimas especificadas en las normas para los bordes cizallar (cortados a la flama).

Se manifiesta como el desgarramiento de una porción del elemento conectado. La resistencia depende del material conectado y del patrón geométrico de los planos de falla.

FALLA POR ROTURA EN EL AREA NETA EFECTIVA. El esfuerzo en la sección transversal de un miembro traccionado aumentada por la presencia de una perforación, aún cuando en ella se haya colocado un conector ajustado. Esto se debe a la reducción del área sobre el cual se debe distribuir la carga y a la concentración de tensiones en los bordes de la perforación.

.

Corresponde a una rotura de la sección en tracción. La tensión de rotura se alcanza debido a la disminución de la sección transversal por los agujeros (área neta) y por la concentración de esfuerzos asociados a la geometría de la conexión, es decir, la trayectoria de transmisión de los esfuerzos entre los elementos conectados.

Ejercicio: Identifique los casos de los siguientes elementos en estado límite .

CORROSIÓN

 El riesgo potencial de la corrosión en las estructuras es muy impredecible, por lo que su monitoreo, predicción, prevención y rehabilitación del daño del acero por corrosión en estructuras de concreto ha sido una importante área de interés en la investigación (Song & Shayan 1998).  La corrosión es una reacción termodinámicamente espontánea e inevitable de los metales, la cual es adversa en el proceso de producción de los mismos. La mayoría de los metales, especialmente los aceros, son altamente susceptibles al fenómeno de la corrosión y su grado de afectación depende de las propiedades de la aleación de acero y del medio ambiente al que está sometido. La corrosión en los aceros es inevitable y solo puede ser retardada por medio de medidas especiales como la prevención por métodos protectores. (Song & Shayan 1998).

CORROSIÓN

El comportamiento del acero frente a la corrosión depende de la ubicación geográfica de la exposición, de su temperatura, humedad relativa y del contenido de poluentes. El análisis de la geometría de las piezas metálicas es importante ya que minimiza y evita zonas que favorezcan el estancamiento de los líquidos o sólidos y la formación de rendijas.

Estructura colapsada del puente emplazado sobre rio Samborombón, Buenos Aires

Estado de la pieza que originó la falla

Emplazamiento de la estructura

CORROSIÓN

Los principales métodos de protección aplicables a estructuras expuestas a la atmósfera se basan en la generación de una barrer física entre el metal y el ambiente agresivo. Los recubrimientos protectores comúnmente utilizados como protección anticorrosiva de estructuras metálicas expuestas a la atmósfera sond e tres tipos:

ORGANICOS INORGANICOS Y METALICOS La selección del mas adecuado debe ser hecha en función de la severidad del medio corrosivo. La durabilidad deseada y la probabilidad de realizar trabajos de mantenimiento.

CORROSIÓN

Los recubrimientos inorgánicos se ubican entre los orgánicos y los metálicos y están representados fundamentalmente por pinturas ricas en zinc. Su desempeño protector esta directamente relacionado con la resistencia a la corrosión del cinc en ambiente determinado. Debido a la ausencia de compuestos orgánicos en su formulación, son los recubrimientos que presentan mayor resistencia a los disolventes. Los recubrimiento metálicos mas utilizados son los de base zinc. El espesor de película requerido debe ser determinado en función de la agresividad del medio y en base a la expectativa de vida útil de la estructura. El cadmio en casos particulares también suele utilizarse, estas cubiertas poseen alta resistencia en ambientes marinos. Otra forma de combatir la corrosión es el uso de los aceros patinables. Ya que contiene cantidades pequeñas de níquel, cromo y cobre. Su funciones modificar las propiedades de la película de corrosión. Confiriéndole mayor poder de protección. Cualquier error de diseño o fabricación como una rendija conducirán a una temprana falla de la estructura por corrosión localizada.

FATIGA La ASTM define la fatiga como “el proceso de una localizado, permanente y progresivo cambio estructural sufrido por un material sujeto a condiciones que le producen tensiones y deformaciones en uno o varios puntos y que puede conducir a la producción de grietas o la rotura después de un número de fluctuaciones”

 La

FATIGA  La fatiga es el mecanismo mediante el cual las fisuras se incrementan en una estructura.  Este crecimiento se produce bajo tensiones cíclicas. La rotura final se produce normalmente en zonas sometidas a tensión de tracción cuando la sección transversl reducida se hace insufciente para soprotar la carga máxima sin que se produzca la rotura. En condiciones de servicio normales, las fisutas no se propagan mientras la carga sobre la estructura sea estacionaria.  Las fisuras pasan la mayor parte de su vida propagándose.

Proceso de rotura por fatiga El proceso de rotura por fatiga es progresivo y comprende: El origen de rotura por fatiga es una fisura minúscula que se extiende progresivamente hasta el instante en que no existe suficiente metal sano en la sección para soportar el esfuerzo aplicado. El estudio de la mecánica de fractura muestra que la velocidad de crecimiento de una fisura es proporcional a la raíz cuadrada de su longitud, con la misma fluctuación y mismo grado de concentración de tensión.

 Fase de iniciación de la grieta: en piezas lisas, por cargas reducidas puede suponer un 90% de vida.  Fase de propagación : Iniciada la grieta, se propaga reduciéndose la sección resistente. Las tensiones en el frente de grieta aumentan acelerando el proceso.  Fase de rotura. Cuando la sección es insuficiente “rotura sin aviso”

Resistencia a fatiga La resistencia a la fatiga de un componente se define como el rango de tensión que, fluctuando a una amplitud constante, origina el agotamiento de dicho componente tras un número especifico de ciclos. (N). El rango de tensión es la diferencia entre los puntos máximo y mínimo del ciclo. El número de ciclos hasta la rotura es lo que denominamos resistencia o vida a la fatiga.

Factores que influyen en la resistencia ala fatiga.  Tensión Media: cuando es de tracción disminuye la resistencia a fatiga.  Efecto entalla: Por la falta de homogeneidad, la existencia de defectos macroscópicos superficiales, la presencia de roscas, taladros, soldadura, cambios de sección. Etc.  Tamaño: las piezas de mayor tamaño son mas sensibles al efecto entalla debido a la mayor probabilidad de que existan puntos débiles o defectos.

 Acabado superficial: Cuanto mas rugosas son las superficies mas sensibles son . Además los defectos y entallas son mas perjudiciales que los internos.  Tratamientos superficiales: algunos tratamientos como el martilleado. El granallado o el laminado en frio generan tensiones de compresión aumentando la resistencia a fatiga.

Factores que influyen en la resistencia ala fatiga.  Temperatura: A bajas temperaturas los metales suelen aumentar su resistencia a fatiga aunque por otro lado se hacen mas sensibles a la rotura frágil.  Corrosión. La corrosión progresa mas rápidamente con cargas de amplitud variable. La presencia de corrosión provoca entallas y mordeduras.  Tipo de acero. Los de alta resistencia son mas sensibles al efecto entalla por lo que su resistencia a fatiga es menor en términos relativos.  La resistencia a la fatiga es independiente de la frecuencia con la que se aplica la carga cíclica y que el hecho de que existan periodos de reposo entre las aplicaciones hace que la resistencia al a fatiga aumente.

INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA Las propiedades mecánicas del acero NO son las mismas a 20 ºC (temperatura que se suele considerar de referencia para el diseño de estructuras de acero), que las que pueda tener a 200 ºC, 400 ºC ó a 1000 ºC. De hecho, y según ensayos realizados en base a la Norma NFPA 251 el acero estructural colapsa al alcanzar los 538 ºC. La temperatura de 538 ºC se puede alcanzar fácilmente en caso de producirse cualquier incendio que pueda afectar directa o indirectamente a la estructura.

• Protección mediante morteros proyectados: Es posiblemente la solución más económica y de mayor empleo en el sector de la construcción y obra civil. Estos tipos de morteros están compuestos por ligantes hidráulicos y áridos ligeros como la perlita, vermiculita o lana de roca mezclados con aditivos específicos que le aportan las cualidades de estabilidad frente al fuego. Con este tipo de protección las estructuras de acero pueden exponerse hasta cuatro horas al fuego. No obstante, el espesor de revestimiento final que se aplique dependerá del tiempo de resistencia al fuego que se precise. La superficie de acabado es rugosa, puede conseguirse lisa si se requiere.

Propiedades de los materiales de protección más comúnmente empleado como revestimiento de estructuras metálicas para su protección contra el fuego y contra las temperaturas elevadas:

FIN DE LA PRESENTACIÓN