• Author / Uploaded
• ninoskaav123

Citation preview

INTROUCCION Los perfiles del acero son las secciones transversales de los miembros de acero, cada forma y tamaño que tiene el perfil cumple con diversas necesidades de la obra, normalmente el ingeniero deberá escoger los “perfiles comerciales” que son los que están más disponibles en el mercado, en lugar de requerir la fabricación de piezas con

un perfil de dimensiones y propiedades especiales, esto es porque casi siempre será

más económico el uso de un perfil comercial, aunque en ocasiones eso implique usar más material. . La categoría más grande de perfiles estándar es la de los “perfiles rolados en caliente”. En este proceso de manufacturación, el acero fundido se toma del

horno y se vierte en un sistema de colada continua donde el acero se solidifica, pero nunca se permite que se enfríe por completo. El color va incorporado en su masa, resistentes a la corrosión ambiental, química o marítima, no se oxidan y son fáciles de

transportar e instalar. Es un proceso continuo de fabricación de perfiles estructurales de Plástico Reforzado con Fibras de Vidrio. En él, las fibras de vidrio unidireccionales son colocadas estratégicamente y conducidas a través de un baño de resina líquida, la

cual cubre y satura las fibras. Generalmente, se utilizan dos tipos de resina en el proceso de pultrusión: resina poliéster y viniléster. El color va incorporado en su masa, resistentes a la corrosión ambiental, química o marítima, no se oxidan y son

fáciles de transportar e instalar. Dentro del ámbito de la ingeniería civil, se conoce con el nombre de estructura a toda construcción destinada a soportar su propio peso y la presencia de acciones sin perder las condiciones de funcionalidad para las que fue

concebida ésta. Estos aceros tienen agentes aleantes en exceso, en comparación con las cantidades usadas en los caros al carbono, y son tratados térmicamente para darles dureza y resistencia.

Las vigas son elementos cuya disposición en las estructuras es principalmente horizontal, aunque también pueden ser inclinadas, pero que en todo caso tienen la importante función de servir de apoyo de otros miembros estructurales que le

transmiten las cargas verticales generadas por la gravedad, las cuales actúan lateralmente a lo largo de su eje. Gracias a estos elementos se pueden construir todo tipo de maquinarias y estructuras, Combinación de los esfuerzos de compresión y de tracción que actúan en la sección transversal de un elemento estructural para ofrecer resistencia a una fuerza transversal. Caracteriza la intensidad de las fuerzas que causan el estiramiento, aplastamiento o torsión, generalmente con base en una "fuerza

por unidad de área". En las vigas la flexión genera momentos internos; en un diagrama de momentos flectores internos, un momento positivo significa que en su sección

transversal, la fibra inferior al eje neutro está sometida a esfuerzos normales de tensión, y la fibra superior al eje neutro estará sometida a esfuerzos normales de compresión. La relación lineal entre el esfuerzo y la deformación unitaria en una

barra en tensión o comprensión simple. Donde es el esfuerzo axial es la deformación unitaria axial y es una constante de proporcionalidad llamada módulo de elasticidad, modulo elástico. El módulo de elasticidad es la pendiente del diagrama esfuerzo – deformación unitaria en la región linealmente elástica.

Los Tubos Estructurales CONDUVEN ECO, son perfiles de sección cerrada, conformado en frío y soldado eléctricamente por alta frecuencia, formando elementos tubulares de sección transversal circular, cuadrada, rectangular, suministrados en Longitud de 12,00 m.

PERFILES ESTRUTURALES

PERFILES DE ACERO ESTRUCTURAL:

Los perfiles del acero son las secciones transversales de los miembros de acero, cada forma y tamaño que tiene el perfil cumple con diversas necesidades de la obra, normalmente el ingeniero deberá escoger los “perfiles comerciales” que son los que

están más disponibles en el mercado, en lugar de requerir la fabricación de piezas con un perfil de dimensiones y propiedades especiales, esto es porque casi siempre será más económico el uso de un perfil comercial, aunque en ocasiones eso implique usar más material. La categoría más grande de perfiles estándar es la de los “perfiles rolados en caliente”. En este proceso de manufacturación, el acero fundido se toma del horno y se vierte en un sistema de colada continua donde el acero se solidifica, pero nunca se permite que se enfríe por completo. El acero caliente pasa por una serie de rodillos que oprimen el material dándole la forma transversal deseada, esto se hace mientras está

caliente porque se puede deformar sin que sufra una pérdida de ductilidad. Durante este proceso se incrementa en longitud y se corta a longitudes estándar, usualmente entre 20 y 23 metros (65 y 75 pies), y son subsecuentemente cortados a las longitudes

requeridas en la obra. Los perfiles rolados en caliente más. Son de sección uniforme, más resistente que el acero, más liviana que el aluminio y más versátil que cualquier otro producto industrial. No requieren de mantención.

APLICACIONES • Industrias • Pesqueras

• Plantas químicas • Plantas de celulosa • Mineras • Muelles

• Edificios de extracción por solventes • Edificios de electrobtención • Empresas con procesos químicos

• Toda construcción que requiera alta resistencia a la corrosión

VENTAJAS • Inhibidor de rayos UV

• Buena resistencia a la corrosión • Buenas propiedades dieléctricas • Baja conductividad térmica

• Excelentes propiedades mecánicas • Resistencia específica alta • Gran variedad de perfiles y conexiones • Color incorporado, según carta RAL

CARACTERÍSTICAS El color va incorporado en su masa, resistentes a la corrosión ambiental, química o marítima, no se oxidan y son fáciles de transportar e instalar. Su método de fabricación es la pultrusión, método automático y continuo, que permite obtener

perfiles con un alto contenido de vidrio. Además posee características mecánicas muy elevadas, con módulos de elasticidad entre 180 a 200 mil kg/cm2. Los tipos de perfil de acero estructural más comunes son: 1. PERFIL HEB: Es un perfil muy usado en construcción, se utiliza para columnas, pilotes, vigas, refuerzo y otros usos de gran resistencia. 2. PERFIL TIPO U O CANAL: El perfil tipo U o canal como su nombre lo indica es en forma de canal o C, se utiliza para vigas y columnas que se unen y sueldan, en usos de rendimiento medio. 3. PERFIL ANGULAR O ÁNGULO: Puede ser de lados iguales o desiguales, se utiliza en dinteles, columnas, vigas de rendimiento, estructuras secundarias. 4. TUBO DE ACERO CIRCULAR: La tubería hueca circular de acero se utiliza preferiblemente para columnas.

5. TUBO DE ACERO CUADRADO SECCIÓN HUECA: Estas secciones cuadradas o rectangulares se utilizan con mayor frecuencia como columnas, pero también puede ser utilizado como vigas, abrazaderas y en otros usos.

6. PLACAS DE ACERO ESTRUCTURAL: Se trata de piezas planas de acero estructural, cortadas a medida. En general tienen entre 1/8 ” a 6″ de espesor. Se utiliza en bases de columnas, vigas y columnas hechas a medida, piezas de conexión (es decir, las placas

de refuerzo, placas de soldadura, etc), así como cualquier otra aplicación donde el tamaño no es estándar y son medidas muy especificas. 7. PERFILES DE CORTE: Normalmente son las secciones de ala ancha de un perfil HEB o IPE, que se cortan por la mitad para formar una sección “T”. Se utiliza para dinteles, vigas, tirantes y columnas.

FABRICACIÓN DE PERFILES ESTRUCTURALES PROCESO DE PULTRUSIÓN Es un proceso continuo de fabricación de perfiles estructurales de Plástico

Reforzado con Fibras de Vidrio. En él, las fibras de vidrio unidireccionales son

colocadas estratégicamente y conducidas a través de un baño de resina líquida, la cual cubre y satura las fibras. La combinación resina-vidrio es continuamente guiada y

tirada por un mecanismo de pultrusión, a través de una matriz con alta temperatura que determina la forma de los perfiles. La resina es curada para moldear una pieza reforzada permanentemente, la cual puede cortarse en largos específicos. El proceso de pultrusión

permite

obtener

productos con

un alto

contenido

de

vidrio,

proporcionando un óptimo nivel de resistencia, estabilidad dimensional y poco peso, junto con el aislamiento térmico y eléctrico. El proceso de pultrusión consiste en la

fabricación de perfiles de plástico reforzado, de forma continua, sometiendo las materias primas a tracción y pasando por operaciones de impregnado, conformado, curado y corte. Las etapas de este proceso se encuentran descritas en el documento. Planificación del proceso pultrusión (PPPU-01). Para el control de este proceso contamos con los instructivos detallados en el manual de nuestro sistema de gestión de calidad basado en la norma ISO 9001:2000.

Generalmente, se utilizan dos tipos de resina en el proceso de pultrusión: resina poliéster y viniléster. Cada una de estas resinas se encuentran disponibles con características de retardantes a la llama y normales. Para seleccionar la resina apropiada, se debe tener presente el medio en el cual el producto va a ser usado. En

general, la resina poliéster será adecuada para la mayoría de los ambientes, sin

embargo, la resina viniléster es más apropiada para ambientes más severos en donde se requiera una mayor resistencia química. Los perfiles estructurales estándar se encuentran en cuatro series: Poliéster Normal (PN), Poliéster Retardante a la Llama

(PFR), Viniléster Normal (VIN) y Viniléster Retardante a la Llama (VIFR). SISTEMA DE RESINA POLIÉSTER NORMAL (PN) Los perfiles estructurales estándar son fabricados usando resina poliéster normal. Las principales características son: • Contiene inhibidor de rayos UV. • Buena resistencia a la corrosión. • Buenas propiedades dieléctricas. • Baja conductividad térmica.

• Excelentes propiedades mecánicas. SISTEMA DE RESINA VINILÉSTER NORMAL (VIN) Este sistema de resina muestra excelentes cualidades de resistencia a la

corrosión, presenta excelentes propiedades dieléctricas, casi nula coductividad térmica y excelentes propiedades mecánicas. SISTEMA DE RESINA POLIÉSTER RETARDANTE A LA LLAMA (PFR) Este sistema de resina aporta las mismas características que una resina poliéster normal, pero se adiciona un componente que hace que este sistema tenga la característica de retardante a la llama en concordancia con la norma ASTM E-84.

SISTEMA DE RESINA VINILÉSTER RETARDANTE A LA LLAMA (VIFR) Este sistema de resina muestra las excelentes cualidades de resistencia a la

corrosión, siendo además capaz de soportar mayores temperaturas de trabajo que los otros sistemas de resina, en concordancia con la norma ASTM E- 84. Clase 1.

TABLA DE PROPIEDADES Donde: LW: sentido longitudinal CW: sentido transversal

PF: perpendicular a cara laminada

GUÍA DE PERFILES

PROPIEDADES DE ACEROS ESTRUCTURALES

Aceros al carbono: Estos aceros tienen como elementos principales de resistencia al carbono y a manganeso en cantidades cuidadosamente dosificadas. Los aceros al carbono son aquellos que tienen los siguientes elementos con cantidades máximas de: Carbono 1.7%, Manganeso 1.65%, Silicio 0.60% y Cobre 0.60%.Estos aceros se dividen en cuatro categorías dependiendo del porcentaje de carbono:

PERFILES ESTRUCTURALES ESTRUCTURA Dentro del ámbito de la ingeniería civil, se conoce con el nombre de estructura a toda construcción destinada a soportar su propio peso y la presencia de acciones exteriores (fuerzas, momentos, cargas térmicas, etc.) sin perder las condiciones de funcionalidad para las que fue concebida ésta. Una estructura tiene un número de grados de libertad negativo o cero, por lo que los únicos desplazamientos que puede sufrir son resultado de deformaciones internas. La ingeniería estructural es la rama de la ingeniería que estudia el proyecto de estructuras y el cálculo de su equilibrio y resistencia. ACERO ESTRUCTURAL

Es el material estructural más usado para construcción de estructuras en el mundo. Es fundamentalmente una aleación de hierro (mínimo 98 %), con contenidos de carbono menores del 1 % y otras pequeñas cantidades de minerales como manganeso, para mejorar su resistencia, y fósforo, azufre, sílice y vanadio para mejorar su soldabilidad y resistencia a la intemperie. Es un material usado para la construcción de estructuras, de gran resistencia, producido a partir de materiales muy abundantes en la naturaleza. Entre sus ventajas está la gran resistencia a tensión y compresión y el costo razonable. A pesar de la susceptibilidad al fuego y a la

intemperie es el material estructural más usado, por su abundancia, facilidad de ensamblaje

y

costo

razonable.

ACEROS ESTRUCTURALES MODERNOS

Las propiedades del acero pueden cambiarse en gran medida variando las cantidades presentes de carbono y añadiendo otros elementos como silicio, níquel, manganeso y cobre. Un acero que tenga cantidades de estos últimos elementos se denominara acero aleado. Aunque esos electos tienen gran efecto en las propiedades del acero, las cantidades de carbono y otros elementos de aleación son muy pequeños. La composición química del acero es de suma importancia en sus efectos sobre las propiedades del acero tales como la soldabilidad, la resistencia a la corrosión, la resistencia a la fractura, etc. El carbono presente en el acero incrementa su dureza y resistencia, pero al mismo tiempo reduce su ductilidad igual que lo hacen el fósforo y el

azufre. La ASTM especifica los porcentajes exactos máximos de carbono, manganeso,

silicio,

etc.,

que

se

permiten

en

los

aceros

estructurales.

Los aceros estructurales se agrupan generalmente según varias clasificaciones principales de la ASTM: los aceros de propósitos generales (A36), los aceros estructurales de carbono (A529), los aceros estructurales de alta resistencia y baja aleación (A441 y A572), los aceros estructurales de alta resistencia, baja aleación y resistentes a la corrosión atmosférica (A242 y A588) y la placa de acero templada y revenida (A514).

ALEACIONES Las propiedades del acero pueden cambiarse en gran medida variando las cantidades presentes de carbono y añadiendo otros elementos como silicio, níquel, manganeso y cobre. Un acero que tenga cantidades de estos últimos elementos se

denominara acero aleado. Aunque esos electos tienen gran efecto en las propiedades del acero, las cantidades de carbono y otros elementos de aleación son muy pequeñas. La composición química del acero es de suma importancia en sus efectos sobre las propiedades del acero tales como la soldabilidad, la resistencia a la corrosión, la resistencia a la fractura, etc. El carbono presente en el acero incrementa su dureza y resistencia, pero al mismo tiempo reduce su ductilidad igual que lo hacen el fósforo y el azufre. TIPOS DE ACERO ACEROS DE CARBONO

Estos aceros tienen como principales elementos de resistencia al carbono y al manganeso en cantidades cuidadosamente dosificadas. Estos aceros se dividen en 4 categorías dependiendo del porcentaje de carbono, como sigue: • Acero de bajo contenido de carbono. • Acero dulce al carbono. El acero estructural al carbono queda dentro de esta categoría. •Acero medio al carbono. • Acero con alto contenido de carbono

ACEROS DE ALTA RESISTENCIA Y BAJA ALEACION Existe un gran número de aceros de este tipo clasificados por la ASTM. Estos aceros obtienen sus altas resistencia y otras propiedades por la adición, aparte del carbono y manganeso, de uno a más agentes aleantes como el columbio, vanadio, cromo, silicio, cobre, níquel y otros. Estos aceros generalmente tienen mucha mayor resistencia atmosférica que los aceros al carbono. El termino baja aleación se usa para describir arbitrariamente aceros en los que el total de elementos aleantes no excede el 5%

de

la

composición

total

ACEROS ESTRUCTURALES DE ALTA RESISTENCIA, BAJA ALEACION Y RESISTENTES A LA CORROSION ATMOSFERICA

Cuando los aceros se alean con pequeños porcentajes de cobre, se vuelven más resistentes a la corrosión. Cuando se exponen a la atmosfera, las superficies de esos aceros se oxidan y se les forma una película impermeable adherida que impide una mayor oxidación y se elimina así la necesidad de pintarlos. Después de que ocurre este fenómeno el acero adquiere un color que va del rojo oscuro al café y negro. Para que a estos aceros se les forme la película impermeable adherida deben estar sujetos a ciclos de humedad y resequedad, de otra manera seguirán teniendo el aspecto de acero sin pintar. ACEROS TEMPLADOS Y REVENIDOS

Estos aceros tienen agentes aleantes en exceso, en comparación con las cantidades usadas en los caros al carbono, y son tratados térmicamente para darles dureza y resistencia con fluencias comprendidas entre 80 000 y 110 000 lb/pulg cuadrada. El revenido consiste en un enfriamiento rápido del acero en agua o aceite, cambiando la temperatura de por lo menos 1650 a 300 o 400 grados Fahrenheit. En el templado el acero se recalienta por lo menos a 1150 grados Fahrenheit y luego se deja enfriar. Los aceros templados y revenidos no muestran puntos bien definidos de fluencia como lo hacen los aceros al carbono y los aceros de alta resistencia y baja aleación

Existen otros grupos de aceros de alta resistencia como los de ultra alta resistencia que tienen fluencias de entre 160 000 y 300 000 lb/pulg cuadrada. Estos aceros no se han incluido en el manual LFRD por que la ASTM no les ha asignado un número

de

clasificación

Entre los factores adicionales que pueden conducir al uso de los aceros de alta resistencia se cuentan los siguientes:

• Alta resistencia a la corrosión • Posibles ahorros en los costos de montaje, transporte y cimentaciones debido al menor peso. • Uso de vigas de menor peralte, que permite reducir el espesor de los pisos. • Posibles ahorros en la protección contra el fuego porque usarse perfiles más pequeños.

PERFILES Los perfiles metálicos son aquellos productos laminados, fabricados usualmente para su empleo en estructuras de edificación, o de obra civil. Se distinguen:

• Perfil L

• Vigas H • Canales U • Perfiles T

• Barras redondas lisas y pulidas • Barras hexagonales y cuadradas

• Perfiles generados por soldadura • Vigas reforzadas con barrilla • Vigas U

PERFIL W: El perfil W, consiste en dos patines paralelos separados por una sola alma. Su designación se obtiene con la letra que le da el nombre al perfil, luego se pone el peralte nominal en pulgadas, luego el peso en libras por pie del perfil, como: “W18x50”

PERFIL S:

Es similar al perfil W ya que tiene dos patines paralelos, una sola alma y dos ejes de simetría, la diferencia radica en las proporciones: Los patines del perfil W son más anchos respecto al alma que los de perfil S. Además las caras exterior e interior de los patines de perfil W son paralelas, mientras que las caras interiores de los patines del perfil S están inclinadas con respecto a las caras exteriores. Su designación se obtiene como el perfil W, como: “S18x70”, donde 18 es el peralte nominal en pulgadas y

70

es

el

peso

en

libras

por

pie

LOS PERFILES L:

Existen en dos versiones: de lados iguales y de lados desiguales. La notación de este perfil se obtiene con las medidas de la esquina a las puntas y con el espesor, todo en

pulgadas,

como:

“L6x6x3/4”: este es un perfil de lados iguales, “L6x3x5/8”: este es un perfil de lados desiguales, para este caso siempre se da la denominación del lado más largo primero. EL PERFIL C:

El perfil C o “Canal American Standard”, tiene dos patines y un alma, con un solo eje de simetría, su notación es similar a la de los perfiles S y W, donde el primer número es el peralte total paralelo al alma en pulgadas y el segundo es el peso en libras

por

pie

lineal,

como

“C9x20”.

T ESTRUCTURAL:

Resulta de recortar un perfil W o S a la mitad de su altura, su prefijo de

designación es: WT o ST, dependiendo del perfil que haya dado origen a este, los

números que se le asignan serán el peralte nominal del perfil y el peso de este, todo en las

mismas

unidades

que

los

perfiles

anteriores.

Por ejemplo “WT18x115” sale de un perfil “W36x230”, cabe mencionar que los números que se ponen en el perfil T, son la mitad que los del perfil que le da origen.

Estos son los perfiles rolados en caliente más comunes, pero cabría mencionar también a estos perfiles: PERFIL HP: es usado para pilotes, tiene superficies paralelas en sus patines, aproximadamente el mismo ancho y peralte e iguales espesores en patines y alma. PERFIL M: son los que por dimensiones no encajan como perfil W, S o HP, tanto los Perfiles HP como los perfiles M tienen la misma designación que los perfiles W. TAMBIÉN EXISTEN LOS PERFILES DE BARRA Y DE PLATO: Perfiles de barra: estos pueden ser circulares, cuadrados o rectangulares, para que un perfil rectangular se considere como barra, su ancho tiene que ser de 8 pulgadas o menor, y se designa escribiendo el ancho y luego el espesor, ejemplo “8x3/8”. PERFILES DE PLATO: También conocidos como placas, este es un perfil rectangular cuyo ancho es mayor a 8 pulgadas, su designación es inversa a el perfil de barra, porque se escribe el espesor

y

luego

el

ancho,

ejemplo

“1/2x10”

PERFILES HUECOS: La mayoría de los perfiles huecos, se producen por formado en frío y soldadura. Entre los perfiles huecos existen secciones circulares y perfiles tubulares que pueden ser cuadrados o rectangulares. Estos son los perfiles más comúnmente usados, en la mayoría de los casos estos perfiles cumplen con las especificaciones de una obra, pero

hay obras con requerimientos muy severos, en los que se podrían usar los perfiles compuestos, que se alteran para cumplir con requerimientos muy específicos

ESFUERZO DE FLEXION

Combinación de los esfuerzos de compresión y de tracción que actúan en la sección transversal de un elemento estructural para ofrecer resistencia a una fuerza transversal. Caracteriza la intensidad de las fuerzas que causan el estiramiento, aplastamiento o torsión, generalmente con base en una "fuerza por unidad de área". Fuerza o resistencia que opone un cuerpo sometido a una o varias de las fuerzas externas enumeradas precedentemente. Fuerza que tiende a alargar, acortar, flexionar, torcer

o

cortar

cizallándolo

un

cuerpo

cualquiera.

FLEXION: Curvatura, deformación que experimenta un sólido cuando se aplican fuerzas o soporta cargas que actúan en su plano de simetría o están dispuestas en pares simétricos con respecto a dicho plano. Una pieza experimenta tensiones de flexión, cuando está sometida a fuerzas externas que se ejercen en sentido transversal a su longitud. Estas fuerzas se hallan generalmente en el mismo plano y son con frecuencia perpendiculares al eje de la pieza. Bajo su acción, la pieza cede y se deforma; si era recta (como es nuestro caso), adquiere cierta curvatura, acortándose las fibras situadas en la parte cóncava y alargándose las de la parte convexa. ESFUERZO CAUSADO POR FLEXIÓN

En las vigas la flexión genera momentos internos; en un diagrama de momentos flectores internos, un momento positivo significa que en su sección transversal, la fibra inferior al eje neutro (que coincide con el eje centroidal) está sometida a esfuerzos normales de tensión, y la fibra superior al eje neutro estará sometida a esfuerzos normales de compresión. Sin embargo, estos esfuerzos no se distribuyen en forma constante, como en los esfuerzos normales directos, sino que tienen una distribución variable, a partir del eje neutro hasta las fibras extremas. Se puede deducir como es el comportamiento de la sección transversal cuando el momento flector interno es negativo, y de igual manera, que en el eje neutro, los

esfuerzos normales son nulos, y máximos para cada caso en las fibras extremas. Para un momento flector interno (M), y una sección transversal de la viga cuya rigidez está cuantificada con el momento de inercia (I), y una distancia desde el eje neutro hasta las fibras extremas, inclusive sin llegar a los extremos, (Y), entonces el esfuerzo de tensión o de compresión experimentado (sm), se calcula como:

m = M Y / I Al hacer la expresión I / Y como S, y denominada módulo de sección, se obtiene la expresión:

m = M / S La ecuación, es una expresión utilizada en diseño, puesto que el módulo de sección (S) por lo general es expresado en las propiedades de las secciones transversales de diversos perfiles estructurales. Es común también expresar el esfuerzo s m, como:

mt = M Yt / I (70)

mc = M Yc / I (71)

donde, Yt y Yc, corresponden a las distancias del eje neutro hasta las fibras extremas sometidas a tensión y compresión, respectivamente. Obviamente se entiende el significado demt y mc.

ENSAYO DE FLEXIÓN: Ensayo consistente en someter a una deformación plástica una probeta recta de sección plena, circular o poligonal, mediante el pliegue de ésta, sin inversión de su sentido de flexión, sobre un radio especificado al que se le aplica una presión constante. ESFUERZO CORTANTE HORIZONTAL: Esfuerzo cortante que se desarrolla a lo largo de un elemento estructural que es sometido a cargas transversales, que es igual al

esfuerzo cortante vertical en ese mismo punto. También llamado esfuerzo cortante longitudinal. ESFUERZO CORTANTE LONGITUDINAL: Esfuerzo cortante que se desarrolla a lo largo de un elemento estructural que es sometido a cargas transversales, que es igual al esfuerzo cortante vertical en ese mismo punto. También llamado esfuerzo cortante horizontal. VIGA DE ACERO DE ALMA ABIERTA: Viga de acero cuya alma es aligerada, para economizar acero cuando hay una predominancia de la flexión sobre el esfuerzo cortante; existen varios tipos como el zigzag, soldado alternativamente al ala superior e inferior; el formado por la unión de cuatro perfiles y un redondo, etc. ESFUERZO AXIAL O NORMAL: Esfuerzo que es perpendicular al plano sobre el que se aplica la fuerza de tracción o compresión, que es distribuido de manera uniforme por toda

su

superficie.

Esfuerzo térmico: Esfuerzo de tensión o compresión que se produce en un material que sufre una dilatación o contracción térmica.

ESFUERZOS QUE SOPORTAN LOS ELEMENTOS QUE COMPONEN LAS ESTRUCTURAS Al construir una estructura se necesita tanto un diseño adecuado como unos elementos que sean capaces de soportar las fuerzas, cargas y acciones a las que va a estar sometida. Los tipos de esfuerzos que deben soportar los diferentes elementos de las estructuras son:

* TRACCIÓN. Hace que se separen entre sí las distintas partículas que componen una pieza, tendiendo a alargarla. Por ejemplo, cuando se cuelga de una cadena una lámpara, la cadena queda sometida a un esfuerzo de tracción, tendiendo a aumentar su

longitud.

* COMPRESIÓN. Hace que se aproximen las diferentes partículas de un material,

tendiendo a producir acortamientos o aplastamientos. Cuando nos sentamos en una silla, sometemos a las patas a un esfuerzo de compresión, con lo que tiende a disminuir su altura.

* CIZALLAMIENTO O CORTADURA. Se produce cuando se aplican fuerzas perpendiculares a la pieza, haciendo que las partículas del material tiendan a resbalar o desplazarse las unas sobre las otras. Al cortar con unas tijeras un papel estamos provocando que unas partículas tiendan a deslizarse sobre otras. Los puntos sobre los que apoyan las vigas están sometidos a cizallamiento.

* FLEXIÓN. Es una combinación de compresión y de tracción. Mientras que las fibras superiores de la pieza sometida a un esfuerzo de flexión se alargan, las inferiores se acortan, o viceversa. Al saltar en la tabla del trampolín de una piscina, la tabla se flexiona. También se flexiona un panel de una estantería cuando se carga de libros o la barra

donde

se

cuelgan

las

perchas

en

los

armarios.

* TORSIÓN. Las fuerzas de torsión son las que hacen que una pieza tienda a retorcerse sobre su eje central. Están sometidos a esfuerzos de torsión los ejes, las manivelas y los cigüeñales. Existen varios caos prácticos que implican esfuerzos combinados que se pueden resolver sin recurrir a los procedimientos más rigurosos y tardados. Estado de esfuerzos: Punto para fines de análisis mecánicos, se considera un cubo (el cuadrado), está representando el esfuerzo al que se somete en forma tridimensional, en el plano un cuadrado.

FLEXION El esfuerzo de flexión puro o simple se obtiene cuando se aplican sobre un cuerpo pares de fuerza perpendiculares a su eje longitudinal, de modo que provoquen el

giro

de

las

secciones

transversales

con

respecto

a

los

inmediatos.

Sin embargo y por comodidad para realizar el ensayo de los distintos materiales bajo la acción de este esfuerzo se emplea generalmente a las mismas comportándose como

vigas simplemente apoyadas, con la carga concentrada en un punto medio (flexión practica u ordinaria).En estas condiciones además de producirse el momento de flexión requerido, se superpone al un esfuerzo cortante, cuya influencia en el calculo de la resistencia del material varia con la distancia entre apoyos, debido a que mientras los momentos flectores aumentan o disminuyen con esta, los esfuerzos cortantes se mantienen constantes, como puede comprobarse fácilmente en la figura, por lo que será tanto menor su influencia cuanto mayor sea la luz entre apoyos. Es por esta razón que la distancia entre los soportes de la probeta se han normalizado convenientemente en función de la altura o diámetro de la misma, pudiendo aceptar entonces que la acción del esfuerzo de corte resulta prácticamente despreciable. Para ensayos más precisos la aplicación de la carga se hace por intermedio de dos fuerzas con lo que se logra “flexión pura”.

ESFUERZOS EN VIGAS ESFUERZO CAUSADO POR FLEXIÓN

En las vigas la flexión genera momentos internos; en un diagrama de momentos flectores internos, un momento positivo significa que en su sección transversal, la fibra inferior al eje neutro (que coincide con el eje centroidal) está sometida a esfuerzos normales de tensión, y la fibra superior al eje neutro estará sometido a esfuerzos normales de compresión. Sin embargo, estos esfuerzos no se distribuyen en forma constante, como en los esfuerzos normales directos, sino que tienen una distribución variable, a partir del eje neutro hasta las fibras extremas. Se puede deducir como es el comportamiento de la sección transversal cuando el momento flector interno es negativo, y de igual manera, que en el eje neutro, los esfuerzos normales son nulos, y máximos para cada caso en las fibras extremas. Para un momento flector interno (M), y una sección transversal de la viga cuya rigidez está cuantificada con el momento de inercia (I), y una distancia desde el eje neutro hasta las fibras extremas, inclusive sin llegar a los extremos, (Y), entonces el esfuerzo de tensión o de compresión experimentado (sm), se calcula como:

ESFUERZOS

NORMALES

COMBINADOS

En este caso se considera flexión con tensión o compresión directa, es decir se presenta además de la flexión en el elemento, la presencia de fuerzas axiales normales a la sección transversal, y el esfuerzo normal combinado se calcula como: Esfuerzo

=

=

Esfuerzo

=

+

normal





normal

±

F

ESFUERZOS

/

+ A

NORMAL

Esfuerzo ±

Y

por

flexión

flexión M

(83)

/

S

CORTANTE

(82) (84)

COMBINADOS

En este caso se considera flexión con cortante, es decir se presenta además de la flexión en el elemento, la presencia de momentos de torss en la sección transversal, y el 

esfuerzo =

(1

cortante /

Zp)

combinado Ö

(M

2

se +

calcula T

2

como: )

(85)

La expresión (M 2 + T 2 ) se conoce como par de torsión equivalente (Te).

RESISTENCIA A LA FLEXION La formula de la tensión será, como ya sabemos la relación del esfuerzo con la sección donde actúa. El momento flector máximo en la viga es igual: Mfmax = P . ( L – d ) / 4 Siendo P la carga total, L la distancia entre apoyos y d la separación entre las cargas (ver dibujo en la pag. Siguiente) Si el modulo resistente Wz es: Wz = p . d³ /32 Remplazando en la formula que determina la tensión y considerando el momento flector máximo, obtenemos la “resistencia estática o modulo de rotura de la flexión”.

FLECHA - MODULO DE ELASTICIDAD. Cuando el material es sometido a la acción de la carga, la línea neutra se ira flexionando denominándose FLECHA a la distancia vertical entre la posición inicial de dicha línea y las posiciones instantáneas que tome, medidas en el lugar de mayor flexionamiento de la probeta. Teniendo en cuenta las grandes variaciones que pueden presentar las fundiciones en las distintas coladas y según sus elementos componentes, las normas indican la forma correcta de extraer las muestras que se utilizarán en las experiencias; es así que tenemos las fundidas con la pieza; para lo cual se

preparan los, lo que estarán dispuesto en condiciones tales que se evite la acumulación de impurezas en ellos y que la solidificación se realice en idénticas condiciones que la de toda la masa metálica. CONDICIONES DE ENSAYOS. Ya hemos dicho que el ensayo de flexión en metales se realiza en aquellos frágiles y muy especialmente en las fundiciones en las que, si bien no resulta el

que define mejor sus propiedades mecánicas, se justifica teniendo en cuenta que las mismas se encuentran sometidas, en muchos de sus usos, a esfuerzos similares, pudiendo reemplazar en esos casos al ensayo primario de tracción. El valor de las flechas en los ensayos de verificación, suele ser un requisito a satisfacer indicándose, de acuerdo al empleo del material una máxima o mínima según que se desee su comportamiento como “flexible “ o frágil.

ENSAYO DE FLEXIÓN LAS PROBETAS EN ESTUDIO Máquina universal de ensayo MTS. Dimensiones de las probetas: (según norma DIN 50110) Di = 13 mm L = 300 mm Luz entre apoyos = 260 mm Diámetro de los rodillos de carga y apoyo = 25,4 mm (1”)

Tensión a la flexión ( sF) = Momento flector(Mf) / Módulo Resistente(Wz) El valor del módulo resistente para ambas probetas:

DETERMINACIONES PARA ACERO SAE 1015 Pp = 23 mm x Esc. de carga = 23 mm x 5,4 Kgf/mm = 124,2 Kgf MFp (Momento flector al límite elástico):

sFp = Tensión de flexión al límite proporcional

fe (flecha al límite elástico) = 16 mm . Escala de flecha fe = 16mm. 0,146 mm/mm = 2,336 mm Observación :debido a que el material no rompe sometido a flexión (el ensayo se transforma en plegado) se suspendió el ensayo con una flecha = 34,31 mm en plena deformación plástica. En ese instante la carga era 156,6 kgf. DETERMINACIONES PARA ACERO SAE 1045 Pp = 30,2 mm x Esc. de carga = 30,2 mm x 5,4 Kgf/mm = 163,08 Kgf MFp (Momento flector al límite elástico)

sFp = Tensión de flexión al límite proporcional:

fe (flecha al límite elástico) fe = 25mm . 0,146 mm/mm = 3,65 mm OBSERVACIÓN: Sucede lo mismo que en el caso anterior. Al suspender el ensayo para una flecha de 34,31 mm (igual que el caso anterior) la carga fue igual de 270 Kgf. El siguiente es el diagrama de los dos ensayos de flexión, como vemos en el, el acero SAE 1045 presenta el limite a deformaciones elásticas a una carga mayor y

también al suspender el ensayo se nota claramente que a igual deformación, o sea flecha, la carga es más elevada que el del SAE 1015.

DEFORMACIONES. Consideremos una viga simplemente apoyada en 1 y 2, como se muestra en la Siguiente figura, sometida a un sistema de cargas, que generan en el tramo central,

fuerza cortante cero, de tal manera que solo actúa el momento flector en el elemento “abcd” estudiado en el gráfico de deformaciones de la Fig. 2.1.a.

De la observación del grafico de deformaciones, se desprende lo siguiente: - Las fibras “bd” se alargan (tracción). - Las fibras “ac” se acortan (compresión). - Entre las dos anteriores existe la fibra “ef” que no cambia su longitud, debido a que no tiene tensión. Las fibra “ef” tiene la misma longitud original “dx”, debido a que está situadas en lo que se llama línea neutra. Si ahora trazamos la linea “c’d' ” por “f” paralela a “ab”, se aprecia que “ac” se

acorta en “cc’” mientras que “bd” se alarga en “dd’ ”. Si consideremos ahora la fibra genérica “gh” situada a la distancia “y” de la línea neutra, podemos apreciar como se alarga la distancia “hk”: δgh = hk = y Dө La deformación unitaria será entonces: ε = δ = y∙ dӨ = y∙ dӨ ε = y L ef ρ∙ dӨ ρ Si se aplica Ley de Hooke: σ = E ∙ ε = E . y ec. 2.1.aρ. Esta

es la fórmula del esfuerzo normal por flexión “σ”, en función del radio de curvatura “ρ” y de la distancia a la fibra estudiada “y”, medida desde la línea neutra. RELACION DE ESFUERZOS Y DEFORMACION POR MEDIO DE LA LEY DE HOOKE La relación lineal entre el esfuerzo y la deformación unitaria en una barra en tensión o comprensión simple se expresa con la ecuación

Donde es el esfuerzo axial es la deformación unitaria axial y es una constante de proporcionalidad llamada módulo de elasticidad, modulo elástico. El módulo de elasticidad es la pendiente del diagrama esfuerzo – deformación unitaria en la región linealmente elástica. Como la deformación unitaria es adimensional, las unidades de E

son iguales a las unidades del esfuerzo. Las unidades normales de E son psi o Ksi en el

La ecuación se acostumbra llamar ley de Hooke, en honor de Robert Hooke (1635 – 1703), famoso científico inglés. Fue el primero en investigar en forma

científica las propiedades elásticas de los materiales, y ensayó materiales tan diversos como metales, madera, piedras, huesos y nervios o tendones. Midió el estiramiento de alambres largos que sostenían peso y observó que los alargamientos “siempre guardan

entre si la misma proporción que los pesos que los causaron” (Ref. 1-6). De este modo, Hooke estableció la relación lineal entre las cargar aplicadas y los alargamiento

En realidad, la ecuación (1-8) es una versión muy limitada de la ley de Hokke, porque solo se relaciona con los esfuerzos y las deformaciones unitarias axiales

causadas en tensión o comprensión simple de una barra (esfuerzo uniaxial). Para manejar estados más complicados de esfuerzos, como los que existen en la mayor parte de las estructuras y máquinas, se deben usar ecuaciones más generales de la ley de Hooke. El módulo de elasticidad tiene valores relativamente grandes en los materiales que son muy rígidos, como los metales estructurales. El acero tiene un módulo

aproximado de 30 000 Klb/pulg2 (210 GPa); para el aluminio son característicos los valores de más o menos 10 600 Klb/pulg2 (73 GPa). Los materiales más flexibles tiene menores módulos. Los valores de los plásticos van de 100 2 000 Klb/pulg2 (0.7 a 14

GPa). En la tabla H-2, del apéndice H, se encuentran algunos valores representativos de E. Para la mayor parte de los materiales, el valor de E en comprensión es casi el

mismo que el de tensión. Con frecuencia, al módulo de elasticidad se llama módulo de Young, por Thomas Young (1773-1829), otro científico inglés. En relación con una investigación sobre la tensión y comprensión de barras prismáticas, Young introdujo

la idea de un “módulo de elasticidad”. Sin embargo, su módulo no era el que usamos hoy, porque en el intervenían las propiedades de la barra y también del material.

TUBOS Y PERFILES DE ACERO PARA USO ESTRUCTURAL UNICON Los Tubos Estructurales CONDUVEN ECO, son perfiles de sección cerrada, conformado en frío y soldado eléctricamente por alta frecuencia, formando elementos tubulares de sección transversal circular, cuadrada, rectangular, suministrados en Longitud de 12,00 m.

Son producidos según la norma ASTM (American Society for Testing and Materials) A500 Grado C, con láminas de alta resistencia, presentando un esfuerzo de fluencia Fy = 3.515 Kgf / cm2.

La eficiencia de los Tubos Estructurales CONDUVEN ECO se debe a la forma de su sección transversal permitiéndole manejar solicitudes de flexo-compresión y alta compresión axial.

SECCIÓN CIRCULAR Con un esfuerzo de fluencia Fy=3.515 Kgf/cm² y una tensión a la flexión

Fb=0.72xFy, la sección circular presenta valores de Inercia, radio de giro y torsión que le permiten soportar grandes cargas axiales, por lo que se recomienda su uso como columna. DIMENSIONES Y PROPIEDADES ESTÁTICAS DIMENSIONES Diámetro pulg.

Propiedades Estáticas Mm

Sección A cm2 Peso kg/m

I cm4

S cm3

r cm

4,10

35,8

9,40

2,60

6,1

491,00

57,5

12,90

3,10

114,3 2,50

8,8

699,00

137,3

24,00

4,00

5"

127,0 3,00

11,7

9,17

224,8

35,40

4,40

5 1/2"

139,7 3,40

14,6

11,43

338,3

48,40

4,80

6"

152,4 4,00

18,6

14,64

513,7

67,40

5,20

6 5/8"

168,3 4,30

22,2

17,39

745,0

88,50

5,80

D

E

3"

76,2

2,25

5,2

3 1/2"

88,9

2,25

41/2"

DIMENSIONES Diámetro pulg.

Propiedades Estáticas Mm D

Sección A cm2 Peso kg/m E

I cm4

S cm3

r cm

7 5/N"

193,7 4,50

26,7

20,99

1197,0

123,60 6,70

8 5/8"

219,1 5,50

36,9

28,97

2105,5

192,20 7,60

9 5/8"

244,5 5,50

41,3

32,41

2949,2

241,30 8,50

9 5/8"

244,5 7,00

52,2

41,00

3684,6

301,40 8,40

10 3/4"

273,1 7,00

58,5

45,93

5180,2

379,40 9,40

10 3/4"

273,1 9,00

74,7

58,61

6514,3

477,10 9,30

12 3/4"

323,9 9,00

89,0

69,88

11040,0 681,80 11,10

12 3/4"

323,9 11,00 108,1

84,87

13243,3 817,90 11,10

SECCIÓN CUADRADA Al igual que la sección circular la compresión axial es muy eficiente, teniendo un Fy=3.515 Kgf/cm² y un Fb=0,69 xFy. Es recomendado su uso

común como columna, para cargas axiales grandes, momentos moderados y (KL) grandes. Dimensiones y propiedades estáticas DIMENSIONES H x B mm

Propiedades Estáticas

mm e

Sección A cm2

Peso kg/m

r

I cm4

S cm3

r cm

60X60

2,25 3,38

5,02

3,94

27,40

9,13

2,34

70X70

2,25 3,38

5,92

4,65

44,60

12,74

2,74

90X90

2,50 3,75

8,54

6,70

107,46

23,88

3,55

100X100

3,00 4,50

11,33

8,89

175,10

35,02

3,93

110X110

3,40 5,10

14,10

11,97

263,94

47,82

4,32

120X120

4,00 6,00

18,01

14,14

397,30

66,22

4,70

135X135

4,30 6,45

21,85

17,15

612,27

90,71

5,29

155X155

4,50 6,75

26,39

20,72

982,43

126,77 6,10

175X175

5,50 8,25

36,25

28,46

1.709,23

195,34 6,87

200X200

5,50 8,25

41,75

32,77

2.597,67

259,77 7,89

DIMENSIONES

Propiedades Estáticas

mm

H x B mm

e

Sección A cm2

Peso kg/m

r

I cm4

S cm3

r cm

200X200

7,00 10,50 52,36

41,10

3.194,10

319,41 7,81

220X220

7,00 10,50 57,96

45,50

4.314,30

392,21 8,63

220X220

9,00 13,50 73,18

57,45

5.317,27

483,39 8,52

260X260

9,00 13,50 87,58

68,75

9.038,52

695,27 10,16

SECCIÓN RECTANGULAR Los tubos de sección rectangular son muy resistentes a la flexión, permitiendo un mejor uso del material, con un esfuerzo de fluencia de Fy=3.515 Kgf/cm² y un Fb=0,72 x Fy. Igualmente, son muy eficientes a la

compresión axial y son recomendados como vigas, para momentos grandes, cargas axiales moderadas y valores (KL) pequeños. Dimensiones y propiedades estáticas DIMENSIONES H

x

Sección Peso

B mm

ry

kg/m I cm4

S cm3 r cm ly cm4

Sy cm3

2,25 3,38 5,02

3,94

40,61

10,15 2,84 13,84

6,92

1,66

100x40 2,25 3,38 5,92

4,65

71,37

14,27 3,47 17,05

8,53

1,70

120x60 2,50 3,75 8,54

6,70

159,29

26,55 4,32 54,67

18,22 2,53

140x60 3,00 4,50 11,33

8,89

274,27

39,18 4,92 73,46

24,49 2,55

160x65 3,40 5,10 14,44

11,34 449,65

56,21 5,58 110,41

33,97 2,77

180x65 4,00 6,00 18,41

14,45 697,99

77,55 6,16 140,88

43,35 2,77

200x70 4,30 6,45 21,85

17,15 1.016,19 101,62 6,82 194,94

55,70 2,99

220x90 4,50 6,75 26,39

20,72 1.561,83 141,98 7,69 388,34

86,30 3,84

260x90 5,50 8,25 36,25

28,46 2.844,82 218,83 8,86 536,10

119,13 3,85

300x100 5,50 8,25 41,75

32,77 4.366,42 291,09 10,23 777,00

155,40 4,31

300x100 7,00 10,50 52,36

41,10 5.360,46 357,36 10,12 943,61

188,72 4,25

320x120 7,00 10,50 57,96

45,50 7.032,23 439,51 11,02 1.512,24 252,04 5,11

320x120 9,00 13,50 73,18

57,45 8.654,16 540,89 10,87 1.841,31 306,88 5,02

mm

80x40

e

r

A cm2

Propiedades Estáticas cm

DIMENSIONES H

x

Sección Peso

B mm

mm

e

r

A cm2

Propiedades Estáticas

kg/m I cm4

350x170 9,00 13,50 87,58

S cm3 r cm ly cm4

Sy cm3

ry cm

68,75 13.546,10 774,06 12,44 4.418,30 519,80 7,10

BS-6363 El Tubo Estructural BS-6363 es un producto de acero estructural de alta resistencia mecánica conformado en

frío y soldado eléctricamente por alta frecuencia, formando tubos de sección cuadrada, distribuidos en longitud

de

6,00

m.

Son producidos según la norma BS-6363, con láminas de

alta resistencia, presentando un esfuerzo de fluencia Fy = 3.670 Kgf / cm2 La eficiencia de los Tubos Estructurales BS-6363 se debe a la forma de su sección

transversal y espesor los cuales le permiten manejar solicitudes de compresión axial moderadas, lo que los hace elementos altamente recomendables en vigas compuestas, celosías, cerchas, tensores, arriostramientos, etc. SECCIÓN CUADRADA Con un esfuerzo de fluencia Fy=3.670Kgf/cm², el tubo estructural BS-6363 de sección cuadrada, presenta valores de Inercia y radio de giro que le permiten soportar cargas axiales moderadas.

Dimensiones y propiedades estáticas CARACTERÍSTICAS DIMENSIONALES TUBULARES CONDUVEN ECHO

DIMENSIONES H

mm

B mm

e

SECCIÓN PESO b/e = b/e r

R

mm mm/mm Tm mm

A cm2

P

PROPIEDADES ESTÁTICAS Ix

Sx

rx

kg/m cm4 cm3 cm

25x25

25,00 25,00 2,50 6,50

3,75 6,25 2,04

1,60 1,61 1,28 0,89

25x25

25,00 25,00 3,00 4,83

4,50 7,50 2,33

1,83 1,72 1,38 0,86

40x40

40,00 40,00 2,50 12,50

3,75 6,25 3,54

2,78 8,00 4,00 1,50

40x40

40,00 40,00 3,00 9,83

4,50 7,50 4,13

3,24 9,01 4,51 1,48

CARACTERÍSTICAS DIMENSIONALES TUBULARES

CONDUVEN ECHO

DIMENSIONES H mm

B mm

SECCIÓN PESO

e

b/e = b/e r

R

mm mm/mm Tm mm

A cm2

P

PROPIEDADES ESTÁTICAS Ix

Sx

rx

kg/m cm4 cm3 cm

50x50

50,00 50,00 2,50 16,50

3,75 6,25 4,54

3,56 16,61 6,64 1,91

50x50

50,00 50,00 3,00 13,17

4,50 7,50 5,33

4,18 18,98 7,59 1,89

PERFIL ECO Z El PERFIL ECO Z es un producto conformado en frío y fabricado con acero de alta resistencia mecánica, según la norma ASTM (American

Society for Testing and Materials) A570 grado 50 presentando un esfuerzo de fluencia de 3.515 Kgf/cm² (como valor mínimo).

El PERFIL ECO Z tiene una aplicación específica como correa de techos en edificaciones de cubiertas livianas, donde la acción principal

es

la

del

viento.

Se recomienda el uso de Perfil ECO Z en techos para: Instalaciones

Industriales, Instalaciones Agrícolas, Instalaciones Deportivas,

Centros Comerciales, Escuelas, Hospitales y Cerramientos de fachadas. Dimensiones y propiedades estáticas

PERFI L ECO Z

150 170 200

SECCIÓ PES

DIMENSIONES H

mm 15 0 17 0

20 0

B

A

m

m

m

m

50 20 50 20 50 20

e

N r

R

mm mm mm 2,1 3,1 5,2 0

5

5

2,5 3,7 6,2 0

5

5

3,0 4,5 7,5 0

0

0

O

PROPIEDADES ESTÁTICAS

P A cm2

Kg/

lx cm4

m 5,66

4,63

7,19

5,87

9,47

7,70

ly

Sx

Sy

rx

ry

cm4 cm3 cm3 cm cm

208,7 42,6 27,8 6,7 5,8 2,6 0

3

2

6

7

5

331,1 50,2 38,9 8,0 6,5 2,5 7

5

6

0

6

5

580,4 56,0 50,0 8,9 7,5 2,3 2

2

4

5

8

5

Longitudes PERFIL ECO Z

LONGITUD DEL PERFIL (m)

LUZ MÁXIMA ENTRE APOYOS (m)

150

6,00

6,00

170

8,00

8,00

200

10,00

10,00

lx,ly = Momento de inercia (cm4) Sx, Sy = Módulo de sección (cm3) rx, ry = Radio de giro (cm)

COLUMNAS En el diseño de un edificio público o una casa personalizada, un arquitecto a menudo en busca de oportunidades para incluir detalles de diseño únicos. Desde la antigüedad, uno de los toques arquitectónicos más característicos de la opción para los edificios públicos y privados ha sido la columna. COLUMNAS GRIEGAS Las columnas utilizadas en la construcción de edificios griegos antiguos que

sobreviven hoy en día se pueden dividir en tres categorías de arquitectura: dórico, jónico y corintio Las columnas utilizadas en la construcción de edificios griegos

antiguos que sobreviven hoy en día se pueden dividir en tres categorías de arquitectura: dórico, jónico y corintio Las columnas utilizadas en la construcción de edificios griegos antiguos que sobreviven hoy en día se pueden dividir en tres categorías de arquitectura: dórico, jónico y corintio. Las columnas utilizadas en la construcción de edificios griegos antiguos que sobreviven hoy en día se pueden dividir

en tres categorías de arquitectura: dórico, jónico y corintio. Principalmente diferenciada por el diseño de la parte superior la de columna de, columnas griegas también son distinguibles por sus bases de y la anchura relativa de eje de la de columna de. Otra de las características distintiva de columnas griegas es que a menudo eran "estriado," lo que significa que ellos tenían canales de tallados en la eje de que corre paralela a unos a los otros a lo largo de su longitud. La tradición estética de estrías pidió veinticuatro canales a lo largo de cada columna.

Los tres estilos de columnas griegas desarrollado con el tiempo desde la básica hasta adornado como la civilización griega creció, prosperó y ha invertido en la grandeza pública. COLUMNAS DÓRICAS En términos generales, el diseño más antiguo y más sencilla entre las columnas griegas es el estilo dórico. La parte superior El de columna dórica, conocida como la capital, es un diseño de platillo-en forma de simple que es COLUMNAS CIRCULARES De manera directa, el principio de trabajo al que se expone una columna es la de soportar específicamente cargas axiales generadas por el peso que sostienen estas; en consecuencia una columna no soporta cargas de momento. Por ello, en su diseño a las columnas se les consideran ciertos rangos de excentricidad que pudieran ser

provocados debido a cualquier tipo de impacto que reciban los elementos, también en caso de alguna explosión, y en el más probable de los casos, afrontar los momentos que genera un terremoto. La carga axial provoca en el interior de la columna una expansión transversal del concreto debido a la compresión generada y transmitida por el peso que sostiene; los momentos llevan a la columna a limites de elasticidad que afectan principalmente

la ductilidad del concreto la cual es altamente mínima en comparación a la del acero llevando a provocar la ruptura y deformación del elemento. La expansión es controlada mediante el confinamiento adecuado de estribos o en el mejor de los casos,

el uso de zuncho en columnas circulares; la ductilidad la proporciona el acero longitudinal.

Las columnas circulares resultan ser las más apropiadas para contrarrestar las

fuerzas sísmicas, y principalmente seria un buen elemento estructural para usarlo en

el caso de Guatemala debido a la zona geológica en la que se encuentra el país. Quizá las limitaciones principales que evitan su uso sean las de carácter arquitectónico debido a la geometría y el espacio que ocupa además de la estética, y en otro de los

casos la de factor económico debido al empleo de más concreto, más acero estructural y el uso de formaletas especiales que en conjunto incrementan el costo del elemento. La más usual aplicación de las columnas circulares es la que se puede observar en el uso de pilotes de cimentación y en columnas de pasos a desnivel y puentes .

Las ecuaciones para calculo de columnas circulares vienen a ser las mismas que las de un análisis en columna rectangular, con la diferencia de que la forma del área sujeta a esfuerzos de compresión será un segmentó de circulo y, las varillas de refuerzo no se colocan juntas paralelas a los lados a tensión y compresión. Además

también puede surgir el uso de una sección equivalente rectangular, que representaría el área de la sección circular. El factor de reducción de resistencia *, se utiliza como

factor de seguridad para el cálculo de la resistencia en compresión ó flexión pura que se pueda dar en las columnas. Se utilizara un valor * de 0.70 para columnas con estribos y de * 0.75 en columnas con refuerzo en espiral. Para reducir los cálculos que

se requieren en el análisis y diseño usando la excentricidad mínima, el reglamento del ACI especifica una reducción del 15% en la resistencia de la carga axial para

columnas con zuncho. Aplicando el factor, la capacidad máxima nominal de carga axial de las columnas no se puede tomar mayor que Pn(max)= 0.8(.85f'c (Ag-Ast) + Astf'y). En el aspecto del refuerzo de acero estructural de las columnas circulares se tienen los siguientes 2 elementos: •

Para el caso del refuerzo en sentido transversal, el uso del zuncho. El estribo

helicoidal, espiral o zuncho brindan más ductilidad a la columna y proporcionan un soporte mas alto para contrarrestar la carga máxima y permitir con ello deformaciones amplias que evitan el colapso total de la estructura antes de que se

complete la redistribución total de los momentos debido a los esfuerzos que genera la energía transmitida; este tipo de refuerzo es obligatorio en regiones con alto riesgo sísmico. Las columnas zunchadas ofrecen un confinamiento más efectivo del concreto debido a la tracción y uniformidad de trabajo que ejercen sobre el núcleo. En cualquier caso, el diámetro mínimo del refuerzo debe ser de 3/8”. El zuncho da una característica de soporte muy importante que en lugar de producirse el colapso de la columna, bajo este nivel de carga se produce el desprendimiento de la capa de hormigón exterior al zuncho. Simultáneamente, debido al efecto de Poisson, el zuncho entra en tensión produciéndose un efecto de

compresión triaxial sobre el hormigón del núcleo, lo que permite que la columna resista cargas mayores. En las columnas circulares también puede llegar a usarse estribos circulares, los cuales dependerán del criterio final tanto respecto a factores económicos como de hechura del estribo. •

Por otra parte el segundo elemento de la columna, el refuerzo longitudinal,

ayuda a complementar y extender la ductilidad que carece el concreto por lo que se

hace necesario tener un área de acero longitudinal del 1% como mínimo respecto al área total de la sección de la columna. En proporción aceptable se tiene de 1.5% a 3.0%. Para el caso de edificios un 4% de área de acero como máximo es bastante aceptable. En las columnas circulares esta área se debe distribuir como mínimo en 6 varillas longitudinales. Para el caso de fallas en las columnas circulares, también se puede presentar como resultado de una falla en el material por la fluencia inicial del acero en la cara de tensión o por el aplastamiento inicial del concreto en la acara en compresión (falla

por Columna Corta), o por la perdida de la estabilidad lateral estructural (falla por Pandeo). ESBELTEZ EN COLUMNAS: Se dice que una columna es esbelta si las dimensiones de su sección transversal son pequeñas en comparación con su longitud. El grado de esbeltez se expresa, generalmente, en términos de la relación de esbeltez L/r, donde L es la longitud y r es el radio de giro de su sección transversal, igual a. Para elementos cuadrados o circulares,

el valor de r es el mismo con respecto a cualquiera de los ejes; para otras formas, r es mínimo con respecto al eje principal menor y este valor es por 10 general el que debe utilizarse en la determinación de la relación de esbeltez de una columna libre.

Se sabe que un elemento con gran esbeltez colapsará ante una carga de

compresión menor que la correspondiente para un elemento más corto con las mismas

dimensiones de la sección transversal. Cuando un elemento relativamente poco esbelto (o robusto), por ejemplo, con l/r = 10 (como una columna cuadrada con longitud igual a aproximadamente tres veces la dimensión h su sección transversal), está cargado en compresión axial, la falla se presenta para la carga neta dada por la ecuación (8.3) puesto que para ésta, tanto el concreto como el acero están sometida: esfuerzos

equivalentes a los de su máxima capacidad de carga y fallan, respectivamente, por aplastamiento y por fluencia. Si un elemento con la misma sección transversal tiene

una relación de esbeltez llr = 100 (por ejemplo, una columna cuadrada articulada en los dos extremos y con una longitud igual a aproximadamente 30 veces la dimensión de la sección), puede fallar bajo una carga axial igual a la mitad o menos de la carga que determine la ecuación. En este caso, el colapso se produce por pandeo, es decir,

por un súbito desplazamiento lateral del elemento entre sus extremos, con el consecuente sobreesfuerzo del acero y del concreto causado por los de flexión que se superponen a los esfuerzos de compresión axial.

En la práctica, la mayoría de las columnas están sometidas a momentos flectores al igual que a cargas axiales. Estos momentos producen deflexión lateral entre los extremos del elemento y también pueden generar desplazamiento lateral relativo entre las uniones.

Asociados a estos desplazamientos se producen momentos de segundo orden

que se suman a los momentos primarios y que pueden ser bastante grandes para el caso de columnas esbeltas, generando en ciertos casos la falla de la columna. Una columna esbelta, según una definición práctica, es aquélla para la cual existe una

reducción significativa de la capacidad a carga axial a causa de estos momentos de segundo orden. Por ejemplo, en el desarrollo de las disposiciones para columnas del

Código ACI se considera significativa cualquier reducción mayor que lo cercano al cinco por ciento, requiriéndose en estos casos considerar los efectos de esbeltez. El Código ACI y su comentario contienen disposiciones detalladas que regulan el diseño de columnas esbeltas. El Código ACI 10.11,10.12 y 10.13 presenta un método aproximado para tener en cuenta la esbeltez mediante la utilización de

factores de amplificación de momento. Estas disposiciones son bastante similares a las utilizadas para columnas de acero diseñadas según la especificación del American Institute of Steel Construction (AISC). Como opción, el Código ACI 10.10 considera

una aproximación más fundamental en la cual el efecto de los desplazamientos laterales se tiene en cuenta de modo directo en el análisis del pórtico. Como consecuencia de la creciente complejidad del método de amplificación de momentos,

con los refinamientos a que ha sido sometido en años recientes, la gran cantidad de requisitos detallados y ante la disponibilidad general de computadores en las oficinas de diseño, existe un interés creciente en los "análisis de segundo orden" como lo

sugiere el Código ACI 10.10, en los cuales el efecto de los desplazamientos laterales se calcula directamente. Como se anotó, en la práctica la mayor parte de las columnas siguen siendo cortas. El Código ACI incluye expresiones simples para determinar si los efectos de esbeltez deben tenerse en cuenta en el diseño.

CONCLUSION Los perfiles del acero son las secciones transversales de los miembros de acero, Los perfiles rolados en caliente más. Son de sección uniforme, más resistente que el acero, más liviana que el aluminio y más versátil que cualquier otro producto

industrial. El acero es el material estructural más usado para construcción de estructuras en el mundo, La composición química del acero es de suma importancia en sus efectos sobre las propiedades del acero tales como la soldabilidad, la resistencia a la

corrosión. No requieren de mantención, su color va incorporado en su masa, resistentes a la corrosión ambiental, química o marítima, no se oxidan y son fáciles de transportar e instalar, los tipos de perfil de acero estructural mas comunes son, HEB,

tipo U o canal, angular, tubo de acero circular, tubo de acero cuadrado, placas de acero estructural, perfiles de corte.

Aceros al carbono: Estos aceros tienen como

elementos principales de resistencia al carbono y a manganeso en cantidades

cuidadosamente dosificadas. Los perfiles metálicos son aquellos productos laminados, fabricados usualmente para su empleo en estructuras de edificación, o de obra civil, como: perfil L, Perfil L, Vigas H, Canales U, Perfiles T, Barras redondas lisas y pulidas,

Barras hexagonales y cuadradas, Perfiles generados por soldadura, Vigas reforzadas con barrilla, Vigas U. entre otros.

En las vigas la flexión genera momentos internos; en un diagrama de

momentos flectores internos, un momento positivo significa que en su sección

transversal, la fibra inferior al eje neutro, está sometida a esfuerzos normales de tensión, y la fibra superior al eje neutro estará sometida a esfuerzos normales de

compresión, , estos esfuerzos no se distribuyen en forma constante, como en los esfuerzos normales directos, sino que tienen una distribución variable, a partir del eje neutro hasta las fibras extremas. Al construir una estructura se necesita tanto un diseño adecuado como unos elementos que sean capaces de soportar las fuerzas,

cargas y acciones a las que va a estar sometida. Los tipos de esfuerzos que deben soportar los diferentes elementos de las estructuras son: tracción, compresión, cizallamiento o cortadura, flexión, torsión. El esfuerzo de flexión puro o simple se obtiene cuando se aplican sobre un cuerpo pares de fuerza perpendiculares a su eje longitudinal, de modo que provoquen el giro de las secciones transversales con

respecto a los inmediatos. En las vigas la flexión genera momentos internos; en un diagrama de momentos flectores internos, un momento positivo significa que en su sección transversal, la fibra inferior al eje neutro está sometida a esfuerzos normales de tensión, y la fibra superior al eje neutro estará sometida a esfuerzos normales de compresión. La ecuación se acostumbra llamar ley de Hooke, en honor de Robert

Hooke, famoso científico inglés. Fue el primero en investigar en forma científica las propiedades elásticas de los materiales. Midió el estiramiento de alambres largos que sostenían peso y observó que los alargamientos “siempre guardan entre si la misma proporción que los pesos que los causaron.

Los Tubos Estructurales CONDUVEN ECO, son perfiles de sección cerrada,

conformado en frío y soldado eléctricamente por alta frecuencia, formando elementos tubulares de sección transversal circular, cuadrada, rectangular. Las columnas utilizadas en la construcción de edificios griegos antiguos que sobreviven hoy en día se pueden dividir en tres categorías de arquitectura: dórico, jónico y corintio.