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• Juan Urrutia

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CURSO: DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO CONTENIDO: INTRODUCCIÓN AL D.E.M. AÑO: 2014 PROFESOR:

JOAQUÍN VALENZUELA BARBOSA

BIBLIOGRAFÍA LIBROS: “Diseño de Estructuras de Acero” Mc Cormac “ Steel Structures Design and Behavior” Salmon, Johnson, Malhas

“Ductile design of Steel Structures”, Bruneau, Uang, Whittaker “Diseño Sismorresistente de Construcciones de Acero”, Javier Crisafulli

CÓDIGOS: AISC 360-10

NCh 2369 Cáp. 8 AISC 341-10

ESTRUCTURAS DE ACERO Son esqueletos compuestos por barras (perfiles), con conexiones simples o de momento.

Marcos

Reticulado

Envigado

Su diseño no es monolítico como el hormigón armado (hay que diseñar conexiones), se trabaja uniendo piezas, tipo “mecano”.

PERFILES

Los perfiles comunes están tabulados Los catálogos varían según el fabricante.

Doblados en frio e ≤ 5 (C, L, CA) Cajones (HSS) soldados por resistencia eléctrica, sin metal de aporte Soldados chilenos (IN, HN) Laminados americanos (W, WT) Laminados europeos (IP, HE) Elementos Armados ( enrrejados, OC, TL, IC)

CLASIFICACIÓN DE MECANISMOS RESISTENTES Marcos a flexión (flexión y corte)

Marcos arriostrado (tracción y compresión)

ANÁLISIS En la construcción metálica existe menos redundancia esto facilita el análisis en la mayoría de los casos, se puede separar el análisis por eje resistente.

La estructuración tiende a ser modular

VENTAJAS Constructivas: • • • • •

Poco peso (mayor resistencia por unidad de peso) Las partes complejas se pueden resolver en taller Rapidez de montaje (menor costo mano de obra) Reutilización Versátil

Diseño: • • • •

Ley bien definida poca variabilidad en las propiedades Cálculos de esfuerzos y deformaciones más cercanos a lo real Propiedades mecánicas no varían en el tiempo Tenacidad y ductilidad

Ampire State Building 1930

DESVENTAJAS Constructivas: • • • •

Corrosión - Mantención Fuego (550°C E, Fy Fu disminuyen aprox. 60%) La tenacidad es significativamente menor bajo los -25°C (20%abs.) Mayor costo material

Diseño:

• • •

Pandeo o inestabilidades por espesores pequeños 3 a 25 mm Detallamiento de conexiones Una mala conexión no pasa desapercibida !

El ensayo Charpy permite detectar aceros frágiles

PANDEO Los perfiles de acero son susceptible a inestabilidad (pandeo) Al tener alta resistencia los elementos son mas esbeltos y delgados, esta geometría lo hace ineficiente frete a tensiones de compresión.

Rigidizar, calculando espesor o atiesando, es tarea constante del diseñador en acero

COMO EVITAR EL PANDEO Soluciones: Enrrejados → arriostrar → disminuir λ Planchas → Atiesar → disminuir b/t

Pcr 

 2 EI

KL 2

Longitud efectiva

L ef.

Objetivo: Utilizar el acero en la forma mas económica y eficiente posible

MINERÍA

ENERGÍA

PROCESOS

RPC Concón

PUENTES Puente Las Cucharas, camino Quilpué

DETALLAMIENTO DEL ACERO

ETAPAS: 1. Estructuración (ingeniero Proyectista - cliente) 2. Dimensionamiento y planos generales (ingeniero Proyectista) 4. Planos de fabricación y montaje (maestranza - técnicos en montaje)

PLANOS DE ESTRUCTURAS DE ACERO

DETALLAMIENTO

P.T. evitar excentricidades

Diseño de las conexiones: 1. Pensar en facilitar la fabricación y montaje, “buena conectividad. 2. Las conexiones deben representar los grados de libertad considerados en el calculo.

FABRICACIÓN Y TRASLADO

MONTAJE

Stock pile Minería

CURVA CARACTERÍSTICA DEL ACERO

La cantidad de carbono aumenta la resistencia pero disminuye la ductilidad.

Acero = Fe + C + otros

Lectura: NCh203 “Acero para uso estructural”

DUCTILIDAD - TENACIDAD

DUCTILIDAD - TENACIDAD

PARÁMETROS TÍPICOS ACERO ESTRUCTURAL

Modulo elasticidad Es = 2*106 kg/cm2 Razón de poisson μ = 0.3 Modulo de corte G = 8.1*105 kg/cm2 Resistencia a la fluencia Fy = 2700 kg/cm2 (A270ES) Resistencia a la fractura Fu = 4200 kg/cm2 (A270ES) Deformación unitaria fluencia εy = 0.13% (A270ES) Deformación unitaria plástica εp ≈1.5-2% (≈15-20 veces εy) Deformación unitaria rotura εr ≈ 20% Coeficiente dilatación térmica α = 12*10-6

MODO DE FALLA DEL ACERO La fluencia depende del estado tensional.

CRITERIO DE FLUENCIA DEL ACERO El criterio de Von Misses o también llamado criterio de máxima distorsión angular es similar al criterio de Tresca.

La fluencia depende del estado tensional tridimensional, (en general 2D)

Compare resultados de ambos criterios para el caso de estado tensional de corte puro.

EJERCICIO DUCTILIDAD EN TRACCIÓN Estimar una curva de carga a rotura, en tracción para un perfil L80x80x5 de 2 m de largo. Considere acero A270. Que razón de ductilidad se puede lograr ?

EJERCICIO TENACIDAD Utilizando la curva anterior estimar la energía que puede absorber la estructura debido a una carga de impacto y su equivalente en altura para un peso de 1 ton.

EJERCICIO CONEXIONES Y DUCTILIDAD 1.Dibujar la curva de carga (rango elasto-plástico) de un perfil C100x50x3 de 1000 mm de largo, acero A270 2. Lo mismo pero ahora se corta el perfil y se unen con una PL 90x3 suponga 3 mm de separación, comparar ductilidad de los elementos.

¿Qué propone para evitar la falla frágil del elemento?

Nota: Usar un material dúctil no implica estructura dúctil !