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3.1 3.1.1

Materials Stress-Strain Behavior of Structural Steel

Structural steel is an important construction material. It possesses attributes such as strength, stiffness, toughness, and ductility that are very desirable in modern constructions. Strength is the ability of a material to resist stresses. It is measured in terms of the material’s yield strength, Fy , and ultimate or tensile strength, Fu . For steel, the ranges of Fy and Fu ordinarily used in constructions are 36 to 50 ksi (248 to 345 MPa) and 58 to 70 ksi (400 to 483 MPa), respectively, although higher strength steels are becoming more common. Stiffness is the ability of a material to resist deformation. It is measured as the slope of the material’s stress-strain curve. With reference to Figure 3.1 in which uniaxial engineering stress-strain curves obtained from coupon tests for various grades of steels are shown, it is seen that the modulus of elasticity, E, does not vary appreciably for the different steel grades. Therefore, a value of 29,000 ksi (200 GPa) is often used for design. Toughness is the ability of

FIGURE 3.1: Uniaxial stress-strain behavior of steel. a material to absorb energy before failure. It is measured as the area under the material’s stress-strain curve. As shown in Figure 3.1, most (especially the lower grade) steels possess high toughness which is suitable for both static and seismic applications. Ductility is the ability of a material to undergo large inelastic, or plastic, deformation before failure. It is measured in terms of percent elongation or percent reduction in area of the specimen tested in uniaxial tension. For steel, percent elongation 1999 by CRC Press LLC

c 

Sobrecargas de Nieve (S) Nieve recién caída Nieve prensada o empapada Nieve mezclada con granizo Hielo

120 Kg/m3 200 Kg/m3 400 Kg/m3 900 Kg/m3

Modificación de carga por pendiente Su = S x Cos  Sobrecarga de Viento (W) Presión dinámica del viento (Q) – DIN 1055 Q = v2 / 16 (Kg/m2) V = Velocidad del viento (m/s) Coeficientes Eólicos   

Sección tubular (circular) Sección Angular Sección plana

0.8 1.4 0.8

Impacto En estructuras con cargas vivas que producen impacto, las cargas vivas supuestos deberán incrementarse suficientemente para prever ese efecto. De no estipularse otra cosa, el incremento será: Para soportes de elevadores Para soportes de maquinaria ligera impulsada por motores eléctricos, no menos del Para soportes de maquinaria con movimiento alternativo o impulsada por motores de combustión, no menos del Para tirantes que soportan pisos y balcones

100% 20% 50% 33%

Factores para el diseño de trabes carril de grúas puente Los porcentajes e impactó vertical y empuje longitudinal se aplican a las cargas máximas en las ruedas sobre una trabe carril. El impacto lateral se aplica al peso de la carga más el carro, y se distribuye entre las dos trabes carril, en proporción a la rigidez lateral de cada una. Impacto vertical

Servicio A (Mantenimiento) B (Ligero) C (Mediano) D (Pesado) E (Cíclico)

10% 10-13% 15-25% 25% 25-50%

Empuje longitudinal

Impacto lateral

5% 5% 5-10% 10% 10-25%

10% 10% 15-20% 20% 20-25%

Notas: 1. Se aplicaran los impactos mínimos a grúas operadas desde el piso. 2. Se aplicaran los impactos máximos a grúas con electroimán o cucharón. 3. Las grúas operadas desde el piso se consideraran como servicio C (como máximo) aunque su diseño sea para servicio más intenso. 4. Los porcentajes intermedios se escogerán en función de la velocidad del movimiento respectivo, siendo los valores bajos para velocidades lentas y los altos para velocidades rápidas, según la siguiente tabla.

capacidad Hasta 10 ton De 10 a 25 ton De 25 a 40 ton De 40 a 60 ton Mas de 60 ton

Izaje Lento mediano rápido 6 5 3 1.5 1.5

8 8 6 3 2.5

Velocidades en m/min Carro Lento mediano rápido

10 10 8 5 3.5

40 40 30 20 15

5. las deformaciones máximas de diseño serán a) vertical sin incluir impacto. 1/600para grúas de servicio A, B y C 1/800para grúas de servicio D y E b)lateral por efecto del impacto. 1/400para grúas de servicio A, B y C 1/600para grúas de servicio D y C

50 50 40 30 25

60 60 50 40 35

Puente lento mediano rápido 60 60 45 30 15

90 90 75 60 30

120 120 105 90 45

CONSIDERACIONES PARA EL DIMENSIONAMIENTO Y LA CONSTRUCCIÓN Al hacer el estudio de los techos y de su armadura resistente, se debe resolver la "pendiente" mínima de la cubierta, a objeto de permitir el escurrimiento normal de las lluvias y evitar la acumulación de nieve sobre la cubierta. Está pendiente depende también de la calidad y características de la cubierta elegida. Para cuya elección también son factores la cantidad de agua que va a recibir, la dirección de los vientos dominantes y el clima de la zona. En la actualidad debido al avance de la tecnología en la construcción, existe una diversidad inmensa de cubiertas, muchas responden al estilo arquitectónico actual. La cubierta debe garantizar la impermeabilidad total cualquiera sea el estilo. Por consiguiente todas las cubiertas tienen una inclinación acentuada, en función del tipo de cubierta. A continuación describimos algunos: 1. Cubierta de Calamina- Pend. 10% 2. Cubiertas Duralit del tipo placa ondulada, ondina, súper ondina,

Residencial 10 requieren una pendiente mínima de 27% (15º), y en zonas de nieve: 37% (20º) 3. Teja española Duralit-pend. 37% 4. Pizarra Shingalit Duralit-pend. 47% (25º) 5. Teja cerámica tipo romana, colmar española – pend. Mínima 30%