UNIVERSIDAD NACIONAL "SIGLO
XX"
ÁREA TECNOLÓGICA
INGENIERÍA ELECTROMECÁNICAELECTROMECANICA
TEXTO GUÍA
ESTRUCTURAS
METÁLICAS
Ing. Maria Apaza Peña
LLALLAGUA - BOLIVIA 2014
ESTRUCTURAS METÁLICAS Ing. Maria Apaza Peña
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Guía por Estructuras Metálicas: Propiedades del Acero y Diseño de Estructuras, Resúmenes de Estructuras metálicas
Este documento ofrece una introducción al diseño de estructuras metálicas, enfocándose en el acero como material básico. Se abordan propiedades como resistencia, elasticidad, ductilidad y tenacidad, así como la importancia de la dureza en diferentes tipos de acero. Además, se presentan los tipos de construcciones y cargas que afectan a estas estructuras.
Tipo: Resúmenes
2021/2022
1 / 14
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UNIVERSIDAD NACIONAL "SIGLO
XX"
ÁREA TECNOLÓGICA
INGENIERÍA ELECTROMECÁNICAELECTROMECANICA
TEXTO GUÍA
ESTRUCTURAS
METÁLICAS
Ing. Maria Apaza Peña
LLALLAGUA - BOLIVIA 2014
ESTRUCTURAS METÁLICAS Ing. Maria Apaza Peña
INTRODUCCIÓN AL DISEÑO DE ESTRUCTURAS, ESFUERZOS ADMISIBLES Y NORMAS DE DISEÑO I. 1 INTRODUCCIÓN El acero es una aleación de hierro con pequeñas cantidades de otros elementos, es decir, hierro combinado con un 1% aproximadamente de carbono, y que hecho ascua y sumergido en agua fría adquiere por el temple gran dureza y elasticidad. Hay aceros especiales que contienen además, en pequeñísima proporción, cromo, níquel, titanio, volframio o vanadio. Se caracteriza por su gran resistencia, contrariamente a lo que ocurre con el hierro. Este resiste muy poco a la deformación plástica, por estar constituida solo con cristales de ferrita; cuando se alea con carbono, se forman estructuras cristalinas diferentes, que permiten un gran incremento de su resistencia. Ésta cualidad del acero y la abundancia de hierro le colocan en un lugar preeminente, constituyendo el material básico del Un 92% de todo el acero es simple acero al carbono; el resto es acero aleado: aleaciones de hierro con carbono y otros elementos tales como magnesio, níquel, cromo, molibdeno y vanadio. I .2 PROPIEDADES DEL ACERO La supuesta perfección de este metal, tal vez el más versátil de todos los materiales estructurales, parece más razonable cuando se considera su gran resistencia, poco peso, facilidad de fabricación y otras propiedades convenientes como ESTRUCTURAS METÁLICAS Ing. Maria Apaza Peña Resistencia La alta resistencia del acero por unidad de peso implica que será relativamente bajo de peso de las estructuras. Esto es de gran importancia en puentes de grandes claros, en edificios altos y en estructuras con condiciones deficientes en la cimentación. Elasticidad El acero se acerca más en su comportamiento a las hipótesis de diseño que la mayoría de los materiales, debido a que sigue la ley de Hooke hasta esfuerzos bastante altos. Se considera perfectamente elásticos si no han rebasado su límite de elasticidad. Ductilidad Es la propiedad que tiene un material para soportar grandes deformaciones sin fallar bajo esfuerzos de tensión altos. Un material que no tenga esta propiedad por lo
iguales en SAE y AISI únicamente la diferencia radica en que AISI utiliza los prefijos B, C, Dy E para indicar el método de obtención del acero. B: Acero Bessemer Ácido al Carbono C: Acero Martin - Siemens Básico al Carbono D: Acero Martin - Siemens Ácido al Carbono E: Acero de Horno Eléctrico Existen letras que se encuentran entre números, las letras B y L indican que se ha añadido Boro o Plomo respectivamente (como 94B40, l l L41). Una letra h al final indica que el material puede ser adquirido con una templabilidad especificada. ESTRUCTURAS METÁLICAS Ing. Maria Apaza Peña ACEROS ALEADOS. Implicancia de los componentes en los aceros aleados. Cromo: Formación de carburos de cromo que son duros, afina también el tamaño del grano aumentando la tenacidad y dureza. Níquel: El níquel al igual que el Cr origina que se desplace el punto eutectoide hacia la izquierda y aumenta la zona crítica de temperatura. El níquel Ni es soluble en la ferrita y no forma carburos ni óxidos, esto incrementa la resistencia sin disminuir la ductilidad. Los aceros al Ni cementado tienen un núcleo más resistente que la de un acero al carbono ordinario. Manganeso: Se halla en todos los aceros como agente desoxidante y desulfurante pero si es superior al 1% se clasifica como una aleación de manganeso. Forma carburos y aumenta el tiempo necesario de la transformación haciendo posible el temple en aceite. Silicio: Se añade como agente desoxidante. Cuando se añade en aceros de bajo porcentaje de carbono, produce un material frágil, con alta permeabilidad magnética y baja pérdida por histéresis. Se emplea con otros elementos como el Mn, Cr y V, para estabilizar sus carburos. Molibdeno: Forma carburos y se disuelve en la ferrita dando al acero propiedades de dureza y tenacidad. Es el material más efectivo para hacer tennples al aire y en aceite. Contribuye a afinar el grano. Vanadio: Tiene tendencia muy fuerte a formar carburos, agente fuertemente desoxidante y afina el grano. Es muy difícil ablandar los aceros al vanadio por revenido, por ello se emplea en aceros para herramientas. Tungsteno: El tungsteno produce una estructura fina y densa, dando tenacidad y dureza. Su efecto es similar al del Molibdeno.
DIAGRAMA HIERRO -CARBONO
Transformación Austenita - Ferrita a) Es La transformación más importante en los aceros, que es la base para casi todos los tratamientos térmicos del acero.
ESTRUCTURAS METÁLICAS Ing. Maria Apaza Peña ESTRUCTURAS METÁLICAS 1600
Ing. Maria Apaza Peña %CARBONO Figura 1.2 Diagrama Hierro - Carbono 2 TIPOS DE CONSTRUCCIONES 2.1 INTRODUCCIÓN Bajo las condiciones respectivas establecidas a continuación son permitidos tres tipos básicos de construcciones y cada una gobierna de manera específica el tamaño del miembro y los tipos y resistencias de sus conexiones.
ESTRUCTURAS METÁLICAS Ing. Maria Apaza Peña
- Las trabes tienen la capacidad adecuada para tomar la carga total de gravedad como vigas simples.
- Las conexiones tienen la adecuada capacidad para rotar inelásticamente para impedir el sobre esforzamiento de los conectores o soldadura bajo la carga combinada de gravedad y de viento.
2.4 TIPO 3
Comúnmente llamados U^ marco semirrígido n^ (parcialmente restringido), asume que las conexiones de vigas y trabes poseen una capacidad a momento conocida y controlable de grado intermedio entre la rigidez del tipo I y la flexibilidad del tipo
La construcción de este tipo será permitida solo bajo la evidencia de que las conexiones a ser empleadas son capaces de proporcionar, como mínimo, una porción predecible de la restricción completa. El proporciona miento de los miembros principales unidos por tales conexiones, estará basado en un grado de restricción del extremo no mayor que este mínimo.
ESTRUCTURAS METÁLICAS Ing. Maria Apaza Peña 3 CARGAS Y FUERZAS
- 1 INTRODUCCIÓN Quizá la tarea más difícil e importante que se debe enfrentar, es la estimación precisa de las cargas que recibirá una estructura durante su vida útil. No debe omitirse la consideración de cualquier carga que pueda llegar a presentarse. Después de haber estimado las cargas, es necesario investigar las combinaciones más favorables que pueden ocurrir en un momento dado. En general las cargas se clasifican, de acuerdo a su naturaleza y duración de la aplicación.
3.2CARGA MUERTA
La carga muerta a ser asumida en el diseño consistirá del peso de toda la estructura de acero y los materiales permanentemente unidos a ella o soportados por ella.
3.3CARGA VIVA
La carga viva incluida la de nieve si hubiera, será la estipulada en el código aplicable, bajo el que la estructura está siendo diseñada o las que dicten las condiciones involucradas. Las cargas de nieve serán aplicadas tanto sobre el área total de techo, como sobre una parte del mismo y será empleado en el diseño. 3.41MPACTO En estructuras cuyas cargas vivas soportadas inducen impacto, las cargas vivas asumidas serán incrementadas suficientemente para tomarlo en cuenta. Si no se estipula de otro modo el incremento será:
- Para soportes de elevadores 100%
- Para trabes soporte de puentes grúa operados por cabina y sus conexiones 25%
- Para trabes soporte de puentes grúa operados por elementos
Ing. Maria Apaza Peña ESTRUCTURAS METÁLICAS METODO ASD
- D + (LroSo R)
- D + 0.75L +O.75(Lr oso R)
- D + 0.75(W o o.7E) + 0.75L + 0.75(Lr o s o R)
Dónde.
Tensión por Ruptura Combinación de carga axial y momento
Soldadura a tensión 1. 8 Soldadura a compresión 1. 8 Soldadura a cortante 2. Tensión y cortante en pernos
Aplastamiento de placas (^) 2.
D: Carga muerta
L: Carga viva debido a equipo y ocupación.
Lr: Carga viva de techo
S. Carga de nieve R:
Carga de lluvia o hielo
W: Carga de viento
E: Carga por sismo
Tabla 2.4 Factores de reducción de resistencia y de seguridad para esfuerzos admisibles del AISC 2005 CONDICION DE CARGA (ASD
Ing. Maria Apaza Peña Cortante Compresión Flexión Tensión por fluencia