Estructuras de acero

Marzo de 2003

Presentación
Esta primera versión de éstos apuntes sobre diseño de estructuras metálicas son una recopilación bibliográfica libros de texto, artículos técnicos y reglamentos de diseño relacionada con el tema de las Estructuras Metálicas, empleando la filosofía de Diseño por Factores de Carga y de Resistencia (LRFD), y no se pretende con este documento sustituir dichosmateriales. En este sentido, el objetivo de estos apuntes es proporcionar al lector un compendio de dichos materiales (ciertamente escasos) y por consiguiente, no se profundiza durante el desarrollo de los temas. En estos apuntes no se presentan ejemplos, pues considero que éstos se deben desarrollar de manera conjunta entre el profesor y el estudiante para una mejor comprensión de los temas. Cabe señalar,que el sistema de unidades que se emplean en estos apuntes es el inglés, de acuerdo a las especificaciones del AISC-LRFD. La intención de estos apuntes revisarlos periódicamente e introducir las nuevas filosofías de diseño de estructuras metálicas. Víctor Escalante Cervera
Santo Domingo, R. D. 2003

Contenido
1. Introducción 2. Diseño a Tensión 3. Diseño a Compresión 4. Diseño a Flexión 5.Diseño a Flexocompresión 6. Diseño de Conexiones 7. Bibliografía 4 17 25 46 110 118 172

Diseño de Estructuras Metálicas

Victor Escalante Cervera

1. Introducción
Hoy en día, los aceros estructurales son uno de los materiales de construcción de mayor importancia a nivel mundial. Por muchas características deseables, los aceros estructurales han llevado a que se utilicen en una granvariedad de aplicaciones. Están disponibles en muchas formas de productos y ofrecen una alta resistencia inherente. Tienen un módulo de elasticidad muy alto, de manera que las deformaciones bajo cargas son muy pequeñas. Además, los aceros estructurales poseen una gran ductilidad (capacidad a deformarse); tienen una relación esfuerzo-deformación unitaria en forma lineal, incluso para esfuerzosrelativamente altos y su módulo de elasticidad es el mismo a tensión que a compresión. Por tanto, el comportamiento de los aceros estructurales bajo cargas de trabajo puede predecirse de forma “exacta” por medio de la teoría elástica. Además, como se fabrican bajo condiciones de “control”, garantiza una calidad uniforme. Los aceros estructurales incluyen un gran número de aceros que debido a su economía,resistencia, ductilidad y otras propiedades son apropiadas para miembros que se cargan en una gran variedad de estructuras. Los perfiles y láminas de acero que se destinan para su uso en puentes, edificios, equipos de transporte, etc., se sujetan en general a las especificaciones de la ASTM (American Society for Testing and Materials), que suministra “la calidad del acero” de acuerdo a losrequerimientos de la ASTM A6. Por lo general, los aceros estructurales incluyen aceros con una clasificación del límite de fluencia que va de 30 a 100 ksi. Los niveles de resistencia variados se obtienen por la variación de la composición química y el tratamiento con calor.

Apuntes

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Diseño de Estructuras Metálicas

Victor Escalante Cervera

Para fines de diseño, el Módulo deElasticidad de los aceros estructurales es de 29,000 ksi (2,040,000 kg/cm2).

1.1. Diagrama Esfuerzo-Deformación del Acero Estructural
Si una pieza de acero estructural dulce se somete a una prueba de tensión. Ésta comenzará a alargarse. Si se incrementa la fuerza a razón constante, la magnitud del alargamiento aumentará constantemente dentro de ciertos límites; es decir, el alargamiento seduplicará cuando el esfuerzo pase de 6 a 12 ksi.

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Figura 1-1. Curva esfuerzo-deformación típico para aceros con bajo contenido de carbono (Ref. 3).

Cuando el esfuerzo de tensión alcance un valor aproximado al 50% de la resistencia última del acero, el alargamiento comenzará a aumentar más rápidamente sin un incremento correspondiente del esfuerzo. El mayor esfuerzo para el que todavía es...