Estructuras de Acero
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. Cabeseñalar, 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
4
2. Diseño a Tensión
17
3. Diseño aCompresión
25
4. Diseño a Flexión
46
5. Diseño a Flexocompresión
110
6. Diseño de Conexiones
118
7. Bibliografía
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
acerosestructurales han llevado a que se utilicen en una gran variedad 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-deformaciónunitaria en forma lineal, incluso para esfuerzos
relativamente 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 acerosestructurales 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 andMaterials), que suministra “la calidad del
acero” de acuerdo a los requerimientos 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 EstructurasMetálicas
Victor Escalante Cervera
Para fines de diseño, el Módulo de Elasticidad 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 aumentaráconstantemente dentro de ciertos límites; es decir, el
alargamiento se duplicará cuando el esfuerzo pase de 6 a 12 ksi.
.
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...
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