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DISEÑO BASICO DE ESTRUCTURAS DE ACEROParte 1- Introducción
22/06/2010
Luis Garza Vásquez I.C., M.I. 1
DISEÑO BASICO DE DISEÑO BASICO DE ESTRUCTURAS DE ESTRUCTURAS DE
ACEROACERO¡ LA LABOR DE UN PROFESOR ¡ LA LABOR DE UN PROFESOR
NO ES ENSEÑAR A HACER NO ES ENSEÑAR A HACER SINO A PENSAR!SINO A PENSAR!
¡Meter formulas de NSR¡Meter formulas de NSR--09 de 09 de una vez!una vez!
OBJETIVOSOBJETIVOS
Diseñar estructuras de acero sencillas Diseñar estructuras de acero sencillas pero reales, con métodos modernos pero reales, con métodos modernos (LRFD)(LRFD)(LRFD).(LRFD).
PROGRAMAPROGRAMA
•• GeneralidadesGeneralidades•• TensiónTensión•• CompresiónCompresión•• Flexión y CortanteFlexión y Cortante•• Flexo compresiónFlexo compresión•• Uniones (Fundamentos)Uniones (Fundamentos)•• Lámina Doblada en FríoLámina Doblada en Frío
BIBLIOGRAFIABIBLIOGRAFIA1.1. NRSNRS--10 Capitulo B, F210 Capitulo B, F2, F3 y F4, F3 y F42.2. Manual AISCManual AISC--LRFD 4a Ed. (2006)LRFD 4a Ed. (2006)3.3. Valencia Gabriel. Estructuras de Acero, 1997Valencia Gabriel. Estructuras de Acero, 19974.4. WeiWei--WenWen Yu.Yu.--ColdCold formedformed SteelSteel DesignDesign5.5. De Buen, O. Diseño de Estructuras de AceroDe Buen, O. Diseño de Estructuras de Acero6.6. Salmon Salmon Ch.Ch., Johnson J. , Johnson J. SteelSteel StructuresStructures 4a 4a
Ed 1996Ed 1996Ed,1996.Ed,1996.7.7. Manual de Diseño de Estructuras de Acero, Mac Manual de Diseño de Estructuras de Acero, Mac
GrawGraw Hill.Hill.8.8. SeguiSegui T., WilliamT., William-- Diseño de Estructuras de Acero Diseño de Estructuras de Acero
con LRFD, 2a Ed., con LRFD, 2a Ed., ThomsonThomson, México 2000, México 20009.9. GalambosGalambos T., T., LinLin F., Johnston, Diseño de F., Johnston, Diseño de
Estructuras de Acero con LRFD, Estructuras de Acero con LRFD, PrenticePrentice Hall, Hall, México,1999México,1999
10.10.www.aisc.orgwww.aisc.org11.11.www.unalmed.edu.co/lgarzawww.unalmed.edu.co/lgarza
EL ACERO EN EL MUNDOEL ACERO EN EL MUNDO
• La construcción metálica, con la utilización del hierro en escala industrial, se ha impulsado en la mitad del siglo XIX
• La construcción metálica, con la utilización del hierro en escala industrial, se ha impulsado en la mitad del siglo XIX
1779 – Iron Bridge at Coalbrookdale
• La conformación del hierro para la fabricación de rieles (1830) y la producción de perfiles de hierro fundido (1854) fueron avances de fundamental importancia para la construcción metálica
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Muros perimetrales de masa con estructura interior de hierro
Formas tradicionales de cubrir un espacio con bóvedas y cúpulasplanteando a través del hierro una tensión entre la solidez y la filigrana
Biblioteca Nacional de Francia, Sala de Lectura (1875) Henri LabrousteBiblioteca de Sainte-Genevieve (1851) Henri Labrouste
TORRE EIFFEL 1887 (TORRE EIFFEL 1887 (ClickClick MillauMillau))
THE MALTINGS 1796THE MALTINGS 1796
Fábrica textil Benyon, Bage & Marshall (1797) Charles Bage
Primer edificio de varias plantas con estructura metálica a la vista
Fábrica de chocolates de Noisiel-sur-Marne (1871-1872) Jules Saulnier
CHOCOLATERIE 1871CHOCOLATERIE 1871
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• En 1872, empezaron a ser usados varios de los elementos de la moderna construcción metálica
EL ACERO EN EL MUNDOEL ACERO EN EL MUNDO
• En 1885 ocurrió un salto tecnológico, cuando las vigas de hierro fundido fueron sustituidas por vigas de acero laminadas
• En 1895, se inició el nuevo método de construcción en Estados Unidos, explorando el uso de plantas más abiertas
EL ACERO EN EL MUNDOEL ACERO EN EL MUNDO
• Después de la II Guerra Mundial, un nuevo salto tecnológico: la transición del uso de remaches a la aplicación de soldadura y el uso de tornillos de alta resistencia, que resultaron en colosales avances en las uniones de las estructuras metálicas
Estadio Olímpico, Beijing (2008) Herzog & de Meuron
EN COLOMBIA HASTA 1994
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EDIFICIO EL BOSQUE , Bogotá1994
EDIFICIO EL ATICO, Medellín1995
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PRODUCCION PRODUCCION DELDELDEL DEL
ACEROACERO
869
613
551
518
498
494
431
350
266
964SOUTH KOREA
TAIWAN
JAPAN
ITALY
SPAIN
CZECH REPUBLIC
CANADA
GERMANY
USA
TURKEY
CONSUMO “PER CAPITA” DE PRODUCTOS ACABADOS DE ACERO
266
249
241
212
187
152
96
90
55
34
106
136
99
TURKEY
FRANCE
CHINA
RUSSIA
UNITED KINGDOM
MEXICO
CHILE
SOUTH AFRICA
VENEZUELA
ARGENTINA
BRAZIL
COLOMBIA
INDIA
Kg por Habitante
Datos: IBS – IISI (2005)
Producción Histórica MundialProducción Histórica MundialMillones de toneladas
Fuente: Tomada de Comportamiento actual y futuro del acero. ASIMET - CAP
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PRODUCCIÓN ANUALPRODUCCIÓN ANUAL
Fuente: ILAFA
Producción del Producción del Acero por PaísesAcero por Países
PRODUCCIÓN DE ACERO CRUDOPRODUCCIÓN DE ACERO CRUDO
-5,00
10,0015,0020,0025,0030,0035,0040,0045,0050,00
ca a sil
co na ela ile bia rú
PRODUCCIÓN DE LAMINADOS Enero-Diciembre
2006 2007 2008 2009
Am
éric
Latin
a
Bra
s
Méx
ic
Arg
entin
Vene
zue
Chi
Col
omb
Per
Fuente: ILAFA
País/ Country 2006 2007 2008 2009VARIACIÓN %
2008/2009
América Latina 54,50 55,40 54,60 45,40 - 9,20
Brasil 25,40 25,70 25,50 20,23 - 5,27
México 13,99 14,70 14,00 12,90 - 1,10
Argentina 5,30 5,20 5,30 3,74 - 1,56
Venezuela 3,79 3,8 3,9 3,09 - 0,81
Chile 1,58 1,60 1,60 1,28 - 0,32
Colombia 1,45 1,6 1,50 1,45 - 0,05
Perú 0,90 0,80 1,00 0,88 - 0,12
PRODUCCIÓN MUNDIAL DE PRODUCCIÓN MUNDIAL DE ACERO POR PAÍSESACERO POR PAÍSES
Producción de Acero 2007Producción de Acero 2007Producción Mundial: 1344 million metric tons de acero crudoProducción Mundial: 1344 million metric tons de acero crudo
Fuente: World Steel in Figures. 2008 2nd Edition
China es el productor más grande del mundo en acero crudo.
Importaciones Siderurgia Importaciones Siderurgia 2008 por Origen2008 por Origen
To
Total general
1.000.000.000,00
1.200.000.000,00
1.400.000.000,00
1.600.000.000,00
1.800.000.000,00
IMPORTACIONES SECTOR SIDERURGIA 2008
Fuente: DIAN
EnEn elel 20082008 laslas principalesprincipales importacionesimportaciones queque entraronentraron aa ColombiaColombia fueronfueron provenientesprovenientesdede Venezuela,Venezuela, Brasil,Brasil, MéxicoMéxico yy JapónJapón.. DeDe loslos insumosinsumos queque sese importaronimportaron loslos másmássignificantessignificantes fueronfueron laminadoslaminados enen calientecaliente yy enen fríofrío ((72087208,, 72097209))
ns
VENEZUELA
BRASIL CHINA MEXICO JAPON ESTADOS UNIDOS
COREA (SUR), REP DE
0,00
200.000.000,00
400.000.000,00
600.000.000,00
800.000.000,00
Total general VENEZUELA BRASIL CHINA MEXICO JAPON ESTADOSUNIDOS
COREA(SUR) REP
LARGOSLARGOS--Barras de RefuerzoBarras de Refuerzo
Fuente: Metal Bulletin
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PRODUCCION DEL ACEROPRODUCCION DEL ACEROFlujo grama de la Producción del Flujo grama de la Producción del
AceroAcero
Productos / Aplicaciones
Acero reciclado
Horno de arco eléctrico
Instalaciones de refinación
Colada continua
Inyección de C
Mineral de Fe
Conformado Laminación
Lámina, barras, perfiles, rieles...
Fabricación, procesamiento, acabado
Reducción directa
Horno básico al O2
Fundición de arrabioAlto horno
Acero reciclado
Carbón
H. Coque
Caliza
Sub-
productos
CHATARRA+ENERGIA+CAL ACERO LIQUIDO
HORNO ELECTRICO•CARGA: Cestas con chatarra proveniente de patio.
•FUSION: Despues de la primera carga- adición de oxigeno
•PREAFINO:Al final de la última etapa de fusión, bajar el % de carbono y defósforo en el baño liquido- formación de escoria.
•VACIADO: Vertido de acero liquido a cuchara-adición de ferroaleciones-desoxidación.
Elemento Resistencia mecánica
ductibilidad soldabilidad Resistencia corrosión
Carbono (C) ↑ ↓ ↓ ↓Cobre (Cu) ↑Cromo (Cr) ↑ ↓ ↓ ↑Fosforo (P) ↑ ↓ ↑Manganeso (Mn) ↑ ↓ ↓Molibdeno (Mo) ↑ ↑Niquel (Ni) ↑ ↓ ↑Niobio (Nb) ↑ ↓Silicio (Si) ↑ ↓ ↑Titanio (Ti) ↑ ↑
leyenda ↑ aumenta ↓ reduce
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ACERO LIQUIDO CON ALTA HOMOGENIDAD
PALANQUILLA
COLADA CONTINUA•Transformar el acero líquido en palanquilla (materiaprima laminación).
•Asegurar rectitud de palanquilla.
•Producto con mayor calidad superficial.
•Reducción de pases de laminación.
Proceso LaminaciónProceso Laminación Barras y PerfilesBarras y Perfiles
HORNOHORNO DESBASTEDESBASTE TREN CONTINUOTREN CONTINUO
CONTROL CALIDADCONTROL CALIDAD
MAQUINA UNIVERSALMAQUINA UNIVERSAL
PRODUCTOS TERMINADOSPRODUCTOS TERMINADOS
BASCULABASCULA
CARGUECARGUE
MESA ENFRIAMIENTOMESA ENFRIAMIENTO
COL
SK{Ñ
ETIQUETADOETIQUETADO
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LAMINALAMINA PERFILES ARMADOSPERFILES ARMADOS
PERFILES ELECTROSOLDADOSPERFILES ELECTROSOLDADOSPERFILES DE LAMINA DOBLADA EN FRIOPERFILES DE LAMINA DOBLADA EN FRIO
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PERFILES TIPICOS
•Perlines y Zetas
•Otros Perfiles
Perfiles tubulares estructurales (PTE)Perfiles tubulares estructurales (PTE)
Perfiles tubulares estructurales (PTE)
ASTM A500ASTM A500
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PERFILES LAMINADOSPERFILES LAMINADOS
Perfil H
Perfil I
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Perfil Canal
ANGULOSANGULOS
ANGULOSANGULOS
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PROPIEDADES MECANICAS
MASA DIMENSIONES PROBETAS
•Garantizar conformidad de los productos de acuerdo a normas nacionales e internacionales:
•Ultima resistencia
•Punto de cedencia
•Alargamiento
•Relación Ur/Pc
•Altura y distancia de corruga
•Masa x Metro
•Ensayos de tracción, doblado y dimensionales.
•Comprobación de composición química.
• 1 muestra cada 10 toneladas.
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ACEROS PARA USO ESTRUCTURALACEROS PARA USO ESTRUCTURAL
NORMA TIPO FORMAS USOS SOLDABILIDADFy
MPa(Ksi)Fu
MPa(Ksi)Observaciones
A36A36Al Al
carbóncarbónL ,I, L ,I, laminalamina
EstructurasEstructurasPuentesPuentes Muy buenaMuy buena 252(36)252(36) 408(58)408(58)
A7A7 Al Al carbóncarbón
L ,I, L ,I, láminalámina
Estructuras Estructuras viejasviejas Muy buenaMuy buena 231(33)231(33) 420(60)420(60) No se fabricaNo se fabricacarbóncarbón láminalámina jj No se fabricaNo se fabrica
A615gr40A615gr40
Icontec 161Icontec 161
A607gr50A607gr50
Al Al carbóncarbón
Al Al carbóncarbón
Al Al carbóncarbón
∅∅
∅∅
LáminaLámina
Concreto,Concreto,PerlinesPerlines
LDFLDF
Muy buenaMuy buena
BuenaBuena
Muy buenaMuy buena
281(40)281(40)
240240
352(50)352(50)
420(60)420(60)
370370
450(65)450(65)
Varilla LisaVarilla Lisa
Calidad Calidad ComercialComercial
Al Al carbóncarbón
LL ,,I, I, laminalamina
LDFLDF Muy buenaMuy buena 210(30)210(30)
PRPR340(48)340(48)
NORMA TIPO FORMAS USOS SOLDABILIDAD
FyMPa-Ksi
FuMPa(Ksi) ObservacionesObservaciones
A572gr50A572gr50HSLAHSLA L, I,L, I,
laminalaminaEdificios y Edificios y puentespuentes
BuenaBuena 352(50)352(50) 455(65)455(65)
A588gr50A588gr50HSLAHSLA I, laminaI, lamina Edificios y Edificios y
puentespuentesRegularRegular 352(50)352(50) 492(70)492(70) c/Cu,Ni,Crc/Cu,Ni,Cr
IntemperizalbleIntemperizalble
ACEROS PARA USO ESTRUCTURALACEROS PARA USO ESTRUCTURAL
A242A242 HSLAHSLA LL Cerchas, Cerchas, TorresTorres
RegularRegular 352(50)352(50)323(46)323(46)
492(70)492(70)460(67)460(67)
c/Cu,Ni,Crc/Cu,Ni,CrIntemperizalbleIntemperizalble
A992A992 HSLAHSLA EdificiosEdificios BuenaBuena 352(50)m352(50)minin455(65)m455(65)máxáx
414(59)414(59) Fy/Fu < 0.85Fy/Fu < 0.85
A913gr 50ó A913gr 50ó 6565
HISTARHISTAR Muy buenaMuy buena 352(50)m352(50)minin455(65)m455(65)máxáx
414(59)414(59) Más soldableMás soldable
DualDual II EdificiosEdificios BuenaBuena A36 y A50A36 y A50
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NORMA TIPO FORMAS
USOS SOLDABILIDAD
FyMPa-Ksi
FuMPa(Ksi) ObservacioneObservacione
ss
A500 gr CA500 gr C
BuenaBuena 322(46)322(46)352(50)352(50)
434(62)434(62)
A500 gr BA500 gr B BuenaBuena 294(42)(46)294(42)(46) 408(58)408(58)
ACEROS PARA USO ESTRUCTURALACEROS PARA USO ESTRUCTURAL
A53grAA53grA 210(30)210(30) 336(48)336(48)
A53gr BA53gr B Muy BuenaMuy Buena 245(35)245(35) 420(60)420(60)
A514A514 QTAQTA RegularRegular 700(100)700(100) 9108130)9108130) No dúctilNo dúctil
ST37(DIN)ST37(DIN) II EstructuraEstructura Muy BuenaMuy Buena 235(33)máx235(33)máx..
340(48)340(48) Fy variable,Fy variable,
FABRICACION Y MONTAJEFABRICACION Y MONTAJE
Centro Renault, Swindon (1984) Norman Foster Prefabricación total
CIMENTACIONCIMENTACION PLANOS ESTRUCTURALESPLANOS ESTRUCTURALES
Detalles de Detalles de unionunion
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CARGA VERTICAL
CON VIENTO
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PLANOS DE FABRICACIONPLANOS DE FABRICACION
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TEOREMAS DEL TEOREMAS DEL COLAPSO COLAPSO PLASTICOPLASTICOPLASTICOPLASTICO
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PLANOS DE FABRICACIONPLANOS DE FABRICACION
JuntasJuntas
PLANOS DE FABRICACIONPLANOS DE FABRICACION
ListasListas dedeListas Listas de de MaterialesMateriales
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INSPECCION INSPECCION FABRICACIONFABRICACION
-- En PlantaEn Planta
INSPECCION INSPECCION FABRICACIONFABRICACION
-- Dimensiones MaterialesDimensiones MaterialesASTM A6ASTM A6•• ASTM A6ASTM A6
•• CPECPE
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INSPECCION INSPECCION FABRICACIONFABRICACION
-- DistorsionesDistorsiones•• CPECPE•• 2mm < 10m ó 3mm>2mm < 10m ó 3mm>2mm < 10m ó 3mm> 2mm < 10m ó 3mm>
10m10m•• 1/1000 Columnas1/1000 Columnas
INSPECCION FABRICACIONINSPECCION FABRICACION
•• ArmadoArmado
-- Antes de soldarAntes de soldar-- PerforacionesPerforaciones
INSPECCION FABRICACIONINSPECCION FABRICACION•• SoldaduraSoldadura
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MONTAJEMONTAJE
SEGURIDAD EN ALTURAS???SEGURIDAD EN ALTURAS???
PLANOS DE MONTAJEPLANOS DE MONTAJE
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STEEL DECKSTEEL DECKSTEEL-DECK
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VACIADOVACIADO FACHADAS Y MUROSFACHADAS Y MUROS
Uso elementos lineales. Separación estructura y envolvente
Hong Kong & Shangai Bank (1986) Norman Foster
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PANELES PREFABRICADOSPANELES PREFABRICADOS
INSPECCION MONTAJEINSPECCION MONTAJE
-- Soldaduras de campoSoldaduras de campo•• Igual que fabricaciónIgual que fabricación•• Mayor CuidadoMayor Cuidado•• Fema 350 y 353 PRMFema 350 y 353 PRM
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PATOLOGIAPATOLOGIA
MONTAJEMONTAJE
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La Construcción Industrializada es la solución para la necesidad cada vez mayor de una construcción rápida y sin desperdicios
USO DE ELEMENTOS PREFABRICADOSUSO DE ELEMENTOS PREFABRICADOSAGILIDAD EN LA EJECUCIÓNAGILIDAD EN LA EJECUCIÓNRACIONALIZACIÓN DE MATERIALES Y MANO DE RACIONALIZACIÓN DE MATERIALES Y MANO DE OBRAOBRA TECNOLOGIATECNOLOGIAOBRA OBRA -- TECNOLOGIATECNOLOGIABAJOS ÍNDICES DE DESPERDICIOS BAJOS ÍNDICES DE DESPERDICIOS MANO DE OBRA ESPECIALIZADAMANO DE OBRA ESPECIALIZADACANTEROS DE OBRAS ASEADOS Y ORGANIZADOSCANTEROS DE OBRAS ASEADOS Y ORGANIZADOSREDUCCIÓN DE ACCIDENTESREDUCCIÓN DE ACCIDENTESGARANTÍA DE CALIDADGARANTÍA DE CALIDADMAS TIEMPO DE PLANIFICACIÓN Y MENOS MAS TIEMPO DE PLANIFICACIÓN Y MENOS TIEMPO DE EJECUCIÓNTIEMPO DE EJECUCIÓN