estructuras de acero

5/16/2018 Estructuras de Acero

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E S T R U C U R A S 0 A C E R O,C O N C , E P T O S , T E C N I C A S Y L E N G U A J E

L u i s A N D R A D E D E M A T T O S D l A S


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Swnario

Capitulo l~Estructura y Sistemas Estructurales deAcero1. 1 EI Concepto de Estructura, 131.2 Clasificaci6n delos Elementos Segiin sus Dirnensiones, 131.3 Clasificacion de los Elementos Segun Carga, 141.4 Clasificacion de las Conexiones, 141.5 Model as Te6ricos, 15I .6 Comportamiento Es tructura l, 161.7 Equilibri 0Ex te rno de lo s E lemen to s E str uc tu r ale s, 1 91.8 Concepto de Columna y Tirante, 221.9 EI Concepto de Viga, 261.10 Concepcion Estructural, 30I . 11 Sistemas Esrructurales deAcero, 37

Capitulo 2 - El Acero2..1 Acero, 432.2 El Proceso Sidenirgico, 432.3 Laminados PIanos no Revestidos, 492.4 Propiedades de los Aceros Estructurales, 532.5 Aceros al Carbona, 572.6 Aceros Estructurales, 58

Capitulo 3 - Perfiles3. 1 Perfiles Larninados, 613.2 Perfiles Soldados, 643.3 PerfIles Electroso ldados, 663.4 Perfiles Confonnados en Frio, 673.5 Perfiles Tubulares can Costura, 683.6 Perfiles Tu bulares sin Costura 72

Capitulo 4 - Conexiones4 ..1 Conexiones Atornil ladas, 734.2 Conexiones Soldadas, 754.3 Procesos de Soldadura, 764.4 Conexiones Flexibles y Rigidas, 78


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Capitulo 5 -Proyecto y Fabricacion5.1 Proyecto de la Estructura, 875.2 Los T rabajos en Ia Fabrics, 885.3 Curvado de Tubas y P erfiles, 9 2

Capitulo 6- Losas6.1 Losas, 936.2 Losa de Horrnigon Moldeada "In Situ", 936.3 Losas COIl E ntrep iso d e A ce ro y M adera Prensada, 936.4 Losas de Paneles A rmados de Horm igon Celular, 946 . . 5 L osas P refab ricad as P reten sa da s, 9 46.6 Prelosas de H orm igon, 9S6.7 Losas Mixtas, 956.8 Losas Prefabricadas de A rgamasa A nnada, 966 . 9 "Steel D eck", 96

Capitulo 7 - Cierres7.1 Albafiilerfas, 997.2 Paneles, 103

Capitulo 8 - Corrosion8. 1 Que es Corrosion, 1138.2 Como se Presenta 1a Corrosi o n , 1138.3 Precauciones Anticorrosion en el Proyecto, 1168.4 M edics Corrosives Mas Comunes, 1188.5 Heterogeneidades y C orrosion, 1188.6 C lasificacion de los A rnbientes, 1188.7 Los Medias A rnbientes T lpicos, 1198.8 Form as de Corrosion, en cuanto a los da fi os causados al metal, 1208..9 Proteccion Contra la Corrosion, 1218..10 Metalizaciony Galvanizacion, 1228.11 Electrocincado Continuo, 1248. l2 A ceros Revestidos Prepintados, 125

Capitulo 9 - Preparackin de Superficie9. J L a Im portancia de la P reparacion de S uperficie, 1279.2 N ormas I ntemaciona le s para P repa ra cion de Super fic ie s d e H ie rr o y A cero, 1279.3 Intemperismo 0Grado de Corrosion, 1279.4 Preparacion de l a Superf ic ie (Grades de Limpieza), 1289.5 Las Ventajas de 1a Limpieza a Chorro, 1319.6 Chorro can A gua a A l r a Presion, 13 19.7 Chorro con A brasive Mojado 0Chorro Humedo, 1319.8 Perfi] de A nclaje o R ugosidad, 1329.9 Preparaci 6n d e la S up eff c ie : E q uialenci a entre N o rm as, 1339.10 M etodos de Lim pieza de Superficie Recom endados - Condiciones de Servicio, 1339.11 Cuadra Resumen de la A c cio n d e la In temp erie y de los G rados de Lirnpieza, 136


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Capitulo 10 - Pintura10.1 Cornposicion Basica de una Pintura, 13710.2 Pintura Monocomponente, 13810.3 Pintura Bicomponente, 13810.4 Clasificaci6n de las Pinturas en el Esquema de Pintura, 13910.5 TiposMa ImportantesdePinturas, 139]0.6 Cornportamiento de las Pinturas Aplicada sobre Acero Patinable y Acero al Carbono 14410.7 Mecani rna de la Pinturas, en 1a Protecci6n Contra la Corrosi6n, 14410.8 Compatibilidad entre Pinturas, 14710.9 Sistema de Pintura y Esquema de Pintura 14810.10 Ejemplo Generico de Algunos Si terna de Pintura para Sustratos de Acero,

Segiin la Clasificacion de Ambientes de Exposicion, 14910.11 Resumen de los Esq uem as de Pin tura, 15110.12 Comentarios Acerca de los Esquemas, 15210.13 Costa de la Pintura 15310.14 Metodos de Aplicacion de las Pinturas 153

Capitulo 11 - EI Incendio y las Estructuras de AceroII.] La Seguridad Contra Incendios 15511.2 Acci6n Termica, ] 5611.3 Areas Cornpartimentad as,. 15711.4 Material Combustible a Carga de Incendio 15711.5 Grado de Ventilaci o n , 15711.6 Factor de Masividad, 15711.7 Incendio Patron, 1591].8 Resistencia y Seguridad E tructural, 159L1.9 Tiempo Reguerido de Re istencia al Fuego (TRRF), 16011.10 Recubrimientos Protectores - Proteccion Pasiva, 16711.11 Determinacion de los Espesores delMaterial de Proteccion Termica, 17211.12 Estrucmras Ex tern as, 174

Capitulo 12 - Los Sismos y el Diseiio de Estructuras de Acero12.1 Naturaleza de 10 . Sismos y us efectos 17512.2 Fundamentos delDi efioSismorre istente 175J 2.3 Enfoque de Diseno, 17912.4 Disposiciones de Disefio, ] 81

Anexos, I8 7Bibliografia, 203


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Esquema de l ed if ic io .con los sectoresrectos y curvoSistema estatico-c or te tr an sv er sa l d ela estructuraP lant a d e e st ru ct ur ade la cubiertaV igas del 2 piso contira nte e n la c elo siade la cubiertaP lant a d e e st ru cr ur ade 1< ' y 2 pisoT ub as e n form a de"V" impideneldesplazamientolo ng itu din al d e lo spisos

Vist a de l a ed if icac ionde I.5m de al tura 22mde an cho y 296m delongitudLosas ejeeuradas enla obra, con viga desustentacion del lo rpiso

1.11 . Sistemas Estructurales de AceroArriostramiento con Vigas de Celosia y TirantesLa edif ic ac i6 n s e c ara cte riz a p or u na e stru ctu ra h or iz on ta l d iv id id a e n c ua tro s ec to re s s ep ara do spar jun ta s de d il at ac ion.D e planta rectangular, do s sectores son rectos, p resentando tres v anos d e 2 7 m , tnientras losotros dos son curvos, can cinco vanos d e 27 ill, mod ulad os e n u n an gu lo d e 5 4 0' Yun a lo ng itu dtotal de 296 m,Las vigas transversale en celesta de 1a c ubierta, de 2,8 m de altura y espaciadas cada 9 111,v encen un vano d e 20 m , e itando ap oy ad as en las viga: de horm igon pretensado de la fachada.D e estas celosfas pend en los tiran tes de sostenim iento de los d os pisos-tipo de 1aedificacion,La transm ision de cargas de las losas com pacta de los pisos a los tirantes pasa por Jas v igastransversale, can vanos de 15 my e paciadas cada 3 m . Para impedir el desplazam ientolongi tudina l d e l a e st ru ctur a me ta li ca , s e colocaron e lemen to s hor izon ta le s tubul ar es en forma de"V" en tre la lo sa y la s c olu rn na s d e I a e str uc ru ra d e h or rn ig 6n .

SECTORESc U R v a s SECTORRECTOSECTORRECTO

2 sB _l__t_k__l__!~._!_------1----1--------------1----1---------------1---1------

C -~--,,--,,---"--I--~_I Ipu 3 9 12m~ r==="

J 5

AB -~ --~ --:;;-- .---.--;-~-.,__,-~-

C -,---.--x---_--- I--I-o

A D

01 3755m

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Efecto del pandeodel ala de lacolumna en lasconexiones rigid aChapa de extremeatornillada para unaconexi6n rfgida viga-columna

Conexi ones rtgidasvigas-colurnna canla chapas deextrema atornilladasII las alas de lacolumna

Conexiones rigidasvigas-columnaatornilladas ysoldadas utilizandoplacas hexagcnales

Conexiones RigidasLa fuerza axial al ala traccionada flexions la placa d 1extreme que trabaja como si fuerauna viga biapoyada en los tornillos que la conectan a la columna. Los tornillos traccionadostransmiten el esfuerzo al ala de la columna, impedida de flexionar por la colocacion de lachapa superior que, por su parte, transmite el esfuerzo cortante al alma de la columna. Lafuerza axial al ala comprimida es transmitida por contacto directamente al ala de la columna,cuya chapa inferior le impide la flexi6n. A su vez esta chapa transrnite el esfuerzo cortanteal alma de la columna.La reaccion de apoyo asociada a 1afuerza cortante es transrnitida a la columna a traves delos tornillos sornetidos ala fuerza cortante.

PANDEOD EL A LASOLDADURA \~

C HA PA D EEXTREMIDADS OLD AD A E NL A V IG A

, C HA PA S S OLD AD ASE N L A C OL UM NAP AR A E VIT AR E LPAN DEO DEL ALA

C HA PA D EEXTREMIDADS OLD AD A A L A V IG AY A TO RN ILL AD A A L AMESA DE LACOLUMNA

CHAPASC KAPAS DEACOP L AM IE NTO

C HA PA D ECONTRAPANDEO

SOLOADURACKAPADECONTBAPANDEO

8 S


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Los rnater ia lesbasicos que formanel "steel deck" 0placet : moldeme ta l ic c : a rr na dur as uper io r p ar a evitarla aparicion defisuras; y horrnigonmoldeado "in situ"E J " de ck " m e ra lic oasurniendo lafuncion de rnolde

El "deck" asume laf un ci on de a rr na du rapositiv a en las losasbiapoyadasVertiendo eJhorrnigon sabre elmolde de acero conin armadura separadadel molde medianteespaciadore

En Ia construccion, el"deck" asum e la funci6n de m olde del horrnig6n. D espues de com pletarseel cura do del horm igon, 1a a rm adura susti tu ye la ar rnadura de traccion p ara lo s momento s fle cto re spositives. En el caso de placas de varies trarnos consecutivos Ia 105a e com porta com o unclernento estructural conti nuo en cuyo caso se hace necesario afiadir una arm adura superior enlo s apoyos, E1 emplazamiento de 1a a rm adura superior evita 1a aparicion de fisuras en el horrnig6nsobre los puntos de apoyo, que afectan negativam ente la estetica y las con dicione s d e trab ajodel s is tema .El si terna requiere adem as conectore de corte en las vigas de apoy o para vincular 1a estrucruraa 1 a lo sa cola bo ra nte .

L a placa 0 el"steel deck" propiamente dicho e perfilado a partir de chapas galvanizadas deacero A STM-A 446, Grado A , con tension de fluencia de 230 MPa.Basicamente, so n tres los m ateriales que form an la placa 0 "steel deck": las chap as de acerogalvanizadas; la arm adura de m ana electrosoldada y el horm igon.A ntes del horm igonado, se coloca sobre la 108a, can uso de espaciadores, la arm adura de m allaele ctro soldad a, qu e tie ne la fun cion de evitar la apa ricion de fisu ras prov enien te s de la retracci6ny evoluci6n termica del horm ig6n. A continuaci6n se vierte el hormi g6n sabre el m olde de acero,qu e debe tener unaresistencia a 1a c om presion (fck) igual 0 superior a 2 0 MPa, hasta alcanzar unrecubrim iento m lnim o de 20 m rn sobre la armadura .El espesor del horm igon depende: de la long itu d de las placa s de ac ero sin apoy os in term ediaries:de lo s tram os - sim ple, doble 0 triple; y de las condiciones de carga de diseiio . Sin em bargo, elespesor puede llegar a 5 em y hasta 10,5 ern sobre la parte mas alta de la placa,

Las placas presentan un ancho util de 865 m m, espesore de 0,80,0,95 y 1,20 1 1 1 m , el m olde dea ce ro tie ne 7S mm de altura y longitudes que varian entre 1.500 y 12 .0 00 rnm .97


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Disposicion einsuficiente cantidadde agujerosAusencia deagujeros,aglorneracion deresidues y de agua

Ausencia de drenajeal toparse las piezasHumedad con stanteper la aglorneraci 6nde residuos y deagua

INADECUADO ADECUADO INADECUADO ADECUADO

~ AGLOMEFtACJON{AGUA __ DE AGUA, ,

~ ~ ~ . I~ > >LHAPA ___j~ .~POLVO INTEFlMEDIARIA> rr- AGUAR AGUJEFlO~= = = : : : ; > R

SOLDADUFlAESTRUCTURAL

SOLDADURADE C IERRE

BARRA

=~>

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Edificio Call losasproyectadas envoladizo sobre lasvigas de la fachada,creando un tabiquehorizontal que evital a p ropagacionvertical de las llamasa los pisosuperiores

Ed i tic io COilventanas tipo "pielde vidrio"recubriendo lasvigas de la fachadaprotegidasrermicamente pOl' untabique vertical qu eir np id e lapropagacion verticaldel incendio a losp is os s up er io re s

Cornpartlmentacton vertical y horizontalLa n ece sid ad d e lim ita r 1 a pr op ag ac io n d el in ce nd io impon e la c orn pa rtirn en ta cio n d e la edificacionen celulas que pueden soportar el incendio, im pid ien do su ex pan sio n. 0 sea, se deben crearco nd icio nes en el p ro yecto q ue p osib iliten el confinamiento d el in cen dio a su am bien te d e o rig enhasta que pueda ser extinguido.La compartimentacion horizontal impide que un incendio afecte a grandes areas; ella irnplicainterponer en tre pa redes y puertas cortafuego un tabique que dificulte la ex pan sio n d e la s llamas.L a cornpartim entacion vertical sirve para im pedir 1a prop agacion de las llam as entre los pisos;para ello se recurre a1 "enclaustram iento" de las escalera c on par ed es y p uertas co rtafu eg o, alemp le o d e a la s v ertica le s 0 an tep ech os co n altu ra ig ual 0 superior a 1,2 0 my a a la s ho ri zon ta le sd isefiad as p ara q ue sobrepasen el alineamiento de la fachada por un m fnirno de 0,90 my seanresistentes al fuego para proteger las ventanas de los piso s ady acentes.

PINTURAINTUMESCENTE

V E N T A N A AAGAMASADEVERMICUUTAsO.90m

P LA CA D EV E N T A N A YESOAF+ e=12.5mmPISO lOSADE , " E IL EVADO HOAMIG6N1 L

VI

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FIG. 7Tipos es tructura lesf re cu en te s e nedificio de acero

FIG . 8Espectros dediseno

L os fusibles disefiados para fallar en form a drictil se indican m ediante un cfrculo en la figura, 1aunion viga - columna en el caso del m arco rigido, la riostra en el caso de marcos arriostradoscon centricam en te, el segmen to cen tral d e Ia v ig a en el caso d e m arcos d e v ig a en rejad a y fin alm en teen el caso de los m arcos excentricos la viga de enlace 0 link.12.4 - Disposiciones de DisefioLa solicitaci6n de disefio exigida en las D onnas se establece a partir de un espectro de disefioque representa la d em an da S Ism ica. L a curva e s s imi la r a lo s esp ectros d e resp uesta d e la fig ura6 solo que ha side suavizada y elegida de m anera segura, incorporando toda la informaciondisponible de registros representativos de 1a regi6n y consulta a la comunidad de usuariosin vo lu cr ad os e n disefio sismico. Las curvas son del tipo de las m ostradas en la AG. 8, t an to menorescuanto mayor es la capacidad de disipar en erg fa de Iaestructura. E sto se refleja en factores quereducen la respuesta, en este caso, 1a curva m ay or es de menor reduccion (Ro= 1) correspondea una estructura que no tiene capacidad de disipar energfa, en el o tro ex trem o, la menor c urv a,de m ay or reducci6n (R o= 10) corresponde a u na estructura con gran capacidad de disipar energiae n forma dtictil.

1,20 ~

R o ; ; ; ; ,

R o ;; ;; : 1 0

3.00T ( g)

EI d isef iador puede en un cierto rango, optar por la eleccion de un istema estructural decom portam iento elastico, disefiado con L illa elevada fuerza sism ica y poco detalle especial defusibles 0bien un sistem a estructural ductil, el eual puede ser disefiado para fuerzas sfsrnicasmen ores pero que requiere una mayor preocupacion en el detallam iento y ejecuci6n de losfusibles.

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perfil d bf tf twOfS (mm) (mm) (mm) (mm) (mm)

300 x 47300)( 57300X67300 x 70300 x 79300 x 85300 x 95300 x 55300 x 66300 x 80300 x 83300 x 94300 x 100300 x 113350 x 73350 x 87350 x 98350)( 105350 x 118350 x 128350 x 136

300 200 9,5 8300 200 12,5 8300 200 16 8300 200 16 9,5 268300 200 19 9,5 262300 200 19 12,5 262300 200 22,4 12,5 255,2300 250 9,5 8 281300 250 12,5 8 275300 250300 250300 250300 250300350350350350

89,5

19 9,519 12,5

12,5

1616

250 22,4250 12,5 9,5250 16250 19250 19

9,5-9,512,512,512,516

400 x 82 400 300 12,5 8 375400 x 87 400 300 12,5 9,5 375400 x 103 400 300 16 9,5 368400 x 116 400 300 19 9,5 362400 x 125 400 300 19 12,5 362400 x 140 400 300 22.4 12,5 355,2400 x 152 400 300 25 12,5 350400 x 162 400 300 25 16 350450x116450 x 130450 x 141450x 156450x 168450 x 177450 x HI 8450 x 206450 x 216500 x 123500 x 134500 x 150500 x 162500 x 180500 x 194500 x 204500 x 217500 x 238

350 250 22,4350 250 25350 250 25

500 x 250 500 350 31,S 22,4 437500 x 259 500 350 31,5 25 437500x 281 500 350 37,5 22,4 425500 x 314 500 350 44 22,4 412550 x 184 550 ADO 19 16 512550 x 204 550 400 22,4 16 505,2550 x 220 550 400 25 16 500550 x 245 550 400 25 22,4 500550 x 270 "550 400 31,5 19 487550 x283 550 400 31,5 22,4 487550x 293 550 400 31,S 25 487550 x319 550 400 37,S 22,4 475550x 329 550 400 37,S 25 475550 x357 550 400 44 22,4 462

450 300 16 12,5450 300 19 12,5450 300 19 16450 300 22,4 16450 300 25 16450 300 25 19450 300 25 22,4450 300 31,S 19450 300 31,5 22,4500 350 16 9,5500 350, 16 12,5SOD 350 19 12,5500 '350 19 16500 350 2.2,4 16500 350 25 16500 350 25 19500 350 2522,4500 350 31,5 19

h

281275268

(cm')60,57285,489,5100,9108,8121,57084,5101,4105,5119,9127,8143,993,4110.2124,6134150,2162,5173105110,6131148,4159,3178,8193,8206148,3165,5179,9199,2214226239,6262,5275,7156,5170,5190,8206,9229,6247260,5275,8303,5318,4329,8357,7400,3'233,9260280312344,5361,1373,8406,4418,8455,5

PERFILES SOLDADOS SERlE CVS(dimensiones y propiedades) jid,:ih _x x d!IC,

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268268262262255,2325318312312305,2300300

418412412405,2400400400387387468468462462455,2450450450437

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