1. UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR FACULTAD MULTIDISCIPLINARIA ORIENTAL DEPARTAMENTO DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA. DISEO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES TIPICOS PARA UN EDIFICIO DE ESTRUCTURAS DE ACERO UTILIZANDO LAS ESPECIFICACIONES AISC 2005 PRESENTADO POR: DAZ MRQUEZ, JOLMAN BALMORE MEJA ARVALO, EVERTH HAHYS ORTEZ REYES, JORGE ALBERTO PARA OPTAR AL TITULO DE: INGENIERO CIVIL CIUDAD UNIVERSITARIA, 28 DE MAYO DE 2007.

2. AUTORIDADES UNIVERSITARIAS UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR RECTORA: Dra. Maria Isabel Rodrguez VICERRECTOR ACADEMICO: Ing. Joaqun Orlando Machuca Gmez SECRETARIA GENERAL: Licda. Alicia Margarita Rivas de Recinos FACULTAD MULTIDISCIPLINARIA ORIENTAL DECANO: Lic. Marcelino Mejia SECRETARIA: Licda. Lourdes Elizabeth Prudencio Coreas JEFE DE DEPARTAMENTO DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA. Ing. Oscar Reynaldo Lazo Larrn

3. UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR FACULTAD MULTIDISCIPLINARIA ORIENTAL DEPARTAMENTO DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA. TRABAJO DE GRADUACIN PREVIO A LA OPCIN AL GRADO DE: INGENIERO CIVIL TITULO: DISEO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES TIPOS PARA UN EDIFICIO DE ESTRUCTURAS DE ACERO UTILIZANDO LAS ESPECIFICACIONES AISC 2005 PRESENTADO POR: DAZ MRQUEZ, JOLMAN BALMORE MEJA ARVALO, EVERTH HAHYS ORTEZ REYES, JORGE ALBERTO TRABAJO DE GRADUACION APROBADO POR: DOCENTE DIRECTOR: ING. LUIS ORLANDO MNDEZ CASTRO CIUDAD UNIVERSITARIA, 28 DE MAYO DE 2007.

4. TRABAJO DE GRADUACION APROBADO POR: ___________________________________________ Ing. Luis Orlando Mndez Castro DOCENTE DIRECTOR ___________________________________________ Ing. Rigoberto Lpez COORDINADOR DE PROCESOS DE GRADUACION

5. AGRADECIMIENTOS. Agradecemos a Dios Todopoderoso por habernos permitido realizar esta etapa de nuestra vida, por haber iluminado nuestro camino y habernos dado la sabidura necesaria para poder salir adelante. A la Universidad, por sentirnos orgullosos de decir que somos hijos suyos. A nuestro Director de Tesis Ingeniero Luis Orlando Mndez Castro por su apoyo y conocimiento. Al personal docente que nos form para poder llegar a ser profesionales. Jolman Balmore Daz Jorge Alberto Ortez Everth Hahys Meja

6. DEDICATORIA A DIOS TODOPODEROSO: porque gracias a el he cumplido una de mis mayores metas, por haberme dado la sabidura, la fuerza para levantarme cuando me sent derrotado, por haberme regalado unos padres tan maravillosos que siempre estuvieron con migo, por haber puesto en mi camino amigos que me apoyaron incondicionalmente para lograr este triunfo. A MIS PADRES: Argelia, y German, por sus consejos, su apoyo incondicional, por los principios y la disciplina que inculcaron en mi, el amor y todo el esfuerzo y sacrificio que hicieron para que recibiera una buena educacin y lograra as este triunfo. A MIS HERMANAS: Yasmn, Yesika, Karla y Karina, por su apoyo, comprensin y por estar conmigo en todo momento. A MI NOVIA: Rina, por su apoyo y Comprensin. A MIS COMPAEROS DE TESIS: Por haber sido parte importante en la realizacin de este trabajo, por el apoyo y la amistad que siempre me han demostrado. A TODOS MIS COMPAEROS Y AMIGOS: Que a lo largo de mi formacin universitaria estuvieron con migo en los buenos y malos momentos. Jolman Balmore Daz Mrquez.

7. DEDICATORIA A DIOS: Por brindarme salud y vida hasta este momento y poder llegar a la finalizacin de mi trabajo de graduacin. A MIS PADRES: Maria Magdalena Arvalo por su apoyo y sacrificio incansable y sobre todo confiar en mi durante todo este tiempo y Ruben Abilio Meja que de una u otra manera siempre estuvo pendiente de mi camino. A MIS ABUELOS: Ana Sofa Parada y Santiago Meja por sus consejos y su palabras de animo durante todos mis estudios hasta el momento. A MIS HERMANOS: Por ayudarme cuando los he necesitado, en especial a Eduardo. A LA UNIVERSIDAD: Por haberme otorgado mi beca para que lograra terminar mis estudios de educacin superior. A MIS COMPAEROS DE TESIS: Por todo el tiempo que compartimos juntos, y por la amistad que nos une. A MI NOVIA: Elizabeth por creer en mi y apoyarme durante mi proceso de graduacin, sobre todo por su comprensin y cario. A MIS FAMILIARES, COMPAEROS Y AMIGOS: con los que compart muchos momentos de mi vida y mi carrera. A todos muchas gracias . Everth Hahys Meja Arvalo

8. DEDICATORIA A DIOS TODO PODEROSO, por todas las bendiciones que ha derramado en mi vida, sabidura y confianza para poder culminar satisfactoriamente esta etapa de mi vida. A MIS PADRES, Jorge Alberto y Emma Dorila por todo su amor y apoyo a lo largo de mi vida. A MI HERMANO PEDRO JOSE, por todo su apoyo y confianza. A MI NOVIA CECILIA, por ser un apoyo incondicional en mi vida. A MIS FAMILIARES, mi to Pipo, to Ovidio, ta Victorina y a todos mis familiares que me han apoyado y han confiado en mi. A NUESTRO ASESOR, por su orientacin y haber compartido sus conocimientos a lo largo de este trabajo. A MIS COMPAEROS DE TESIS, por su comprensin y apoyo. Y a todos aquellos que a lo largo de mi carrera significaron un aporte para m formacin. Jorge Ortez.

9. Simbologa Utilizada =1A rea de apoyo de una placa de apoyo o placa base de columna. =2A rea total de apoyo para una placa de apoyo de columna. =eA rea neta efectiva. =gA rea total. =wA rea del alma. =A Distancia entre el centro del perno de anclaje y la columna. =B Ancho de placa de apoyo o de placa base. =bC Factor de gradiente de momento para la resistencia lateral torsional. =mC Factor de modificacin de momento. =wC Constante de alabeo. =e Excentricidad de la carga en una conexin. =E Mdulo de elasticidad. =tbf Esfuerzo por pandeo. =taf Esfuerzo por fuerza axial. =vf Esfuerzo cortante ltimo del acero estructural o de un tornillo. =EXXF Resistencia del elctrodo. =crF Esfuerzo crtico por compresin o flexin utilizado para determinar la resistencia nominal. =rF Esfuerzo residual. =yF Esfuerzo de fluencia. =ywF Esfuerzo de fluencia del patn del alma. =g Gramil para tornillos, espaciamiento transversal. =G Mdulo de elasticidad en cortante para el acero estructural. =xI Momento de inercia con respecto al eje x.

10. =yI Momento de inercia con respecto al eje y. =J Constante de torsin, momento polar de inercia. =K Factor de longitud efectiva para miembros en compresin. =bL Longitud no soportada de una viga. =pL Mxima longitud no soportada de una viga para la cual el pandeo lateral torsional no se presenta. =rL Longitud no soportada de una viga para la cual el pandeo lateral torsional elstico ocurrir. =22M Momento con respecto al eje y. =33M Momento con respecto al eje x. =nM Resistencia nominal por flexin. =pM Momento plstico. =rM Momento de fluencia tomando en cuenta los esfuerzos residuales. =uM Momento por carga factorizada. =eP Resistencia al pandeo de Euler. =uP Carga axial factorizada. =yP Resistencia por fluencia en compresin axial. =xr Radio de giro con respecto al eje x. =yr Radio de giro con respecto al eje y. =uR Reaccin por carga factorizada. =vR Resistencia por cortante en el alma de una columna. =S Mdulo de seccin elstica. =T Tensin en un tornillo, fuerza de tensin en un par interno resistente. =rodT Fuerza axial en cada perno. =nV Resistencia nominal por cortante.

11. =uV Fuerza cortante por carga factorizada. =21 , XX Constantes utilizadas para el clculo de la resistencia nominal por flexin. =1Y Distancia del eje neutro plstico a la parte superior del acero en una viga compuesta. =2Y Distancia de la parte superior del acero a la fuerza de compresin resultante en el concreto de una viga compuesta. =Z Mdulo de seccin plstico. =xZ Mdulo plstico de seccin respecto al eje x. =yZ Mdulo plstico de seccin respecto al ejey. = Deflexin. = Razn ancho-espesor. =c Parmetro de esbeltez para miembros en conexin. =e Parmetro de esbeltez para pandeo flexo-torsional de miembros en compresin. =p Razn mxima ancho-espesor para el que habr pandeo local. =r Razn ancho espesor para la cual ocurrir pandeo elstico local.

12. INDICE Introduccin .. xix CAPITULO I ANTEPROYECTO 1.1 Antecedentes ... 22 1.2 Planteamiento del Problema .. 30 1.3 Justificacin . . 32 1.4 Objetivos .. . 33 1.5 Alcances . .. 34 1.6 Limitaciones de la Investigacin .. . 35 CAPITULO II MARCO TEORICO 2.1 Generalidades del Acero .. . 37 2.2 Ventajas del Acero como material estructural 37 2.3 Clasificacin del Acero ... 37 2.4 Tipos de perfiles americanos .. .. 39 2.5 Sistemas estructurales 2.5.1 Sistemas estructurales bsicos .. . 40 2.5.2 Clasificacin de Sistemas estructurales ... .. 40 2.5.3 Sistemas estructurales segn el NTDS, 1994 El Salvador .. 47 2.6 Mtodos de diseo 2.6.1 Mtodos de diseo por factores de carga y resistencia LRFD 48 2.6.2 Comparacin de los mtodos de diseo por esfuerzo permisible (ASD) y por carga ultima (LRFD) .. 51 2.7 Elementos estructurales 2.7.1 Miembros en tensin .... 56 2.7.1.1 Anlisis de miembros en tensin . .. 56 2.7.1.2 Diseo por resistencia de miembros a tensin . 59

13. 2.7.1.3 reas netas . .. 60 2.7.1.4 reas netas efectivas .. . ... 62 2.7.1.5 Bloque de cortante . .. 66 2.7.1.6 Seleccin de perfiles sometidos a tensin . .. 70 2.7.2 Miembros cargados axialmente en compresin .. . 73 2.7.2.1 Consideraciones generales .. .. 73 2.7.2.2 Perfiles usados para columnas ... 74 2.7.2.3 Desarrollo de las formulas para columnas ... 75 2.7.2.4 La formula de Euler . . 76 2.7.2.5 Restricciones en los extremos y longitud efectiva de una Columna . 77 2.7.2.6 Elementos atiesados y no atiesados 81 2.7.2.7 Formulas para columnas .. 83 2.7.2.8 Relaciones de esbeltez mximas ... 84 2.7.2.9 Diseo de miembros cargados axialmente a compresin .. 84 2.7.2.10 Empalmes de columnas 85 2.7.2.11 Consideraciones preliminares relativas al pandeo flexotorsional de miembros a compresin .... 87 2.7.2.12 Longitudes efectivas .. 89 2.7.2.13 Diseo en plano de columnas apoyadas entre si .. 95 2.7.3 Introduccin al estudio de vigas . . 97 2.7.3.1 Tipos de vigas .. . 97 2.7.3.2 Perfiles usados como vigas . 97 2.7.3.3 Diseo de vigas por momentos .. ... 98 2.7.3.4 Pandeo plstico momento plstico total, zona 1 . 101 2.7.3.5 Diseo de vigas, zona 1 . . 103 2.7.3.6 Soporte lateral de vigas . .. 104 2.7.3.7 Introduccin al pandeo inelstico, zona 2 . 106 2.7.3.8 Capacidad por momento, zona 2 109

14. 2.7.3.9 Pandeo elstico, zona 3 .. 110 2.7.3.10 Graficas de diseo . 112 2.7.3.11 Fuerzas y esfuerzos cortantes . ... 116 2.7.3.12 Deflexiones .. 118 2.7.3.13 Almas y patines con cargas concentradas . 120 2.7.3.14 Flexin asimtrica .. . 125 2.7.4 Vigas Columnas .. ... 126 2.7.4.1 Generalidades . .. 126 2.7.4.2 Formulas de Interaccin .. 128 2.7.4.3 Pandeo local del alma en vigas columnas . 129 2.7.4.4 Marcos contraventeados versus marcos no contraventeados .. 130 2.7.4.5 Miembros en marcos contraventeados .... 132 2.7.4.6 Miembros en marcos no contraventeados ... 135 2.7.5 Sistemas de entrepiso .. 139 2.7.5.1 Losas de concreto sobre viguetas de acero de alma abierta . 139 2.7.5.2 Losas de concreto reforzado en una y en dos direcciones . .. 141 2.7.5.3 Pisos compuestos . 143 2.7.5.4 Pisos de losa reticular .. 144 2.7.5.5 Losas planas .. 145 2.7.5.6 Pisos de losas precoladas .. . 146 2.7.5.7 Pisos con tableros de acero .. .. 147 2.7.5.8 Descripcin del sistema GalvaDeck . . 150 2.7.5.9 Funciones de la lamina de acero . . . 152 2.7.5.10 Recomendaciones de la lamina GalvaDeck .. 155 2.8 Conexiones en edificios 2.8.1 Seleccin del tipo de conector .. . . 155 2.8.2 Tipos de conexiones para vigas . . ... 156 2.8.3 Conexiones estndar para vigas atornilladas ... 162 2.8.4 Diseo de conexiones estndar atornilladas a base de ngulos . . 166

15. 2.8.5 Diseo de conexiones estndar soldadas . 167 2.8.6 Conexiones a base de una sola placa o de placa de cortante . .. 168 2.8.7 Conexiones con placa extrema de cortante . . 169 2.8.8 Diseo de conexiones resistentes a momento . 170 2.8.9 Atiesadores de almas de columna .. .. 171 2.9 Conexiones atornilladas 2.9.1 Tipos de tornillos .. . 174 2.9.2 Ventajas de los tornillos de alta resistencia . . 175 2.9.3 Tamaos de los agujeros para tornillos .... 177 2.9.4 Separacin y distancias a bordes de tornillos .. 178 2.9.5 Conexin tipo friccin .. . 183 2.10 Conexiones soldadas 2.10.1 Ventajas de la soldadura 185 2.10.2 Tipos de Soldadura . 186 2.10.3 Soldaduras precalificadas .. 189 2.10.4 Clasificacin de las soldaduras . 190 2.10.5 Smbolos para soldaduras . 193 2.10.6 Soldaduras de ranura . 195 2.10.7 Soldaduras de filete ... 197 2.10.8 Resistencias de las soldaduras . .. 200 2.10.9 Requisitos del LRFD .. 201 2.10.10 Soldaduras de ranura de penetracin completa y de penetracin parcial 205 2.11 Placas de base para columnas resistentes a momento .. 207 CAPITULO III CONFIGURACION Y DISTRIBUCION ARQUITECTONICA 3.1 La importancia de la configuracin .. 212 3.2 Influencia de la configuracin sobre el comportamiento ssmico ... 213 3.3 El diseo ssmico y el tipo de edificio . 218

16. 3.4 Planos arquitectnicos . . 225 CAPITULO IV ANALISIS ESTRUCTURAL 4.1 Anlisis estructural utilizando el programa ETABs 227 4.1.1 Gua para realizar el anlisis estructura utilizando el programa ETABs 229 4.1.2 Salida de datos de anlisis del programa ETABs . 254 4.2 Anlisis manual de la estructura .. 264 CAPITULO V DISEO ESTRUCTURAL 5.1 Diseo estructural de vigas .. 303 5.2 Diseo estructural de columnas .. 315 5.3 Diseo estructural de conexin con placa de extremo . 327 5.4 Diseo estructural de conexin soldada .. .. 335 5.5 Diseo estructural de conexin con placas en los patines de la viga .. 341 5.6 Diseo estructural de conexin viga columna al alma de la columna ... 348 5.7 Diseo estructural de conexin viga viga . 352 5.8 Diseo estructural de empalme de columna ... 358 5.9 Diseo estructural de placas de base para columnas ..... 362 CAPITULO VI CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 6.1 Conclusiones .. .... 373 6.2 Recomendaciones . . 375 Bibliografa .. 376 ANEXOS ANEXOS A Tabla A-5-1. Resultados de anlisis para diseo de viga . 379 Tabla A-5-2. Resultados de Interaccin para viga B70 .. 380 Tabla A-5-3. Hoja de salida del programa ETABs .. 382

17. Tabla A-5-4. Resultados de interaccin para columna C1 . ... 383 Tabla A-5-5. Hoja de salida del programa ETABs .. 387 Tabla A-5-6. Resultados de anlisis para diseo de conexin viga columna a patn de columna . . 388 Tabla A-5-7. Hoja de salida del programa ETABs 389 Tabla A-5-8. Resultados de anlisis para diseo de conexin viga columna al alma de la columna .. . .. 390 Tabla A-5-9. Hoja de salida del programa Etabas .. 391 Tabla A-5-10. Resultados de anlisis para diseo de conexin viga viga 392 Tabla A-5-11. Hoja de salida del programa ETABs . 393 Tabla A-5-12. Resultados de anlisis para diseo de conexin columna - columna . 394 Tabla A-5-13. Calculo del factor K en la direccin y . .. 395 Tabla A-5-14. Calculo del factor K en la direccin x . .. 395 ANEXOS B Tabla B5-1. Conexiones con ngulo doble empernado . 397 Tabla B5-2. Conexiones con una sola placa . .. . 399 Tabla B5-3. Dimensiones de perfiles W . .. 401 Tabla B5-4. Diseo por esfuerzo axial para perfiles W .. 405 Tabla B5-5. Diseo de vigas por momento . . 406 Tabla B5-6. Materiales para pernos de anclaje .. . 407 Tabla B5-7. Medidas recomendadas para agujeros de pernos de anclaje en placa base .. ..... 407 Tabla B5-8. Dimensiones de tuerca hexagonal para anclaje . 408 Tabla B5-9. Resistencia del concreto al arrancamiento de pernos de anclaje 408 Tabla B5-10. Esfuerzo permisible por perno de anclaje . ... 409 Tabla B5-11. Dimensiones nominales para agujeros . .... 409 Tabla B5-12. Rango de relacin ancho espesor para elementos en

18. compresin . .... 410 Tabla B5-13. reas efectivas de cortante . 411 ANEXOS C Planos arquitectnicos .. 413 ANEXOS D Planos de diseo 423

19. xix INTRODUCCION En la actualidad el acero estructural se ha convertido en el material ms utilizado en la construccin de grandes estructuras, por lo que en este trabajo se presentan los principales tipos de acero que existen en nuestro medio, las formas en que estos se encuentran, as como los diferentes mtodos de anlisis y diseo de estructuras de acero, entre los cuales estn el ASD y LRFD presentando las principales diferencias, ventajas y desventajas cuando se disea con uno u otro mtodo. El diseo de elementos estructurales de acero se rige por una serie de normas, cdigos y especificaciones, las cuales son actualizadas constantemente; hacindose necesaria la incorporacin de estas actualizaciones en los nuevos diseos por lo que se abordarn los procedimientos de diseo de los elementos ms comunes en un edificio de acero estructural entre los cuales estn: vigas, columnas, conexiones resistentes a momento, placas base, etc. As mismo, ste trabajo incluye el anlisis de la estructura empleando un programa especializado en el rea de estructuras de acero, as como tambin por medio de clculos manuales; los resultados obtenidos del programa se toman con base para realizar los diseos antes mencionados y los del clculo manual solo para una comparacin. Esta parte del anlisis, cuenta con una gua para el uso del programa ETABs, elaboracin del modelo tridimensional con su respectivo anlisis y diseo estructural.

20. xx En todos los procedimientos de diseo que se estudian en este documento se aplica la normativa ms reciente del Instituto Americano de Construccin en Acero en base al mtodo LRFD. Tambin se incluyen los planos arquitectnicos que sirvieron como base para elaborar el modelo tridimensional a analizar, de igual forma se incluyen los planos de los diferentes diseos estructurales que se abordaron.

21. CAPITULO 1

22. CAPITULO I. Anteproyecto. Ing. Civil 22 1.1 Antecedentes Los primeros usos del hierro, componente principal del acero, fueron en la fabricacin de pequeas herramientas, aproximadamente 4000 aos antes de la era cristiana (Murphy, 1957). Este material se usaba en forma de hierro forjado, que se produca calentando el mineral en hornos de carbn. En la ltima parte del siglo XVIII y principio del XIX, el hierro colado y el hierro forjado se usaron en varios tipos de puentes. El acero, aleacin principalmente de hierro y carbono, con menos impurezas y menos carbono que el hierro colado, fue usado primero en la construccin pesada en el siglo XIX. En Estados Unidos, el primer puente ferroviario de acero estructural fue el puente Eads, construido en 1874 en St. Louis, Missouri (Tall, 1964). En 1884 fue terminado en Chicago el primer edificio con estructura de acero. Una manifestacin memorable de ese acontecimiento fue la Exposicin Universal de Pars de 1889, que marc el triunfo de las construcciones metlicas. La construccin que deslumbr al mundo y marc el verdadero punto de partida en la historia de las construcciones fue la Torre Eiffel. Despus de ella se han construido muchos edificios de gran tamao y notable alarde tcnico, pero ninguno la super en su atrevimiento innovador. Lo que le sucedi a esta torre, fue el proyecto realizado tambin por Eiffel, la Torre de Pars, en el Campo de Marte, integrando la Exposicin Universal destinada a festejar el primer centenario de la revolucin. Una caracterstica importante de la torre de Eiffel de hierro labrado de 985 pies construida en 1889, es que funcionaba con elevadores movidos mecnicamente para los pasajeros. La disponibilidad de estas mquinas, junto con la idea de elementos de marcos permiti la construccin de miles de rascacielos a travs del mundo.

23. CAPITULO I. Anteproyecto. Ing. Civil 23 Despus de construida esta torre se consider que todos los dems prodigios eran realizables y se proyectaron obras metlicas de todos los gneros. El desarrollo mundial del uso del acero en distintos mbitos, tuvo su impulso inicial en pases como Inglaterra, Francia y Estados Unidos. Muestra de ello es un puente de arco, terminado de construir en 1779 en Inglaterra, que ha sido considerado el primer logro importante de Obras Pblicas en Europa. Tanto el hombre como el impulso a la ingeniera y arquitectura han sido factores que han permitido pasar de puentes de acero de 30 metros a fines del siglo XVIII, a estructuras de ms de 2 kilmetros en nuestros das. As tambin, de pequeos edificios a mediados del siglo XIX a estructuras como las Torres Petronas de Kuala Lumpur, ubicadas en Malasia y con ms de 450 metros de altura. Las primeras formas estructurales hechas en los Estados Unidos eran perfiles angulares en 1819. Las secciones de acero I formadas primero fueron fundidas en los Estados Unidos en 1884, y la primera estructura esqueltica de marco (el edificio de Home Insurance Company en Chicago) fue eregida el mismo ao. El crdito por inventar el rascacielos se da generalmente al ingeniero Guillermo LeBaron, que plane este edificio al parecer durante una huelga de los albailes. Antes de este tiempo, los edificios altos en los Estados Unidos fueron construidos con paredes portantes de ladrillo que eran de varios pies de espesor. Para las paredes exteriores de este edificio de mucha historia, las vigas para los 6 pisos ms bajos fueron hechas de hierro forjado, mientras que las vigas con acero estructural fueron utilizadas para los pisos superiores. El primer

24. CAPITULO I. Anteproyecto. Ing. Civil 24 edificio enmarcado totalmente con acero estructural era el segundo edificio de Rand-McNally, terminado en Chicago en 1890. Durante estos aos las diversas fundidoras forjaron sus propias formas individuales y publicaron los catlogos que proporcionaban las dimensiones, el peso, y otras caractersticas de estas formas. En 1896, la asociacin de fabricantes de acero americanos (ahora el Instituto Americano del Hierro y del Acero, AISI), hizo los primeros esfuerzos de estandarizar formas. Hoy, casi todas las formas estructurales se estandarizan, aunque sus dimensiones exactas pueden variar apenas un poco de fundicin en fundicin. Los edificios deben disearse y construirse de acuerdo con las especificaciones de un reglamento de construccin. Un reglamento de construccin tiene fuerza legal y es administrado por una entidad gubernamental como una ciudad, un municipio o para algunas reas metropolitanas grandes, por un gobierno establecido. Los reglamentos de construccin no dan procedimientos de diseo, pero ellos especifican los requisitos y restricciones de diseo que deben satisfacerse. Algunas grandes ciudades tienen sus propios reglamentos de construccin, muchas municipalidades modifican un reglamento de construccin "modelo" cuando conviene a sus necesidades particulares y lo adoptan en forma modificada. Los reglamentos modelo son escritos por varias organizaciones no lucrativas en una forma que puede ser fcilmente adoptada por un organismo gubernamental. Ya que el nfasis de esta investigacin es en el diseo de miembros de edificios de acero estructural y sus conexiones, la especificacin del Instituto Americano de Construccin en Acero (American Institute of Steel Construction, AISC) es la especificacin de diseo de mayor importancia. Ella est escrita y

25. CAPITULO I. Anteproyecto. Ing. Civil 25 mantenida al da por un comit del AISC que comprende practicantes de la ingeniera estructural, educadores, productores de acero y fabricantes de estructuras. Peridicamente se publican nuevas ediciones y, siempre que es necesaria una revisin intermedia, se editan suplementos. El diseo por esfuerzos permisibles ha sido el principal mtodo usado para los edificios de acero estructural desde que las primeras Especificaciones AISC fueron editadas en 1923, aunque recientes ediciones han contenido estipulaciones para el diseo plstico. En 1986, el AISC edit la primera especificacin para el diseo por factores de carga y resistencia de edificios de acero estructural y un libro paralelo, el Manual of Steel Construction (Manual de construccin en acero). El propsito de esos dos documentos es proporcionar un diseo alternativo al diseo por esfuerzos permisibles, tal como el diseo plstico es tambin una alternativa. La segunda edicin del Manual (AISC, 1994), incluye las Especificaciones AISC de 1993. Las Especificaciones de Diseo por Cargas y Resistencias Factoradas (Load and Resistance Factor Design, LRFD) se basan en las investigaciones reportadas en ocho artculos publicados en 1978 en la revista estructural de la American Society of Civil Engineers (Ravindra y Galambos; Yura, Galambos y Ravindra; Bjorhovde, Galambos y Ravindra; Cooper, Galambos y Ravindra; Hansell y otros; Fisher y otros; Ravindra, Cornell y Galambos; Galambos y Ravindra, 1978). El diseo por factores de carga y resistencia no es un concepto reciente; desde 1974 se ha usado en Canad, donde se conoce como diseo por estados lmite. Es tambin la base de la mayora de los reglamentos europeos de edificacin. En Estados Unidos, el LRFD ha sido un mtodo aceptado de diseo para el concreto reforzado durante aos y es el principal mtodo autorizado en el Cdigo para Edificios del Instituto Americano del Concreto (American Concrete Institute's Building Code, ACI) donde se conoce como diseo por resistencia para las Especificaciones del A.C.I. de 1995. Las normas

26. CAPITULO I. Anteproyecto. Ing. Civil 26 de diseo para puentes permiten el diseo por esfuerzos permisibles para la publicacin de las Normas AASHTO de 1992 y el diseo por factores de carga y resistencia para la publicacin AASHTO LRFD de 1994. Las publicaciones ms recientes de estas especificaciones son las siguientes: Standard Specifications for Structural Concrete ACI 301-05 with Selected ACI Reference (Ao 2005). AASHTO LRFD Bridge Design Specifications (2004), U.S. and Metric, 3rd Edition with 2005 and 2006 Interims. Las Especificaciones AISC son publicadas como un documento independiente, pero son tambin parte del Manual de construccin en acero. Para la ltima dcada, el mtodo del LRFD ha sido enseado a la mayor parte de los estudiantes en las universidades. Sin embargo, una proporcin algo grande de diseadores en estados unidos usan un mtodo ms viejo de diseo de acero llamado el Mtodo de Esfuerzos Admisibles (ASD). Consecuentemente, el estudiante debe familiarizarse con el ASD y el LRFD. La especificacin AISC para el diseo de edificios en acero, basada en el mtodo de Tensiones Admisibles (ASD) ha evolucionado a lo que hoy se denomina el mtodo de diseo en base a Cargas y Resistencias Factoradas (LRFD); para esta ltima versin 2005, el Comit de Especificaciones del AISC ha realizado un especial esfuerzo en ofrecer un tratamiento unificado, de manera de incluir en la normativa el uso alternativo de ambos mtodos de diseo (ASD Y LRFD), presentando este ltimo en un formato equivalente al anterior mtodo de Tensiones Admisibles. Esta nueva norma viene a reemplazar las anteriores especificaciones ASD 1989 y LRFD 1999, permitiendo al diseador elegir discrecionalmente el uso de uno u otro mtodo.

27. CAPITULO I. Anteproyecto. Ing. Civil 27 En El Salvador, existe un Reglamento denominado "Reglamento para la Seguridad Estructural de Las Construcciones" (RESESCO), el cual fue publicado en el diario oficial el 30 de Octubre de 1996, y entr en vigencia a partir del 7 de noviembre del mismo ao. Este reglamento viene acompaado por una serie de Normas Tcnicas que son parte del Reglamento. La Norma Tcnica de Diseo y Construccin de Estructuras de Acero de El Salvador est basada principalmente en el Manual of Steel Construction ASD. En nuestro pas se han realizados investigaciones afines en cuanto a edificios con estructuras de acero, entre las que podemos mencionar: Tesis de la Universidad Centroamericana Jos Simen Caas, Mtodos de fijacin de pernos y barras de acero en concreto endurecido Ao: 1992 Este trabajo es un estudio de los mtodos de fijacin utilizados para instalar pernos y barras de acero en concreto endurecido, especialmente en el uso de las resinas epxicas y pernos expansivos. Se analizan las propiedades, comportamiento y mecanismos de falla de los materiales involucrados en los sistemas de fijacin, as como tambin la metodologa de diseo, instalacin y los criterios generales para la evaluacin de costos. A su vez, se presenta un estudio acerca del control de calidad de dichos sistemas. Tesis de la Universidad de El Salvador, Evaluacin de Ductilidad y Resistencia en edificios de Acero de 20, 25 y 30 Niveles, Diseando Aplicando las Normativas Salvadoreas Vigentes Ao: Marzo de 1999 El desarrollo del trabajo parte de la calibracin del programa ETABS (Software de Diseo Estructural para el Anlisis, Diseo y Modelado integrado,

28. CAPITULO I. Anteproyecto. Ing. Civil 28 basado en el mtodo de elementos finitos) por medio de un ejemplo, el cual se analiza y disea utilizando el mtodo propuesto por la NTDS (Norma Tcnica para el Diseo por Sismo, Reglamento para la Seguridad Estructural de las Construcciones, Ministerio de Obras Pblicas, San Salvador, 1997), estos resultados se comparan con los obtenidos con la ayuda del programa ETABS. Partiendo de que el ejemplo de calibracin dio resultados satisfactorios de comparacin, la parte de los diseos de edificios se realiza con la ayuda del programa ETABS utilizando para el diseo el mtodo de resistencia ltima AISC-LRFD. Con el objeto de obtener un diseo ptimo. Tesis de la Universidad de El Salvador, Vulnerabilidad ssmica de estructuras de edificios de concreto reforzado y acero" Ao: 1999 Vulnerabilidad de los Edificios a ser daados por sismos, incluyendo aspectos relevantes propios de las estructuras de edificios, Factores que inciden en la vulnerabilidad Ssmica Estructural de Edificios, Clculo de la Vulnerabilidad de un Edificio. Este proyecto esta basado en los edificios de Ingeniera de la UES; incluyendo tambin un manual de usuario del programa VULSIS (Vulnerabilidad Ssmica). Tesis de la Universidad Centroamericana Jos Simen Caas, Manual de especificaciones de diseo AISC- ASD para conexiones soldadas y empernadas Ao: octubre de 2001. Tesis de la Universidad Centroamericana Jos Simen Caas, Manual de diseo de conexiones en edificios a base de marcos no arriostrados de acero estructural Ao: Octubre 2005

29. CAPITULO I. Anteproyecto. Ing. Civil 29 Contiene procedimientos para el diseo de conexiones en edificios a base de marcos no arriostrados de acero estructural con perfiles W, presentando los fundamentos tericos en que se basa su diseo y brindando una metodologa prctica para su proporcionamiento, conforme a la reglamentacin del AISC ASD (Instituto Americano de la Construccin en Acero Diseo por Esfuerzos Permisibles) y de la FEMA (Agencia Federal para el Manejo de Emergencias).

30. CAPITULO I. Anteproyecto. Ing. Civil 30 1.2 Planteamiento del Problema. En la actualidad, ya se construyen edificios con estructuras de acero con mucha notoriedad en nuestro pas, pero la situacin en este momento es que no se utilizan mucho las estructuras de acero en la ciudad de San Miguel, debido al poco conocimiento con respecto al anlisis, diseo y construccin de este tipo de estructuras. Por lo tanto sera necesario fomentar el desarrollo de esta rea de la ingeniera. Es posible que una construccin con acero estructural resulte con un costo bajo o alto; rpida de construir o quizs ms segura estructuralmente, que las construcciones con concreto u otro material. En este sentido, lo que se busca es evaluar otro tipo de proceso de diseo que pueda proporcionar mejores beneficios para la construccin de edificios. Tambin es importante tomar en cuenta que en pases como el nuestro, con alto riesgo ssmico, se vuelve necesaria la revisin del cumplimiento de las normativas internacionales vigentes, por lo que se debe analizar o evaluar este tipo de estructuras en base a especificaciones recientes que nos permitan garantizar ms seguridad ante cualquier evento ssmico. Para finalizar, como en nuestro pas no tenemos normas actuales para estructuras de acero se tienen que implementar normas forneas o extranjeras, como las normas del American Institute of Steel Construction (Instituto Americano de Construccin en Acero), bibliografa ms reciente y el uso de software especializado para el diseo de estructuras de acero; los cuales son parte fundamental para la realizacin del diseo de este tipo de estructuras. Una limitante, es el alcance al que se encuentra la informacin respectiva, en conjunto con la tecnologa que permita el diseo y la construccin; as mismo

31. CAPITULO I. Anteproyecto. Ing. Civil 31 en el plan de estudio de la carrera de ingeniera civil, la materia de estructuras de acero se ha comenzado a impartir hace muy poco tiempo. Es importante que la materia de estructuras de acero se desarrolle en una forma ms integral y completa, con el fin de mejorar la calidad de los egresados de la Universidad y al mismo tiempo se tenga mayor fundamento, para abordar el rea de las estructuras de acero, en cuanto al material bibliogrfico y software reciente que permitan realizar un diseo seguro, funcional y factible.

32. CAPITULO I. Anteproyecto. Ing. Civil 32 1.3 Justificacin. A medida que la ciencia avanza, los materiales y los procesos constructivos tambin lo hacen. Actualmente en nuestro pas tambin est incrementando el uso de estructuras con perfiles de acero para la construccin de edificios, puentes, entre otros; esto implica que tambin incrementa la demanda de diseos estructurales. Para garantizar estos requisitos es necesario el uso de normas o cdigos de diseo, informacin tcnica especializada, mtodos de anlisis, diseo y herramientas computacionales actualizadas, etc. En la actualidad, uno de los objetivos para todo ingeniero o diseador estructurista es estar a la vanguardia en el diseo de estructuras de acero, de manera que explorar e investigar sobre este tipo de procesos y materiales vendra a proporcionar un diseo de estructuras ms seguras, funcionales y factibles para la sociedad en general. El resultado de esta investigacin se usara como fuente bibliogrfica en el rea de estructuras de acero para la formacin de nuevos profesionales en la ingeniera civl.

33. CAPITULO I. Anteproyecto. Ing. Civil 33 1.4 Objetivos. Objetivo General: Disear elementos estructurales tpicos para un edificio de estructuras de acero utilizando las normas del AISC 2005. Objetivos Especficos: Poner en prctica los procesos de diseo estructural para edificios de acero, segn las Especificaciones para Edificios de acero estructural, AISC 2005 (Specification for Structural Steel Buildings, AISC 2005) Utilizar marcos de acero como sistema estructural para el diseo del edificio. Disear elementos de acero estructural tpicos tales como: vigas, columnas y conexiones. Contribuir a mejorar el material bibliogrfico existente en la Universidad de El Salvador en lo relativo al rea de estructuras de acero.

34. CAPITULO I. Anteproyecto. Ing. Civil 34 1.5 Alcances. Utilizacin de normas y bibliografa recientes. Se realizar un diseo utilizando las especificaciones para edificios de acero estructural del Instituto Americano de Construccin en Acero 2005 (Specification for Strutural Steel Buildings, AISC 2005). Procesos de anlisis. El anlisis de la estructura se realizar por medio de un software especializado en el rea de anlisis y diseo estructural. Diseo estructural de elementos tpicos en edificios. Se realizar una investigacin bibliogrfica en cuanto a sistemas de estructuracin y procedimientos de diseo de los diferentes elementos de un edificio, de lo que se obtendr el sistema de estructuracin del edificio y los procedimientos de diseo que se utilizarn para el mismo. Se disearn elementos tales como: vigas, columnas, placas de apoyo, conexiones de viga-columna, entre otros elementos estructurales.

35. CAPITULO I. Anteproyecto. Ing. Civil 35 1.6 Limitantes de la Investigacin. Se disear la estructura de un edificio de tres niveles con sistema estructural compuesto por marcos de acero tridimensionales. El sistema de cubierta de techo para el edificio ser losa de concreto reforzado. Como en El Salvador no existen normas recientes de diseo para edificios de estructuras de acero, se utilizarn las especificaciones de Diseo por Carga y Resistencias Factoradas (Load and Resistance Factor Design, LRFD) del Instituto Americano de Construccin en Acero (American Institute of Steel Construction, AISC) del 2005, para edificios de acero. Se utilizar software del tipo educacional para el anlisis de la estructura. Se disearan nicamente elementos estructurales de Acero.

36. CAPITULO 2

37. CAPITULO II. Marco Terico. Ing. Civil 37 2.1 Generalidades del Acero. Uno de los materiales de fabricacin y construccin ms verstil, ms adaptable y ms ampliamente usado es el acero. A un precio relativamente bajo, el acero combina la resistencia y la posibilidad de ser trabajado, adems, sus propiedades pueden ser manejadas de acuerdo a las necesidades especficas mediante tratamientos con calor, trabajo mecnico o mediante aleaciones. El Acero es bsicamente una aleacin o combinacin de hierro y carbono (alrededor de 0.05% hasta menos de un 2%). Algunas veces otros elementos de aleacin especficos tales como el Cr (Cromo) o Ni (Nquel) se agregan con propsitos determinados. Ya que el acero es bsicamente hierro altamente refinado (ms de un 98%), su fabricacin comienza con la reduccin de hierro, el cual se convierte ms tarde en acero. 2.2 Ventajas del acero como material estructural. . La supuesta perfeccin de este metal, talvez el ms verstil de todos los materiales estructurales parece ms razonable cuando se considera su resistencia, poco peso, facilidad de fabricacin y otras propiedades convenientes. Entre algunas ventajas podemos mencionar, alta resistencia, uniformidad, elasticidad, durabilidad, ductilidad, etc. 2.3 Clasificacin del acero. Los diferentes tipos de acero se clasifican de acuerdo a los elementos de aleacin que producen distintos efectos en el Acero. Aceros al carbono. Ms del 90% de todos los aceros son aceros al carbono. Estos aceros contienen diversas cantidades de carbono y menos del 1.65% de manganeso, el 0.60% de silicio y el 0.60% de cobre. Entre los productos fabricados con

38. CAPITULO II. Marco Terico. Ing. Civil 38 aceros al carbono figuran mquinas, carroceras de automvil, la mayor parte de las estructuras de construccin de acero, cascos de buques, etc. Aceros aleados. Estos aceros contienen una proporcin determinada de vanadio, molibdeno y otros elementos, adems de cantidades mayores de manganeso, silicio y cobre, que los aceros al carbono normales. Estos aceros de aleacin se pueden clasificar en: Estructurales. Son aquellos aceros que se emplean para diversas partes de mquinas, tales como engranajes, ejes y palancas. Adems se utilizan en las estructuras de edificios, construccin de chasis de automviles, puentes, barcos. Para Herramientas. Aceros de alta calidad que se emplean en herramientas para cortar y modelar metales y no-metales. Por lo tanto, son materiales empleados para cortar y construir herramientas tales como taladros, escariadores, fresas, terrajas y machos de roscar. Especiales Los aceros de aleacin especiales son los aceros inoxidables y aquellos con un contenido de cromo generalmente superior al 12%. Estos aceros de gran dureza y alta resistencia a las altas temperaturas y a la corrosin, se emplean en turbinas de vapor, engranajes, ejes y rodamientos. Aceros de baja aleacin ultra resistentes. Esta familia es la ms reciente de las cuatro grandes clases de acero. Los aceros de baja aleacin son ms baratos que los aceros aleados convencionales ya que contienen cantidades menores de los costosos elementos de aleacin. Sin embargo, reciben un tratamiento especial que les da

39. CAPITULO II. Marco Terico. Ing. Civil 39 una resistencia mucho mayor que la del acero al carbono. En la actualidad se construyen muchos edificios con estructuras de acero de baja aleacin, las vigas pueden ser ms delgadas sin disminuir su resistencia, logrando un mayor espacio interior en los edificios. Aceros inoxidables. Los aceros inoxidables contienen cromo, nquel y otros elementos de aleacin, que los mantienen brillantes y resistentes a la herrumbre y oxidacin a pesar de la accin de la humedad o de cidos y gases corrosivos. Algunos aceros inoxidables son muy duros; otros son muy resistentes y mantienen esa resistencia durante largos periodos a temperaturas extremas. Debido a sus superficies brillantes, en arquitectura se emplean muchas veces con fines decorativos. 2.4 Tipos de Perfiles Americanos. En apenas cinco aos, el acero del ASTM A992 de 50 KSI se ha convertido en la especificacin dominante para las formas W, desplazando slidamente los de ASTM A36. De hecho, ASTM A992 se fabrica tan comnmente que ahora cuesta menos que el de ASTM A36. Tipos de perfiles. W Perfiles de alas paralelas S Perfiles I de alas inclinadas HP Perfiles H de alas anchas y caras paralelas para pilares C Perfiles U estndar de alas inclinadas MC Perfiles U de alas inclinadas L Perfiles angulares de lados iguales Figura 2-1. Tipos de perfiles

40. CAPITULO II. Marco Terico. Ing. Civil 40 2.5 Sistemas Estructurales. 2.5.1 Sistemas Estructurales Bsicos Se define como estructura a los cuerpos capaces de resistir cargas sin que exista una deformacin excesiva de una de las partes con respecto a otra. Por ello la funcin de una estructura consiste en trasmitir las fuerzas de un punto a otro en el espacio, resistiendo su aplicacin sin perder la estabilidad. La anterior definicin genera diferentes tpicos tales como: fuerza, momento de una fuerza, esfuerzo, deformacin etc., que buscan cumplir con la premisa expuesta anteriormente. 2.5.2 Clasificacin de Sistemas Estructurales. 1. Sistema de Forma Activa: Estructuras que trabajan a traccin o compresin simples, tales como los cables y arcos. 2. Sistemas de Vector Activo: Estructuras en estados simultneos de esfuerzos de traccin y compresin, tales como las cerchas planas y espaciales. 3. Sistemas de Masa Activa: Estructuras que trabajan a flexin, tales como las vigas, columnas y marcos. 4. Sistemas de Superficie Activa: Estructuras en estado de tensin superficial, tales como las placas, membranas y cpulas. 1. Sistemas de Forma Activa. Cables: Los cables son estructuras flexibles debido a la pequea seccin transversal en relacin con la longitud. Esta flexibilidad indica una limitada resistencia a la flexin, por lo que la carga se transforma en traccin y tambin hace que el cable cambie su forma segn la carga que se aplique. Arcos: Si se invierte la forma parablica que toma un cable, sobre el cual actan cargas uniformemente distribuidas segn una horizontal, se obtiene la forma ideal de un arco que sometido a ese tipo de carga desarrolla slo fuerzas

41. CAPITULO II. Marco Terico. Ing. Civil 41 de compresin. El arco es en esencia una estructura de compresin utilizado para cubrir grandes luces. Foto 2-1. Estructuras usando arcos. Puente sobre el Ro Ebro (Logroo), 140 mts de Luz. 2. Sistemas de Vector Activo. Sistema de armaduras: Una estructura de elementos lineales conectados mediante juntas o nudos se puede estabilizar de manera independiente por medio de tirantes o paneles con relleno rgido. Para ser estables internamente o por si misma debe cumplir con las siguientes condiciones: Uso de juntas rgidas Estabilizar una estructura lineal: Por medio de arreglos de los miembros en patrones rectangulares coplanares o tetraedros espaciales, a este se le llama celosa. Cuando el elemento estructural producido es una unidad para claro plano o voladizo en un plano, se llama armadura. Un elemento completo tiene otra clasificacin: arco o torre de celosa. Tipos de armaduras. Las formas perimetrales de la mayora de las armaduras planas son triangulares, rectangulares, arqueadas o lenticulares. Estas formas perimetrales estn invariablemente descompuestas en unidades

42. CAPITULO II. Marco Terico. Ing. Civil 42 triangulares ms pequeas. Todos los elementos no tienen continuidad en las juntas y todas las juntas se comportan como si estuvieran articuladas. Foto 2-2. Parqueo con armadura en su estructura de techo. 3. Sistemas de Masa Activa Vigas: Las vigas figuran entre los elementos estructurales ms comunes, dado que la mayor parte de las cargas son verticales y la mayora de las superficies utilizables son horizontales. Por consiguiente las vigas transmiten en direccin horizontal las cargas verticales, lo que implica una accin de flexin y corte. En una viga simplemente apoyada, una carga aplicada en el punto medio se transmite por mitades a ambos apoyos. En las vigas en voladizo esta se trasmite al extremo apoyado. Las mximas luces que se pueden conseguir en vigas varan segn el material y la forma de la seccin transversal. Marcos: El Marco rgido simple, se comporta de manera monoltica y es ms resistente tanto a las cargas verticales como a las horizontales. A medida que aumentan el ancho y la altura del edificio, resulta prctico aumentar el nmero de naves, reduciendo as la luz de las vigas y absorbiendo las cargas horizontales de manera ms econmica. La estructura resistente del edificio se convierte de este modo en un prtico con una serie de mallas

43. CAPITULO II. Marco Terico. Ing. Civil 43 rectangulares que permiten la libre circulacin en el interior, y es capaz de resistir tanto cargas horizontales como verticales. Una serie de estos marcos, paralelos entre s y unidos por vigas horizontales, constituye la estructura tipo jaula que encontramos hoy en la mayora de los edificios de acero o de concreto armado. Estos prticos tridimensionales actan integralmente contra cargas horizontales de cualquier direccin, pues sus columnas pueden considerarse como parte de uno u otro de dos sistemas de prticos perpendiculares entre s. Foto 2-3. Construccin con marcos tridimensionales Bajo la accin de cargas verticales, los tres elementos de un prtico simple se hallan sometidos a esfuerzos de compresin y flexin. Con las proporciones usuales de vigas y columnas, la compresin predomina en las ltimas y la flexin en las primeras.

44. CAPITULO II. Marco Terico. Ing. Civil 44 Foto 2-4. Nave industrial Tipos de marcos. Marcos Arriostrados: El sistema de arriostramiento de una estructura de varios niveles deber ser adecuado para: Evitar el pandeo de las estructuras bajo cargas verticales. Conservar la estabilidad lateral de la estructura incluyendo los efectos P-D bajo cargas verticales y horizontales de diseo. Si el edificio tiene muros de cortante ligados a los marcos por medio de losas de concreto u otros sistemas de piso de rigidez suficiente, los muros se considerarn como parte del sistema vertical del arriostramiento. Al analizar el pandeo y la estabilidad lateral de la estructura puede considerarse a las columnas, vigas y diagonales de los marcos arriostrados como una armadura vertical en voladizo (en uniones articuladas) y deben considerarse sus deformaciones axiales.

45. CAPITULO II. Marco Terico. Ing. Civil 45 Figura 2-2. Marcos Contraventeados. Las fuerzas axiales de todos los miembros de los marcos contraventeados producidos por las fuerzas verticales y horizontales de diseo (Pi) deben cumplir: P < 0.85 Py (Ecuacin 2-1) Donde: Py = At Fy (Ecuacin 2-2) Las vigas incluidas en el sistema vertical de contraventeos se deben disear a flexocompresin considerando las fuerzas axiales debido a cargas laterales. Marcos no Arriostrados: Las resistencias de marcos que pertenecen a edificios sin Arriostramiento ni muros de cortante deben determinarse con un ngulo que incluye el efecto de los desplazamientos laterales y de las deformaciones axiales de columnas. Dichos marcos deben ser estables bajo la combinacin de cargas laterales y verticales. Las fuerzas axiales en columnas debern limitarse a 0.75 Py. 4. Sistemas de Superficie Activa Placas: Los sistemas de entramado son particularmente eficientes para transferir cargas concentradas y para lograr que toda la estructura participe en

46. CAPITULO II. Marco Terico. Ing. Civil 46 la accin portante. Esta eficiencia se refleja no slo en la mejor distribucin de las cargas sobre los apoyos, sino en la menor relacin espesor a luz de los entramados rectangulares. La relacin espesor a luz en los sistemas de vigas paralelas empleados en la construccin corriente vara entre [1/10, 1/24], segn el material de las vigas. En el proyecto moderno de edificios de oficinas, es comn apoyar las placas de piso sobre una pared exterior o sobre una serie de columnas y en el ncleo interno, dentro del cual se disponen los ascensores, conductos de aire acondicionado y otros elementos del sistema mecnico, elctrico y sanitario. De esa manera se obtiene una zona de piso totalmente libre. Membranas: Una membrana es una hoja de material tan delgada que para todo fin prctico, puede desarrollar solamente traccin. Algunos ejemplos de membrana constituyen un trozo de tela o de caucho. En general, las membranas deben estabilizarse por medio de un esqueleto interno o por pretensin producido por fuerzas externas o presin interna. El pretensado permite que una membrana cargada desarrolle tensiones de compresin hasta valores capaces de equilibrar las tensiones de traccin incorporadas a ellas.

47. CAPITULO II. Marco Terico. Ing. Civil 47 2.5.3 Sistemas Estructurales Segn la NTDS, 1994 El Salvador. Tabla 2-1. Sistemas Estructurales Segn la NTDS, 1994 El Salvador. En la Norma Tcnica para Diseo por Sismo de El Salvador (N.T.D.S., 1994), se definen cinco Sistemas Estructurales y asigna un valor R, Cd y H a cada sistema estructural. Donde. R: Factor de Modificacin de Respuesta Cd: Amplificacin de Desplazamiento H: Lmite de altura

48. CAPITULO II. Marco Terico. Ing. Civil 48 2.6 Mtodos de Diseo. 2.6.1 Mtodo de Diseo por Factores de Carga y Resistencia (LRFD). El diseo con factores de carga y resistencia se basa en los conceptos de estados lmite. El trmino de estado lmite se utiliza para describir una condicin en la que una estructura o parte de ella deja de cumplir su funcin predeterminada. Existen dos tipos de estado lmite: los de resistencia y los de servicio. Los primeros se basan en la seguridad o capacidad de carga de las estructuras e incluyen resistencias plsticas, de pandeo, de fractura, de fatiga, de volteo, etc. Los segundos se refieren al comportamiento de las estructuras bajo cargas normales de servicio y tiene que ver con aspectos asociados con el uso y ocupacin, tales como flechas excesivas, deslizamientos, vibraciones, etc. Figura 2-3. Curvas esfuerzo deformacin para diferentes tipos de acero. La estructura no solo debe ser capaz de resistir las cargas de diseo sino tambin las de servicio en forma tal, que se cumplan los requisitos de los usuarios de ella.

49. CAPITULO II. Marco Terico. Ing. Civil 49 Las especificaciones del LRFD se concentran en requisitos muy especficos relativos a los estados lmite de resistencia y permiten cierta libertad en el rea de servicio. En este mtodo, las cargas de trabajo o servicio, Qi, se multiplican por factores de carga o de seguridad, i, que son casi siempre mayores de 1 y se obtienen las cargas ltimas o factorizadas. La estructura se proporciona para que tenga una resistencia ltima de diseo suficiente para soportar las cargas factorizadas. Esta resistencia se considera igual a la resistencia terica o nominal, Rn, del miembro estructural, multiplicada por un factor de resistencia , que es normalmente menor que 1. Con este factor, se intenta tomar en cuenta las incertidumbres relativas a resistencia de los materiales, dimensiones y mano de obra, etc. Para un miembro particular se debe cumplir que: nii RQ (Ecuacin 2-3) Factores de Carga El propsito de los factores de carga es incrementar las cargas para tomar en cuenta las incertidumbres implicadas al estimar las magnitudes de las cargas vivas, muertas y accidentales durante la vida til de la estructura. El AISC-LRFD tiene las siguientes combinaciones de carga: U representa la carga ltima; D son las cargas muertas; L son las cargas vivas; Lr son las cargas vivas en techos; S son las cargas de nieve; R son las cargas por lluvia, granizo o hielo, sin incluir el encharcamiento; W son las cargas de viento y E son las cargas ssmicas. a) U = 1.4D b) U = 1.2D + 1.6L + 0.5(Lr o S o R) Si se consideran las fuerzas de viento o sismo: c) U = 1.2D + 1.6 (Lr o s o R) + (0.5L o 0.8W) d) U = 1.2D + 1.3W + 0.5L + 0.5 (Lr o s o R) e) U = 1.2D + 1.5E + (0.5L o 0.2S)

50. CAPITULO II. Marco Terico. Ing. Civil 50 Para considerar el posible efecto de volteo: f) U = 0.9D (1.3W o 1.5E) Factores de Resistencia Para estimar con precisin la resistencia ltima de una estructura, es necesario tomar en cuenta las incertidumbres que se tiene en la resistencia de los materiales, en las dimensiones, en la mano de obra, etc. Algunas de las incertidumbres que afectan a estos factores son: a) La resistencia de los materiales puede variar inicialmente en forma considerable respecto a los valores supuestos y la variacin ser mayor con el paso del tiempo debido al flujo plstico, a la corrosin y a la fatiga. b) Los mtodos de anlisis estn sujetos con frecuencia a errores apreciables o no se tiene un criterio definido para la estructuracin. c) Los fenmenos naturales como sismos, huracanes, tornados, etc., causan condiciones difciles de predecir. d) Las incertidumbres durante el proceso constructivo as como el maltrato que puedan recibir las estructuras durante la fabricacin y montaje. Las cargas constructivas pocas veces consideradas en los anlisis de cargas, etc. e) Las cargas muertas de una estructura pueden estimarse con bastante exactitud, pero no as las cargas vivas. f) Otras incertidumbres son la presencia de esfuerzos residuales y concentraciones de esfuerzos, variaciones en las dimensiones de las secciones, etc.

51. CAPITULO II. Marco Terico. Ing. Civil 51 Tabla 2-2. Factores de Resistencia Caracterstico 2.6.2 Comparacin de los Mtodos de Diseo por esfuerzo permisible (ASD) y por carga ltima (LRFD). Existen dos enfoques hacia el diseo estructural. El primero, que es el ms convencional, se basa en el concepto del esfuerzo permisible y en el comportamiento elstico, y el segundo, que parece ser ms racional y esta siendo gradualmente aceptado, se basa en el diseo plstico y en la carga ultima. La carga permisible es una fraccin de la resistencia ltima del miembro, determinada sobre la base de un valor lmite del esfuerzo mximo, llamado esfuerzo permisible; los esfuerzos permisibles estn definidos generalmente en el cdigo aplicable a cada estructura en particular. La magnitud del esfuerzo permisible es una fraccin del esfuerzo de fluencia y la relacin fafy / se llama a menudo factor de seguridad; este concepto de seguridad se basa en la suposicin de que la iniciacin del flujo plstico marca el lmite de utilidad de la estructura y que, para obtener una seguridad adecuada, la carga permisible FACTORES DE RESISTENCIA CARACTERSTICOS Situaciones Factores de Resistencia Aplastamiento en reas proyectantes, fluencia del alma bajo cargas concentradas, cortante en tornillos en juntas tipo friccin. 1.00 Vigas sometidas a flexin, filete de soldadura con esfuerzos paralelos al eje de soldadura, soldadura de ranura en el metal base. 0.90 Columnas, aplastamiento del alma, distancias al borde y capacidad de aplastamiento en agujeros. 0.85 Cortante en el rea efectiva de soldadura de ranura con penetracin completa, tensin normal al rea efectiva de soldadura de ranura con penetracin parcial. 0.80 Tornillos a tensin, soldaduras de tapn o muescas, fractura en la seccin neta de miembros a tensin. 0.75 Aplastamiento en tornillos (que no sean del tipo A307) 0.65 Aplastamiento en tornillos A307, aplastamiento en cimentaciones de hormign. 0.60

52. CAPITULO II. Marco Terico. Ing. Civil 52 debe ser igual o mayor que la carga de diseo calculada. La carga de diseo del miembro, correspondiente a las condiciones existentes bajo cargas de servicio, se calcula usando la teora elstica. Este mtodo de diseo, basado en cargas de servicio, comportamiento elstico y esfuerzos permisibles, es ampliamente aceptado porque se desarrollo como parte integral del anlisis racional de esfuerzos y tiene tras de si la autoridad de la experiencia y la tradicin. En las especificaciones se han incluido muchas reglas empricas para hacerlo practico. La principal desventaja de este mtodo es que no suministra una capacidad uniforme de sobre carga para todas las partes y tipos de estructuras. Considrese una viga que soporta una carga dw y una carga viva de diseo lw . La viga esta proporcionada de tal manera que, al estar sujeta a la carga ( )ld ww + , se comporta elsticamente y, debido al momento flexionante mximo aM , aparece en ella un esfuerzo mximo SMa / precisamente igual al esfuerzo permisible af , por tanto: ( ) 2 xLwwqM lda += y S M f a a = (Ecuacin 2-4; 2-5) donde q es un coeficiente numrico que define el momento flexionante mximo en la viga, basado en el anlisis elstico. La capacidad de sobrecarga de la viga queda definida por la magnitud de carga viva que es capaz de soportar hasta el colapso plstico. El momento plstico mximo que puede soportar es SkfM yp = y la carga viva correspondiente a la condicin de colapso es lc mww = . La capacidad de sobrecarga se mide en trminos del factor m. Debido a la redistribucin plstica de momentos en la viga, ( ) 2 LmwwrqM ldp += de modo que la relacin ap MM / puede expresarse como sigue:

53. CAPITULO II. Marco Terico. Ing. Civil 53 Sf Skf M M a y a p = (Ecuacin 2-6) ( ) ld ld a p ww mwwr M M + + = (Ecuacin 2-7) El valor de m, deducido de las ecuaciones anteriores, es l d l d a y w w w w rf kf m += 1 (Ecuacin 2-8) Se ve que, para un valor constante de af , la capacidad de sobrecarga m varia con el factor de forma k, con la relacin de esfuerzo de fluencia al permisible, ay ff / , con el factor de redistribucin r y con la relacin de carga muerta a carga viva, ld ww / La amplia variacin en las capacidades de sobrecarga indica la limitacin implcita en el uso de un valor constante del esfuerzo permisible af . Por ejemplo, al nivel usual de )/( ay ff = 1.65, y para una viga tpica de seccin I, m puede variar desde 2.21 (viga libremente apoyada con carga muerta relativamente baja) hasta 7.12 (viga doblemente empotrada con carga muerta relativamente alta) Si se desea una capacidad constante de sobrecarga m , debe usarse un esfuerzo permisible variable af , que puede obtenerse as: ( ) ( )ld ld ya wwmr wwk ff / /1 + + = (Ecuacin 2-9) En varias especificaciones se propone el empleo de diversos valores de esfuerzos permisibles para diferentes condiciones de carga. Por ejemplo, el AISC permite el aumento de 20% en el esfuerzo permisible de flexin para momentos negativos en apoyos interiores de vigas continuas de seccin compacta, y un aumento de 33.3% en miembros sujetos solamente a esfuerzos causados por el viento, o por una combinacin de viento y otras cargas. Estos procedimientos no toman en cuenta, sin embargo, todos los factores que

54. CAPITULO II. Marco Terico. Ing. Civil 54 afectan a af , y no dan necesariamente una capacidad uniforme de sobrecarga m . Por tanto, los diseos basados en el mtodo de esfuerzos permisibles, aunque usualmente seguros, no son siempre uniformemente econmicos. l d l d a y w w w w rf kf m += 1 (Ecuacin 2-10) El procedimiento de diseo plstico difiere del mtodo convencional de esfuerzos permisibles en tres aspectos importantes: (a) Se usan cargas ltimas en vez de cargas de servicio, (b) Las fuerzas y momentos en los miembros sometidos a cargas ltimas se determinan sobre una base ms realista, que incluye la accin inelstica, y (c) Los miembros se proporcionan de manera tal que su resistencia ltima exceda, o cuando menos iguale, a las fuerzas y momentos producidos por las cargas ltimas. Para determinar las cargas ltimas se consideran las cargas vivas y muertas por separado, y se incrementa cada una de ellas segn un factor distinto, para tomar en cuenta las condiciones de servicio ms severas. Las cargas muertas, estimadas por medio de un diseo preliminar, no cambiaran probablemente durante la vida de la estructura; el factor de carga muerta debe tener en cuenta solamente, desviaciones menores sobre el valor estimado, debidas a variaciones en la densidad de los materiales, las dimensiones de los elementos estructurales, en la naturaleza aproximada de la distribucin supuesta en el anlisis, y a algunas posibles ampliaciones futuras. Una variacin de 20% en el valor estimado de las cargas muertas es suficiente, en general, para tomar en cuenta esas posibilidades. Las cargas vivas, por otro lado, estn sujetas a variaciones considerables; un aumento futuro, tal como un cambio en la naturaleza y densidad del trnsito sobre un puente, o un cambio del tipo de ocupacin o de equipo en un edificio, puede incrementarlas de manera apreciable. En algunos casos, pueden incluirse en el factor de carga viva efectos dinmicos o de impacto; sin embargo, cuando estos efectos son de importancia principal, como en los soportes para un ascensor o para maquinaria

55. CAPITULO II. Marco Terico. Ing. Civil 55 vibratoria pesada, deben ser objeto de una evaluacin especial. Aunque no es necesario que el factor de carga viva tome en cuenta todas las condiciones posibles, si debe considerar los sistemas de carga raros pero probables, a los cuales no debe permitrseles que destruyan la utilidad de la estructura. Generalmente se considera un factor de carga viva comprendido entre 1.5 y 2.0 como mnimo, en lo que se refiere al incremento de carga en si; se especifica un valor ms alto para tomar en cuenta otras incertidumbres. Otras cargas, tales como viento y sismo, deben estimarse tambin, e incrementarse por medio de un factor de carga adecuado, para ser utilizados en diseo ltimo. Pueden considerarse como crticas varias combinaciones de condiciones de carga; por ejemplo, las Reglas AISC para el Diseo Plstico de Edificios especifican que las cargas ltimas mnimas deben ser 1.70 veces la suma de las cargas viva y muerta, para vigas simples y continuas, 1.85 veces la carga viva mas la muerta para marcos continuos, y 1.40 veces la suma de las cargas viva, muerta y de viento o de sismo, para cualquiera de los dos tipos de estructuras anteriores. El concepto de que la distribucin de las cargas en estructuras estticamente indeterminadas esta basado en la capacidad de carga mxima de los miembros, es bsico para la filosofa del diseo por carga ltima. Esto implica que los miembros y conexiones deben disearse, y su capacidad mxima de carga debe determinarse, antes de que quede definida la distribucin de carga ltima. Despus de que se ha verificado la seguridad de los miembros contra la falla bajo cargas ltimas, deben revisarse para determinar su funcionamiento bajo las cargas de servicio. Esto incluye consideraciones de deformaciones, fatiga, respuesta dinmica, fluencia inicial local y otras caractersticas estructurales que puedan tener influencia en el comportamiento funcional. Por ejemplo, con una relacin grande de carga muerta a carga viva y un factor pequeo de carga viva, el diseo puede quedar controlado por la limitacin

56. CAPITULO II. Marco Terico. Ing. Civil 56 convencional de evitar el flujo plstico bajo condiciones normales de carga viva mas carga muerta, en vez de que rija la capacidad ltima. Deben considerarse tambin los cambios de temperatura y los asentamientos de los apoyos en el grado en que afecten a los esfuerzos y deformaciones. Aunque el diseo plstico es un mtodo racional que tiene en cuenta el comportamiento inelstico de la estructura, no reemplazar a los dems mtodos de anlisis y diseo. El mtodo tiene muchas ventajas que animan a usarlo, pero tiene tambin algunas limitaciones. Entre las ventajas se cuenta: (a) posibilidad de determinar la capacidad de sobrecarga bajo condiciones de carga sencillas, (b) uso eficiente del material, (c) simplicidad de los clculos del anlisis plstico para estructuras reticulares sencillas, y (d) diseo de detalles ms econmicos que reflejen el comportamiento plstico. 2.7 Elementos estructurales. 2.7.1 Miembros a tensin. 2.7.1.1 Anlisis de miembros en tensin. Es comn encontrar miembros sujetos a tensin en puentes, armaduras de techos, torres, sistemas de arriostramiento de miembros usados como tirantes. Los miembros a tensin son uno de los problemas ms sencillos; que se encuentran en el diseo de estructuras. Como no existe el problema de pandeo, el diseador slo necesita calcular la fuerza factorizada que debe tomar el miembro y dividirla entre un esfuerzo de diseo para determinar el rea de la seccin transversal efectiva necesaria. Luego se debe seleccionar una seccin de acero que satisfaga esta rea. Los miembros a tensin de armaduras para techos pueden consistir en ngulos simples tan pequeos como el de 2 x 2 x pulg para miembros menores. Un miembro ms satisfactorio se construye a base de dos ngulos, espalda con espalda, con separacin suficiente entre ellos para permitir la

57. CAPITULO II. Marco Terico. Ing. Civil 57 insercin de placas de conexin. Cuando las secciones se disponen espalda con espalda, deben conectarse cada 4 0 5 pies para prevenir vibracin, especialmente en armaduras de puentes. Probablemente los ngulos simples y los dobles son los tipos ms comunes que se usan en miembros a tensin. Las estructuras T resultan muy satisfactorias como cuerdas de armaduras soldadas porque los miembros de la celosa se pueden conectar fcilmente a ellas. Los miembros a tensin en puentes y armaduras de grandes techos pueden consistir en canales, secciones W, S o en secciones armadas a base de ngulos, canales y placas. Los canales simples se usan con frecuencia, ya que tienen poca excentricidad y son fciles de conectar. Aunque con el mismo peso, por unidad de longitud las secciones W son ms rgidas que las secciones S, pero tienen la desventaja, desde el punto de vista de su conexin, de variar en sus peraltes. Aunque los perfiles estructurales simples son un poco ms econmicos que las secciones armadas, stas se usan ocasionalmente cuando el diseador no obtiene suficiente rea o rigidez con las formas simples. Cuando se usen secciones armadas es importante recordar que se tendrn que realizar conexiones de campo y aplicar una o varias capas de pintura; por ello se debe disponer de suficiente espacio para poder efectuar estas operaciones. Los miembros individuales muy largos tales como los perfiles angulares pueden resultar de difcil manejo debido a su alta flexibilidad, pero cuando se unen cuatro ngulos tornando un solo miembro como se muestra en la figura 2-4, este adquiere considerable rigidez.

58. CAPITULO II. Marco Terico. Ing. Civil 58 Figura. 2-4. Tipos de Miembros a Tensin. Ninguna de las placas de unin intermitentes se considera que incrementa el rea efectiva de las secciones. Como tericamente stas no toman porciones de la fuerza actuante en las secciones principales, sus tamaos quedan regidos generalmente por las especificaciones y a veces por el buen juicio del diseador. Las cubreplacas perforadas son una excepcin, pues parte de sus reas pueden considerarse efectivas para resistir la carga axial. En la figura 2-4 se muestran algunos tipos de miembros a tensin de uso general. En esta figura las lneas interrumpidas representan las placas de unin intermitentes a las barras usadas para conectar los perfiles. Los cables de acero se fabrican con alambres especiales de acero aleado que se extruyen en fro con el dimetro deseado. La resistencia de los alambres resultantes, que vara entre 200.000psi y 250.000psi, se puede usar econmicamente en puentes colgantes, techos suspendidos, funiculares y en aplicaciones similares. Normalmente para seleccionar un cable el diseador usa el manual del fabricante; mediante ste determina el tamao necesario del cable as como el esfuerzo de fluencia del acero. Tambin se pueden seleccionar ah las abrazaderas y otros dispositivos conectores para los extremos del cable.

59. CAPITULO II. Marco Terico. Ing. Civil 59 2.7.1.2 Diseo por resistencia de miembros a tensin. Un miembro dctil de acero, sin agujeros y sometido a una carga de tensin puede resistir, sin fracturarse, una carga mayor que la correspondiente al producto del rea de su seccin transversal y del esfuerzo de fluencia del acero, gracias al endurecimiento por deformacin. Sin embargo, un miembro a tensin cargado hasta el endurecimiento, se alargar considerablemente y restar utilidad a ste, pudiendo adems causar la falla del sistema estructural del que forma parte el miembro. Por otra parte, si tenemos un miembro a tensin con agujeros para tornillos, ste puede fallar por fractura en la seccin neta que pasa por los agujeros. Esta carga de falla puede ser ms pequea que la carga requerida para plastificar la seccin bruta alejada de los agujeros. Se debe tener en cuenta que la parte del miembro que tiene un rea transversal reducida por los agujeros, es muy corta comparada con su longitud total. Aunque la condicin de endurecimiento por deformacin se alcanza rpidamente en la porcin de rea neta del miembro, la plastificacin en esa zona no es realmente un estado lmite de importancia, ya que el cambio total en la longitud del miembro, debido a esa plastificacin en una parte tan corta, puede ser insignificante. La especificacin LRFD (D1) estipul que la resistencia de diseo de un miembro a tensin, nt P ser la ms pequea de los valores obtenidos con las dos expresiones siguientes: Para el estado limite de fluencia en la seccin bruta (con la idea de prevenir alargamiento excesivo del miembro). gyn AFP = (Ecuacin D1-1 del LRFD) conAFP gytu = 90.0=t eun AFP = (Ecuacin D1-2 del LRFD) conAFP eytu = 75.0=t

60. CAPITULO II. Marco Terico. Ing. Civil 60 En la expresin anterior Fu es el esfuerzo de tensin mnimo especificado y Ag es el rea neta efectiva que se supone resiste la tensin en la seccin a travs de los agujeros. Esta rea puede ser algo ms pequea que el rea neta real, An debido a las concentraciones de esfuerzo y a otros factores. 2.7.1.3 reas netas. La presencia de un agujero en un miembro sujeto a tensin incrementa los esfuerzos, an si el agujero est ocupado por un tornillo. (Cuando se usan tornillos de alta resistencia puede haber algn desacuerdo respecto a esto, bajo ciertas circunstancias). Se tiene menos rea de acero sobre la que puede distribuirse la carga y habr concentracin de esfuerzos a lo largo del borde del agujero. Bajo carga ltima es razonable suponer una distribucin uniforme de los esfuerzos. La importancia de la ductilidad en la resistencia de miembros a tensin atornillados o remachados se ha demostrado claramente en ensayos. Los miembros a tensin (con agujeros para tornillos) fabricados de acero dctil han resultado entre 1/5 y 1/6 ms resistentes que miembros similares, hechos de aceros frgiles con las mismas resistencias ltimas. Ya hemos visto que el acero pierde su ductilidad y se vuelve susceptible a una fractura frgil. Tal condicin puede ser creada por cargas que induzcan fatiga y por temperaturas muy bajas. Este anlisis inicial es aplicable solamente a miembros a tensin sometidos a cargas prcticamente estticas. Si es necesario disear estos miembros por cargas de fatiga, deber ponerse especial cuidado en minimizar las fuentes de concentracin de esfuerzos, tales como los cambios bruscos de seccin transversal, esquinas salientes, etc. El trmino rea neta de la seccin transversal o simplemente rea neta se refiere al rea bruta de la seccin transversal menos la de ranuras, muescas y agujeros. Al considerar el rea de stos; por lo general es necesario restar un

61. CAPITULO II. Marco Terico. Ing. Civil 61 rea un poco mayor que la nominal del agujero. Por ejemplo, en la fabricacin de estructuras de acero para conectarse con tornillos, los agujeros se hacen con un dimetro 1/16 pulg mayor que el correspondiente al tornillo o remache. Adems, se considera que el punzonado del agujero daa o aun destruye, 1/6 pulg (1.6 mm) ms del metal circundante; por tanto, el rea de los agujeros que se resta corresponde a un dimetro 1/8 pulg (3 mm) mayor que el dimetro nominal del conector. El rea que se resta por agujeros es rectangular e igual al producto del dimetro del agujero por el espesor del metal. (Si los agujeros deben ser ranurados, la prctica usual es agregar 1/16 pulg en el ancho real de los agujeros.) Las placas con espesores mayores que el dimetro del conector, son difciles de punzonar a la medida requerida sin que se presente una deformacin excesiva del material circundante. Estos agujeros deben prebarrenarse a dimetros ligeramente menores en 3/16 pulg que los especificados, y luego, cuando las piezas estn ya ensambladas, rimarse al dimetro justo. Con este proceso se daa poco el material y, como los agujeros resultantes son lisos y de paredes uniformes, no se considera necesario restar un 3/16 pulg por dao a los lados. Algunas veces, cuando deben conectarse piezas de gran espesor, los agujeros se taladran al dimetro del conector, ms 1/32 pulg; este proceso resulta muy costoso y debe evitarse siempre que sea posible. Puede resultar necesario adoptar una mayor tolerancia dimensional durante los montajes para tornillos de alta resistencia con dimetros mayores de 8 pulg. Para esta situacin pueden usarse agujeros mayores que los estndares sin reducir la eficiencia de la conexin. Estos agujeros pueden ser ovalados. Las lneas de accin de los miembros de armaduras que llegan a una junta se consideran concurrentes. Si no concurren se tendrn excentricidades y aparecern esfuerzos secundarios. Se supone que los ejes de gravedad de los

62. CAPITULO II. Marco Terico. Ing. Civil 62 miembros coinciden con las lneas de accin de sus fuerzas respectivas. En un miembro simtrico no existe problema, ya que su eje de simetra coincide con su eje de gravedad, pero en miembros no simtricos el problema es un poco ms difcil. Para estos miembros, la lnea de centro no coincide con el eje de gravedad, pero la prctica comn es colocar dichos miembros en la junta de manera que los ejes de las hileras de conectores (lneas de gramil) concurran. Si un miembro tiene ms de una lnea de gramil se utiliza para detallar la ms cercana al eje de gravedad de la pieza. La figura 2-5 muestra el nudo de una armadura en la que coinciden los centros de gravedad. Figura. 2-5. Alineacin de los centros de gravedad de miembros. 2.7.1.4 reas netas efectivas. Si un miembro que no sea una barra o una placa plana se somete a tensin axial hasta que ocurre la falla en su seccin neta, el esfuerzo real de falla a tensin probablemente ser menor que el obtenido en una probeta, a menos que las diversas partes que conforman la seccin estn conectadas de manera que el esfuerzo se transmita uniformemente a travs de la seccin. Si las fuerzas no son transferidas uniformemente a travs de la seccin transversal de un miembro, habr una regin de transicin de esfuerzo no uniforme que ira de la conexin al miembro a lo largo de cierta distancia. En la conexin la mayor parte de la carga es soportada por el ala conectada y se requiere la distancia de transicin mostrada en la parte b) de la figura 2.6 para que el esfuerzo se reparta uniformemente a travs de todo el ngulo.

63. CAPITULO II. Marco Terico. Ing. Civil 63 En la regin de transicin, el esfuerzo en la parte conectada del miembro puede fcilmente exceder yF , y entrar al rango de endurecimiento por deformacin. A menos que la carga sea reducida, el miembro podr fracturarse prematuramente. Entre ms nos alejamos de la conexin, ms uniforme se vuelve el esfuerzo. En la regin de transicin, el esfuerzo cortante se ha "retrasado" y el fenmeno se conoce como retraso del cortante. Figura 2-6. Retraso de cortante. Figura 2-7. Reduccin del retraso de cortante, y por lo tanto de x , mediante la reduccin de la longitud del ala no conectada. En una situacin as el flujo del esfuerzo de tensin, entre la seccin transversal del miembro principal y la del miembro ms pequeo conectado a l, no es 100% efectivo. Consecuentemente, las especificaciones LRFD (B3) estipulan que el rea neta efectiva, Ae, de dicho miembro se determine multiplicando su rea neta (si est atornillado o remachado) o su rea total (si est soldado) por un factor de reduccin U; este factor toma en cuenta de manera sencilla la distribucin no uniforme del esfuerzo.

64. CAPITULO II. Marco Terico. Ing. Civil 64 eA = AU (Ecuacin B3 - 1 del LRFD) El ngulo mostrado en la figura 2-7 a) esta conectado en sus extremos solo en uno de sus lados; se puede ver que su rea efectiva para resistir tensin puede incrementarse reduciendo el ancho del lado no conectado, y aumentando la del lado conectado como se muestra en la figura 2-7 b). Algunos investigadores han encontrado que una medida de la efectividad de un miembro conectado por slo uno de sus lados, es la distancia x entre el plano de la conexin y el centroide del rea de la seccin total. Entre menor sea el valor de x mayor ser el rea efectiva del miembro. La especificacin, de hecho reduce la longitud L de una conexin con retraso del cortante a una longitud efectiva mas corta, L'. El valor de U es entonces igual a L/L o 1 - x /L. En la figura 2-8 se muestra varios valores de x . Miembros atornillados. Si una carga de tensin debe transmitirse por medio de tornillos, A es igual al rea neta An del miembro y U se calcula como sigue: 9.01 = L x U (Ecuacin B3-2 del LRFD) La longitud L usada en esta expresin es igual a la distancia entre el primero y el ltimo tornillo en la lnea. Cuando hay dos o ms lneas de pernos, es la longitud de la lnea con el nmero mximo de tornillos.

65. CAPITULO II. Marco Terico. Ing. Civil 65 Figura 2-8. Valores de x para diferentes perfiles. Si los pernos estn a tresbolillo, es la dimensin fuera-a-fuera los tornillos extremos. Notar usted que entre ms larga se vuelve la conexin (L), ms grande resultar U as como el rea efectiva del miembro. No hay datos suficientes para el caso en que solo se usa un tomillo en cada lnea. Se considera que un enfoque conservado; para este caso es suponer que Ae = An del elemento conectado. Para calcular U para una seccin W conectada slo por sus patines, supondremos que la seccin est dividida en dos tes estructurales. El valor de x usado ser entonces la distancia del borde exterior del patn al centro de gravedad de la te estructural; como se muestra en la parte c) de la figura 2-8 Las partes b) y c) de la figura C-B3.1 de los comentarios LRFD ilustran los procedimientos recomendados para calcular los valores x para canales y secciones I, cuando las cargas son transferidas por medio de tornillos que pasan slo a travs de las almas de los miembros.

66. CAPITULO II. Marco Terico. Ing. Civil 66 Las especificaciones LRFD permiten usar valores mayores de U que los que se obtienen de la ecuacin si tales valores pueden justificarse por pruebas u otros criterios racionales. 2.7.1.5 Bloque de cortante. La resistencia de diseo de un miembro a tensin no siempre est especificada por gyt AF o por eut AF o bien por la resistencia de los tornillos o soldadura con que se conecta el miembro; sta puede determinarse por la resistencia de su bloque de cortante. La falla de un miembro puede ocurrir a lo largo de una trayectoria que implique tensin en un plano y cortante en otro plano perpendicular; en la figura 2-9 se muestran varias fallas posibles en el bloque de cortante. Para esas situaciones es posible que un "bloque" de acero se desgarre. Cuando una carga de tensin aplicada a una conexin particular se incrementa, la resistencia a la fractura del plano ms dbil estar prxima. Ese plano no fallar entonces porque est restringido por el plano ms fuerte. La carga puede incrementarse hasta que la resistencia a la fractura del plano ms fuerte se alcance. Durante este tiempo, el plano ms dbil est fluyendo. La resistencia total de la conexin es igual a la resistencia por fractura del plano ms fuerte ms la resistencia por fluencia del plano ms dbil. No es entonces razonable sumar la resistencia por fractura de un plano a la resistencia por fractura del otro plano para determinar la resistencia por cortante y tensin de un miembro particular. Puede verse que la resistencia por cortante y tensin es una situacin de desgarramiento o ruptura y no una situacin de fluencia.

67. CAPITULO II. Marco Terico. Ing. Civil 67 Figura 2-9. Cortante y conexin combinadas. El miembro mostrado en la figura 2-10a) tiene un rea grande de cortante y un rea pequea a tensin y su resistencia principal an a falta del bloque de cortante es el cortante y no la tensin. Las especificaciones LRFD consideran que es lgico suponer que cuando ocurre una fractura en esta zona con alta capacidad de corte, la pequea rea a tensin ya ha fluido. La parte b) de la figura 2-10 muestra un diagrama de cuerpo libre del bloque que tiende a desgarrarse del ngulo en la parte a). Puede verse que el efecto de desgarramiento es causado el aplastamiento de los tornillos al apoyarse sobre la espalda de sus agujeros. En la parte c) de la figura 2-10 se muestra un miembro que en lo que respecta al desgarramiento tiene una gran rea de tensin y una pequea rea de cortante. El LRFD Considera que para este caso la principal fuerza resistente contra una falla por cortante y tensin ser de tensin no de cortante. De esta

68. CAPITULO II. Marco Terico. Ing. Civil 68 manera, una falla por cortante y tensin puede ocurrir hasta que se fracture el rea a tensin. En ese momento es suponer que el rea cortante ha fluido. Figura 2-10. Cortante y tensin combinadas. Basada en el anlisis precedente la especificacin LRFD (J4.3) que la resistencia de diseo por bloque de cortante se determina, (1) Calculando la resistencia por fractura a tensin en la seccin neta en una direccin, y sumando a ese valor la resistencia de fluencia por cortante en el rea total del segmento perpendicular y (2) Calculando la resistencia a la fractura por cortante en el rea, total sujeta a tensin y sumando a este valor la resistencia a la fluencia por tensin en el rea neta del segmento perpendicular sujeto a cortante. Las pruebas muestran que este procedimiento da buenos resultados; adems, es consistente con los clculos previamente usados para miembros a tensin en los que se emplean reas totales para el estado lmite de fluencia ( gyt AF ) y reas netas para el estado lmite de fractura ( eyt AF ). La

69. CAPITULO II. Marco Terico. Ing. Civil 69 especificacin (J4.3) del LRFD establece que la resistencia de diseo a la ruptura por cortante y tensin debe determinarse de la manera siguiente: 1. Si nvuntu AFAF 6.0 , tendremos fluencia por cortante y fractura por tensin, por lo que debe usarse la ecuacin que sigue: [ ]ntugvyn AFAFR += 6.0 (Ecuacin J4-3a del LRFD) 2. Si FuAntFuAnv >6.0 , tendremos fluencia por tensin y fractura por cortante, y se deber entonces usar la ecuacin siguiente: [ ]gtynvun AFAFR += 6.0 (Ecuacin J4-3b del LRFD) En las expresiones: 75.0= =gvA rea total sujeta a cortante =gtA rea total sujeta a tensin =nvA rea neta sujeta a cortante =ntA rea neta sujeta a tensin En ocasiones se presentan casos en los que no resulta muy claro que secciones deben considerarse para el clculo del bloque de cortante. En tales situaciones el diseador debe usar su buen juicio. Un caso as se muestra en la figura 2-11 en la parte a) de la figura se supone primero que el desgarramiento del alma ocurrir a lo largo de la lnea quebrada abcdef. Una lnea alternativa de desgarramiento es la abdef que se muestra en la parte b) de la figura. Para esta conexin se supone que la carga se distribuye uniformemente en los cinco tornillos. Entonces, para el desgarramiento del caso b), se supondr que solo 4/5 Pu esta sujeta por la seccin considerada porque uno de los tornillos se encuentra fuera del rea de desgarramiento.

70. CAPITULO II. Marco Terico. Ing. Civil 70 Figura 2-11. Alternativas de desgarramiento. Note que la resistencia total por bloque de cortante del miembro ser igual a la resistencia del bloque de cortante a lo largo de la trayectoria abdef ms la resistencia del tornillo C, ya que este tambin debe fallar. Para calcular el ancho de los planos de tensin abc y abd de estos dos casos, parece razonable usar la expresin s2 /4g. 2.7.1.6 Seleccin de perfiles sometidos a tensin. En esta parte se describe la seleccin de miembros que deben soportar cargas de tensin. Aunque el diseador tiene