Diseño Simplificado de Elementos de Acero Estructural

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SISMIADIESTRAMIENTO 2010, C.A. RIF: J-29941677-0.Centro Comercial Las Chimeneas. Modulo 1. Of. 4A-11. Valencia Edo. Carabobo.Tel:0424-406.30.27 Mail: [email protected]; Pgina Web: www.sismica.com.ve Facebook: Sismica Adiestramiento; Twitter: @sismica1 DISEO SIMPLIFICADO DE ELEMENTOS DE ACERO ESTRUCTURAL Aplicacin de la Norma AISC360-05 Diseo de elementos bajo el Estado Limite de Agotamiento Resistente de Traccin, Compresin, Flexin y Flexo-compresin 2010 Ing. ngel Manrique Ingeniera Estructural 08/10/2010

SISMIADIESTRAMIENTO 2010, C.A. RIF: J-29941677-0.Centro Comercial Las Chimeneas. Modulo 1. Of. 4A-11. Valencia Edo. Carabobo.Tel:0424-406.30.27 Mail: [email protected]; Pgina Web: www.sismica.com.ve Facebook: Sismica Adiestramiento; Twitter: @sismica1 CAPITULO 1 CONSIDERACIONES GENERALES DE DISEO 5.1Clasificacin de los Aceros Estructurales Losacerosestructuralesdisponiblesenperfilesestructuraleslaminadosencaliente,placasy barraspuedenclasificarsecomoacerosconcarbono,acerosdealtaresistenciaybajaaleacin, acerosresistentesalacorrosin,yacerosdebajaaleacinenfriadosytemplados.EnEstados Unidos, la AmericanSociety for Testing and Materials (ASTM) desarrolla y mantiene los estndares de materiales relevantes para estos aceros Los aceros estructurales se agrupan generalmente segn varias clasificaciones principales de la ASTM: -A36. Aceros de propsitos generales. -A529. Aceros estructurales de carbono. -A572. Aceros estructurales de de alta resistencia y baja aleacin. -A242, A588. Aceros estructurales de alta resistencia, baja aleacin y resistentes a la corrosin atmosfrica. -A514, A582. Placas de acero templado y enfriado. En Venezuela la clasificacin comnmente utilizada es la siguiente: -AE25 A36. Aceros al carbono. (acero dulce). -AE35 AE25A. Aceros de alta resistencia. 1.1.1AcerosalCarbono:Estosacerostienencomoprincipaleselementosderesistenciaal carbono y al manganeso en cantidades cuidadosamente dosificadas. 1.1.2Aceros de Alta resistencia y baja Aleacin: Se conocen por lo general como aceros de alta resistencia,contienencantidadesmoderadasdeelementosdealeacindiferentesdel carbonocomo:cromo,silicio,nquelyotros.Estosacerosgeneralmentetienenmucha mayor resistencia a la corrosin que los aceros al carbono. 1.1.3Acerosresistentesalacorrosin:Estosacerosposeenunaaltaresistenciaalacorrosin atmosfricapuesdesarrollansupropiadensidad,durezaycapadeoxidodensoduro,y

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SISMIADIESTRAMIENTO 2010, C.A. RIF: J-29941677-0.Centro Comercial Las Chimeneas. Modulo 1. Of. 4A-11. Valencia Edo. Carabobo.Tel:0424-406.30.27 Mail: [email protected]; Pgina Web: www.sismica.com.ve Facebook: Sismica Adiestramiento; Twitter: @sismica1 fractura en la seccinneta efectiva Ae. Nt es la capacidad resistente terica atraccin normal el correspondiente factor de minoracin de la capacidad resistente. Por lo que: a) b) Donde: Ae = rea neta efectiva, cm2 Ag = rea bruta del miembro, cm2 Fy = tensin de fluencia mnima especificada del tipo de acero utilizado, kgf/cm2 Fu = tensin ltima mnima especificada del tipo de acero utilizado, kgf/cm2 Aunque la fluencia ocurrira primero en la seccion transversal neta, la deformacion dentro de la longitud de la conexin sera generalmente mas pequea que la deformacion en el resto del miembro en tension. 2.3Determinacin de reas 2.3.1rea Bruta (Ag): El rea bruta, Ag, de un miembro es el rea total de la seccin transversal. 2.3.2rea neta (An): Si la conexin de extremo de un miembro en tensin se va a realizar por medio de tornillos, entonces debe retirarse material de la seccin transversal para formar los agujeros de los tornillos. An = Ag rea de los agujerosParacalcularelreanetaparatensinycorte,elanchodeunaperforacinse tomar como 2 mm ms grande que la dimensin nominal de la perforacin. Para una cadena de perforaciones que se extiende a travs de una pieza, en una lnea en diagonal o zigzag, el ancho neto de esa parte se obtendr deduciendo del anchobruto,lasumadedimetrosoranurasdetodaslasperforacionesenuna cadena, y agregando, para cada cambio de lnea perpendicular a la direccin de la fuerza, la cantidad s2/4g. (Ver Figura 2.4).

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Donde: Llw = Longitud de la Soldadura longitudinal Wpl = Ancho de elemento conectado -EJEMPLO 2.1:Determinar la carga axial de traccin en la conexin mostrada segn la Norma ANSI/AISC 360-10, suponiendo que est controlada por el perfil L 120x12x120, Acero AE-25. Fy = 2500 kg/cm. A= 27 cm

mm Fy = 2500 kg/cm Fu = 4000 kg/cm

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Entonces, ( )bfEt b fEt bes((

=/33 . 01 88 . 1 b = Ancho real del elemento comprimido rigidizado be = Ancho efectivo reducido. f = Tensin de compresin

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=x xx be SedebecontinuareltanteodeQahastaqueconverjanlosvaloresdeQaasumidoyel calculado, pero para fines del ejemplo se deja hasta el primer tanteo 2.2 Tipo de Comportamiento del perfil: Para ello se debe determinar el valor para verificar sielmiembroseencuentraenelrangoelsticooporelcontrarioenelrango elastoplstico (Columna Corta). 2.2.1Para Compresin por Pandeo Flexional:

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bf = 300 mm ry = 7.56 cm Fr = 1160 kgf/cm2

tf = 12 mm tw = 6 mmkL = 2.40 m

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SISMIADIESTRAMIENTO 2010, C.A. RIF: J-29941677-0.Centro Comercial Las Chimeneas. Modulo 1. Of. 4A-11. Valencia Edo. Carabobo.Tel:0424-406.30.27 Mail: [email protected]; Pgina Web: www.sismica.com.ve Facebook: Sismica Adiestramiento; Twitter: @sismica1 Cuando Lp < Lb Lr Cuando Lb > Lr Donde: Lb = longitud entre puntos que estn o arriostrados contra desplazamientos laterales de compresin de ala o arriostrados contra giro de la seccin Donde: E = mdulo de elasticidad del acero J = constante torsional Sx = mdulo de seccin elstico en torno al eje x Cb = factor de modificacin por pandeo lateral-torsional para diagramas de momento no uniformes cuando ambos extremos del segmento no arriostrado estn restringidos a volcamiento. Donde: Mmax = valor absoluto del mximo momento en el segmento no arriostrado. MA = valor absoluto del momento en primer cuarto del segmento no arriostrado. MB = valor absoluto del momento en el centro del segmento no arriostrado.MC = valor absoluto del momento en tercer cuarto del segmento no arriostrado. Rm = parmetro de monosimetra de la seccin transversal = 1.0 para miembros con doble simetra Las longitudes lmites Lp y Lr se determinan a continuacin:

SISMIADIESTRAMIENTO 2010, C.A. RIF: J-29941677-0.Centro Comercial Las Chimeneas. Modulo 1. Of. 4A-11. Valencia Edo. Carabobo.Tel:0424-406.30.27 Mail: [email protected]; Pgina Web: www.sismica.com.ve Facebook: Sismica Adiestramiento; Twitter: @sismica1 Donde: c = 1.0; para secciones H con simetra doble -EJEMPLO 4.1:Verificar la resistencia del perfil IPE-300 para las siguientes condiciones: Datos d (cm) =30 bf (cm) =15 tf (cm) =1.07 tw (cm) =0.71 A (cm) =53.8 Lb (cm) =600

SISMIADIESTRAMIENTO 2010, C.A. RIF: J-29941677-0.Centro Comercial Las Chimeneas. Modulo 1. Of. 4A-11. Valencia Edo. Carabobo.Tel:0424-406.30.27 Mail: [email protected]; Pgina Web: www.sismica.com.ve Facebook: Sismica Adiestramiento; Twitter: @sismica1 Ix (cm4) =8356 Iy (cm4) =604 Sx (cm) =557.06 Sy (cm) =80.53 Zx (cm) =628.00 Zy (cm) =125.00 rx (cm) =12.46 ry (cm) =3.35 Fy (kg/cm)2500 Fu (kg/cm)4000 J (cm4) =19.90 Cw (cm6) =126380.00 1. Clasificacin de las secciones segn Pandeo Local Paralaclasificacindelaseccinsedebeverificarlarelacionesancho/espesordelos elementos que conforman la seccin transversal esto serealiza mediante las especificaciones que se establecen en la Tabla B4.1. En lo que respecta a las alas (Elementos No Atiesados) los requerimientos estn tabulados en la seccin Elementos no atiesados de la Tabla B4.1 RELACIONES ANCHO /ESPESOR PARA FLEXIN EN ALAS DE PERFILES LAMINADOS I. Por lo que hay que cumplir con la siguiente ecuacin que limita a b/t. Losrequisitosparaelalma(ElementosAtiesados)delperfilsedebeutilizarlaTabla B4.1RELACIONESANCHO/ESPESORPARAFLEXINENALMASDEPERFILES LAMINADOS I. Por lo que se debe cumplir que:

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SISMIADIESTRAMIENTO 2010, C.A. RIF: J-29941677-0.Centro Comercial Las Chimeneas. Modulo 1. Of. 4A-11. Valencia Edo. Carabobo.Tel:0424-406.30.27 Mail: [email protected]; Pgina Web: www.sismica.com.ve Facebook: Sismica Adiestramiento; Twitter: @sismica1 1. Clasificacin de las secciones segn Pandeo Local Enloquerespectaalaclasificacinporpandeolocaldeloselementos,comosetratadela misma seccin se clasifica como seccin compacta (ver ejemplo 4.1) 1. Diseo por Capacidad Resistente.

SISMIADIESTRAMIENTO 2010, C.A. RIF: J-29941677-0.Centro Comercial Las Chimeneas. Modulo 1. Of. 4A-11. Valencia Edo. Carabobo.Tel:0424-406.30.27 Mail: [email protected]; Pgina Web: www.sismica.com.ve Facebook: Sismica Adiestramiento; Twitter: @sismica1 Tanto el valor de Lp y de Lr, son los mismos del ejemplo 4.1, el nico factor que cambia es Lb que se reduce de 600 cm a 150 cm, esto cambia drsticamente el comportamiento de la seccin ya que Lb0.2

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L O A D I N GC O M B I N A T I O N S

COMBO CASE SCALE COMBO TYPECASETYPEFACTOR

DCMPS1ADD CMStatic1.4000

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SISMIADIESTRAMIENTO 2010, C.A. RIF: J-29941677-0.Centro Comercial Las Chimeneas. Modulo 1. Of. 4A-11. Valencia Edo. Carabobo.Tel:0424-406.30.27 Mail: [email protected]; Pgina Web: www.sismica.com.ve Facebook: Sismica Adiestramiento; Twitter: @sismica1 Seprocedeadisearlacorreacomounavigaenflexincomosehizoenelcaptulo3,sin considerar arriostramiento lateral atribuido a la losacero, es decir, con luz de arriostramiento igual a la luz libre del tramo. Los resultados se muestran tabulados a continuacin: Datos Clculos PLAC d (cm) =22 Mp (kg-m) =7150.00 Alma bf (cm) =11 J (cm4) =9.03 34.17 tf (cm) =0.92 Cw (cm6) =22700.00 165.20 tw (cm) =0.59 rts (cm) =2.93 COMPACTA A (cm) =33.4 Lp (cm) =126.50 Ala Lb (cm) =630 Lr (cm) =457.17 5.98 Ix (cm4) =2770 Fcr (kg/cm) =1390.65 11.01 Iy (cm4) =205 Lb>Lr =PLT 28.98 Sx (cm) =251.82 Mn (kg-m) =3501.94 Mn (kg-m) =NO APLICA Sy (cm) =37.27 bMn1 (kg-m) =3151.74 -m) =NO APLICA Zx (cm) =286.00 Zy (cm) =60.80 Calculo de Cb -m) =3151.74 rx (cm) =9.12 Ma (kg-m) =7149.75 ry (cm) =2.48 Mb (kg-m) =7149.75

Fy (kg/cm)2500 Mc (kg-m) =9533.00 Fu (kg/cm)4000 Mmax (kg-m) =9533.00 Rms =1.00 Cb =1.163 Mu = 9533.00 kg-m

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