Estructura Con Marcos de Acero

“Año de la Diversificación Productiva y del Fortalecimiento de la Educación”

UNIVERSIDAD NACIONAL “HERMILIO VALDIZAN”

CURSO : MODELACIÓN MECÁNICA

DOCENTE : ING. ALDO ESTRADA VILLANUEVA

ALUMNA : AYALA AMBICHO LUZ YUDITH

HUACHO SUSANIVAR INÉS

HUÁNUCO – PERÚ 2015

ESTRUCTURA CON MARCOS DE ACERO


MODELACIÓN MECÁNICA Página 2

INTRODUCCIÓN

El acero es el material más usado en el mundo para la construcción. Es material de la ONU

usado para la construcción de estructuras de gran resistencia producida a través de

materiales muy abundantes en la naturaleza entre sus ventajas esta la gran resistencia

tensión y el costo razonable.

El empleo de este sistema se debió al desarrollo de nuevos materiales y sistemas de

construcción (concreto armado, acero soldado) y a nuevos métodos de análisis y

dimensionamiento. El sistema dimensional losa, trabe, columna, Marco rígido ha sufrido

variaciones ejemplo: el desarrollo de la losa plana que al no contener vigas o trabe redunda

en una menor economía en cimbra, acabados, peralte, alturas de entrepisos lográndose de

esta manera adicionar un entrepiso por cada 10 construidos.

Los marcos forman parte de la estructura, ya sea lo que está compuesto por columnas y

trabes o lo que está compuesto por muros y losas. Es por eso que los marcos nos ayudan a

entender el funcionamiento lógico de las cargas y como estos actúan de acuerdo a factores

externos como son vientos, sismos, nieve, etc.

Los sistemas de marcos estructurales transfieren cargas al suelo a través de sus elementos

horizontales (trabes y losas) y elementos verticales (columnas y muros de cargas) que son

resistentes a la flexión y al pandeo como resultado de sus reacciones de sus momentos

internos.

En este informe mostraremos la aplicación del marco de acero en lo estructural y con

ejemplos de la vida real.



OBJETIVOS

OBJETIVOS GENERALES

Dar a conocer los beneficios que se da cuando se construye con

armaduras de acero

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Definiciones importantes

Procesos contructivo

Modelación del proyecto



MARCO TEÓRICO

EL ACERO:

Es la aleación de hierro que contiene entre un 0,04 y un 2,25% de carbono y a la que se

añaden elementos como níquel, cromo, manganeso, silicio o vanadio, entre otros.

FABRICACIÓN DEL ACERO

El Arrabio, es un material fundido que se obtiene en el alto horno mediante reducción del

mineral de hierro. Se utiliza como materia prima en la obtención de las aleaciones férricas

fundamentales: las fundiciones y los aceros. El acero se obtiene eliminando las impurezas

del arrabio, producto de fundición de los altos hornos, y añadiendo después las cantidades

adecuadas de carbono y otros elementos. La principal dificultad para la fabricación del

acero es su elevado punto de fusión, 1.400 ºC, que impide utilizar combustibles y hornos

convencionales.

CLASIFICACIÓN DEL ACERO

Los diferentes tipos de acero se agrupan en cinco clases principales:

aceros al carbono

aceros aleados

aceros de baja aleación ultrarresistentes

aceros inoxidables y aceros de herramientas.



ACEROS AL CARBONO

Más 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 aceros al carbono figuran máquinas, carrocerías

de automóvil, la mayor parte de las estructuras de construcción de acero, cascos de buques,

somieres y horquillas o pasadores para el pelo. ACEROS ALEADOS Estos aceros contienen

una proporción determinada de vanadio, molibdeno y otros elementos, además de

cantidades mayores de manganeso, silicio y cobre que los aceros al carbono normales. Estos

aceros se emplean, por ejemplo, para fabricar engranajes y ejes de motores, patines o

cuchillos de corte.

ACEROS DE BAJA ALEACIÓN ULTRARRESISTENTES

Esta familia es la más reciente de las cinco grandes clases de acero. Los aceros de baja

aleación son más baratos que los aceros aleados convencionales ya que contienen

cantidades menores de los costosos elementos de aleación. Sin embargo, reciben un

tratamiento especial que les da una resistencia mucho mayor que la del acero al carbono.

Por ejemplo, los vagones de mercancías fabricados con aceros de baja aleación pueden

transportar cargas más grandes porque sus paredes son más delgadas que lo que sería

necesario en caso de emplear acero al carbono. Además, como los vagones de acero de baja

aleación pesan menos, las cargas pueden ser más pesadas. En la actualidad se construyen

muchos edificios con estructuras de aceros de baja aleación. Las vigas pueden ser más

delgadas sin disminuir su resistencia, logrando un mayor espacio interior en los edificios



ACEROS INOXIDABLES

Los aceros inoxidables contienen cromo, níquel y otros elementos de aleación, que los mantienen

brillantes y resistentes a la herrumbre y oxidación a pesar de la acción de la humedad o de ácidos 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. El acero inoxidable se

utiliza para las tuberías y tanques de refinerías de petróleo o plantas químicas, para los fuselajes de

los aviones o para cápsulas espaciales. También se usa para fabricar instrumentos y equipos

quirúrgicos, o para fijar o sustituir huesos rotos, ya que resiste a la acción de los fluidos corporales.

En cocinas y zonas de preparación de alimentos los utensilios son a menudo de acero inoxidable, ya

que no oscurece los alimentos y pueden limpiarse con facilidad. ACEROS DE HERRAMIENTAS Estos

aceros se utilizan para fabricar muchos tipos de herramientas y cabezales de corte y modelado de

máquinas empleadas en diversas operaciones de fabricación. Contienen volframio, molibdeno y

otros elementos de aleación, que les proporcionan mayor resistencia, dureza y durabilidad.



ESTRUCTURACIÓN DE EDIFICACIONES EN MARCOS DE ACERO:

Los marcos formados por columnas y trabes están unidos, formando uniones rígidas

capaces de transmitir los elementos mecánicos de la vida sin que haya desplazamiento

lineal o angular entre sus extremos y las columnas en que se apoya. Sobre las vigas

principales, que además de resistir las cargas verticales ayudan a resistir las cargas laterales,

se apoya en algunos casos las vigas secundarias encargados de soportar el sistema de piso.



APLICACIÓN ESTRUCTURAL DE PERFILES Y CONEXIONES METALICAS

El acero de uso estructural es un material de fabricación industrializada, lo cual asegura un adecuado

control de calidad. Este material se caracteriza por una elevada resistencia, rigidez y ductilidad (esto

es capacidad de soportar deformaciones plásticas sin disminuir su capacidad resistente), por cual su

uso es muy recomendable para construcciones sismo resistentes. En el diseño y verificación de

componentes estructurales de acero, uno de los parámetros mecánicos más importantes es la

tensión mínima de fluencia, Fy, Adicionalmente, en algunos estados límite vinculados con la fractura

se aplica la resistencia de tracción mínima, Fu. Ambos parámetros son propiedades nominales del

acero especificado. Los aceros convencionales presentan resistencias menores y mayor ductilidad,

mientras que los aceros de alta resistencia en general presentan una ductilidad reducida.



ANTECEDENTES:

Los marcos de acero son estructuras cuya resistencia lateral reside fundamentalmente en

la capacidad a flexión y corte de sus elementos y, cuya capacidad de deformación sísmica

queda determinada por la capacidad de rotación de las uniones en el rango postelástico

que se desarrolla después de que se ha alcanzado la resistencia máxima en una sección

determinada. Es esta capacidad de rotación de las uniones, la que define, sobre la base de

los ensayos realizados la que permite establecer que unión puede usarse para calificar un

determinado tipo de marco de acuerdo a la norma AISC-2005. Es importante destacar que

la norma AISC-2005 incluye en forma explícita la necesidad de realizar un “Diseño por

Capacidad” de la unión, de manera de garantizar que la disipación de la energía que

introduce el sismo se disipe en los extremos de las vigas. Esto evita la plastificación de las

columnas, lo que asegura la estabilidad del piso. En este trabajo, se evalúa el diseño sísmico

de edificios de acero estructurados en base a marcos especiales resistentes a momento un

diseño sismo resistente.



MARCOS RÍGIDOS

El tipo de estructuración más común hoy en día para edificios tanto de concreto como de acero es

el que utiliza marcos rígidos. Los marcos formados por columnas y trabes estan unidos formando

uniones rígidas capaces de transmitir los elementos mecánicos en la viga sin que haya

desplazamientos lineales ó angulares entre sus extremos y las columnas en que se apoya. Sobre las

vigas principales, que además de resistir las cargas verticales ayudan a resistir las cargas laterales,

se apoyan en algunos casos las vigas secundarias encargadas de soportar el sistema de piso. El

empleo de este sistema se debió al desarrollo de nuevos materiales y sistemas de construcción

(concreto armado, acero soldado) y a nuevos métodos de análisis y dimensionamiento. El sistema

convencional Losa_Trabe_Columna (Marco Rígido) ha sufrido variaciones, ejemplo: el desarrollo de

la losa plana que al no contener vigas o trabes redunda en una mayor e conomía en cimbra,

acabados, peralte, alturas de entrepisos lográndose de esta manera adicionar un entrepiso por cada

10 construidos.

PERFILES PARA MARCOS RÍGIDOS:

Los marcos forman parte de la estructura y está compuesta por columnas y trabes a lo que

está compuesto por muros y losas. Es por eso que los marcos nos ayudan a entender el

funcionamiento lógico de las cargas y como estas actúan de acuerdo factores externos

como son vientos, sismos, nieve, etc.



BENEFICIO O VENTAJAS DE UTILIZAR MARCOS RÍGIDOS DE ACERO:

Rápida construcción

Diseño flexible incomparable

Menor costo

Variedad de columnas

Mínima pendiente de la cubierta

Interior libre o espacio universal

Flexibilidad en el aprovechamiento del espacio interior.



TIPOS DE MARCOS ORTOGONALES:

1. De soporte lateral muros y tirantes cruzados.

2. De soporte vertical columnas y muros.

3. De espaciamiento horizontal pisos, losas, vigas, armaduras.



FUNCIONAMIENTO DE LOS MARCOS RÍGIDOS

Los marcos formados por columnas y trabes están unidos, formando uniones rígidas

capaces de transmitir los elementos mecánicos en la viga sin que haya desplazamientos

lineales ó angulares entre sus extremos y las columnas en que se apoya.Sobre las vigas

principales, que además de resistir las cargas verticales ayudan a resistir las cargas laterales,

se apoyan en algunos casos las vigas secundarias encargadas de soportar el sistema de piso.

Entre ejesEs la división interna de un marco estructural repetitivo definido por los claros de

las columnas.Columnas centrales Mayor cargaColumnas Laterales Media cargaColumnas

esquinadas Un cuarto de carga



CRITERIOS DE DISEÑO SISMO RESISTENCIA DE MARCOS DE ACERO:

El objetivo final de todo diseño es seleccionar una estructura cuya capacidad resistente y

de deformación sea inferior a la demanda que puede producir un sismo excepcionalmente

severo.

Para esto debe dotarse la estructura de suficiente resistencia para soportar adecuadamente

las solicitaciones más desfavorables que puede producir el sismo y a la vez garantizar una

capacidad de deformación que, ante la ocurrencia de un evento sísmico severo, de lugar a

un nivel de daño controlado permitiendo la disipación de energía en forma dúctil.

El mecanismo deseado de disipación energética de un marco de acero sometido a carga

sísmica, corresponde a la formación de rótulas plásticas en los extremos de las vigas,

elementos que concentran la disipación de la energía rotacional de las uniones vigas-

columna.



Para asegurar la ocurrencia de dicho mecanismo se requiere que el diseño asegure una

capacidad suficiente de rotación de las vigas y que las columnas tengan una resistencia

suficiente que asegure la plastificación de las vigas, sin que ocurran rotulas plásticas en las

columnas. La determinación de las demandas inelásticas en las conexiones de un marco se

basa en el concepto de diseño plástico de elementos aptos para alcanzar grandes

deformaciones. El procedimiento para determinar las demandas locales de los elementos

constituyentes del marco ha sido revisado y estudiado en detalle por la Federal Emergency

Management Agency [FEMA 350, 2000]. En la publicación mencionada se establece el corte

máximo a desarrollar en vigas y el momento máximo a soportar por las columnas. Dichas

demandas permiten dotar a los elementos de la capacidad necesaria para soportar y

transmitir esos esfuerzos, procedimiento conocido como “Diseño por Capacidad”.



USO DEL CONCRETO EN ESTRUCTURAS METÁLICAS:

Diseño de uniones:

Un aspecto importante en el diseño de uniones y conexiones es la determinación, que se

debe hacer en la etapa de proyecto de estructura, del tipo de conexión que se diseña. Si es

rígida o articulada (flexible) se llama conexiones rígidas aquellas que conservan el ángulo

de los ejes entre las barras que se están conectando, n tanto serán articuladas o flexibles,

aquellos que permiten una rotación entre los elementos conectados (no existe conexiones

100% rígidas y 100% flexibles) ambos se pueden ejecutar por soldadura o apernadas, pero

será determinante el diseño, el uso de elementos complementarios (ángulos, barras de

conexión, nervaduras de refuerzo, etc.) las posiciones de los elementos de la conexiones y

las holguras y los elementos que permiten la rotación relativa de un elemento respecto del

otro.



CONEXIONES

Las conexiones deben cumplir los siguientes requerimientos de resistencia:

a. Resistencia requerida a tracción

La resistencia requerida a tracción de las conexiones debe ser menor que:

• La resistencia a fluencia esperada.

• La máxima carga axial que puede ser transferida, determinada mediante análisis

estructural.

b. Resistencia requerida a flexión

c. Resistencia requerida a compresión Las conexiones totalmente restringidas son aquellas que pueden transferir el momento

flector con una rotación despreciable entre los componentes conectados. Cuando estas

conexiones forman parte del sistema sismorresistente la resistencia requerida a flexión

debe tomarse como el menor valor entre 1.1 Ry Mp o el máximo momento que puede

desarrollarse en el sistema. Este último surge de considerar que es razonable limitar la

resistencia requerida al máximo momento que puede desarrollarse en la viga. Existen

distintos casos donde la resistencia de las columnas o la resistencia de las fundaciones para

resistir el momento de vuelco pueden limitar el momento máximo en las vigas y,

consecuentemente, no puede desarrollarse su resistencia real a flexión. La resistencia

requerida a corte debe determinarse siguiendo un criterio igual al aplicado para conexiones

de pórticos intermedios.

Adicionalmente, las conexiones totalmente restringidas deben cumplir con requerimientos

constructivos, particularmente en el caso de uniones soldadas.



Así por ejemplo se requiere la remoción de elementos de respaldo (backing), se definen las

características geométricas de los agujeros de acceso para soldadura.

Las conexiones parcialmente restringidas son aquellas que presentan capacidad para

transferir momento flector, pero se produce una rotación no despreciable debido a la

flexibilidad de los elementos de unión. Este tipo de conexiones están permitidas en pórticos

ordinarios si se cumplen los siguientes requisitos:

• La conexión debe diseñarse considerando la resistencia requerida a flexión definida para

conexiones totalmente restringidas.

• La resistencia requerida a corte debe determinarse de las combinaciones de carga

considerando el esfuerzo de corte resultante del máximo momento que la conexión puede

resistir.

• La resistencia nominal a flexión no debe ser menor que el 50% del momento de

plastificación, Mp, de la viga o columna conectadas (se considera el valor menor).

• La rigidez y resistencia de la conexión debe ser considerada en el diseño, incluyendo el

análisis de la estabilidad global del pórtico.

CONEXIONES REFORZADAS



En el caso de que los arriostramientos se dispongan de manera que se tienen conexiones

enlace-columna, dicha conexión debe ser capaz de resistir la rotación inelásticas que se genera

en el enlace. Además, la conexión debe ser precalificada, en forma similar a las conexiones viga-

columna en pórticos no arriostrados



Ventajas de la construcción con marcos metálicos ligeros:

Consideremos primero los pros que las casas de estructura de acero ligero ofrecen.

La mayor ventaja de usar estructura de acero en una casa es la durabilidad del

material.

Los marcos de madera se pudren o sufren deformaciones, y por ello las paredes no

permanecen perfectamente derechas.

Con los marcos de acero ligero usted no tendrá paredes deterioradas o deformadas,

por lo que no hará falta reemplazar más adelante la estructura. Si busca tener su

casa por mucho tiempo, entonces la estructura de acero puede ahorrarle dinero.

En cualquier hogar siempre está el potencial problema de los bichos o plagas que

pueden hacerse camino y meterse en la estructura de la edificación. Pero con los

marcos de acero ligero usted no tiene esos problemas.

Los bichos a menudo comen la estructura de marcos hechos de madera y puede ser

difícil deshacerse de ellos. En el marco de acero los bichos no pueden hacer sus

nidos, por lo tanto, el daño estructural que las plagas causan en los marcos de

madera no es algo que va a suceder con los marcos de acero.

Otra ventaja de las estructuras de acero ligero para casas es la resistencia y la

capacidad de soportar climas severos. Se pueden construir casas de Steel Framing



incluso a prueba de terremotos o huracanes.

Estructura de una casa residencial hecha en marcos metálicos

http://4.bp.blogspot.com/_nEZddcafnkk/TT60RZL76dI/AAAAAAAAWB0/qcBubjZ4fAI/s1600/steel-framing-casa-en-construccion.JPG



PROCESO CONSTRUCTIVO

ESTRUCTURA PRINCIPAL

Es toda estructura compuesta por sus elementos perfiles

angulares a lo largo de su altura:

Montate, horizontal, diagonal, techos, redundantes, placas de

unión de elementos diagonales y secundarios, diafragma y

tornillería.

Su principal función es proporcionar un soporte adecuado a

todo tipo de antenas y componentes a instalar en toda las

torres.

Debe proporcionar la estabilidad y resistencia necesaria

Y proporcionar la altura adecuada para el campo de acción de

los componentes de telecomunicaciones realice su tarea y no

se vea obstaculizado por otros elementos, siempre buscando

la solución más ligera y económica

Suelen estar realzados de perfiles de acero laminado en

caliente, fabricados por las propias empresas o bien utilizado

materiales prefabricados.



CIMENTACIÓN

El diseño de cimentaciones para etse tipo d estruccyuras esta

gobernado principalmente por los momentos del volteo y la

capacidad de la carga del suelo

Para realizar una memoria de calculo para la cimentación son

necesarios el estudio de mecánica de suelo del área donde se

instalara la torre, con el objetivo de efectuar los cálculos mas

realesp osible y en congruencia con las características del

terreno.

Existen varias alternativas como:

Zapatas aisladas

Zapatas aisladas conectadas con vigas

Zapatas combinadas

Plateas de cimentación

Cimentaciones con pilotes o cimentaciones profundas

Las cimentaciones planteads pueden ser de concreto armadocomo

estructuras de acero , estos tipos de cimentaciones conformados por

sooestructuras de acero se usa generalmentedonde l acceso a llevar

materiales para la elaboración del concreto es casi imposible o muy

costoso



Ventajas de la construcción con marcos metálicos ligeros:

Consideremos primero los pros que las casas de estructura de acero ligero ofrecen.

La mayor ventaja de usar estructura de acero en una casa es la durabilidad del

material.

Los marcos de madera se pudren o sufren deformaciones, y por ello las paredes no

permanecen perfectamente derechas.

Con los marcos de acero ligero usted no tendrá paredes deterioradas o deformadas,

por lo que no hará falta reemplazar más adelante la estructura. Si busca tener su

casa por mucho tiempo, entonces la estructura de acero puede ahorrarle dinero.

En cualquier hogar siempre está el potencial problema de los bichos o plagas que

pueden hacerse camino y meterse en la estructura de la edificación. Pero con los

marcos de acero ligero usted no tiene esos problemas.

Los bichos a menudo comen la estructura de marcos hechos de madera y puede ser

difícil deshacerse de ellos. En el marco de acero los bichos no pueden hacer sus

nidos, por lo tanto, el daño estructural que las plagas causan en los marcos de

madera no es algo que va a suceder con los marcos de acero.

Otra ventaja de las estructuras de acero ligero para casas es la resistencia y la

capacidad de soportar climas severos. Se pueden construir casas de Steel Framing

incluso a prueba de terremotos o huracanes.



Estructura de una casa residencial hecha en marcos metálicos

http://4.bp.blogspot.com/_nEZddcafnkk/TT60RZL76dI/AAAAAAAAWB0/qcBubjZ4fAI/s1600/steel-framing-casa-en-construccion.JPG



CONCLUSIONES

Podemos observar que este tipo de estructura es ahorrativo gracias a la

minoría de costo.

En este artículo se presenta una metodología de diseño por capacidad para

edificios regulares estructurados con marcos de acero dúctiles con contra

venteo concéntrico, que pretende establecer los requisitos mínimos que

deben ser consideradas en el diseño de este sistema estructural adoptados

a los criterios de diseño sísmico.

Los marcos rígidos de acero son una excelente opción para estructurar una

edificación que requiere de espacios versátiles, universales o flexibles,

espacios interiores de grandes dimensiones. Esto actualmente es muy útil y

más cuando las necesidades son cambiantes.

Este sistema de marcos de acero permite cubrir luces o grandes claros por lo

que se puede utilizar e muchas tipologías arquitectónicas.

Este sistema estructural es muy sencillo en cuanto a su funcionamiento y por

ende, que se utilice en cualquier tipo de edificación.

Los marcos de acero son los más recomendables en usar para las

construcciones debido a la capacidad sismo resistente que tiene



RECOMENDACIONES

Sabemos que toda estructura estará sometido a varios tipos de

cargas y fuerzas por lo tanto debemos analizar la resistencia de

materiales para que sea más fuerte la estructura y tenga más

resistencia.

El diseño de torres de comunicación se realiza de acuerdo a una

norma para garantizar la seguridad de la estructura

En la construcción de un torre de comunicación se recomienda

adoptar la forma triangular de la base de la torre, ya que disminuye

costos

La utilización de softwares importante , ya que disminuye tiempos

de cálculos (SAP 2000, ms Tower)

El mantenimiento de la estructura metálica para protegerlo de la

corrosión se debe realizar mediante l galvanizado por inmersión en

caliente.

Conocer el programa SAP 2000 para un mejor manejo.

Debemos entrevistarnos con el ingeniero encargado de la supervisión

de la obra para que así nos de mas detales acerca de la construcción

de las torres de alta tención



ANEXOS

Estructura Con Marcos de Acero

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Transcript of Estructura Con Marcos de Acero