Diseño de Perfiles Estructurales: Guía para Ingenieros, Transcripciones de Estructuras y Materiales

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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MÉXICO

FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÁN

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA

LABORATORIO DE TECNOLOGÍA DE MATERIALES

LECTURAS DE INGENIERÍA 32

PERFILES ESTRUCTURALES

RECOPILÓ: Mtro. FELIPE DÍAZ DEL CASTILLO RODRIGUEZ

CUAUTITLÁN IZCALLI, EDO. DE MÉXICO. 2019-

ÍNDICE

Pag.

1. NOMENCLATURA DEL IMCA………………………………..……………… …………
   2. ACEROS UTILIZADOS PARA LA FABRICACIÓN DE PERFILES ESTRUCTURALES (SEGÚN NORMAS ASTM)…………………………………………..……………………….
2. DESIGNACIÓN DE PERFILES ESTRUCTURALES ……………………………………..
3. PROPIEDADES DE DISEÑO DE LOS PERFILES ESTRUCTURALES ……… ………..
4. VIGAS SOLDADAS …………………………………………………………………… 20
5. SELECCIÓN DE PERFILES ………………………………………………… ………….2 3
6. EJEMPLOS: …………………………………………………………………… …………2 5 BIBLIOGRAFIA …………………………………3 0

2. ACEROS UTILIZADOS PARA LA FABRICACIÓN DE PERFILES

ESTRUCTURALES (SEGÚN NORMAS ASTM)

La norma ASTM es la más utilizada internacionalmente para designar y regular la calidad de aceros de construcción y estructurales que comercialmente s eorecen como productos terminados tales, como barras de construcción corrugafdas y lisas, perfiles estructurales, perfiles comerciales, placa y lámina. La norma garantiza básicamente las propiedades mecánicas mínimas y soldabilidad de los aceros, dado que el uso de estos está orientado a la industria de la construcción y esrtructuras metálicas diversas (remachadas, soldadas o empernadas).Los estándares publicados por ASTM emiten designaciones sistemáticas fijas para cada tipo de acero con sus respectivas especifiacciones y requerimientos para ser utilizados por los fabricantes y ususarios de los aceros. En este sistema la estructura de codificación de los aceros se efectúa como se muestra en la figura 2.

Figura 2. Estructura de codificación para aceros estructurales

En las figuras 3 y 4 se muestra como se aplica el sistema de designación según Normas ASTM

Figura 3. Designación de los aceros A-

Figura 4. Designación aceros estructurales de varios grados

A continuación se describen las características principales de los aceros estructurales más utilizados:

En la fabricación de estructuras metálicas fabricadas con aceros de alta resistencia ASTM A529, 572 y 992 se recomienda utilizar electrodos E-7018 (Resistencia mínima a la ruptura en tensión del metal de soldadura, los dos primeros dígitos corresponden a una resistencia máxima de al menos 70 ksi= 4 920 kg/cm^2 , el 1 corresponde a electrodos adecuados para cualquier posición: plana, horizontal, vertical o sobrecabeza y el número 8 se refiere a las característica de la corriente que debe emplearse y a la naturaleza del recubrimiento. El recubrimiento de este electrodo se caracteriza por tener un bajo contenido de Hidrogeno y alto porcentaje de polvo de hierro.

Grados de acero para secciones estructurales huecas (Hollow Structural Section) Las normas de acero estructural aprobadas por la ASTM para secciones estructurales huecas (HSS) son ASTM A 500, A 501, A618, A847 y la A53.

ASTM A-53. El A53 está disponible en tipos E y S, donde E denota secciones fabricadas con soldadura por resistencia y S indica soldadura sin costura. El grado B es conveniente para aplicaciones estructurales; con esfuerzo de fluencia y resistencia a la ruptura en tensión respectivamente de 35 y 50 ksi (2 400 y 3 515 kg/cm^2

ASTM A-500. Este tipo de acero está disponible en tubos de sección circular hueca HSS formados en frío en tres grados, y también en los mismos grados de tubos HSS formados en frío, de sección cuadrada y rectangular. Las propiedades para tubos cuadrados y rectangulares HSS difieren de los circulares HSS. El grado más común tiene un esfuerzo de fluencia y una resistencia máxima a la tensión de 46 y 58 ksi (320 MPa o 3 200 kg/cm^2 ) y 405 MPa o 4100 kg/cm^2

ASTM A-501. Para fines prácticos el A501 es similar al acero A36. Se usa para tubos HSS de sección circular, cuadrada y rectangular. Para el diseño de miembros estructurales de acero formados en frío, cuyos perfiles tienen esquinas redondeadas y elementos planos esbeltos, se

recomienda consultar las especificaciones del Instituto Americano del Hierro y del Acero (American Iron and Steel Institute, (AISI). Pueden utilizarse otros materiales y productos, diferentes de los indicados en este Manual, si son aprobados por el diseñador y el contratista. La aprobación puede basarse en especificaciones técnicas publicadas que establezcan las propiedades y características del material o producto, que lo hacen adecuado para el uso que se le pretende dar, o en ensayes mecánicos o análisis químicos realizados en un laboratorio acreditado por la entidad de acreditación reconocida en los términos de la Ley Federal sobre Metrología y Normalización.

Figura 5. Diagrama esfuerzo-deformación de ingeniería para los diferentes grados de aceros estructurales

En la Tabla 1 se proporcionan las propiedades mecánicas de los aceros estructurales más utilizados:

• Perfil IPS 5x10 el cual es un perfil IPS o IS con5 pulgadas de peralte y con un peso de 10 libras por cada pie de longitud, con unidades en el sistema métrico se trataría de un perfil IPR 127x15 en donde su peralte de 127 mm y un peso de 15 kilogramos por cada metro de longitud. 4. PROPIEDADES DE DISEÑO DE LOS PERFILES ESTRUCTURALES Las propiedades de diseño de estos perfiles son proporcionadas por los fabricantes en base a normas establecidas por asociaciones tales como: AISC (American Institute of Steel Construction) e IMCA (Instituto Mexicano de la Construcción en Acero A.C.) y son fáciles de obtener, ya sea por medio de los manuales proporcionados por los fabricantes, Internet o en los apéndices de la mayor parte de libros dedicados a estos temas.

Perfiles IPR Las vigas IPR se encargan de soportar las cargas de las losas o los elementos planos colocados sobre de ellas además de llevar dichas cargas hacia las columnas, de estas hacia sus bases y de estas hacia el suelo. Como elemento estructural rígido las vigas IPR se disponen horizontalmente con el objetivo de vincular columnas entre ellas.

Tabla 2. Propiedades de perfiles estructurales IPR

Tabla 3. Propiedades de perfiles estructurales IPS

Perfil canal o U

El perfil canal o perfil U de acero es un producto formado por acero estructural al carbono ordinario y acero estructural de baja aleación ordinario laminado en caliente. Comúnmente utilizados en la construcción de puentes, estructura arquitectónica, fabricación de vehículos y otras estructuras industriales.

Figura 6. Perfil estructural canal

Perfiles Comerciales PTR Perfil tubular rectangular o cuadrado, este tipo de perfil le garantiza la resistencia estructural demandada. El P.T.R. es una barra hueca, comúnmente utilizada para armar estructuras que no tengan que resistir mucho peso. Los hay en distintos calibres y tamaños, se pueden encontrar en acabado negro. También puede ser manejado en PTR galvanizado pero sólo por pedido especial. La gran ventaja de estos perfiles es que son de fácil armado.

Figura 7. Perfil estructural PTR

Tabla 5. Propiedades de perfiles estructurales