RESUMEN DE ESTRUCTURAS 3, Resúmenes de Estructuras y procedimientos

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ACERO

El acero es una mezcla de hierro y carbono, donde el carbono tiene que ser del 0,50 al 2% para que tenga una buena resistencia y ductilidad. Si el carbono es mucho más alto del 2, al 4,5% se llama Hierro fundido es más resistente, pero es más frágil, por eso no se usa en estructuras. El hierro solo es resistente, pero muy frágil por eso se le agrega carbono para mayor resistencia y ductilidad, así sí se puede usar en estructuras. La siderurgia es el proceso industrial para su separación y posterior aleación con el carbono a altas temperaturas. Composición del acero, en porcentajes aproximados: Hierro (Fe) Carbono (C) 2,00% Manganesio (Mg) 1,60% Silicio (Si) 0,60% Cobre (Cu) 0.06% Impurezas 0.01% Propiedades Propiedades Físicas Peso específico = 8.750 kg/m Punto de fusión = 1.400 ºC Coeficiente de Dilatación Térmica = 12 10-6 1/ ºC (similar al hormigón) Alto poder de propagación del calor y de la electricidad. Si bien el peso específico es elevado, debido a su gran resistencia se obtienen estructuras muy livianas. Propiedades mecánicas ● Resistencia: Soporta cargas sin romperse. ● Elasticidad: Se deforma cuando se carga y se recupera a su estado inicial cuando se descarga. ● Ductilidad: Se deforma antes de la rotura. ● Dureza: Oposición al rayado, penetración o cortadura. Productos comerciales

1. Por laminación (aplastamiento) de los lingotes en caliente ○ Perfiles = Doble Te (IPN), Perfiles U (UPN), Perfil Ángulo y Perfil Te. ○ Planchuelas = De sección cuadrada o rectangular. ○ Barras redondas = de diámetros 6 mm a 25 mm. (similares a las de hormigón pero lisas) ○ Chapas planas. ○ Alambre
2. Por plegado en frío de chapas de acero, también llamados Perfiles Estructurales ○ Pueden ser comunes o galvanizados. De acuerdo a la forma de la sección tenemos : ○ Perfil C llamado PCG. ○ Perfil U Llamado PUG. ○ Perfil Galera. ○ Tienen espesores delgados, entre 1,65 a 3,2 mm y un largo de 12m. ○ Tubos Estructurales : de sección hueca de forma circular, cuadrada o rectangular con espesores entre 1.65 y 4 mm.

Tensión (σ) Es una carga por unidad de área. Su valor se obtiene de forma indirecta, ya que depende del área donde se aplica la carga. Cuando se aumenta la carga las deformaciones se aumentan en forma proporcional. Tensión admisible (σ adm) Es el valor que establece como límite, aplicando un coeficiente de seguridad en el dimensionado de las estructuras, es una seguridad de las mismas. Tensión de fluencia (σ fl) Es cuando el acero deja de comportarse elásticamente. Esto significa que cuando alcanza la atención de fluencia el material empieza a deformarse de forma plástica y permanente, osea que cuando le quitemos la carga ya no se puede recuperar a su forma inicial. Tensión de rotura (σ r) Es la máxima tensión que el material puede soportar antes de romperse, cuando alcanza la tensión de rotura el acero se parte. Periodo elástico Cuando la fuerza aumenta, hay deformación proporcional y cuando se retira se vuelve a su estado original. Periodo de fluencia Cuándo sin aumentar la carga se produce deformación, el valor de esa tensión se llama tensión de fluencia. Periodo plastico Cuando la deformación es permanente y no se puede recuperar a su estado inicial.

TIPOS DE ACERO ● Acero F22: Es un acero liso sin nervaduras, se usa en armaduras secundarias o no estructurales, como estribo, ganchos, anclajes y armaduras de montaje. Hoy ya no se usa este acero, sino el F24 y F ● Acero F24: Es un acero con nervaduras, se usa en armaduras principales, en vigas, columnas, losas, muros de hormigón armado es el más común en estructuras de hormigón en Argentina. Se logra adherir al hormigón gracias a sus nervaduras. ● Acero F26: Es un acero nervurado de alta resistencia, se usan en armaduras principales en estructuras más exigentes, como puentes, edificios altos, obras de infraestructura. Permite usar menos cantidad de acero para la misma resistencia, para menor costo y secciones. Acciones a considerar en las estructuras o estados de cargas ● Cargas Permanentes ● Sobrecargas útiles o de servicio ● Sobrecargas originadas por acción del Viento ● Acciones sísmicas ● Sobrecargas originadas por Nieve Estas acciones deben soportar las estructuras durante su vida útil como mínimo hay 3 combinaciones: El peso propio. Peso propio más sobrecarga. Peso propio más viento.

Fórmula de verificación a TRACCIÓN En el ensayo de tracción, se describe el comportamiento de una barra sometida a dicho esfuerzo. Se deberá verificar que las tensiones normales por tracción cumplan: σ = N / An ≤ σadm N = Esfuerzo de tracción (kg) An = Área neta (cm2) An= A- Δ A. A = Área total Δ A = Suma de áreas de todos los orificios de la sección, (por ejemplo para bulones). Fórmula de verificación a FLEXIÓN SIMPLE Cuando actúa un Momento Flector en una sección , se genera un estado lineal de tensiones de tracción y compresión, con un eje neutro ubicado en el baricentro y tensiones máximas en las fibras superior e inferior. Entonces se deberá verificar que las tensiones normales cumplan: σmax = M / Wx ≤ σadm M = Momento Flector Máximo (kgcm) Wx= Módulo Resistente (cm3) Fórmula de verificación a FLEXO-TRACCIÓN Cuando actúan simultáneamente un Momento Flector y un Esfuerzo Axil de Tracción en una sección , se genera un estado lineal de tensiones de tracción y compresión, con un eje neutro de posición variable que no pasa por el baricentro,y tensiones máximas y mínimas en las fibras superior e inferior. Depende de la relación entre N y M, si van a tener el mismo signo o no. Se deberá verificar que las tensiones normales en una sección cumplan: σmax = N / An + M / Wx ≤ σadm N = Esfuerzo de tracción (kg) An = Área neta (cm2) M = Momento Flector en la sección (kgcm) Wx= Módulo Resistente (cm3) Fórmula de verificación a FLEXIÓN OBLICUA Cuando actúa un Momento Flector en un plano inclinado con respecto a los ejes principales de inercia , se genera un estado lineal de tensiones de tracción y compresión, con un eje neutro inclinado que pasa por el baricentro y tensiones máximas y mínimas en las fibras más alejadas de dicho eje. Se deberá verificar que las tensiones normales cumplan: σmax = Mx / Wx + My / Wy ≤ σadm Fórmula de verificación a CORTE Tensión máxima en el Eje Neutro = τo = Q Sx / ( Jx .t ) ≤ τ adm Q = Esfuerzo de Corte Maximo (kg) Sx = Momento Estático de la Sección t = ancho del alma (cm) Jx = Momento de Inercia de la Sección τ adm = 0,80 σadm

CONTROL DE LAS DEFORMACIONES

Las estructuras metálicas son muy esbeltas debido a su gran resistencia, por eso además de dimensionarlas para que sean resistentes, se debe controlar las deformaciones. Se le llama flecha a la máxima deformación de un elemento sometido a flexión. a. Para cargas distribuidas las fórmulas son del tipo: k = Coeficiente que depende del tipo de apoyo q = Carga uniforme (kg/cm) L = Luz de la viga (cm) E= Módulo de Elasticidad = 2.100.000 kg/cm J = Momento de Inercia (cm4) b. Para cargas Puntuales las fórmulas son del tipo: P = Carga Puntual (kg) Los valores máximos para las flechas son: Correas de techos f < L/ En general f < L/ Si apoyan paredes f < L/ Si no se verifica la flecha, se debe aumentar el perfil. UNIONES Para que las estructuras de acero puedan unirse se deben diseñar las uniones para que sean simples y resistentes. Se estudian 2 tipos de uniones: Tornillos y soldadura. TIPOLOGÍAS DE ESTRUCTURAS METÁLICAS ● Estructuras planas: Son la estructura y las cargas actuantes están en un mismo plano como: ○ Cerchas ○ Vigas y columnas simples y compuestas ○ Cable ○ Arcos ○ Pórticos ● Estructuras espaciales: Son superficies planas o curvas, las cargas actúan perpendicularmente a dicha superficie. ○ Estereoestructuras ○ Cúpula geodésica Estructuras planas Cerchas Tienen 2 elementos, las barras y los nudos que forman módulos triangulares vinculados entre sí. El triángulo es la única forma geométrica que transmite cargas manteniendo su forma. ● Barras: Se encargan de transmitir las cargas, trabajan a tracción o compresión y están articuladas en los nudos. ● Nudos: Son elementos que vinculan las distintas barras. Las cargas externas deben estar actuando en los nudos, porque si actúan sobre las barras generan flexión en ellas y sumando al esfuerzo Normal generan Flexión Compuesta. Son estructuras livianas que pueden transmitir cargas importantes, está bueno para techos con mucha pendiente. Para que las Cerchas sean estables e isostáticas se debe cumplir la relación entre la cantidad de nudos y la cantidad de barras. B = 2 N – 3

Las Cerchas se deben apoyar en muros o columnas, mediante un apoyo simple y un doble. Vigas y columnas ● De alma llena: Se utilizan perfiles laminados IPN o UPN y si éstos no tienen la sección necesaria se los construye con chapas de acero unidas por soldadura. Osea se consiguen chapas de acero y se unen como si fuera un IPN gigante para para lo que sea necesario en ese momento. ● Reticuladas: Son de sección rectangular que se componen de un cordón superior y otro inferior, unidos por diagonales o montantes. Relaciones dimensionales mínimas: Altura/Longitud h > L / 20 Ancho b = h/ Columnas compuestas Se llaman a las construidas con 2 o más perfiles. Se unen con presillas y se comportan como si fuera una sola pieza y no como 2 perfiles aislados. Con esta nueva sección tiene un momento de inercia mayor, que estando los 2 perfiles aislados, así teniendo menor esbeltez.↓ Presillas Columna compuesta IPN Columna compuesta UPN ↓ ↓ ↓

Eje material : el que pasa por el baricentro de los perfiles, en este caso “x-x” Eje inmaterial : el eje “ y-y” Si no verifica la columna compuesta podemos optar en elegir: ● Un perfil más grande. ● Aumentar la separación entre los perfiles. ● Disminuir la separación de las presillas. PERFILES DE CHAPA DOBLADA Se fabrican plegando la chamba en frío teniendo distintas secciones.

Se utilizan para: ● Correas de techo de chapa y también de teja contendientes que no superen los 15°. Porque trabajan a flexión oblicua y tienen poca resistencia. ● Para construir vigas y columnas compuestas. ● Para entrepisos livianos por qué son deformables y los pisos se mueven al caminar. No se usan como apoyo de losas de hormigón o viguetas. Tienen espesores muy delgados. Al ser muy delgados los perfiles tienen problemas estructurales como: ➢ Pandeo lateral: Son sometidos a flexión el ala comprimida puede pandear, desviándose en forma lateral y así torciendo. ➢ Abolladura de alma: En los apoyos las reacciones comprimen el alma por lo tanto puede pandear o abollarse.

Coeficiente “c” Coeficiente de presión. Son números adimensionales que nos da la norma (CIRSOC 102) y sirven para transformar la presión dinámica del viento en una presión o succión sobre la superficie de la estructura. Presión Cuando el viento choca de frente contra una superficie. El aire se acumula y empuja la pared o techo hacia adentro. Succión Es en las caras opuestas o laterales al viento. El aire al pasar rápido genera una zona de baja presión (depresión). Eso tira de la superficie hacia afuera, como queriendo “arrancarla”.

Por eso en cubiertas, muchas veces el estado de carga más crítico es con succión, no con presión, ya que la succión quiere arrancar la cubierta. Rigidez La rigidez estructural es la capacidad de un elemento (viga, columna, etc.) de resistir deformaciones frente a cargas. No se trata de cuánta carga soporta antes de romperse (eso es resistencia), sino de cuánto se deforma mientras trabaja en el rango elástico. Factores que influyen en la rigidez La rigidez depende de dos cosas clave: ● Módulo de elasticidad (E): Es una propiedad del material (en el acero es siempre el mismo 2.100.000 kg/cm2). Cuanto mayor es E, más rígido es el material. ● Momento de inercia (J o I): Es una propiedad de la geometría de la sección. Cuanto mayor es J, más difícil es doblar o deformar la pieza. La combinación de ambos aparece en el producto E·J, que es la “rigidez a flexión” de la viga. Se mide la rigidez con las fórmulas de la flecha para carga distribuida o para carga puntal.