Comportamiento y diseño de Acero - Semana 1

Comportamiento y diseño de Acero

1. Comportamiento y Diseño en Acero
Guillermo Huaco PhD PE
Ciclo 2018-2

2. Guillermo Huaco PhD PE

-P.E. Professional Engineer, License in Texas USA, December 2016

-Ph.D. & M.S.E., The University of Texas at Austin, Civil
Engineering/Structural Engineering, December 2013 & 2009

-Professional Civil Engineer and B.S., National University of
Engineering, Lima Peru (Accredited by ABET), January 2005 &
2000

-Graduate Studies at Lima-Peru 2002-2003, Skopje-FYR of
Macedonia 2005, and Osaka-Japan 2007


www.linkedin.com/in/guillermohuaco
[email protected]

3. CONTENIDO
INTRODUCCIÓN
MATERIAL ACERO - DEFINICION
EJEMPLOS DE INFRAESTRUCTURA
HECHA EN ACERO
VENTAJAS Y DESVENTAJAS
ESTRUCTURAS DE ACERO TÍPICAS
MATERIAL ACERO - PROPIEDADES
TIPOS DE PERFILES DE ACERO
CONCLUSIONES

4. INTRODUCCIÓN
La industria de la construcción es vital para el
desarrollo de nuestro país, se dice que cuando la
construcción camina el país camina. La aplicación
del acero en la construcción es enorme.
La Ingeniería Estructural es una ciencia y un arte
para diseñar y realizar, con economía y elegancia,
edificaciones, puentes, armazones y otras
estructuras similares de tal modo que ellas resistan
las fuerzas a las cuales pueden estar sujetas.

5. INTRODUCCIÓN
El acero es la base de construcciones livianas,
grandes o pequeñas, bellas y esculturales, que
permite un trabajo limpio, planificado y de una
rapidez sorprendente.
El acero mejora la destreza del operario y ayuda a
la imaginación de los promotores de las
construcciones a presentar interesantes propuestas.
Es el único material que disminuye su precio con
los años y que mejora en su resistencia y formas.

6. INTRODUCCIÓN
Los puentes vehiculares y peatonales pueden
edificarse con acero, las construcciones de
establecimientos de industrias, las de minas, las
de petróleo, las torres de electricidad, de
comunicaciones, hangares, coliseos, etc.

7. MATERIAL ACERO
El material acero es de relativa reciente invención,
tal como se conoce ahora es de fines del siglo XIX.
Es la fusión del mineral de hierro, carbono y otras
aleaciones y que ahora se trabaja en las
siderúrgicas con un proceso industrial cada vez
más exacto.
La industria del acero es muy grande.

8. MATERIAL ACERO
El acero se puede obtener de la materias primas
por desoxidación del hierro y la mezcla con otros
minerales, o por tratamiento del acero de reciclaje.
El material puede tener muchas variedades y
formas al finalizar su manufactura.
Los ingenieros y arquitectos apreciamos su
resistencia y su facilidad de trabajo para la
construcción de nuestras obras.

9. MATERIAL ACERO
Hay una frase que define muy bien la importancia
del acero en nuestras vidas:
"Para su bien o para su mal, el material
acero es uno de los materiales que mas ha
influido en la historia de la humanidad;
es agente de adelanto y civilización, de
destrucción y miseria, de bienestar y
libertad, de poder y opresión. El arado y la
espada que caracterizan a la humanidad,
son de acero"

10. INFRAESTRUSTURA HECHA EN ACERO

27. Alicorp, Lima
10000 m
2

28. Tele2000, Lima
torre de antena

29. Puente peatonal, Piura
colocación de plataforma

30. Puente peatonal, Piura
109 m de luz

36. Alta resistencia: la alta resistencia del acero por unidad de peso, permite
estructuras relativamente livianas, lo cual es de gran importancia en la
construcción de puentes, edificios altos y estructuras cimentadas en
suelos blandos. Homogeneidad: las propiedades del acero no se alteran
con el tiempo, ni varían con la localización en los elementos
estructurales.
Elasticidad: el acero es el material que más se acerca a un
comportamiento linealmente elástico (Ley de Hooke) hasta alcanzar
esfuerzos considerables.
Precisión dimensional: los perfiles laminados están fabricados bajo
estándares que permiten establecer de manera muy precisa las
propiedades geométricas de la sección.
Ductilidad: el acero permite soportar grandes deformaciones sin falla,
alcanzando altos esfuerzos en tensión, ayudando a que las fallas sean
evidentes.
Tenacidad: el acero tiene la capacidad de absorber grandes cantidades
de energía en deformación (elástica e inelástica).

VENTAJAS

37. Facilidad de unión con otros miembros: el acero en perfiles se puede
conectar fácilmente a través de remaches, tornillos o soldadura con otros
perfiles.
Rapidez de montaje: la velocidad de construcción en acero es muy superior
al resto de los materiales.
Disponibilidad de secciones y tamaños: el acero se encuentra disponible en
perfiles para optimizar su uso en gran cantidad de tamaños y formas.
Costo de recuperación: las estructuras de acero de desecho, tienen un costo
de recuperación en el peor de los casos como chatarra de acero.
Reciclable: el acero es un material 100 % reciclable además de ser degradable
por lo que no contamina.
Permite ampliaciones fácilmente: el acero permite modificaciones y/o
ampliaciones en proyectos de manera relativamente sencilla.
Se pueden prefabricar estructuras: el acero permite realizar la mayor parte
posible de una estructura en taller y la mínima en obra consiguiendo mayor
exactitud.

VENTAJAS

38. •Corrosión: el acero expuesto a intemperie sufre corrosión por lo que
deben recubrirse siempre con esmaltes alquidálicos (primarios
anticorrosivos) exceptuando a los aceros especiales como el inoxidable.
•Calor, fuego: en el caso de incendios, el calor se propaga rápidamente
por las estructuras haciendo disminuir su resistencia hasta alcanzar
temperaturas donde el acero se comporta plásticamente, debiendo
protegerse con recubrimientos aislantes del calor y del fuego
(retardantes) como mortero, concreto, asbesto, etc.
•Pandeo elástico: debido a su alta resistencia/peso el empleo de perfiles
esbeltos sujetos a compresión, los hace susceptibles al pandeo elástico,
por lo que en ocasiones no son económicos las columnas de acero.
•Fatiga: la resistencia del acero (así como del resto de los materiales),
puede disminuir cuando se somete a un gran número de inversiones de
carga o a cambios frecuentes de magnitud de esfuerzos a tensión
(cargas pulsantes y alternativas).
•Resistencia de plastificación solamente para columnas cortas.

DESVENTAJAS

39. ESTRUCTURAS DE ACERO TÍPICAS

40. Arcos

41. Arco y Columna

43. Tijerales y Celosía

44. Pata de gallo
Tijerales y Celosía
Columna
de concreto

45. Tijerales y Celosía

46. Porticos de Alma llena

47. Porticos de Alma llena
Nudos
Rígidos

48. Pórticos de Alma llena

49. Plataformas

50. Plataformas 1.48
2.40
2.15
2.00 1.50 1.56 1.95
1.98
1.50
1.50
2.32
1.50
2.86
1.98
VM
V-1
V-1
V-1 V-1
V-1V-1
V-2
V-1V-2 V-1 V-1
V-2
VM
VM
VM
VM
VM
VM
Detalle 1
Detalle 2
Detalle 3
PLANTA MEZZANINE
Nivel Base Plataforma = 2.60
Entablado e=0.025m

51. Puentes

52. Cubiertas

53. Cubiertas

54. F
F
y
F
p
0.05 0.20 0.25 0.30 0.35 0.15 0.10
dF
de
= E
E
s F
u
e
P
P
PROPIEDADES FÍSICO
MECÁNICAS DEL ACERO
1. F
y : Punto de Fluencia
2. F
p : Límite de Proporcionalidad
F
p = F
y - 705 kg/cm
2
perfiles laminados en caliente,
F
p = F
y - 1130 kg/cm
2
perfiles soldados
3. F
u : Resistencia a la Fractura
MATERIAL ACERO

55. F
F
y
F
p
0.05 0.20 0.25 0.30 0.35 0.15 0.10
dF
de
= E
E
s F
u
e
P
P
PROPIEDADES FÍSICO
MECÁNICAS DEL ACERO
4. Ductilidad
5. Módulo de Elasticidad: E
6. Tenacidad del acero
7. Densidad específica del acero: 7.85
8. Soldabilidad
MATERIAL ACERO

56. F (kg/cm
2
)
7000
2500
3500
0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35
A572
A242
A36
e
A36 Para propósitos generales en estructuras: edificaciones
soldadas o empernadas.
A242 Para puentes empernados o soldados, resistente a la
oxidación.
A572 Para perfiles estructurales, planchas, y barras para
edificaciones empernadas o soldadas; puentes soldados
sólo en los Grados 42 y 50.
ACEROS
ESTRUCTURALES
ASTM

57. RESISTENCIA A
LA CORROSIÓN
DEL ACERO
A
B
C
t (años)
Porcentaje
de Pérdida
de Espesor
10
8
6
4
2
2 10 6 8 4
A: Acero estructural al Carbono
B: Acero estructural al Carbono mas cobre
C: Acero Aleado ( Cr-Si-Cu-P )

58. TIPOS DE PERFILES DE ACERO
PERFILES LAMINADOS EN CALIENTE
PERFILES PLEGADOS
PERFILES SOLDADOS

59. PERFILES LAMINADOS EN CALIENTE
ÁNGULO
CANAL
SECCIÓN W
SECCIÓN T
SECCIÓN S
TUBULAR
Nomenclatura y tipos definidos por el AISC

60. PERFILES PLEGADOS
CANALES ZETAS
SECCIÓN I
ÁNGULO SOMBRERO
Comportamiento normado por el AISI

61. Después de laminación en caliente (hot-rolling), muchos productos de
acero pasan por proceso de laminación en frio (cold-rolling).
Tipicamente corresponde a una reducción de la espesura de las
paredes del elemento y aumento de la resistencia del material
Laminadas en caliente / frio
ESTRUCTURAS ACERO

62. PERFILES SOLDADOS
CS CVS VS
Nomenclatura por ITINTEC -UNI

63. Soldados
ESTRUCTURAS ACERO

64. Fabricación secciones tubulares sin soldadura
ESTRUCTURAS ACERO

65. INTERROGANTES Y DECISIONES
¿Qué voy a diseñar y que uso va a tener?
¿Qué sistema estructural sera el más adecuado?
¿En dónde estára la estructura?
¿Cúal es tipo suelo donde se cimentará la estructura?
¿Qué cargas recibirá?
¿Cúales son sus parámetros de sitio?
¿Qué otros “fenómenos naturales” tendrán efecto
sobre la estructura?
¿Viento, Nieve, Granizada,...?

66. Se va a construir un
hangar(ejem.), en la selva(suelo
arcilloso), sera un arco de
celocía,....
Se procede a construir según
un adecuado diseño.
INTERROGANTES Y DECISIONES

67. Reflexión:

¿Que hace que una estructura
se mantenga en pie …
y que hace que colapse?