UNIVERSIDAD UNIVERSIDAD ANDINA DEL ANDINA DEL

CUSCOCUSCO

FACULTAD DE FACULTAD DE INGENIERIAINGENIERIA

ESCUELAESCUELAPROFESIONAL DE PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVILINGENIERIA CIVIL

BIBLIOGRAFIABIBLIOGRAFIA

1. Norma Técnica de Edificación E.090 1. Norma Técnica de Edificación E.090 ESTRUCTURAS METALICAS. Ministerio de Vivienda,ESTRUCTURAS METALICAS. Ministerio de Vivienda, Construcción y Saneamiento, 2004.Construcción y Saneamiento, 2004.

2. El Proyectista de Estructuras Met2. El Proyectista de Estructuras Metáálicas licas Robert Nonnast. Editorial Paraninfo, 2000 Robert Nonnast. Editorial Paraninfo, 2000 Construction (AISC), 1993.Construction (AISC), 1993.

3. Steel Structures. Design and Behavior. 3. Steel Structures. Design and Behavior. Emphasizing Load and Resistance Factor Design. Emphasizing Load and Resistance Factor Design. Charles G. Salmon and John E. Johnson. Third Charles G. Salmon and John E. Johnson. Third Edition. Harper Collins Publishers Inc, New York,Edition. Harper Collins Publishers Inc, New York, 1990.1990.

BIBLIOGRAFIABIBLIOGRAFIA

44. . Diseño Estructural en Acero (Con énfasis en el MétodoDiseño Estructural en Acero (Con énfasis en el Método de diseño con Factores de Carga y Resistencia). Luisde diseño con Factores de Carga y Resistencia). Luis Zapata B. Libro 8 de la Colección del Ingeniero Civil,Zapata B. Libro 8 de la Colección del Ingeniero Civil, Colegio de Ingenieros del Perú, 1991.Colegio de Ingenieros del Perú, 1991. 5.5. Diseño de Estructuras de Acero: Método LRFD. Jack Diseño de Estructuras de Acero: Método LRFD. Jack Mc Cormac.Mc Cormac. 2ª. Edición. Alfa omega Grupo Editor, México, 2002.2ª. Edición. Alfa omega Grupo Editor, México, 2002.

6. LRFD Steel Design. William T. Segui. 26. LRFD Steel Design. William T. Segui. 2ndnd. Edition.. Edition.

Brooks/Cole Publishing Company, 1999.Brooks/Cole Publishing Company, 1999. 77. Design of Steel Structures. Edwin H. Gaylord and. Design of Steel Structures. Edwin H. Gaylord and Charles N. Gaylord. 2nd. Edition. Mc. Graw-Hill BookCharles N. Gaylord. 2nd. Edition. Mc. Graw-Hill Book Co., New Cork, 1972Co., New Cork, 1972

Capitulo 1Capitulo 1

INTRODUCCIONINTRODUCCION

1.1 Generalidades1.1 Generalidades

CRITERIOS DE BASECRITERIOS DE BASE

1.- La Norma Peruana de Acero es la 1.- La Norma Peruana de Acero es la E.090 ESTRUCTURAS METALICAS.E.090 ESTRUCTURAS METALICAS.

2.- El sistema de unidades que emplea la2.- El sistema de unidades que emplea la Norma es el Sistema Internacional (SI).Norma es el Sistema Internacional (SI).

SISTEMA INTERNACIONAL (SI)SISTEMA INTERNACIONAL (SI)

Unidades básicas:Unidades básicas: Longitud = metroLongitud = metro = m = m MasaMasa = kilogramo = kg = kilogramo = kg TiempoTiempo = segundo = s = segundo = s

Unidades derivadas:Unidades derivadas: FuerzaFuerza = newton= newton = N= N PresiónPresión = pascal = pascal = Pa = 1N/m= Pa = 1N/m22

EnergíaEnergía = joule= joule = J = 1 Nxm= J = 1 Nxm

(1 newton es la fuerza que a un cuerpo con una (1 newton es la fuerza que a un cuerpo con una masa de 1 kg le produce una aceleración de 1 m/smasa de 1 kg le produce una aceleración de 1 m/s22))

EQUIVALENCIASEQUIVALENCIAS

g g = 9.806650 m/s= 9.806650 m/s22

1 kg-f 1 kg-f = 9.806650 N (exacto)= 9.806650 N (exacto) 1 kg-f 1 kg-f = 2.204622 lb-f= 2.204622 lb-f 1 MPa 1 MPa = 1 N/mm= 1 N/mm22

1 MPa1 MPa = 10.2 kg-f/cm= 10.2 kg-f/cm22

1 ksi 1 ksi = 6.894757 MPa= 6.894757 MPa 1 kip 1 kip = 1 000 lb = 4448.222 N= 1 000 lb = 4448.222 N

VALORES USUALES

E = 2 030 000 kg-f/cm2

= 200 000 MPa = 29 000 ksi

G = 780 000 kg-f/cm2

= 77 200 MPa= 11 200 ksi

Peso unitario del acero = 7 850 kg-f/m3

= 77 kN/m3

= 490 lb-f/ft3

DESARROLLO DEL CURSODESARROLLO DEL CURSO

1.- Estudio de elementos aislados sometidos1.- Estudio de elementos aislados sometidos a diferentes solicitaciones.a diferentes solicitaciones.

2.- Su conexión a los elementos de apoyo.2.- Su conexión a los elementos de apoyo.

3.- Ensamblado de estos elementos para3.- Ensamblado de estos elementos para constituir estructuras.constituir estructuras.

1.2 Clasificación de estructuras1.2 Clasificación de estructuras

TIPOS USUALES DE ESTRUCTURAS METALICAS

1.- Pórticos con conexiones rígidas 2.- Pórticos con conexiones de corte 3.- Pórticos biarticulados de alma llena 4.- Tijerales 5.- Arcos

EDIFICIO TUBULAREDIFICIO TUBULAR

Planta de un edificio tubularPlanta de un edificio tubular

(Amit Urs – Stability Analisis of Frame Tall Buildings)(Amit Urs – Stability Analisis of Frame Tall Buildings)

PORTICOS CONEXIONES RIGIDASPORTICOS CONEXIONES RIGIDAS

PORTICOS CON CONEXIONES PORTICOS CON CONEXIONES DE CORTEDE CORTE

PORTICO BIARTICULADO DE ALMA LLENAPORTICO BIARTICULADO DE ALMA LLENA

TIJERALESTIJERALES

TIJERALESTIJERALES

UNIONES UNIONES DE NUDOSDE NUDOSEN TIJERALEN TIJERAL

Área de planchas194m2

Peso. 800kg

Peso: 840 kgf

Peso: 840kgfÁrea de planchas:

194m2

ARCOSARCOS

CUPULA ESFERICACUPULA ESFERICA

COLISEO BONILLA COLISEO BONILLA MIRAFLORESMIRAFLORES

1.3 ACERO ESTRUCTURAL1.3 ACERO ESTRUCTURAL

Capitulo 2Capitulo 2

DISEDISEÑÑO EN ACEROO EN ACERO

2.1 Diseño estructural2.1 Diseño estructural

• DeterminaciDeterminacióón de las proporciones y n de las proporciones y dimensiones globales y adecuadas dimensiones globales y adecuadas de la estructura.de la estructura.

• Selección optima de las secciones Selección optima de las secciones transversales de los miembros transversales de los miembros estructurales.estructurales.

2.2 ESPECIFICACIONES DE DISENO2.2 ESPECIFICACIONES DE DISENO

2.2 ESPECIFICACIONES DE DISENO2.2 ESPECIFICACIONES DE DISENO

Parámetros o normas que regulan el Parámetros o normas que regulan el diseño como son:diseño como son:

PERU:PERU:

•E-090: Estructuras MetálicasE-090: Estructuras Metálicas•E-020: CargasE-020: Cargas•E-030: Sismo resistenteE-030: Sismo resistente

2.2 ESPECIFICACIONES DE DISENO2.2 ESPECIFICACIONES DE DISENO

INTERNACIONAL:INTERNACIONAL:

•AISC (1993)AISC (1993)•AASHTO (1992-1994)AASHTO (1992-1994)•AREA (1992)AREA (1992)•AISI (1996)AISI (1996)

2.3 Criterios de seguridad2.3 Criterios de seguridad

CRITERIOS DE SEGURIDADCRITERIOS DE SEGURIDAD

Debe cuidarse la Seguridad a la Rotura y el Debe cuidarse la Seguridad a la Rotura y el buen funcionamiento en Condiciones de buen funcionamiento en Condiciones de Servicio.Servicio.

Debe tenerse en cuenta que todos estos Debe tenerse en cuenta que todos estos factores se comportan con criterios factores se comportan con criterios probabilísticos.probabilísticos.

RESISTENCIA CARACTERISTICARESISTENCIA CARACTERISTICA

Para los materiales se emplea la Para los materiales se emplea la ResistenciaResistencia CaracterísticaCaracterística que es menor que la que es menor que la resistencia promedio, y que se establece resistencia promedio, y que se establece bajo la condición de que no más de 1 en un bajo la condición de que no más de 1 en un cierto número de ensayos (por ejemplo 1 en cierto número de ensayos (por ejemplo 1 en 10) dará una resistencia menor que la 10) dará una resistencia menor que la característica.característica.

Distribución Probabilística de Distribución Probabilística de Solicitaciones, Q, y Resistencias, RSolicitaciones, Q, y Resistencias, R

INDICE DE CONFIABILIDAD, INDICE DE CONFIABILIDAD, ββ

2.4 Procedimientos de diseño2.4 Procedimientos de diseño

PROCESO DE DISEÑOPROCESO DE DISEÑO

Es un proceso iterativo que pasa por las Es un proceso iterativo que pasa por las siguientes etapas:siguientes etapas:

1.- Anteproyecto1.- Anteproyecto2.- Análisis2.- Análisis3.- Diseño3.- Diseño

FUNCIONES DE UN BUEN DISEÑOFUNCIONES DE UN BUEN DISEÑO

1.- Función de Uso1.- Función de Uso2.- Función de Seguridad2.- Función de Seguridad3.- Función Estética3.- Función Estética4.- Función económica4.- Función económica

METODOS DE DISEÑO

1.- Diseño por Esfuerzos Admisibles Allowable Stress Design (ASD)

2.- Diseño por Factores de Carga y Resistencia (Estados Límites) Load and Resistance Factor Design (LRFD)

ESTADOS LIMITES

Son aquellas condiciones de una estructura en que ésta deja de cumplir su función específica

Pueden ser de RESISTENCIA o deSERVICIO.

ESTADOS LIMITES DE RESISTENCIA

1.- Esfuerzos 2.- Pandeo 3.- Fatiga 4.- Volteo 5.- Deslizamiento

ESTADOS LIMITES DE SERVICIO

1.- Deflexiones 2.- Vibración 3.- Fisuración

2.5 2.5 Diseño por factores de Diseño por factores de carga y resistencia (LRFD).carga y resistencia (LRFD).

Los factores de carga se aplican a las Los factores de carga se aplican a las cargas de servicio y se selecciona un cargas de servicio y se selecciona un miembro que tenga suficiente resistencia miembro que tenga suficiente resistencia frente a cargas factorizadas.frente a cargas factorizadas.

El criterio debe satisfacer:El criterio debe satisfacer:

Carga factorizada Carga factorizada Resistencia factorizada Resistencia factorizada

CONDICION GENERAL DE SEGURIDADCONDICION GENERAL DE SEGURIDAD

(cargas x factores de carga)(cargas x factores de carga) R Resistencia factorizadaesistencia factorizada

kkQQkmkm RRnn

CARGAS, FACTORES DE CARGA Y CARGAS, FACTORES DE CARGA Y COMBINACIÓN DE CARGAS-1COMBINACIÓN DE CARGAS-1

Las siguientes cargas nominales deben ser Las siguientes cargas nominales deben ser consideradas: consideradas:

D D :: Carga muerta debida al peso propio de los Carga muerta debida al peso propio de los elementos y los efectos permanentes sobre laelementos y los efectos permanentes sobre la estructura.estructura.L L :: Carga viva debida al mobiliario y ocupantesCarga viva debida al mobiliario y ocupantes..Lr Lr :: Carga viva en las azoteas.Carga viva en las azoteas.W W :: Carga de vientoCarga de viento..S S :: Carga de nieveCarga de nieve..E E :: Carga de sismo de acuerdo a la NCarga de sismo de acuerdo a la NTE TE E.030 Diseño E.030 Diseño Sismorresistente.Sismorresistente.R R :: Carga por lluvia o granizoCarga por lluvia o granizo..

La resistencia requerida de la estructura y sus elemen-tos debe ser determinada para la adecuada combina-ción crítica de cargas factorizadas. Para la aplicación del método LRFD, las siguientes combinaciones deben ser investigadas:

U = 1,4D (1.4-6)U = 1,2D + 1,6L + 0,5(Lr ó R) (1.4-2)U = 1,2D + 1,6(Lr ó S ó R) + (0,5L ó 0,8W) (1.4-3)U = 1,2D + 1,3W + 0,5L + 0,5(Lr ó S ó R) (1.4-4)U = 1,2D ± 1,0E + 0,5L + 0,2S (1.4-5)U = 0,9D ± (1,3W ó 1,0E) (1.4-6)

CARGAS, FACTORES DE CARGA Y COMBINACIÓN DE CARGAS-2

IMPACTOIMPACTO

En el caso de estructuras que soporten carga En el caso de estructuras que soporten carga viva que produce impacto, deberá considerarse viva que produce impacto, deberá considerarse un incremento en la carga viva nominal debido un incremento en la carga viva nominal debido

a este efecto. a este efecto. En el caso del método LRFD este incremento se En el caso del método LRFD este incremento se

aplica en las combinaciones 1.4-2 y 1.4-3aplica en las combinaciones 1.4-2 y 1.4-3

IMPACTOIMPACTO

Si no hay indicación en contrario los incrementos Si no hay indicación en contrario los incrementos serán los siguientes:serán los siguientes:

(a) Apoyos de ascensores …........................100%(a) Apoyos de ascensores …........................100%(b) Apoyos de maquinaria liviana accionada(b) Apoyos de maquinaria liviana accionada por ejes o motores por ejes o motores …………………………………. .20%…………………………………. .20%(c) Apoyos de maquinas reciprocantes ………...50%(c) Apoyos de maquinas reciprocantes ………...50%(d) Tirantes que soportan pisos y voladizos…..33%(d) Tirantes que soportan pisos y voladizos…..33%(e) Vigas de puente grúa con cabina de (e) Vigas de puente grúa con cabina de operador y sus conexiones ....................25% operador y sus conexiones ....................25%(f) Vigas de puente grúa con control colgante (f) Vigas de puente grúa con control colgante y sus conexiones y sus conexiones ……………………………………...10%……………………………………...10%

2.6 Ayudas de diseño2.6 Ayudas de diseño

DOCUMENTOS DE DISEÑODOCUMENTOS DE DISEÑO

1.- Planos: - de Ingenier1.- Planos: - de Ingenieríía Ba Báásicasica - de Taller - de Taller 2.- Especificaciones T 2.- Especificaciones Téécnicascnicas 3.- Memoria Descriptiva 3.- Memoria Descriptiva

MANUAL DEL MANUAL DEL AISCAISC

Datos de Datos de perfilesperfiles

Gráfico paradiseño de

Vigas.

MANUAL AISC

AYUDASAYUDASPARAPARA

ELELDISEÑODISEÑO

AYUDAS PARA EL DISEÑOAYUDAS PARA EL DISEÑO

U = 1,2D ± 1,0E + 0,5L + 0,2SU = 1,2(109) + 0,5(46) + 0,2(20) = 157.8 kips

U = 0,9D ± (1,3W ó 1,0E) U = 0,9(109) ± (1,3)(0) = 98.1 kips

La combinación que gobierna es:La combinación que gobierna es:U = U = 1,2D + 1,6L + 0,5(Lr ó R)

Y la correspondiente carga factorizada es:Y la correspondiente carga factorizada es:214 kips

b.- Si la carga factorizada obtenida en la parte (a) se sustituye en la relación fundamental del AISC, se tiene:

La resistencia nominal requerida es de 252 La resistencia nominal requerida es de 252 kips.kips.

k km n

n

n

n

Q R

214.4 0.85R

214.4R

0.85R 252.2 kips

U = 1,4D = 1,4(400) = 560 lb/pieU = 1,2D + 1,6L + 0,5(Lr ó R)U = 1,2(400) + 1,6(0) + 0,5(270) = 615 lb/pie

U = 1,2D + 1,6(Lr ó S ó R) + (0,5L ó 0,8W)U = 1,2(400) + 1,6(270) + (0,8)(180) = 1056 lb/pie

U = 1,2D + 1,3W + 0,5L + 0,5(Lr ó S ó R)U = 1,2(400) + 1,3(180) + 0,5(270) = 849 lb/pie

U = 1,2D ± 1,0E + 0,5L + 0,2SU = 1,2(400) + 0 + 0,2(270) = 534 lb/pie

U = 0,9D ± (1,3W ó 1,0E) U = 0,9(400) ± (1,3)(180) = 594 ó

126 lb/pie