1.INTRODUCCION1.1.-EL ACERO COMO MATERIALESTRUCTURALESTRUCTURAL.

El acero es una aleación que consisteEl acero es una aleación que consisteprincipalmente en hierro (más del 98%).Contiene también pequeñas cantidades de

b di l bi ili icarbono, vanadio, columbio, silicio,manganeso, azufre, fósforo, aluminio yotros elementos. El carbono es elelemento que tiene la mayor influencia enlas propiedades del acero.

Diseño de estructuras de acero Ing.Liliana Martínez García

.-ACEROS ESTRUCTURALES

Las propiedades del acero pueden cambiarse en gran medida variando las cantidades

t d b ñ di d tpresentes de carbono y añadiendo otros elementos como silicio, níquel, manganeso y cobre Un acero que tenga cantidadescobre. Un acero que tenga cantidades considerables de estos últimos elementos se denominará acero aleado.

Diseño de estructuras de acero Ing.Liliana Martínez García

La A.S.T.M. (American Society for Testing and Materials) especifica los porcentajes exactos máximos de carbonoespecifica los porcentajes exactos máximos de carbono, manganeso, silicio, etc.; que se permiten en los aceros estructurales.

Los principales aceros estructurales empleados actualmente (de acuerdo a la clasificación de la A.S.T.M.) son los siguientes:

• aceros estructurales al carbono (A-36),

• aceros estructurales de alta resistencia y baja aleación (A441 y A572).

• aceros estructurales de alta resistencia, baja aleación y resistentes a la corrosión atmosférica (A242 y A588)resistentes a la corrosión atmosférica (A242 y A588)

• placas de acero templadas y revenidas (A514).

Diseño de estructuras de acero Ing.Liliana Martínez García

Los aceros estructurales son referidos por las designaciones A.S.T.M., consisten en la letra “A” seguido

d dí épor uno, dos o tres dígitos numéricos.

A-36

Esfuerzo de fluencia mín. en Ksi. (kilo libra/in2)

( )2

2

2

2 kg/cm 253154.2

*2.204Lb

kg 1*inLb 36000 =

cmin

El esfuerzo de fluencia nominal es tomado como:Fy=2530 kg/cm2y g/

Diseño de estructuras de acero Ing.Liliana Martínez García

1 Aceros al carbono.os o oLos principales elementos componentes de este tipode acero son: Carbono y Manganeso. Contienen

d l 1 7% d b 1 65% dmenos del 1.7% de carbono, 1.65% de manganeso,0.60% de silicio y 0.60% de cobre. Estos acerospueden subdividirse en cuatro categoriaspueden subdividirse en cuatro categoriasdependiendo del porcentaje en el contenido decarbono, como sigue :1. Acero de bajo contenido de carbono (< 0.15%).2. Acero dulce al carbono (0.15 a 0.29%). El aceroA36 d d d é iA36 queda dentro de ésta categoria.3. Acero al medio carbono (0.30 a 0.59%).4 A l lt b (0 60 1 70%)4. Acero al alto carbono (0.60 a 1.70%).

Diseño de estructuras de acero Ing.Liliana Martínez García

Aceros de alta resistencia y baja aleación.(A.R)

Estos aceros obtienen sus altas resistencias y otras propiedades por la adición, aparte del carbono y manganeso, de uno o más agentes aleantes como el

l bi di ili i b í lcolumbio, vanadio, cromo, silicio, cobre, níquel y otros.

El término baja aleación se usa para describirEl término baja aleación se usa para describir arbitrariamente aceros en los que el total de elementos aleantes no excede el 5% de la composición total .

Tienen Fy de 40 ksi a 70 ksi.

Diseño de estructuras de acero Ing.Liliana Martínez García

Un acero de A.R. y baja aleación es el A-572, define 5Un acero de A.R. y baja aleación es el A 572, define 5 Grados: 42, 50, 55, 60, y 65. El termino grado indica elEsfuerzo de fluencia. Los esfuerzos últimos de tensiónCorresponden a: 60 65 70 75 y 80 ksiCorresponden a: 60, 65, 70, 75 y 80 ksi.

Diseño de estructuras de acero Ing.Liliana Martínez García

Aceros estructurales de alta resistencia, baja aleación y resistentes a la corrosión atmosférica

Cuando los aceros se alean con pequeños porcentajes de cobre, se vuelven más resistentes a la corrosión. Cuando se exponen a la atmósfera las superficies de esos aceros sela atmósfera, las superficies de esos aceros se oxidan y se les forma una película impermeable adherida (conocida también como "patina") queadherida (conocida también como patina ) que impide una mayor oxidación y se elimina así la necesidad de pintarlos.Para que se logre formar esta capa, el material debe estar expuesto a un ambiente alterno entre seco y húmedo en un l d 2 ñ i d tlapso de 2 años aproximadamente.

Diseño de estructuras de acero Ing.Liliana Martínez García

Aceros templados y revenidos

Estos aceros tienen agentes aleantes mayores que loscomunmente usados en los aceros al carbono,conteniendo un máx de 0.20% de Carbono y sontratados térmicamente (templados o revenidos) paratratados térmicamente (templados o revenidos) paradarles dureza y resistencia con esfuerzos de fluenciacomprendidos entre 5630 y 7740 kg/cm2. El revenidoconsiste en un enfriamiento rápido del acero conagua o aceite, cambiando la temperatura de por lomenos 899°C a 149°C ó 204°C. En el templado, elmenos 899 C a 149 C ó 204 C. En el templado, elacero se recalienta por lo menos a 621°C y luego sedeja enfriar.

Diseño de estructuras de acero Ing.Liliana Martínez García

Los aceros empleados en México:

A 36 Con esfuerzo de fluencia Fy=2530 kg/cm2A-36 Con esfuerzo de fluencia Fy=2530 kg/cm2

esfuerzo último Fu=4080 kg/cm2.(P l N O M l ifi B 254)(Para la N.O.M se clasifica como B-254).

A-50 Con esfuerzo de fluencia Fy=3515 kg/cm2

esfuerzo último Fu=4570 kg/cm2.(Para la N O M se clasifica como B-284)(Para la N.O.M. se clasifica como B 284).

Diseño de estructuras de acero Ing.Liliana Martínez García

Materiales estructurales.

Diseño de estructuras de acero Ing.Liliana Martínez García

Ventajas y desventajas:Alta resistenciaUniformidad.Elasticidad.DuctilidadDuctilidad.Ampliaciones de estructuras existentes.

Desventajas:Costo de protección contra incendio.Costo de mantenimientoCosto de mantenimientoSusceptibilidad al pandeo.

Diseño de estructuras de acero Ing.Liliana Martínez García

Desventajas.

Diseño de estructuras de acero Ing.Liliana Martínez García

Diseño de estructuras de acero Ing.Liliana Martínez García

Diagrama esfuerzo-deformación.

1.El coeficiente de proporcionalidad entre la tensión y la deformación sep p ydenomina módulo de elasticidad o de Young y es característico delmaterial. Así, todos los aceros tienen el mismo módulo de elasticidadaunque sus resistencias puedan ser muy diferentes.2. Fluencia o cedencia. Es la deformación brusca de la probeta sinincremento de la carga aplicada.3. Deformaciones plásticas: si se retira la carga aplicada en dicha zona,l b t ól i l t f d d d f dla probeta recupera sólo parcialmente su forma quedando deformadapermanentemente.4. Estricción. Llegado un punto del ensayo, las deformaciones seConcentran en la parte central de la probeta apreciándose una acusadaConcentran en la parte central de la probeta apreciándose una acusadareducción de la sección de la probeta, momento a partir del cual lasDeformaciones continuarán acumulándose hasta la rotura de la probetapor ese zona.por ese zona.

Diseño de estructuras de acero Ing.Liliana Martínez García

1. Rango elástico.2. Rango plástico.g p3. Endurecimiento por

deformación.4 Ruptura4. Ruptura.

Diseño de estructuras de acero Ing.Liliana Martínez García

P d l t tProceso de la estructura.

Planeación.-Elegir la forma de la estructura, especificar cargas y materialesmateriales.

Análisis.-Idealización de la estructura, soporte e idealización dela conexión entre si de los elementos que conforman la estructura.determinando las fuerzas internas y los desplazamientos.determinando las fuerzas internas y los desplazamientos.

Diseño .-Las dimensiones de los elementos, dependerán de la mag-nitud de las fuerzas internas, satisfaciendo los criterios de: Resistencia.Estabilidad yDeflexión.

Construcción.-Ordenar los diversos componentes de la estructura yé éplanear las actividades que implica el montaje real de ésta. A éste

respecto , todas las fases de la construcción deben inspeccionarsepara garantizar que la estructura está siendo construida de acuerdoa los planos y análisis realizadoa los planos y análisis realizado.

Diseño de estructuras de acero Ing.Liliana Martínez García

Métodos de diseño.

Método elástico, por esfuerzos de trabajo o por esfuerzosi iblpermisibles.

efecto de carga<=resistencia

RF li

Método de diseño por factores de carga y resistencia (L R F D )

Ω=

Ω=≤

RnFFaf lim

Método de diseño por factores de carga y resistencia (L.R.F.D.)(Load and Resistance Factor Design).

Resist. Factorizada>=efectos de la carga factorizada

∑≥ iiQRn γφ

Diseño de estructuras de acero Ing.Liliana Martínez García

Diseño de estructuras de acero Ing.Liliana Martínez García

Diseño de estructuras de acero Ing.Liliana Martínez García

Diseño de estructuras de acero Ing.Liliana Martínez García

Perfiles comerciales.

Diseño de estructuras de acero Ing.Liliana Martínez García

Diseño de estructuras de acero Ing.Liliana Martínez García

Diseño de estructuras de acero Ing.Liliana Martínez García

Tipos de cargas.

De acuerdo a su permanencia se pueden clasificar en:De acuerdo a su permanencia, se pueden clasificar en:

♣Permanentes.♣Variables.♣Variables.♣Accidentales o instantáneas.

De acuerdo a la forma de aplicarse:p

♠Puntuales o concentradas. (Ton.)♠Distribuidas: uniformemente o variable.(ton/m).♠De superficie.(Ton/m2).♠De volumen. (Ton/m3).

Diseño de estructuras de acero Ing.Liliana Martínez García

Gracias por su atención.p

Diseño de estructuras de acero Ing.Liliana Martínez García

d d ñ d b óResistencia de diseño de miembros en Tensión.