Proceso de Fabricación de Aceros Estructurales
Tipos de Acero
- Acero al Carbón o Acero Manganeso (A36): Clasificación ASTM. Perfiles OR, CE, CF, LI, LD, Placa Estructural.
- Aceros de Alta Resistencia y Baja Aleación: Alta resistencia al reducir el carbono y agregar azufre, cobre y cromo (fy=3515). A572, A992, A588 –> IR, LI, LD, OC.
- Aceros de Alta Resistencia Apagados y Templados (Aceros Completamente Aleados): Fabricados por pedido especial, fy=100 ksi.
- Acero de Alta Resistencia, Apagados y Autotemplados (Acero con Aleación): Fabricados por pedido especial.
Esfuerzo de Tensión
Producido por carga axial, causa alargamientos en las fibras del elemento.
Elementos que Trabajan a Tensión
Elementos prismáticos de sección constante, su eje longitudinal está sujeto a esfuerzos uniformes producidos por cargas axiales.
Características
- Fáciles de diseñar.
- Eficientes en un sistema estructural.
- La fuerza axial solo produce esfuerzos de tensión (sin cortante, torsión ni flexión).
- Estructuras a tensión son económicas.
- Ideales para estructuras suspendidas y colgantes.
- No hay pandeo.
- Deformación elástica o plástica con ductilidad.
Complicaciones
- En conexiones atornilladas, el área de la sección transversal se reduce y se pueden producir excentricidades de carga.
- Esfuerzos residuales por enfriamiento irregular de los perfiles.
- Concentración de esfuerzos en las perforaciones de las conexiones atornilladas.
Miembros a Tensión
Cables (suspendidos y atirantados), patín inferior de vigas, barras de armaduras (Warren), tensores, barras de contraventeos, tirantes, contraflambeos, riostras, cadenas.
Cables
Elemento estructural formado por un conjunto de hilos que generan una sección transversal circular. Trabajan a tensión y son flexibles.
Barras Planas
Elemento rígido alargado. Son firmes, se usan en armaduras, conexiones y elementos articulados.
Secciones
Secciones Simples: Lados iguales o desiguales.
Secciones Compuestas: Conformadas por dos o más secciones simples.
Diseño de Cables
Dos casos: 1. Revisar una sección dada. 2. Proponer una sección a partir de solicitaciones.
Criterios de Diseño
Diseño por Resistencia Permisible (ASD, DRP)
- Factores de seguridad en la resistencia.
- Cargas de servicio (no factorizadas).
- Teoría elástica válida (deformaciones no permanentes).
- Teoría de desplazamientos pequeños válida.
Diseño por Factores de Carga y Resistencia (LRFD, DFCR)
- Factores de carga en función de la construcción (aumentan la carga).
- Factores de resistencia para disminuir el fy (Φ).
- Material en rango plástico.
Joist
Armaduras prefabricadas para largueros.
Diseño de Elementos a Tensión
Pandeo
Sucede solo en elementos sujetos a compresión. Es un estado de inestabilidad que se puede convertir en un estado límite de servicio. La relación de esbeltez limita el pandeo.
Estados Límite
a) De Falla
- Estado límite de flujo plástico o fluencia.
- Estado límite de rupturas.
- Estado límite de bloque de cortante.
b) De Servicio
- Deformaciones axiales.
Estado Límite de Ruptura
Se presenta en conexiones atornilladas por la reducción de área que genera concentración de esfuerzo.
Estado Límite de Flujo Plástico
El material experimenta deformación durante largos periodos de tiempo.
Secciones de Acero Comúnmente Utilizadas
Perfiles angulares como LI, LD, OC, CE, CF, IR, por su disponibilidad.
Resistencia a la Tracción del Acero
Capacidad de soportar el estiramiento de sus fibras con mínimas deformaciones.
Deformaciones en Elementos a Tensión Axial
Elástica o plástica de baja ductilidad. Disminuyen su sección transversal y aumentan su longitud.
Determinación de la Resistencia a la Tracción
Se determina con los criterios de diseño del IMCA: DRP (o ASD) y DFCR (o LRFD).
Factores que Influyen en la Resistencia
Factores de resistencia, factores de carga, factores de seguridad.
Tipos de Cables y Tirantes
Cables suspendidos y atirantados, torón, barras circulares planas, cordones, cadenas.
Tipos de Apoyos Adecuados para Cables
Articulación, empotramiento vertical.
Uso de los Cables
Puentes atirantados, tensores, tirantes de pérgolas, tirantes en postes.
Factores de Seguridad para Cables (3 o 4)
Para evitar la deformación plástica y la ruptura.
Área Neta
Área global menos área de perforaciones.
Bloque de Cortante
Desprendimiento de una parte del elemento a tensión, dejando una parte rectangular sobre el apoyo siguiendo los ejes de la tornillería.
Rezago por Cortante
Distribución no uniforme de los esfuerzos de tensión cerca de una conexión, reduciendo el área efectiva en tensión.
Diferencia entre Conexión Atornillada y Soldada
El área de la atornillada es afectada por los tornillos, requiriendo el cálculo del área neta y neta efectiva.
Factor de Carga en Diseño a Tracción
Coeficiente aplicado a la carga nominal para considerar la incertidumbre de su magnitud y la probabilidad de cargas máximas simultáneas.
Propósito de las Limitaciones de Deformación
Evitar la deformación plástica.
Relación de Esbeltez
No hay límite en tensión, pero es preferible L/r ≤ 300.
Esfuerzo de Aplastamiento
Flujo local por compresión de un elemento apoyado. Estado límite de falla por compresión al alcanzar la máxima deformación.
IMCA (5ta y 6ta Edición) en Diseño a Tensión
Establece criterios, estándares y catálogo de perfiles para el diseño.
Criterio de Diseño
Procedimiento para determinar las resistencias de los elementos, incluyendo fórmulas y consideraciones.