CI52R: ESTRUCTURAS DE ACERO

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1 CI52R: ESTRUCTURAS DE ACERO Prof.: Ricardo Herrera M. CÓDIGO Programa CI52R NOMBRE DEL CURSO CI52R ESTRUCTURAS DE ACERO NÚMERO DE UNIDADES DOCENTES HORAS DE CÁTEDRA HORAS DE DOCENCIA AUXILIAR HORAS DE TRABAJO PERSONAL REQUISITOS REQUISITOS DE CONTENIDOS CARÁCTER DEL CURSO ESPECÏFICOS CI34A, Materiales de Construcción Calcular esfuerzos y desplazamientos en Obligatorio para Mención Estructuras-Construcción CI42F/CI42C, Mecánica de Sólidos II estructuras hiperestáticas (CI42A) Teoría de la elasticidad en varias dimensiones (CI42F/CI42C). Propiedades básicas del acero (CI34A) PROPÓSITO DEL CURSO Curso de carácter teórico que entrega las herramientas para diseñar elementos de acero y conexiones entre estos elementos sometidos a diferentes estados de carga. OBJETIVO GENERAL Al finalizar el curso, el alumno será capaz de: Verificar y dimensionar elementos estructurales y conexiones de acero. 1

2 Programa CI52R NÚMERO NOMBRE DE LA UNIDAD OBJETIVOS 1 DURACIÓN El acero estructural. Conocer las propiedades principales del acero estructural. 1 semana CONTENIDOS BIBLIOGRAFÍA 1.1. Proceso de fabricación del acero Características generales del acero estructural Tipos de acero estructural Tipos de elementos de acero estructural y estructuras de acero Ventajas y desventajas de usar acero estructural. 2 DURACIÓN 1 semana [Salmon&Johnson, Cáp. 2] [McCormac, Cáp. 1] NÚMERO NOMBRE DE LA UNIDAD OBJETIVOS Fundamentos del diseño en acero. CONTENIDOS 2.1. Diseño estructural básico Filosofías de diseño 2.3. Método de diseño por tensiones admisibles (ASD) Método de diseño por factores de carga y resistencia (LRFD) Especificaciones y normas para el diseño de estructuras de acero. Entender las bases de los métodos de diseño por LRFD y ASD. BIBLIOGRAFÍA [Salmon&Johnson, Cáp. 1] [McCormac, Cáp. 2] [AISC, Cáp. B] Programa CI52R NÚMERO NOMBRE DE LA UNIDAD OBJETIVOS 3 DURACIÓN 2 semanas Diseño para tracción Identificar modos de falla de elementos en tracción. Diseñar elementos en tracción CONTENIDOS BIBLIOGRAFÍA 3.1. Elementos en tracción Resistencia nominal Área neta, área neta efectiva Barras en tracción, pasadores y cáncamos. [Salmon&Johnson, Cáp. 3] [McCormac, Cáps. 3 y 4] [AISC, Cáps. B y D] NÚMERO NOMBRE DE LA UNIDAD OBJETIVOS 4 DURACIÓN 2 semanas Diseño para compresión Identificar modos de falla de elementos en compresión. Diseñar elementos en compresión CONTENIDOS BIBLIOGRAFÍA 4.1. Elementos en compresión Pandeo elástico Longitud de pandeo Elementos armados Elementos con alas o almas esbeltas. [Salmon&Johnson, Cáp. 6] [McCormac, Cáps. 5, 6 y 7] [AISC Cáps. C y E] 2

3 Programa CI52R NÚMERO NOMBRE DE LA UNIDAD OBJETIVOS 5 DURACIÓN 4 semanas Diseño para flexión Identificar modos de falla de elementos en flexión. Diseñar elementos en flexión CONTENIDOS BIBLIOGRAFÍA 5.1. Elementos en flexión Estados límite Límites de compacidad y esbeltez Resistencia nominal, elementos de sección compacta Resistencia nominal, elementos de sección no compacta Resistencia nominal, elementos de ala y/o alma esbelta Flexión en torno al eje débil. [Salmon&Johnson, Cáps. 7, 8 y 9] [McCormac, Cáps. 8, 9 y 10] [AISC Cáp. F] NÚMERO NOMBRE DE LA UNIDAD OBJETIVOS 6 DURACIÓN 1 semana Diseño para corte Identificar modos de falla de elementos en corte. Diseñar elementos sometidos a corte. CONTENIDOS BIBLIOGRAFÍA 6.1. Resistencia nominal Resistencia nominal usando la teoría del campo de tracciones Corte en el eje débil. [Salmon&Johnson, Cáps. 7 y 11] [McCormac, Cáp. 10] [AISC Cáp. G] 7 DURACIÓN 1 semana Programa CI52R NÚMERO NOMBRE DE LA UNIDAD OBJETIVOS Diseño para esfuerzos combinados CONTENIDOS 7.1. Elementos bajo esfuerzos combinados Compresión y flexión Tracción y flexión Flexión biaxial. Identificar modos de falla de elementos bajo esfuerzos combinados. Diseñar dichos elementos. BIBLIOGRAFÍA [Salmon&Johnson, Cáp. 12] [McCormac, Cáp. 11] [AISC Cáp. H] NÚMERO NOMBRE DE LA UNIDAD OBJETIVOS 8 DURACIÓN 2 semanas Diseño de conexiones Conocer propiedades de materiales usados en conexiones. Identificar modos de falla en conexiones. CONTENIDOS BIBLIOGRAFÍA 8.1. Tipos de conexiones Conectores mecánicos Soldadura Principales modos de falla. [Salmon&Johnson, Cáps. 4, 5 y 13] [McCormac, Cáp. 12, 13, y 14] [AISC Cáp. J] 3

4 Bibliografía BIBLIOGRAFÍA EVALUACIÓN [AISC] AISC (2005) Specification for Structural Steel Buildings, American Institute of Steel Construction [Bowles] Bowles, J. E. (1996) Diseño de Acero Estructural, Ed. Limusa [Bresler] Bresler, B., Lin, T. Y., & Scalzi, J. B. (1969) Design of Steel Structures Ed. John Wiley [McCormac] McCormac, J. C. (1989) Structural Steel Design: LRFD Method, Ed. Harper & Row [Salmon&Johnson] Salmon, C. G. & Johnson, J. E. (1996) Steel Structures: Design and Behavior Ed. Prentice Hall [Tall] Tall, L., editor (1974) Structural Steel Design Ed. Ronald 3 evaluaciones parciales (controles) y un examen final. Evaluación de ejercicios semanales y proyecto semestral. Capítulo 1: El Acero Estructural 4

5 Qué es el acero? Aleación de Fe y C (~0.05-2%). Puede contener otros elementos como Mn, Ni, Nb, Cr, V, P, S, Si, Cu, etc. Porcentaje y elementos de aleación pueden modificar propiedades del acero. Carbono Equivalente (CE%) = C% + (Mn%/6) + ((Cr%+Mo%+V%)/5) + ((Ni%+Cu%)/15) Elementos de Aleación Elemento COBRE MANGANESO VANADIO Efecto Mejora resistencia a corrosión atmosférica. Desoxidante, neutraliza azufre, facilitando trabajo en caliente. Imparte dureza, ayuda a formar granos finos. Aumenta resistencia a impacto y a fatiga 5

6 Elementos de Aleación Elemento SILICIO FOSFORO Y AZUFRE Efecto Se emplea como desoxidante y actúa como endurecedor en el acero de aleación. Perjudican la tenacidad del acero Proceso de Fabricación Fuente: Infoacero.cl 6

7 Proceso de Fabricación Fuente: Infoacero.cl Proceso de Fabricación Fuente: Infoacero.cl 7

8 Tipos de Acero Estructural Aceros al carbono Aceros aleados Aceros de baja aleación y alta resistencia Aceros inoxidables Propiedades del acero estructural Ensayo a tracción 8

9 Propiedades del acero estructural Propiedades para el diseño 9

10 Corrosión Corrosión: pérdida de sección debido a reacciones químicas o electroquímicas con medioambiente. Resistencia depende de: Composición química Fractura Ensayo Charpy Probeta 10

11 Soldabilidad Facilidad para ser soldado Depende de Contenido de carbono (equivalente) Factores que afectan las propiedades mecánicas Composición química Tratamiento térmico Historia de deformaciones Geometría Temperatura Velocidad de carga (deformación) Estado de tensiones 11

12 Curva idealizada del acero Strain aging 12

13 Efecto de la Temperatura Efecto de la velocidad de carga 13

14 Estado de tensiones Estado multiaxial de esfuerzos Von Mises: Grados de acero estructural ASTM (EE.UU.) A36 A572 Gr. 50 A572 Gr. 65 NCh 203 of77 A37-24ES A42-27ES A52-34ES A992 14

15 Grados de acero estructural, NCh203 of77 Comparación de grados de acero estructural 15

16 Tipos de elementos de acero estructural Angulo Te Canal Perfil W Perfiles Laminados Barra Placa 5. Tipos de elementos de acero estructural Tubo circular Tubo rectangular Perfiles plegados y soldados Perfiles plegados (en frío) 16

17 Tipos de estructuras de acero Estructuras de marco: edificios, torres, puentes, galpones. Cáscaras y membranas: estanques, silos, calderas, cascos de barco. Estructuras suspendidas: puentes, techos. Tipos de estructuras de acero Estructuras de marco: edificios, torres, puentes, galpones. 17

18 Tipos de estructuras de acero Cáscaras y membranas: estanques, silos, calderas, cascos de barco. Tipos de estructuras de acero Estructuras suspendidas: puentes, techos. 18

19 Ventajas del acero Alta resistencia Uniformidad y homogeneidad Rango elástico amplio Durabilidad Ductilidad y tenacidad Rapidez de construcción Reciclabilidad Desventajas del acero Costo de mantenimiento Vulnerabilidad al fuego Susceptibilidad al pandeo Susceptibilidad a la fatiga 19