CONSTRUCCIONES DE ACERO

Transcripción

1 CMM 2009 CONSTRUCCIONES DE ACERO REGLAMENTO ARGENTINO DE ESTRUCTURAS DE ACERO PARA EDIFICIOS Proyecto CIRSOC 301 (2005) REGLAMENTO ARGENTINO PARA CONSTRUCCIONES SISMORRESISTENTES Proyecto INPRES-CIRSOC 103 Parte IV (2000) 1

2 OBJETIVOS DEL CURSO Reconocer el acero como material estructural, sus construcciones y procedimientos de diseño Conocer los principios de la seguridad estructural y criterios de evaluación Conocer y aplicar la tecnología específica al proyecto y la ejecución de obras civiles, hidráulicas y de comunicaciones Interpretar el uso de los Reglamentos y aplicar la normativa al proyecto de elementos de acero y sus conexiones. # Familiarizar al alumno con las fuentes de información, los centros de investigación y de divulgación de las construcciones de acero # Comprender la responsabilidad social del profesional universitario y su relación con el medio en el que actúa 2

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4 Nueva generación de reglamentos * Contexto geopolítico: la globalización, la apertura económica y los acuerdos de integración regionales * Participación de las fuerzas sociales: incorporación al Comité Ejecutivo CIRSOC de las empresas constructoras y de servicios, fabricantes y elaboradores, cámaras, institutos de investigación, asociaciones profesionales... * Encarar la redacción de la nueva generación de reglamentos sobre la base de lineamientos internacionales de reconocido prestigio 4

5 Nueva generación de reglamentos Objetivos de la nueva generación de reglamentos: Asegurar la inserción de la ingeniería argentina en los procesos de integración económica y tecnológica; Privilegiar e interpretar la opinión de los usuarios, con el fin de asegurar su aceptación y difusión en todos los ámbitos de la industria de la construcción; Facilitar el fluido intercambio de servicios de ingeniería y construcción; Propiciar una efectiva integración de las diferentes regiones de nuestro país, a través de la armonización y unificación de los requerimientos mínimos de seguridad, calidad y durabilidad a exigir a nivel nacional, provincial, municipal, en los pliegos de especificaciones técnicas, etc; Garantizar un nivel adecuado de seguridad de las personas y los bienes, de calidad y durabilidad de las obras públicas y privadas y de confiabilidad de las inversiones que se realicen en infraestructura; 5

6 REGLAMENTO CIRSOC 301-EL Conformación de Reglamento Alcances y campo de validez Tipos de estructuras Materiales Acciones y combinaciones: Estados Límites 6

7 ANTECEDENTES del Reglamento CIRSOC 301 7

8 Organización del Reglamento CIRSOC 301 El Reglamento... establece los requisitos mínimos para el proyecto, fabricación, montaje, protección, control de calidad y conservación de las estructuras de acero para edificios... Se organiza en: Capítulos Apéndices Comentarios Los Capítulos con sus respectivos Apéndices constituyen la parte prescriptiva del Reglamento y se deben aplicar integralmente para lograr los propósitos de seguridad y servicio. 8

9 Organización del Reglamento CIRSOC 301 Los COMENTARIOS... sólo constituyen una ayuda para la comprensión de las prescripciones, presentando los antecedentes y fundamentos en los cuales aquellas se basan. 9

10 Organización del Reglamento CIRSOC 301 EJEMPLOS Partes I y II Se acompaña el Reglamento con ejemplos de aplicación, con el fin de facilitar la comprensión y utilización de las especificaciones contenidas en él. Parte I: ejemplos de elementos estructurales simples y de uso habitual en nuestro medio Parte II: análisis y dimensionamiento de una nave con entrepiso... Incluye Tablas y diagramas de flujo respecto de los procedimientos de proyecto. Aplicadas a aceros de uso habitual según normas IRAM-IAS 10

11 SIMBOLOGÍA A Ab FBM FEXX Fu Fw Fwγ Fy Pn Pu Pu1 Py S S área de la sección transversal, en cm2. (F.1.2.). área nominal del cuerpo no roscado del bulón, o de la parte roscada, en cm². (J.3.6.). resistencia nominal del metal base, en MPa. (J.2.4.). número de clasificación del electrodo (resistencia mínima especificada), en MPa. tensión de rotura a la tracción especificada para el tipo de acero que está siendo utilizado, en MPa. (B.10.). resistencia nominal del material del electrodo, en MPa. (J.2.4.). tensión para barras con almas de altura variable definida por la expresión A-F.3-7, en MPa. (A-F.3.4.). tensión de fluencia especificada para el acero que se está utilizando. resistencia nominal a fuerza axil ( compresión o tracción ), en kn. (D.1.). resistencia axil requerida (compresión o tracción), en kn. (Tabla B.5.1). fuerza axil requerida en cada barra de una columna armada, en kn. (A-E ). resistencia nominal de fluencia, en kn. (Tabla B.5.1). módulo resistente elástico de la sección, en cm3. (F.1.1.). acción de la nieve. (A.4.1.). 11

12 A. REQUISITOS GENERALES A.1.- Introducción El Reglamento... establece los requisitos mínimos para el proyecto, fabricación, montaje, protección, control de calidad y conservación de las estructuras de acero para edificios... 12

13 A.2 - CAMPO DE VALIDEZ El Reglamento se aplica a: todos los elementos estructurales resistentes de acero, laminados o armados con perfiles laminados y/o chapas, y sus uniones,... que formen parte de las estructuras de acero de edificios destinados a vivienda, locales públicos, depósitos e industrias (incluso las que tengan carácter provisorio como andamios cimbras, puntales, etc.), y que sean necesarias para soportar los efectos de las acciones actuantes. Se incluyen las vigas carril de puentes grúas, monorrieles y las estructuras de soporte de instalaciones y cañerías; las estructuras de carteles, marquesinas y similares. Se incluyen elementos estructurales resistentes hechos con tubos con costura longitudinal de sección circular... excepto sus uniones directas El Reglamento NO se aplica a: puentes carreteros o ferroviarios, tensoestructuras, construcciones hidráulicas de acero, torres especiales, construcciones sometidas a temperaturas menores que -20ºC o mayores que 100ºC, ni para aquellas estructuras especiales para las que exista vigente algún Reglamento particular. 13

14 A.2 - CAMPO DE VALIDEZ REGLAMENTOS relacionados o complementarios, Proyectos en discusión pública: Reglamento CIRSOC 302 Estructuras tubulares de acero Reglamento CIRSOC 303 Estructuras de acero de chapa conformada Reglamento CIRSOC 304 Estructuras de acero soldadas Recomendación CIRSOC 305 Especificaciones para uniones estructurales con bulones de calidad ASTM A325 o ISO 8.8 Reglamento CIRSOC 308 Estructuras livianas de acero de reticulados de redondos Reglamento CIRSOC 309 Estructuras Mixtas 14

15 A.3 - MATERIALES 15

16 A.3 - MATERIALES Define el material conforme las normas IRAM-IAS Acero estructural y perfiles pesados Tornillos (bulones), tuercas y arandelas Barras roscadas y de anclaje Metal de aporte y fundente para soldadura Propiedades generales del acero (a) Módulo de elasticidad longitudinal: E = MPa (b) Módulo de Elasticidad transversal: G = MPa (c) Coeficiente de Poisson en período elástico: μ = 0,30 (d) Coeficiente de dilatación térmica: αa= cm/cmºc (e) Peso específico: γa = 77,3 kn/m3 16

17 A.2 - CAMPO DE VALIDEZ A.2.2 Tipos de Estructura Conforme resulte el comportamiento a momento de las conexiones, las estructuras se clasifican TR Totalmente Rígida PR Parcialmente Rígida AR Libre Rotación Articulada Lo que está asociado a tres conceptos básicos del funcionamiento de la conexión: + Resistencia + Rigidez + Ductilidad 17

18 A.2.2 Tipos de Estructura AR Libre rotación TR Totalmente Rígida PR Parcialmente Rígida 18

19 TIPOS ESTRUCTURALES Comportamiento de las conexiones Mn Resistencia conexión Mpv Resistencia viga AR Libre rotación Mn <= 0,2Mpv TR Totalmente Rígida Mn >=Mpv PR Parcialmente Rígida 0,2 Mpv< Mn < Mpv 19

20 TIPOS ESTRUCTURALES Comportamiento de las conexiones y las vigas 20

21 A.2.2 Tipos de Estructura Resistencia de la conexión Mn Resistencia conexión Mpv Resistencia viga AR Libre rotación Mn <= 0,2Mpv TR Totalmente Rígida Mn >=Mpv PR Parcialmente Rígida 0,2 Mpv< Mn < Mpv 21

22 A.2.2 Tipos de Estructura Rigidez de la conexión Ks L α= EI Es más realista considerar la rigidez secante (Ks) que la inicial o elástica (Ki) θs se determina para un estado de combinación de acciones de servicio y otro para combinación última AR Libre rotación α <= 2 TR Totalmente Rígida α >=20 PR Parcialmente Rígida 2 < α < 20 22

23 A.2.2 Tipos de Estructura Ductilidad de la conexión Θυ es el menor correspondiente a: Mu = 0,8 Mn Θu = 0,03 rad La ductilidad admisible θu deberá ser comparada con la ductilidad rotacional requerida bajo la acción de la totalidad de las cargas mayoradas determinada por un análisis no lineal de la unión. En ausencia de un análisis preciso de la capacidad de rotación requerida por la unión puede considerarse adecuada la ductilidad de la unión cuando la ductilidad admisible es mayor que 0,03 radianes. 23

24 A.2 - CAMPO DE VALIDEZ A.2.2 Tipos de Estructura - PÓRTICOS 24

25 A.2 - CAMPO DE VALIDEZ A.2.2 Tipos de Estructura - ARMADURAS 25

26 A.2.2 Tipos de Estructura AR Libre rotación TR Totalmente Rígida PR Parcialmente Rígida 26

27 A.4 ACCIONES Y COMBINACIONES DE ACCIONES Acciones Las acciones y sus intensidades mínimas (nominales) se determinan de acuerdo con los Reglamentos CIRSOC e INPRES-CIRSOC respectivos Las condiciones particulares no reglamentadas deben ser adecuadamente analizadas y fundamentadas por el Proyectista Acciones permanentes: D T F Acciones variables: L Lr W S H R Acciones Accidentales: E 27

28 A.4 ACCIONES Y COMBINACIONES DE ACCIONES Impacto: las acciones variables que provocan impacto deberán incrementarse: Para vigas carril de puentes grúas y sus uniones... 25% Para monorieles y sus uniones... 10% Para soportes de maquinaria ligera impulsada por motores eléctricos y en general equipamientos livianos con funcionamiento caracterizado por movimientos rotativos... 20% Para soportes de máquinas con motores a explosión o unidades de potencia y grupos generadores y en general equipamientos cuyo funcionamiento es caracterizado por movimientos alternativos... 50% Para tensores que soportan balcones y sus uniones... 33% Para apoyos de ascensores y montacargas % 28

29 A.4 ACCIONES Y COMBINACIONES DE ACCIONES Combinación de acciones para estados límites últimos

30 A.5 BASES DE PROYECTO - Resistencia requerida La resistencia requerida de elementos y conexiones se determina mediante análisis estructural para la combinación crítica de las cargas mayoradas. - Estados límites Condiciones de proyecto El método por estados límites es un procedimiento de proyecto y dimensionamiento de estructuras en el que la condición de Proyecto es que ningún estado límite sea superado cuando la estructura es sometida a todas las combinaciones apropiadas de acciones previstas. Todo estado límite relevante debe ser investigado Un estado límite es aquel para el que si es superado la estructura o parte de ella, no logra satisfacer los comportamientos requeridos o esperados por el proyecto. 30

31 A.5 BASES DE PROYECTO Estados Límites Últimos Se definen para que la estructura presente condiciones seguras de estabilidad y transferencia de cargas. RESISTENCIA REQUERIDA < = RESISTENCIA DE DISEÑO RR < = RD Estados Límites de Servicio Se definen para que la estructura presente un comportamiento normal (de confort) en condiciones de servicio; p.e. Deformaciones, efectos de fatiga,... DEFORMACION DE PROYECTO <= DEFORMACION ADMSIBLE pry < = adm 31

32 A.5 BASES DE PROYECTO - Dimensionamiento (o Proyecto) para Estados Límites Últimos RESISTENCIA REQUERIDA < = RESISTENCIA DE DISEÑO RR < = RD Pu Pd Los esfuerzos Mu Md Vu Vd Tu Td y sus combinaciones γi Qi φ Pn SON VARIABLES ALEATORIAS 32

33 A.5.3- Dimensionamiento (o Proyecto) para Estados Límites Últimos Factores de carga (γ) y Resistencia (φ) Los factores de resistencia consideran la inevitable inexactitud de la teoría, las variaciones en las propiedades y dimensiones del material, la inexactitud del comportamiento de las conexiones Los factores de carga pretenden cubrir la incertidumbre en la intensidad y distribución de las cargas y acciones Ninguno cubre errores humanos o negligencias en el proyecto!!!!! La especificación AISC-LRFD, base de este Reglamento está fundamentada en: Modelos probabilísticos de cargas y resistencias Calibración de los criterios de AISC-LRFD con AISC-ASD hecha para algunos tipos y elementos estructurales y tipos de esfuerzos; Evaluación del criterio resultante mediante juicio, experiencia y estudio comparativo de proyectos de estructuras representativas. 33

34 A.5.3- Dimensionamiento (o Proyecto) para Estados Límites Últimos Significado de los Factores de Carga y Resistencia γ i Qi φ Pn Qu Rd γ Q φ Rn 34

35 A Factores de carga y resistencia La condición de resistencia RR < = RD puede expresarse como: M = Rd Qu 0 Rd 1 Qu Rd ln 0 Qu El estado de seguridad viene asociado a * una disminución de la dispersión σ * un corrimiento del valor medio, alejándolo del límite inferior en una cantidad β denominado índice de confiabilidad 35

36 A Factores de carga y resistencia Se define el valor medio en función de la desviación normal: R ln Q = β σ m R ln Q Para salvar los inconvenientes de la falta de datos se asume que β σ R ln Q donde: VR = VQ = = β σ R Rm σ Q (V 2 R ) R + VQ2 ln m Q m son los coeficientes de variación de las resistencias y de las acciones Qm 36

37 A Factores de carga y resistencia De este modo, el índice de confiabilidad β se aproxima con: (V ) R + VQ2 ln m Q m Rm ln Q m β VR2 + VQ2 β 2 R ( ) Al proceso de definición de β se lo denomina calibración. La calibración se genera: Con información estadística Conocimiento del dimensionamiento de un miembro en particular (tipos de esfuerzos y secciones) Conforme algún reglamento conocido Según las cargas que lo solicitan 37

38 A Factores de carga y resistencia El punto de equilibrio o de comparación entre AISCLRFD Y AISC-ASD, se fijó para una relación de cargas variables y permanentes de 3 (L/D=3) Con ello resultan los siguientes valores de β β = 2,6 combinaciones D y L β = 4 a 5 para conexiones, pues se espera que las uniones sean más fuertes que las piezas que unen β = 2,5 combinaciones D y W β = 1,75 combinaciones D y E El factor de resistencia se puede determinar con: R φ = m e ( 0.55 β VR ) Rn 38

39 A.4.2 Combinaciones de acciones para los E.L.U. La resistencia requerida de la estructura y de sus elementos se debe determinar en función de la combinación de acciones mayoradas más desfavorable (combinación crítica). Se tendrá en cuenta que muchas veces la mayor resistencia requerida resulta de una combinación en que una o más acciones no están actuando. Como mínimo, deberán analizarse las siguientes combinaciones de acciones: (A.4.1) (A.4.2) (A.4.3) (A.4.4) (A.4.5) (A.4.6) 1,4 (D+F) 1,2 (D+F+T) + 1,6 (L+H) + (f1 Lr ó 0,5 S ó 0,5 R) 1,2 D + 1,6 (Lr ó S ó R) + (f1 L ó 0,8 W) 1,2 D + 1,6 W + f1 L + (f1 Lr ó 0,5 S ó 0,5 R) (*) 1,2 D + 1,0 E + f1 (L+ Lr )+ f2 S 0,9 D + (1,6 W ó 1,0 E) + 1,6 H (*) (*) Como factor de carga para viento se podrá adoptar 1,5 cuando se considere la velocidad básica de viento v de acuerdo a CIRSOC Las combinaciones de acciones y factores de carga reconocen que cuando actúan varias acciones variables o accidentales combinadas con la carga permanente, sólo una de ellas alcanza el valor de la máxima intensidad posible, en tanto que otra sólo alcanza el valor frecuente o casi permanente. 39

40 A.4.2 Combinaciones de acciones para los E.L.U. En las combinaciones de acciones definidas por CIRSOC 301-EL: (A.4.1) 1,4 (D+F) (A.4.2) 1,2 (D+F+T) + 1,6 (L+H) + (f1 Lr ó 0,5 S ó 0,5 R) (A.4.3) 1,2 D + 1,6 (Lr ó S ó R) + (f1 L ó 0,8 W) (A.4.4) 1,2 D + 1,6 W + f1 L + (f1 Lr ó 0,5 S ó 0,5 R) (A.4.5) 1,2 D + 1,0 E + f1 (L+ Lr )+ f2 S (A.4.6) 0,9 D + (1,6 W ó 1,0 E) + 1,6 H se encuentran implícitos, aproximadamente, los siguientes índices de confiabilidad: β=3 combinaciones que incluyen cargas gravitatorias D, L, Lr, S β = 2,5 combinaciones que incluyen acción del viento W β = 1,75 combinaciones que incluyen acciones accidentales E 40

41 A.4.2 Combinaciones de acciones para los E.L.U. CIRSOC vs CIRSOC γ Q φ Rn Radm = Ry Q FS R y = FS Q = FS ( D + L ) 1 γ Q φ 1 Rn = ( γ 1 D + γ 2 L ) = FS u ( D + L ) φ Rn = FS = cte = 1.65 FS CIRSOC / D L FS u = γ 1 + γ 2 φ D+ L D+ L 2 1,9 1,8 1,7 FSu 1,6 F.Su FS 1,5 1,4 1,3 1,2 1, ,11 0,25 0,43 0,67 1 1,5 2, Relación L/D 41

42 A.4.2 Combinaciones de acciones para los E.L.U. Hacemos algunos ejemplos? a) Entrepiso Estructura liviana + Aula - Losa-acero + Aula b) Cubierta de techo con nieve y viento 42

43 A.4.2 Combinaciones de acciones para los E.L.U. (A.4.1) 1,4 (D+F) (A.4.2) 1,2 (D+F+T) + 1,6 (L+H) + (f1 Lr ó 0,5 S ó 0,5 R) (A.4.3) 1,2 D + 1,6 (Lr ó S ó R) + (f1 L ó 0,8 W) (A.4.4) 1,2 D + 1,6 W + f1 L + (f1 Lr ó 0,5 S ó 0,5 R) (A.4.5) 1,2 D + 1,0 E + f1 (L+ Lr )+ f2 S (A.4.6) 0,9 D + (1,6 W ó 1,0 E) + 1,6 H 43

44 Curso CIRSOC 301-EL... Muchas gracias 44