Universidad Nac ional de Ingeniería – Facultad de Ingeniería Civil Dr. Ing. Carlos Zavala Profesor de Diseño en Acero & Madera DAE-FIC-UNI INTRODUCCIÓN A LAS ESTRUCTURAS DE ACERO
Universidad Nacional de Ingeniera Facultad de Ingeniera Civil
Dr. Ing. Carlos ZavalaProfesor de Diseo en Acero & Madera
DAE-FIC-UNI
INTRODUCCIN A LAS ESTRUCTURAS DE ACERO
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Tpicos a Tratar
El Acero Estructural
Proceso de fabricacin
Principales tipos de elementos
Tipos de estructuras
Estructuras mas usadas
Estructuras Monumentales
Puentes
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El acero Estructural
Material se produce por la refinacin del mineral del hierro y metales de desecho, junto con carbono y oxigeno, en hornos de alta temperatura que producen grandes masas de hierro (arrabio). El arrabio se refina para remover el exceso de carbono e impurezas a travs de la aleacin con otros metales como cromo, nkel, manganeso, molibdeno, fsforo, slice, azufre, titanio,columbio y vanadio. As se logran las caractersticas deseadas de resistencia ductilidad, soldabilidad y resistencia a la corrosin.
ACEROS ESTRUCTURALES MODERNOS
Propiedadesdel acero
Composicinqumica
Variacin en el contenido de carbono
Adicin de otros elementosSi, Ni, Mn, Cu
Acero aleado
PropiedadesEstructuralesSoldabilidadResistenciaDurezaDuctilidad
Tratamientos trmicos
Templado
Revenido
Endurecimiento del metal de manera profunda obtenido al calentarlo y enfriarlo rpidamente al sumergirlo en un lquido froCalentamiento del metal a temperaturas elevadas prolongando su enfriamiento para que al efectuarse lentamente no engendre tensiones internas.
Procesos mecnicos
Proceso de laminado
Estiramiento trmico
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Diagrama de Flujo de la Fabricacin del Acero Estructural
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ACEROS ESTRUCTURALES MAS USADOS
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ACERO A-36Fy = 36 ksiFu = 58 ksiE= 29000 ksi
58
ENSAYO DE RESISTENCIA A LA TRACCIN DEL ACERO
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PRODUCTOS DEL ACERO
FORMADOSEN CALIENTE(ROLADO)
FORMADOSAL FRIO(DOBLADO)
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Doblado de bobinas
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PRODUCTOS DEL ACERO
Rolado: Proceso en el cual las secciones se forman en caliente a travs de pasar por rolas dando la forma del perfil
Doblado: Se forman a partir de las bobinas de acero de espesor delgado (0.5 mm 4 mm.)
Soldados: Se forman por soldadura de planchas
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VENTAJASEl acero estructural, a pesar de su elevado costo, es el material idealpara construccin, especialmente para estructuras ubicadas en zonas ssmicas, por las ventajas que a continuacin se indican:
Material homogneo
Ductilidad: Propiedad para soportar grandes deformaciones sin fallar al someterse a grandes esfuerzos de traccin. Sus grandes deflexiones ofrecen evidencia visible de la inminente falla.Tenacidad: Posee resistencia y ductilidad. Es la propiedad que le permite absorber energa en grandes cantidades sin fracturarse.Resistencia a la fatiga: Esta propiedad le permite soportar muchos ciclos de carga y descarga, o bien, de tensin o compresin.Durabilidad: Con un mantenimiento adecuado su vida til puede prolongarse casi indefinidamente.Soldabilidad: Esta propiedad le permite ser unido a otro elemento de su misma especie lo cual representa una gran ventaja como material de construccin.
Alta resistencia: Gran relacin de resistencia y rigidez por unidad de volumen.
PesoLa estructura metlica pesa considerablemente menos que una estructura de concreto para la misma geometra y cargas.Propiedad muy til en la construccin de edificios muy altos con malas condiciones para su cimentacin.
Fuerzas ssmicas proporcionalmente menoresLa fuerzas ssmicas que actan en la estructura de un edificio se determinan multiplicando la masa por su aceleracin de respuesta. Mientras ms pequea sea la masa del inmueble (carga muerta) menor ser la vulnerabilidad al dao por sismos.
Versatilidad arquitectnicaMayores espacios rentablesFlexibilidad en el diseoCaractersticas estticas especiales
Gran eficiencia constructivaGran parte del proceso se lleva a cabo en el taller de fabricacin y un porcentaje menor del trabajo directamente en campo.
Ampliacin de estructuras existentes
Economa en los acabadosLos peraltes de vigas, trabes y armaduras de los marcos rgidosson menores que en una estructura de concreto, logrando con esto un ahorro en revestimiento de muros, fachadas y acabados en general.
Rapidez constructivaMientras en el lugar de la obra se est construyendo la cimentacin, al mismo tiempo en el taller se fabrica la estructura.Se minimiza la influencia de las condiciones metereolgicas en la calidad de la construccin debido al trabajo de prefabricado hecho en planta bajo un ambiente controlado.
Propiedades diversasFacilidad de ensamble a travs de varios tipos de conexiones.Capacidad para laminarse en una gran cantidad de tamaos y formas.
Una estructura de acero puede adaptarse con relativa facilidad a los cambios arquitectnicos, modificacin de pisos, ampliaciones, reforzamientos, etc.
DESVENTAJASCosto de la estructuraUna estructura metlica requiere adems del acero estructural otros materiales o insumos complementarios como soldadura, pernos y pintura.En el Per la mano de obra es barata y el material es caro.La diferencia de costo entre las diferentes calidades de acero estructural son significativas.
Costo de mantenimientoLa mayor parte de los aceros son susceptibles a la corrosin por lo que deben pintarse peridicamente. Se requiere proteger la estructura durante el proceso de construccin.
Costo de la proteccin contra fuegoLa proteccin de estructuras de acero contra fuego es cara y en ocasiones puede representar hasta un 5% del costo de la fabricacinde la estructura.
VibracinEste aspecto es parte de un buen diseo sin embargo, adems de satisfacer las condiciones de seguridad se necesita cumplir con requisitos de servicio, funcionamiento y confort.
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Que podemos disear y construir con acero?
Puentes Viviendas Coliseos
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Que podemos disear y construir con acero?
Edificios Edificios Industriales
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Que podemos disear y construir con acero?
Cubiertas de gran luz (membranas)
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Galpones
Que podemos disear y construir con acero?
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Que podemos disear y construir con acero?
Aeropuertos (Aeropuerto de Calgary Canad)
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Estructuras de mayor fabricacin
Aporticados para locales comerciales
Reticulados para aviacin
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Estructuras de mayor fabricacin
Aporticados industrialesViviendas para campamentos
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Estructuras de mayor fabricacin
Coliseos (Coliseo de la Punta)
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Jos Carlos Maritegui 1894-1930(Fundador de la Revista Amauta 1926)
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Plaza de Toros de Chacra Ros 1948 Coliseo Amauta 1968
Estructuras monumentales
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Coliseo Amauta 1968 Modelo de la Cubierta
Msc. Ing. Luis Zapata
Estructuras monumentales
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Estructuras monumentales
Estadio Olmpico de Beijing 2008
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Estructuras monumentales
Estadio Olmpico de Beijing 2008
Sistemas Armados
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Estructuras monumentales
ESTADIO ALLIANZ ARENA
Estructuras monumentales
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UBICACIONEl Allianz Arenase ubica en el
barrio de
Frttmaning, al
norte de Mnich,
en el estado
federado de
Baviera,
Alemania.
Estructuras monumentales
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DIMENSIONES:
258 metros de
longitud, 227 metros
de anchura y 50
metros de altura.
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Su estructura es una Armadura de tipo Pratt
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CONEXIN
Empernadas
CARACTERISTICAS
Fcil de instalar y el
material usado (acero)
lo hace ligera
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Aeropuerto Charles D Gould
Paris, Francia
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Usos
Terminal de aviones y pasajeros
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Aeropuerto Charles D Gould
Elementos
Retcula Modular
Aeropuerto Charles D Gould
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Esfuerzos
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Aeropuerto Charles D Gould
Uniones y soportes
Aeropuerto Charles D Gould
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Aeropuerto Charles D Gould
Aeropuerto Charles D Gould
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Puentes de arco
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Tipos de puente de arco Arco bajo tablero
Arco sobre tablero
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Puente del puerto de Sydney
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TRABAJO DE ESTRUCTURAS
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ESTRUCTURA TIJERAL
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ESTRUCTURA TIJERAL
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CONCLUSIONES Se ha presentado una introduccin a las posibilidades constructivas del
material acero estructural y sus usos mas frecuentes.
Las estructuras de mayor uso deben ser armadas bajo un sistema estructuralque utilice perfiles pequeos debido a las limitaciones de nuestra industria.
Se mostraron diversos ejemplos de configuraciones estructurales entre ellasalgunas muy simples y otras monumentales.
El diseo de los elementos de acero se basa en el diagnsticos de las fuerzasy requerimientos de seccin que debern de cubrir las demandas de cargas