CARGA MUERTASe llama carga muerta al conjunto de acciones que se
producen por el peso propio de la construccin: incluye el peso de
la estructura misma y el de los elementos no estructurales, como
los muros divisorios, los revestimientos de pisos muros y fachadas,
la ventaneria, las instalaciones y todos aquellos elementos que
conservan una posicin fija en la construccin.CARGA VIVALa carga
viva es la que se debe a la operacin y uso de la construccin,
incluye todo aquello que no tiene una posicin fija y definitiva
dentro de la misma y no puede considerarse como carga muerta.
Entran as en la carga viva el peso y las cargas debidos a muebles,
mercadotecnias, equipos y personas.CARGAS DE NIEVE, LLUVIA, GRANIZO
Y HIELOLa precipitacin atmosfrica puede producir cargas
significativas especialmente en el diseo de los techos, en regiones
con condiciones climticas particularmente severas es necesario
tomar en cuenta explcitamente los efectos de estas acciones.La
nieve que se deposita en los techos tiene un peso menor de lo que
podra pesar: cada centmetro de nieve suelta equivale a 1 kg/m2 de
carga.La lluvia puede producir cargas importantes en techos planos
cuando hay un mal funcionamiento de los desages.El granizo al
depositarse sobre los techos produce un efecto similar al de la
nieve.Peso volumtrico del hielo 900 kg/m3TIPOS DE CARGAS Cargas de
piso Cargas laterales Cargas ssmicas Cargas de viento Cargas
longitudinales VENTAJAS DEL ACERO SOBRE EL CONCRETO, CONCRETO SOBRE
ACEROHabindose realizado adecuadamente el estudio de una estructura
(clculos, planos de detalle, su construccin y montaje es ms rpida
que la del concreto armado.No necesita una inspeccin detallada de
sus proporciones, como es el caso del concreto armado (cemento,
arena, grava, acero, proporciones que hacen que vari su resistencia
y durabilidad).La colocacin del concreto armado se puede volver lo
suficientemente laboriosa en un da lluvioso a tal grado de
suspensin de la obra.El acero ocupa menos espacio, ya que los
elementos son esbeltos.El valor importante del acero que se obtiene
de estos elementos en su caso de derribo es mucho ms rpido.El
concreto armado es ms laborioso los derrumbes de la edificacin.El
acero admite cambios en el proceso constructivo o posteriormente.El
acero es un sistema insustituible para edificios de gran altura.El
acero permite realizar construcciones con precisin y en condiciones
de limpieza evidentes, a causa del modo de ejecutar las uniones.
Posee excelentes caractersticas mecnicas o traccin antes de decir
experimenta importantes deformaciones por traccin antes de llegar a
la rotura, lo que aumentara la seguridad de la construccin.
LEY DE ELASTICIDAD DE HOOKEFormulada para casos del estiramiento
longitudinal, establece que el alargamiento unitario que
experimenta un material elstico es directamente proporcional a la
fuerza aplicada en F. = /L =F/AESiendo el alargamiento, L la
longitud original, E mdulo de Young, A la seccin transversal de la
pieza estirada. La ley se aplica a materiales hasta un lmite
denominado lmite elstico.ACERO (CARGA DISTRIBUIDA) Mayor rapidez en
el sistema constructivo Construccin y montaje rpido Mayor capacidad
de carga Mayor ndice de elasticidad Mayores claros Admite cambios
posteriores Ductilidad Tenacidad Es flexible Certificacin de origen
Reciclable Es mas dctilCONCRETO (CARGA PUNTUAL) Ms resistente al
fuego que el acero Moldeable Es durable Utiliza menos tecnologa
para su fabricacin Es rgida y monoltico Algunos concretos son
invulnerables al efecto del medio ambiente Capacidad de resistencia
a los esfuerzos de compresin Fcil trabajabilidad El concreto es ms
econmico Menor mantenimiento preventivo Se fabrica a pie de obra
Material de aceptacin HISTORIA DEL ACERO EN MXICOEl hierro fue un
elemento decisivo de la conquista y que los espaoles hacan uso
extensivo de este metal. Antes de la cada de la gran Tenochtitlan
los conquistadores y sus aliados indgenas iniciaron trabajos de
forja para la elaboracin de clavos, cadenas y anclas necesarias
para los 13 bergantines que construyeron en el lago de Texcoco y
que les ayudaran a vencer a la capital del imperio azteca.
Posteriormente el hierro sirvi de infamante marca de esclavitud de
los pueblos sojuzgados.Pero luego la herrera creci en importante
formando parte de la arquitectura de castillos y casas.En el siglo
XIX se caracteriz por la urgencia de contar con suficiente
abastecimiento de hierro y acero en planchas y platina.La llegada
de la tecnologa del alto horno en Mxico se produjo en 1807 mediante
la ferrera Guadalupe instalada en Andrs Manuel del Rio en Coalcomn,
Michoacn.En el siglo XX, las ferreras fueron relevadas por compaas
siderrgicas de mayor envergadura que iba surgiendo al ritmo del
desarrollo econmico e industrial que estaba experimentando el pas.
1957 Arranque de la primera planta de reduccin directa industrial
1958 Produccin de aceros planos 1965 Uso del ms de 30 % en la carga
metlica llegada al 100 % en 19721968 Implementacin de sistema
computarizado de control del proceso del horno elctrico 1969 Uso de
escoria espumada 1970 Diseo de pellet para reduccin directa 1972
Produccin de aceros de troquelado extra profundo va acero1982
Arranque del proceso de acero Primera estructura de acero el
Palacio de Hierro.PERFILES DE ACEROLos primeros perfiles
estructurales hechos en los Estados Unidos en 1819, fueron ngulos
de hierro laminados. Las vigas I de acero se laminaron por primera
vez en ese pas en 1884 y la primera estructura reticular (el
edificio de la Home Insurance Company de Chicago) fue montada ese
mismo ao. El crdito por inventar el rascacielos que le otorga
generalmente al ingeniero William LeBaron Jenny que ideo esta
estructura, aparentemente de una huelga de albailes.
Perfiles laminados de aceroLos vigas S, fueron los primeros
perfiles de vigas laminadas en E.U. tienen una pendiente de 6 en el
interior de sus patines. Debe notarse que los espesores constantes
o casi constantes de los patines de las vigas W, a diferencia de
los patines ahusados de la viga S, facilitan las
conexiones.Perfiles de lmina delgada de acero dobladas en frio
ANLISIS DE MIEMBROS A TENSINEs comn encontrar miembros sujetos a
tensin en puentes, armaduras de techo, torres, sistemas de
arrostramiento y en miembros usados como tirantes. La seleccin de
un perfil para usarse como miembro a tensin es uno de los problemas
ms sencillos que se encuentran en el diseo de estructuras como no
existe el problema de pandeo, el proyectista solo necesita calcular
la fuerza factorizada que debe de tomar el miembro y dividirla
entre un esfuerzo de diseo para determinar el rea de la seccin
transversal efectiva necesaria. Luego se debe de seleccionar una
seccin de acero que satisfaga esta rea, sin embargo, aunque estos
tienen el propsito de que el estudiante conozca las ideas del diseo
y el manual LRFD.Unas de las formas ms simples de los miembros a
tensin es la barra de seccin circular, la cual es difcil de
conectar a otras estructuras. La barra circular se us con
frecuencia en el pasado, pero actualmente solo tiene una aplicacin
en los sistemas de arriostra miento, en las armaduras ligeras y en
la construccin con madera. Una causa importante para que las barras
circulares no se utilicen mucho actualmente es el mal uso que
recibieron en el pasado; pero si se disean e instalan correctamente
resultan muy adecuadas en muchos casos prcticos.Las barras de
seccin circular tienen poca rigidez y se flexionan fcilmente bajo
su propio peso, afectando as la apariencia de la estructuras. Estas
barras provistas de rosca y utilizadas antiguamente en puentes con
frecuencia funcionaban flojas y generabas mucha vibracin. Otra
desventaja de las barras redondas es la dificultad de fabricarlas a
la longitud exacta requerida y los consecuentes problemas en su
instalacin.Cuando se usan como arriostra miento es conveniente
aplicarles una tensin inicial con la idea de reducir la vibracin y
la deflexin, as como aumentar la rigidez de la estructura.Para
obtener una tensin los miembros pueden especificarse con una
longitud menor que la requerida la regla emperica usada para esto
es detallar las barras 1/16 pulgadas ms corta por cada 20 pie de
longitud (esfuerzo aproximado) F= E= (1/16/(12)(20))(29 X 106)=7550
psiPandeo: Se da en elementos verticales Deformacin en S de la viga
estructural Arriostres: Cables trenzados Anlisis de una Estructura
de Acero Praimer Costo Tiempo Formulas Los miembros a tensin en
puentes y armaduras de grandes techos pueden consistir en canales,
secciones W o S o en secciones armadas a base de ngulos, canales y
placas.Los canales simples se usan con frecuencia, ya que tienen
poca excentricidad y son fciles de conectar. Aunque con el mismo
peso por unidad de longitud las secciones W son mas rgidas que las
secciones S, pero tienen la desventaja desde el punto de vista de
conexin, de variar en sus peraltes, por ejemplos: W12X79, W12X72, y
la W12X65 tienen peraltes ligeramente diferentes (12.38, 12.35 y
12.12 pulgadas, respectivamente) en tanto que todas las secciones S
de un cierto tamao nominal tienen el mismo peralte por ejemplo: la
S12X50, la S12X40.8 y la S12X35 tienen un peralte de 12
pulgadas.Los miembros individuales muy largos tales como los
perfiles angulares pueden resultar de difcil manejo debido a su
alta flexibilidad, pero cuando se unen cuatro ngulos formando un
solo miembro como se muestra.
TIPOS DE MIEMBROS A TENSINLos cables de acero se fabrican con
alambres especiales de acero aleado que se extruyen en frio con el
dimetro deseado. La resistencia de los alambres resultantes, que
varan entre 200000 psi y 250000 psi, se puede utilizar
econmicamente en puentes colgantes, techos suspendidos, funiculares
y en aplicaciones similares.
DISEO POR RESISTENSIA DE MIEMBROS A TENSINUn miembro dctil de
acero, sin- agujeros y sometido a una carga de tensin puede
resistir, sin fracturarse, una carga mayor que la correspondiente
al producto del rea de su seccin transversal y del esfuerzo de
fluencia del acero, gracias al endurecimiento se alargara
considerablemente y restara utilidad a este, pudiendo adems causar
falla del sistema estructural del que forma parte el miembro.La
especificacin LRFD (DI) estimula que la resistencia de diseo de un
miembro a tensin t Pn, ser la ms pequea de los valores obtenidos
con las dos expresiones siguientes:Para el estado lmite de fluencia
en la seccin bruta (con la idea de prevenir alargamiento excesivo
del miembro).Pn= Fy AgPu= t Fy Ag con t= .90 Ecuacin DI-I del
LRFDPor fractura en la seccin neta en la que se encuentren agujeros
de tornillos o remaches Pn= Fu AePu=t Fu Ae con t= .75 Ecuacin DI-2
del LRFDFu: Esfuerzo de tensin mnimo especificado Ae: rea neta
efectiva que se supone resiste la tensin en la seccin a travs de
los agujerosEsta rea puede ser algo ms pequea que el rea neta real
An: Debido a la concentraciones de esfuerzo y a otros factores que
se analizan en la seccin Fy y Fu en la tabla.
AREAS NETASLa presencia de un agujero en un miembro sujeto a
tensin incrementa los esfuerzos aun si el agujero est ocupado por
un tornillo.El termino rea neta de la seccin transversal o
simplemente rea neta se refiere al rea bruta de la seccin
transversal menos la de ranuras, muescas y agujeros.En la
fabricacin de las estructuras de acero para conectarse con
tornillos, los agujeros se hacen con un dimetro 1/16 de pulgada
mayor que el correspondiente al tornillo o remache, adems, se
considera que el punzo nado de agujero daa o aun destruye, 1/16 de
pulgada(1.6 mm) mas del metal circundante: por lo tanto, el rea de
los agujeros que se resta corresponde a un dimetro 1/8 de pulgada
(3mm) mayor que el dimetro nominal del conector.
EFECTO DE AGUJEROS ALTERNADOS
Secciones de posibles fallas en placas REAS NETAS EFECTIVASSi un
miembro que no sea una barra o una placa plana se somete a tensin
axial hasta que ocurre la falla en su seccin neta, el esfuerzo real
de la falla a tensin probablemente ser menor que el obtenido en una
probeta, a menos que las diversas partes que conforman la seccin
estn conectadas de manera que si el esfuerzo se transmita
uniformemente a travs de la seccin.ELEMENTOS DE CONEXIN PARA
MIEMBROS A TENSINCuando se usan placas de empalme como elementos de
conexin cargados estticamente a tensin, su resistencia se calculara
como sigue:Por fluencia de elementos de conexin soldados a
tornillos = .90 Rn= Ag Fy Por fractura de elementos de conexin
atornillados= .75Rn= An Fu con An .85 FyAn: rea neta usada en la
segunda de estas expresiones no debe exceder del 85% de Ag.Pruebas
realizadas durante varias dcadas han demostrado que los elementos
de conexin a tensin remachados o atornillados pocas veces tienen
una eficiencia mayor del 85% aun cuando los agujeros representen un
porcentaje muy pequeo del rea total de los elementos.
Las combinaciones usuales de cargas consideradas en el LRFD estn
dadas en la especificacin A 4.1 con las formulas A 4-2. En estas
frmulas se usan las abreviaturas D para cargas muertas, L cargas
vivas, Lr para cargas vivas de techos, S para cargas de nieve y R
para carga inicial de agua de lluvia o hielo, sin incluir el
encharcamiento. La U representa la carga ltima:U= 1.4 D Ecua. A 4-1
del LRFDU= 1.2 D + 1.6 L+ 0.5 (Lr o S o R) Ecua. A 4-2 del LRFDLas
cargas de impacto se incluyen solo en la segunda de esas
combinaciones. Si comprende las fuerzas de viento W o sismo E, es
necesario considerar las siguientes combinaciones:U= 1.2 D + 1.6
(Lr o S o R) + (0.5 L o 0.8 W) Ecua. A 4-3 del LRFDU= 1.2 D + 1.3 W
+0.5 L + 0.5 (Lr o S o R) Ecua. A 4-4 del LRFD U= 1.2 D +- 1.0 E +
0.5 L + 0.2 S Ecua. A 4-5 del LRFDEs necesario considerar la carga
de impacto solo en la combinacin A 4-5 de este grupo. Existe un
cambio de valor del factor de carga para L en las combinaciones A
4-3, A 4-4 y A 4-5 cuando se trata de garajes, reas de reuniones
pblicas y en todas las reas donde la carga viva exceda de 100 psf.
Para tales casos debe usarse el valor 1.0 y las combinaciones de
carga resultan ser:U= 1.2 D + 1.6 (Lr o S o R) + (1.0 L o 0.8 W)
Ecua. A 4-3 del LRFDU= 1.2 D + 1.3 W + 1.0 L + 0.5 (Lr o S o R)
Ecua. A 4-4 del LRFDU= 1.2 D + - 1.0 E + 1.0 L + 0.2 S Ecua. A 4-5
del LRFDEn las especificaciones LRFD se da otra combinacin de
cargas para tomar en cuenta la posibilidad de levantamiento.Esta
condicin se incluyen para cubrir los casos donde se desarrollan
fuerzas de tensin debidas a momentos de volteo regir solo en
edificios altos donde se presentan fuertes cargas laterales. En
esta combinacin las cargas muertas se reducen en un 10 % para tomar
en cuenta situaciones en las que se hayan sobreestimado.La
posibilidad de que las fuerzas de viento y sismo puedan tener
signos o menos necesita tomarse en cuenta solo en esta ltima
ecuacin A 4-6. As entonces, en las ecuaciones precedentes los
signos usados para W y E son los mismos que los signos usados para
los otros conceptos en esas ecuaciones:
U= 0.9 D + - (1.3 W o 1.0 E) Ecua. A 4-6 del LRFD EJERCICIO 1D=
50 lb/ftLr= 30 lb/ftW= 35 lb/ftE= 12 lb/ftU= 1.4 (50 lb/ft)U= 70
lb/ftU= 1.2 D +1.6 L + 0.5 (Lr o S o R)U= 1.2 (50) +1.6 (0) + 0.5
(30)U= 75 lb/pieU= 1.2 D + 1.6 (Lr o S o R) + (0.5 L o 0.8 W)U= 1.2
(50) + 1.6 (30) + (0.8 (35)U= 60 + 48 + 28 = 136 lb/pieU= 1.2 D +
1.3 W + .5 L + .5 (Lr o S o R)U= 1.2 (50) + 1.3 (35) + .5 (30)U= 60
+ 45.5 + 15 U= 120.5 lb/pie U= 1.2 D + - 1.0 E + .5 L + .2 S U= 1.2
(50) + 1.0 (12)U= 72.00 lb/pieU= 1.2 D 1.0 EU= 1.2 (50) 1.0 (12)U=
48.00 lb/pie Carga Crtica es de 136 lb/pie EJERCICIO 2W 14 X 55S=
12 piesD= 80 psfL= 70 psfR= 20 psf D= 55 + 80 (12) = 1015 psf L= 70
(12) = 840 psf R= 20 (12) = 240 psf U= 1.4 DU= 1.4 (1015)= 1421 psf
U= 1.2 D + 1.6 L + 0.5 (Lr o S o R)U= 1.2 (1015) + 1.6 (840) + 0.5
(240)U= 1218 + 1344 + 120 U= 2682 psfEJERCICIO 3Las siguientes
cargas axiales de servicio o de trabajo han sido estimadas para el
diseo de una columna particular carga muerta D = 60 klb, carga viva
de piso L = 45 klb, carga viva de techo Lr = 15 klb y carga W= 40
klb, determine la resistencia de diseo para el miembro.D= 60 klbL=
45 klbLr= 15 klbW= 40 klbU= 1.4 (60)U= 84 klbU=1.2 (60) + 1.6 (45)
+ .5 (15)U= 72 + 72 + 7.5 U= 151.5 klbU=1.2 (60) + 1.6 (15) + .5
(45)U= 72 + 24 + 22.5U= 118.5 klbU=1.2 (60) + 1.6 (15) + .8
(40)U=72 + 24 + 32U= 128 klbU= 1.2 (60) + 1.3 (40) + .5 (45) + .5
(15)U= 72 + 52 + 22.5 + 7.5U= 154 klb U= 1.2 (60) + 1.0 (0) + .5
(45)U= 72 + 22.5U= 94.50 klbU= 1.2 (60) + 1.0 (0) - .5 (45)U= 72 -
22.5U= 49.5 klbCarga Critica es de 151.5 klb EJERCICIO 4Las cargas
axiales y momentos flexionantes de servicio o trabajo estimadas
para una viga-columna son las siguientes D=80 klb, L=10 klb, MD= 18
pie-klb y ML=8 pie-klb. Calcule los valores de la carga axial y
momento que debe usarse en el diseo. Respuesta carga axial 112 klb,
momento 34.3 pie-klb.D=80 klbL=10 klbMD=18 pie-klbML=8 pie-klb U=
1.4 (80) = 112 klbU= 1.2 (80) + 1.6 (10) = 112 klbU= 1.4 (18) =
25.2 pie-klbU= 1.2 (18) + 1.6 (8) = 34.4 pie-klb Carga Axial: 112
klb Momento: 34.4 pie-klb EJERCICIO 5Una columna debe soportar las
siguientes cargas de servicio o trabajo D= 50 klb de carga viva de
piso de compresin axial y W= 30 klb de carga de viento en compresin
o tensin axial, L= 40 klb de carga viva de piso de compresin axial.
Calcule la resistencia requerida de diseo para el miembro.D= 50
klbL= 40 klb W= 30 klb U= 1.4 (50) = 70 klb U= 1.2 D + 1.6 L + .5
(Lr o S o R)U= 1.2 (50) + 1.6 (40)U= 60 + 64 U= 124 klb U= 1.2 (50)
+ 1.6 (0) + .8 (30)U= 60 + 0 + 24U= 84 klb U= 1.2 (50) + 1.3 (30) +
.5 (40)U= 60 + 39 + 20 U= 119 klbU= 1.2 (50) + 1.0 (0) + .5 (40)U=
60 + 0 + 20U= 80 klbU= 1.2 (50) + 1.0 (0) - .5 (40)U= 60 + 0 20U=
40 klb Carga Crtica es de 124 klb
EJERCICIO 6Determine la resistencia de diseo requerida para una
columna con carga muerta D= 80 klb, carga viva de piso L=60 klb,
carga viva de techo Lr = 20 klb y viento W= 55 klb.W= 55 klb L= 80
klb Lr= 20 klb W= 55 klb U= 1.4 (80) = 112 klb U= 1.2 (80) + 1.6
(60) + .5 (20)U= 96 + 96 + 10U= 202 klb U= 1.2 (80) + 1.6 (20) + .5
(60) + .8 (55)U= 96 + 32 + 30 + 44U= 202 klb U= 1.2 (80) + 1.3 (55)
+ .5 (60) + .5 (20)U= 96 + 71.5 + 30 + 10U= 207.5 klb U= 1.2 (80) +
1.0 (0) + .5 (60) U= 96 + 30U= 126 klb U= 1.2 (80) + 1.0 (0) - .5
(60) U= 96 - 30U= 66 klb Carga Crtica es de 202 klb EJERCICIO 7Las
cargas de trabajo o de servicio han sido determinadas para una
columna particular de un edificio aplicando el cdigo apropiado con
los siguientes resultados D= 200 klb, L= 150 klb, Lr o S o R de
techo 25 klb, W=100 klb y E= 40 klb. Determine la carga critica de
diseo factorizada para la columna. Respuesta 492.5 klb D= 200 klb
L= 150 klb Lr= 25 klb W= 100 klb E= 40 klb U= 1.4 (200) = 280 klbU=
1.2 (200) + 1.6 (150) + .5 (25)U= 240 + 240 + 12.5U= 492.5 klb U=
1.2 (200) + 1.6 (25) + .5 (150)U= 240 + 40 + 75U= 355 klb U= 1.2
(200) + 1.6 (25) + .8 (100)U= 240 + 40 + 80U= 360 klb U= 1.2 (200)
+ 1.3 (100) + .5 (150) + .5 (25)U= 240 + 130 + 75 + 12.5U= 457.5
klb U= 1.2 (200) + 1.0 (40) + .5 (150)U= 240 + 40 + 75 U= 355 klb
U= 1.2 (200) - 1.0 (40) + .5 (150)U= 240 - 40 + 75 U= 275 klb U=
1.2 (200) + 1.6 (25) + 1.0 (150)U= 240 + 40 + 150U= 430 klbU= 1.2
(200) + 1.6 (25) + 0.8 (100)U= 240 + 40 + 80U= 360 klbU= 1.2 (200)
+ 1.3 (100) + 1.0 (150) + .5 (25)U= 240 + 130 + 150 + 12.5U= 532.5
klbU= 1.2 (200) + 1.0 (40) + 1.0 (150)U= 240 + 40 + 150U= 430 klb
U= 1.2 (200) - 1.0 (40) + 1.0 (150)U= 240 - 40 + 150U= 390 klb
Carga Critica es de 492.5 klb EJERCICIO 8 Problema 3.1An = (3/4)
(14) (1) (3/4 + 1/8) (3/4) = 9.84 pulg22.54 x 10 = 25.4 (25.4)2 x
9.84 = 6348.37 mm2Problema 3.2An = (1/2) (15) (2) (7/8 + 1/8) (1/2)
= 6.5 pulg22.54 x 10 = 25.4 (25.4)2 x 6.5 = 4193.5 mm2
EJERCICIO 9FCE
BA
An = (3/4) (12) (3) (7/8 + 1/8) (3/4) = 6.75 pulg22.54 x 10 =
25.4 (25.4)2 x 6.75 = 4354.83 mm2ABCDF= 12 (2) (8/8) = 10 pulgABEF=
12 (2) (8/8) + (3/2)2/ (4) (3) = 10.1875An= (10) (3/4) = 7.5 pulg2
DBA
EC
ABCE= 9 (1) (8/8) = 8 pulgABDE= 9 (2) (8/8) + (2)2/ (4) (3) =
7.333 pulg2An= (7.333) (1/2) = 3.67 pulg2
TIPOS DE SOLDADURAEn 1801, Sir Humphry Davy descubri como crear
un arco elctrico al acercar dos terminales de un circuito elctrico
de voltaje relativamente alto. Aunque por lo general se le da
crdito por el descubrimiento de la soldadura moderna, en realidad
pasaron muchos aos, entes de que la soldadura se efectuar con el
arco elctrico.Varios europeos idearon soldaduras de uno u otro tipo
en la dcada de 1880 con el arco elctrico, mientras que en estados
unidos la primera patente para soldadura de arco fue expedida a
favor de Chales Coffin, de Detroit, en 1889.En la soldadura por
gas, en la boquilla de un maneral o soplete, ya sea manejado por el
soldador o por una maquina automtica, s quema una mezcla de oxigeno
con algn tipo adecuado de gas combustible; el gas se utiliza
comnmente en soldadura estructural, es acetileno, y el proceso
recibe el nombre de soldadura oxiacetilnica. La flama producida
puede utilizarse tanto para corte de metales como para soldar. La
soldadura por gas es ms fcil de aprender y el equipo necesario para
efectuarla es relativamente barato.En la soldadura por arco se
forma un arco elctrico entre las piezas que se sueldan y el
electrodo lo sostiene el operador con algn tipo de maneral o una
maquina automtica. El arco es una chispa continua, entre el
electrodo y las piezas que se sueldan, provocando la fusin.La
resistencia del aire o gas entre el electrodo y las piezas que se
sueldan, convierte la energa elctrica en calor. Se produce en el
arco una temperatura que flucta entre los 6000 y 10000 C. a medida
que el extremo del electrodo se funde, se forman pequeas gotitas o
globulitos de metal fundido, que son forzadas por el arco hacia las
piezas por unir, penetrando en el metal fundido para formar la
soldadura.El arco fundido en estado lquido puede contener una
cantidad muy grande de gases en solucin, y si no hay proteccin
contra el aire circundante, aquel puede combinarse qumicamente con
el oxgeno y el nitrgeno. Despus de enfriarse, las soldaduras
quedaran relativamente porosas debido a pequeas bolsadas formadas
por los gases.El tipo de electrodo usado es muy importante y afecta
decididamente las propiedades de la soldadura tales como
resistencia, ductilidad y resistencia a la corrosin.Los electrodos
se dividen en dos clases generales: los electrodos con
recubrimiento ligero y los electrodos con recubrimiento pesado.
Soldadura por arco metlico protegido (SMAW) y electrodo justo de
comenzar un arco por soldadura de filete entre el ngulo y el alma
de la viga (Cortesa del American Institute of Steel Construction,
Inc).Los electrodos con recubrimiento pesado se utilizan
normalmente en la soldadura estructural, porque al fundirse sus
recubrimientos se produce una proteccin de vapor o atmosfera muy
satisfactoria alrededor del trabajo, as como escoria de
proteccin.La soldadura por arco sumergido (SAW) es un proceso
automtico en el que el arco est cubierto por un montculo de
material granular fundible y queda entonces oculto a la vista. Un
electrodo metlico desnudo es alimentado desde un carrete, es
fundido y depositado como material de relleno.La soldadura SAW se
hace rpida y eficientemente y son de alta calidad, exhibiendo alta
resistencia al impacto, alta resistencia a la corrosin y buena
ductilidad.SOLDADURAS PRECALIFICADASLa AWS acepta cuatro procesos
como precalificados. La palabra precalificada se usa para
significar que los procesos son aceptables sin necesidad de pruebas
ulteriores sobre su adecuabilidad por medio de procedimientos de
calificacin.INSPECCIN DE LAS SOLDADURASPara asegurarse de una buena
soldadura en un trabajo determinado, deben seguirse tres pasos:
Establecer buenos procedimientos de soldadura Usar soldadores
calificados Emplear inspectores competentes en el taller y en la
obra Para lograr una buena soldadura existe una serie de factores
entre los que pueden mencionarse la seleccin apropiada de
electrodos, corriente y voltaje: propiedades del metal base y de
aportacin; posicin de la soldadura. La prctica usual en los
trabajos grandes es emplear soldadores que tienen certificados que
muestran sus calificaciones.INSPECCIN VISUALOtro factor que ayudara
a los soldadores a realizar un buen trabajo, es justamente la
presencia de un inspector que ellos consideren que sabrn apreciar
un buen trabajo cuando lo vea. Para hacer un hombre un buen
inspector, es conveniente que el mismo haya soldado y que haya
dedicado bastante tiempo a observar el trabajo de buenos
soldadores.La inspeccin visual de un hombre capaz, probablemente da
una buena indicacin de la calidad de las soldaduras.LQUIDOS
PENETRANTESDiversos tipos de tinturas pueden extenderse sobre las
superficies de soldadura: estos lquidos penetraran en cualquier
defecto como grietas que se encuentren en la superficie y sean poco
visibles. Una variante de este mtodo consiste en usar un lquido
fluorescente que una vez absorbido se hace brillantemente visible
bajo el examen con luz negra.PARTCULAS MAGNTICASEn este proceso la
soldadura por inspeccionar se magnetiza elctricamente los bordes de
las grietas superficiales o cercanas a la superficie se vuelven
polos magnticos (norte y sur a cada lado de la grieta) y si se
esparce polvo seco de hierro o un lquido con polvo en suspensin, el
fantasma magntico es tal que queda detectada la ubicacin, forma y
aun tamao de la grieta.PRUEBA ULTRASNICALa industria del acero ha
aplicado el ultrasonido a la manufactura del acero: si bien el
equipo es costoso el mtodo es bastante til tambin en la inspeccin
de soldadura. La onda reflejada se detecta en un tubo de rayos
catdicos: los efectos en la soldadura afectan el tiempo de
transmisin del sonido y el operador puede leer el cuadro de tubo,
localizar las fallas y conocer que tan importantes son. La prueba
ultrasnica puede usarse con xito para localizar discontinuidades en
aceros al carbn y de baja aleacin, pero no funciona muy bien para
algunos aceros con grano extremadamente grueso.PROCESOS
RADIOGRFICOSLos mtodos radiogrficos que son ms costosos, pueden
utilizarse para verificar soldaduras ocasionales en estructuras
importantes. Mediantes estas pruebas es posible realizar una buena
estimacin de porcentaje de soldaduras malas en una estructura. El
uso de mquinas de rayos X porttiles, donde el acceso no es un
problema y el uso de radio o cobalto radiactivo para tomar
fotografas, son mtodos de prueba excelentes pero costosos.Una
conexin soldada, bien hecha puede resultar mucho ms resistente.
CLASIFICACIN DE LAS SOLDADURASExisten tres clasificaciones para
soldaduras, mismas que se describen en los siguientes prrafos; se
basan en el tipo de soldadura realizada, posicin de las soldaduras
y tipo de junta.Los dos tipos principales de soldaduras son las
soldaduras de filete y de ranura. Existen adems las soldaduras de
tapon y de muesca que no son comunes en el trabajo estructural.
SOLDADURAS DE RANURACuando la penetracin es completa y las
soldaduras de ranura sujeta a tensin o compresin axial en esfuerzo
en la soldadura se suponen igual a la carga, dividida entre el rea
transversal neta de la soldadura.
SOLDADURA DE FILETELas pruebas han mostrado que las soldaduras
de filete son ms resistentes a la tensin y a la compresin que al
corte de manera que los esfuerzos determinantes en soldaduras de
filete que se establecen en las especificaciones para soldadura son
esfuerzos de corte. Cuando sea prctico usar soldadura de filete es
conveniente arreglar las conexiones de modo que estn sujetas
nicamente a esfuerzos de corte y no a la combinacin de corte y
tensin o corte y compresin.Cuando las soldaduras de filete se
prueban a la ruptura parecen fallar por corte en ngulos de
aproximadamente 45 a travs de la garganta. Por consiguiente, su
resistencia se supone igual al esfuerzo de corte permisible por el
rea terica de la garganta de la soldadura.La raz de la soldadura es
el punto donde las superficies de las caras de las piezas de metal
original se intersecan y la garganta terica de la soldadura es la
distancia ms corta de la raz de la soldadura a la superficie
externa de esta.
RESISTENCIA DE LAS SOLDADURASEl esfuerzo en un filete de
soldadura se considera igual a la carga dividida entre el rea
efectiva de la garganta de la soldadura sin tomar en cuenta la
direccin de la carga. Sin embargo las pruebas han mostrado que las
soldaduras de filete cargadas transversalmente son apreciablemente
ms fuertes que las cargas paralelas al eje de la soldadura.
Las soldaduras de filete transversales son ms fuertes por dos
razones. Ellas quedan sometidas a esfuerzos ms uniformes sobre toda
su longitud, mientras que las soldaduras de filete longitudinales
quedan sometidas a esfuerzos no uniformes debido a deformaciones
que varan a lo largo de su longitud.El mtodo de determinar la
resistencia de los filetees a lo largo de sus ejes longitudinales
independientes de la direccin de la carga tienen por objeto
simplificar los clculos.REQUISITOS DEL LRFDEn las soldaduras el
material del electrodo deber tener propiedades del metal base.1.-
La longitud mnima de una soldadura de filete no debe ser menor de 4
veces la dimensin nominal de lado de la soldadura.2.-El tamao de
una soldadura de filete a lo largo de material menor de pulg de
grueso debe ser igual al grosor del material.Para material grueso
no debe ser mayor que el espesor de material memos 1/16 pulg, a
menos que la soldadura se arregle especialmente para dar un espesor
completo de la garganta.Para una placa con un espesor de pulg, o
mayor conveniente terminar la soldadura por lo menos a 1/16 pulg
del borde para que e inspector pueda ver claramente el borde de la
placa y determinar con exactitud las dimensiones de la garganta.
3.- Los filetes permisibles mnimas segn LRFD se dan en la tabla
siguiente:
4.- Cuando deban usarse remates de extremo para las soldaduras
de filete como se muestra en la figura:
La longitud de un remate no debe ser menor que dos veces el
tamao nominal de la soldadura.5.- Cuando se usan soldaduras de
filete sobre los dados opuestos de un plano comn ellas deben
interrumpirse en las esquinas que son comunes a las soldaduras. Si
el soldador trata de soldar alrededor de esas esquinas habr un
problema de fundido en las esquinas con la consecuente reduccin en
espesor.6.- Cuando se usan soldaduras de filete longitudinales para
la conexin de placas o barras, sus longitudes no deben ser menores
que la distancia perpendicular entre ellas.Adems la distancia entre
soldaduras del filete no debe ser mayor de 8 pulg en las conexiones
de extremo a menos que se usen soldaduras transversales o
soldaduras de tapn o muesca.7.- En las juntas traslapadas, el
traslape mnimo es igual a 5 veces el espesor de la parte ms delgada
conectada, pero no debe ser menor de 1 pulg. El propsito de este
traslape mnimo es impedir que la junta rote excesivamente al
aplicarse las cargas DISEO DE SOLDADURAS DE FILETE PARA MIEMBROS DE
ARMADURASSi los miembros de una armadura soldada consisten en los
ngulos o dobles o perfiles semejantes y estn sujetos solamente a
cargas axiales estticas la especificacin LRFD- J1.8 acepta que sus
conexiones se diseen mediante los mismos procedimientos descritos
en la seccin procedente. El calculista puede seleccionar el espesor
de la soldadura alrededor de los extremos de los miembros como
juzgue conveniente. TIPOS DE CONEXIONES PARA VIGA
Todas las conexiones tienen alguna restriccin, o sea, alguna
resistencia a cambios en los ngulos originales formados por los
miembros conectados cuando se aplican cargas. Dependiendo de la
magnitud de la restriccin, las especificaciones LRFD clasifican las
conexiones como totalmente restringidas (tipo FR) y como
parcialmente restringidas (tipo PR).CONEXIONES TIPO FRSon
conexiones rgidas o continuas propias de marcos; se supone que son
suficientemente rgidas o que tienen un grado de restriccin tal, que
los ngulos originales entre los miembros permanecen virtualmente
sin cambio bajo cargas.CONEXIONES TIPO PRTiene una rigidez
insuficiente para mantener sin cambio a los ngulos originales bajo
carga. Se incluye en esta clasificacin las conexiones simples y
semirrgidas detalle en esta seccin.CONEXIN SIMPLEEs una conexin
tipo PR en la cual se ignora la restriccin. Se supone completamente
flexible y libre para rotar y por ello, sin capacidad resistente a
momentos. Aunque las conexiones simples tienen cierta resistencia
al momento (o resistencia a la rotacin del extremo), se supone que
es insignificante, y se consideran capaces de resistir solamente
fuerza constante.CONEXIN SEMIRRGIDAEs una conexin tipo PR cuya
resistencia a cambios en los ngulos queda entre las de los tipos
simple y rgida. Son aquellas que tienen una apreciable resistencia
a la rotacin del extremo, desarrollando as momentos de extremo de
consideracin. En la prctica de diseo es muy comn que el
proyectista, para simplificar el anlisis, considere todas estas
conexiones como simples o rgidas sin considerar situaciones
intermedias.
Las conexiones semirrgidas se usan con frecuencia, pero por lo
general al calcular no se obtiene ventaja de sus posibilidades de
reduccin de momentos. Quiz un factor que hace que los calculistas
se abstengan de tomar ventaja de ellas ms a menudo, es la limitacin
de las especificaciones LRFD, que solo permiten la consideracin de
conexiones semirrgidas, cuando se presenta evidencia de que son
capaces de resistir un cierto porcentaje del momento resistente que
proporciona una conexin completamente rgida.
CONEXIONES RGIDAS (TIPO FR)Son aquellas que tericamente no
permiten rotacin en los extremos de la viga y transfieren casi el
100% del momento al empotramiento. Las conexiones de este tipo
pueden usarse para edificios altos en los que la resistencia al
viento se desarrolla proporcionando continuidad entre los miembros
de la estructura del edificio.Ya que no existen conexiones
perfectamente rgidas o completamente flexibles, en realidad todas
las conexiones son parcialmente restringidas o PR en mayor o menor
grado. CONEXIONES ESTANDAR DE VIGAS ATORNILLADASEstas conexiones
por lo general estn diseadas para resistir solo al corte, y las
pruebas han demostrado que esta prctica es absolutamente
satisfactoria.
1. TABLAS DE CONEXIONES ESTANDAR DEL MANUAL LRFDEn la parte 9
del manual LRFD se presenta una serie de tablas en las que el
calculista puede seleccionar varios tipos diferentes de conexiones
atornilladas o soldadas a base de ngulos, conexiones con ngulo de
asiento para las vigas, conexiones con ngulo de asiento atiesado,
conexiones cargadas excntricamente, conexiones a base de un solo
ngulo.DISEO DE CONEXIONES ESTANDAR ATORNILLADAS A BASE DE ANGULOSEn
esta seccin se disean varias conexiones estndar atornilladas para
vigas simples con ayuda de las tablas 9 del manual LRFD. En estas
tablas se usan las siguientes abreviaturas para las diferentes
condiciones de los tornillos: A325-SC Y A490-SC (conexiones de
deslizamiento crtico) A325-N y A490-N (conexiones tipo
aplastamiento con roscas en los planos de corte) A325-x Y A 490-X
(conexiones tipo aplastamiento con roscas fuera de los planos de
corte)CONEXIONES A BASE DE UNA SOLA PLACA SO DE PLACA DE CORTANTEEn
la conexin de una sola placa, se supone que la reaccin o carga de
cortante se distribuye uniformemente en los tornillos que
atraviesan el alma. Se supone tambin que ocurre una rotacin
relativamente libre entre los extremos del miembro y la trabe
soportante o columna.
CONEXIONES CON PLACA EXTREMA DE CORTANTEConsiste en una placa
soldada a tope en taller contra el extremo de una viga y
atornillada en campo a una columna u otra viga. Para usar este tipo
de conexin es necesario controlar cuidadosamente la longitud de la
viga y el corte a escuadra de sus extremos de manera que las placas
extremas queden verticales.
DISEO DE CONEXIONES SOLDADAS DE ASIENTO PARA VIGASLos asientos
para viga obviamente son una ventaja para los operarios que
realizan el montaje. Los conectores para esos ngulos pueden ser
tornillos o cordones de soldadura.Para usarse una conexin con
asientos solo cuando se usan conjuntamente un ngulo en la parte
superior. Este ngulo que proporciona soporte lateral a la viga que
puede colocarse en su parte superior o puede tambin colocarse
opcionalmente a un lado de ella.ATIESADORES DE ALMAS DE COLUMNASSi
una columna a la que se conecta una viga se flexiona
apreciablemente en la conexin, el momento resistente de esta se
reducir sin importar que tan buena sea la conexin. Adems, si la
placa superior de la conexin, al tratar de separarse de la columna,
flexiona al patn de esta.INTRODUCCINEl presente trabajo muestra lo
realizado en esta unidad con el fin de reflejar los tipos de
soldaduras as mismo las dimensiones del acero y formas de las vigas
que se encuentran en las especificaciones del LRFD y de igual
manera quien debe de ejecutar estas acciones para un buen trabajo
en las estructuras de acero. De igual manera da a conocer
ejercicios de clculos de soldaduras para los perfiles de acero
IPR.Tambin el presente trabajo menciona un poco de la historia de
cmo surgieron las primeras estructuras de acero soldadas.Y posibles
soluciones de como proponer una viga de acero para las estructuras
as como los tipos de vigas IPR, dimensiones as mismo como las
pulgadas y dimetros de las vigas de acero.
TECNOLGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE JOCOTITLAN
CARPETA DE EVIDECIAS
DOCENTE: ING. NIDIA GARCIA ALUMNO: ADN MENDOZA CRUZ JUAN SNCHEZ
CRUZ NOE SNCHEZ CALLETANO MATERIA: ESTRUCTURAS DE ACERO
GRUPO: L.U. 601SEMENTRE: 6FECHA: 16/06/2014
JOCOTITLAN ESTADO DE MXICO, JUNIO DEL 2014