analisis de estructura metálical de 3 pisos

UNIVERSIDAD SAN PEDRO
VICERRECTORADO ACADEMICO
ESQUEMA DE PROYECTO DE INVESTIGACIÓN
Tema Estructuras Metálicas
Especialidad Estructuras
Objetivo Análisis y Diseño
Método Descriptivo
I. GENERALIDADES
1. TÍTULO
“Análisis y diseño de una estructura metálica de una vivienda de tres pisos”
2. Personal investigador
2.1. Asesor
Nombre: FLORES REYES Gurmencindo
Grado Académico: Ingeniero Civil
2.2. Autor(s)
Nombre: CASTRO LLERENA German Luisin
Grado Académico: Bachiller en Ingeniería Civil
Correo Electrónico: lgcastro_014@hotmail.com
Nombre: García herrera Yadira Rossmery
Grado Académico: Bachiller en Ingeniería Civil
Correo Electrónico: yadira3104@hotmail.com
3. Régimen de investigación
 Libre
4. Unidad académica a la que pertenece el Proyecto
 Universidad : Universidad San Pedro

 Facultad : Ingeniería
 Escuela : Ingeniería Civil
 Sede : Trujillo
5. Localidad e Institución donde se ejecutará el Proyecto de Investigación
 Localidad : Trujillo
 Institución : Universidad San Pedro – Escuela de Ingeniería Civil
6. Duración de la ejecución del Proyecto
 Inicio : Julio
 Termino : Octubre
7. Horas semanales dedicadas al Proyecto de Investigación
 30 Horas semanales
8. Recursos disponibles
8.1. Personal investigador
 Asesor del proyecto
 Autores del proyecto
 Grupo de apoyo
8.2. Materiales y equipos
Materiales
 Material bibliográfico
 Materiales de escritorio
 Material Fotográfico
Equipo
 Computadora
 Impresora
 Scanner
 Calculadora Científica

Software:
 Autocad 2013
 Word
 Excel
 ETAB 2013
8.3. Locales
En la casa propia de los autores.
9. Presupuesto
BIENES S/. 165.00
 Papel y útiles de escritorio
 Cuaderno de registro
150.00
15.00
SERVICIO S/. 467.50
 Movilidad local
 Internet
 Teléfono
 Fotocopias
 Servicios de impresión
 Viatico
 Imprevistos: 10%Bien y Servicio
30.00
200.00
50.00
50.00
50.00
30.00
310.00
10. Financiamiento
Los autores del proyecto financiaran el 100% de los gastos que se realicen.
11. Tareas del Equipo de Investigación
Ambos autores realizaran las tareas para el desarrollo del proyecto.
12. Líneas de investigación:
Tecnología de Construcción 3305 - Construcciones metálicas N° 21

13. Resumen del Proyecto:
La presente tesis abarca el análisis y diseño de una estructura metálica para vivienda
de tres pisos utilizando el método de diseño en acero por factores de carga y
resistencia LFRD como normas del RNE E020 CARGAS, E030 DISEÑO
SISMORRESISTENTE y E090 ESTRUCTURAS METÁLICAS del Perú y el
manual de construcción en acero AISC.
Se hará el análisis de cargas y fuerzas que actúan en la estructura se realiza por
medio de probados métodos aproximados de diseño tanto para cargas laterales como
para cargas verticales; de este análisis se parte para realizar el diseño manual de los
miembros estructurales críticos, los cuales una vez calculados se verificó a través de
un software de ingeniería estructural ETABS 2013 pues es un método exacto de
diseño.
Se realiza una amplia investigación para finalmente utilizar los criterios
recomendados de diseño sísmico para nuevos edificios de marcos rígidos con
transmisión de momento, que se enfoca principalmente en los nuevos tipos de
conexiones entre miembros estructurales para reducir al máximo el riesgo de colapso
de las estructuras de acero frente a terremotos.
14. Cronograma:
ETAPAS
TIEMPO
Junio Julio Agosto Setiembre Octubre
Elección de tema
Elaboración del proyecto
Recolección de datos
Redacción del Proyecto
Presentación del proyecto

II. INTRODUCCIÓN
1. Antecedentes y fundamentación científica.
En la actualidad en el Perú a pesar de que ya están lejos los tiempos en que las obras
civiles eran netamente de concreto, y se ha dado paso a la construcción mixta de
estructura de acero con losas y mampostería de cemento que todavía no están lo
suficientemente difundidas entre los diseñadores, constructores y la gente en general,
por el temor que sin base técnica real, genera este tipo de construcción, frenando así
el avance de esta industria que hoy en día goza de un extraordinario nivel técnico y
de desarrollo.
En el Perú, solamente construyen otros tipos de estructuras metálicas como naves
industriales, terrapuetos; pero muy poca de edificaciones de viviendas.
El desconocimiento de este sistema de construcción dentro de la realidad nacional
origina un pensamiento conservacionista de las personas que construyen sus casas,
tendiendo a interpretar que este tipo de estructuras son frágiles y difíciles de decorar,
criterios totalmente errados puesto que hoy en día existen grandes estructuras
fabricadas en acero y además toda una variedad de materiales para realizar la
decoración de estas superficies.
Este pensamiento trae como consecuencia que no se desarrolle con total amplitud
proyectos a gran escala, como ya vienen implementando desde muchos años atrás
países del primer mundo, proporcionando obras de gran envergadura y de fascinante
estética.
En general, este tipo de edificaciones se construyen con elementos lineales ya
conocidos en el medio como son: columnas, vigas, viguetas y correas de metal, y los
complementos como: placas colaborantes y elementos de fachada.

Las características técnicas que cumple una estructura metálica son tomadas como
referencia la norma RNE E020 CARGAS, E030 DISEÑO SISMORRESISTENTE y
E090 ESTRUCTURAS METÁLICAS DEL REGLAMENTO NACIONAL DE
EDIFICACIONES DEL PERÚ y EL MANUA AISC, teniendo como base inicial un
análisis de cargas sobre la estructura y agrupándolas obedeciendo a su carácter y
duración. Estas cargas que se aplican a viviendas y edificios se clasifican como:
cargas muertas, cargas vivas y cargas ambientales.
2. Justificación de la investigación.
La falta de información que aún no está difundido este tipo de estructuras, son
necesarios conocer las ventajas y desventajas que conlleva a la etapa de construcción
para este tipo de vivienda multifamiliar en cuenta a las bases técnicas para ser
aplicadas tales como cargas colocadas a la estructura, métodos de diseño de vigas y
columnas, y programas informáticos de verificación.
Teniendo en cuenta el análisis y diseño se llega a determinar las formas de una
estructura así como los tamaños de las secciones principales y secundarias que deben
usarse, es primordial conocer la influencia de elementos prefabricados dentro de este
diseño y ampliar conocimientos acerca de los materiales y de los métodos de
sujeción que se aplica para unir los diversos miembros de las estructuras.
Con la estructura de acero se optimiza espacios dentro del inmueble dado a que
puede manejar más distancia entre columnas sin aumentar significativamente la
altura de las vigas, en consecuencia las secciones son menores en los miembros
resistentes.
El diseño de la vivienda obedece tendencias actuales, éste tipo de construcción
permite acabados en el interior de la vivienda con mejores resultados decorativos,
como luz indirecta en los diferentes ambientes y variedad de diseños en techos y
paredes.

3. Problema
¿Cuál es el Análisis y diseño de una estructura metálica de una vivienda
multifamiliar de tres pisos?
4. Marco referencial
4.1. Estructuras.
Una estructura puede definirse común un sistema de miembros y conexiones
individuales, dispuesto para que todo el conjunto permanezca estable y sin cambios
apreciables en forma, mientras se logran los criterios de desempeño prescritos. Las
estructuras en general y las del acero en particular tienen una función muy
importante en nuestra vida diaria.
4.2. Acero Estructural
Los primero usos del hierro, componente principal del acero, fueron en la fabricación
de pequeñas herramientas, aproximadamente 4000 años antes de la era cristiana
(Murphy, 1957). Este material se usaba en forma de hierro forjado, que se producía
calentando el mineral en hornos de carbón. En la última parte del siglo XVIII y
principios del XIX, el hierro colado y el hierro forjado se usaron en varios tipos de
puentes. El acero, aleación principalmente de hierro y carbono, con menos impurezas
y menos carbono fue el hierro colado, fue primero usado en la construcción
pesada en el siglo XIX. Con el advenimiento del convertidor Bessemer en 1855, el
acero como a desplazar el hierro forjado y el hierro colado en la construcción. En
Estados Unidos el primer ferroviario de acero estructural fue el puente Eads,
construido en 1874 en St. Louis, Missouri (Tall, 1964). En 1884 fuer terminado en
Chicago el primer edificio con estructura de acero.
4.3.Tipos Secciones de Acero Laminado
Los perfiles de acero laminado en caliente, utilizados principalmente en estructuras
de ingeniería civil, se muestran en la figura 1. Según la sección transversal, se
denominan perfiles I, C, L o T y placas, barras, barras circulares y HSS. Las
secciones en forma de I se pueden ser clasificadas además como perfiles de patín

ancho (perfiles W), vigas estándar americana (perfiles S) o sección de pilote de punta
(perfiles HP). Las secciones transversales laminadas varían mucho: los miembros
más pequeños tienen áreas de sección transversal de 1 pulgada cuadrada, en tanto
que los miembros más grandes pueden tener peraltes que exceden de 40 pulgadas. La
mayor parte de los perfiles estructurales pueden obtenerse en longitudes de 60 o 75
pies, dependiendo del fabricante, aunque a veces es posible conseguir perfiles
pesados de más de 120 pies de longitud. El peso unitario del acero estructural es
0.2833 lib/pulg3, 490 lib/pie3 o 3.41 lb/pulg2/pie de longitud, y su gravedad
específica es 7.85.
(Figura 1)

 El perfil W, llamado también perfil de patin ancho, consiste en dos patines
paralelos separados por una sola alma. La orientación de esos elementos es tal
que la sección transversal tiene dos ejes de simetría. Una designación típica
seria “W18X50”, donde W india el tipo de perfil, 18 es el peralte nominal
paralelo al alma y 50 es el peso en libras por pie de longitud. El peralte
nominal es el peralte aproximado expresado en pulgadas enteras.
 El perfil S, es similar al perfil W ya que tiene dos patines paralelos, una sola
alma y dos ejes de simetría. La diferencia estriba en las proporciones: los
patines del perfil W son más anchas en relación al alma que los patines del
perfil S. además, las caras exterior e interior de los patines del perfil W son
paralelas, mientras que las caras interiores de los patines del perfil S están
inclinadas con respectos a las caras exteriores. Un ejemplo de la designación
de un perfil S es “S18x70”, donde la S indica el tipo de perfil y los dos
números dan el peralte en pulgadas y el peso en libras por pie.
 Perfiles angulares, existen en las versiones de lados iguales y de lados
desiguales. Una designación típica seria “L6x6X3/4” o “L6x3x5/8”. Los tres
números son las longitudes de cada uno de los lados medidas desde la
esquina, o talón, hasta la punta del otro extremo de lado, y el espesor, que es
el mismo para ambos lados.
 El perfil S o Canal American Standard, tiene dos patines y un alma, con
un solo eje de simetría; esta tiene una designación como “C9x20”. Esta
notación es similar a los de los perfiles W y S, donde el primer número da el
peralte total paralelo al alma en pulgada y el segundo número da el peso en
libras por pie lineal.
 La T estructural, resulta de recortar un perfil W, M o S a la mitad de su
altura. El prefijo de la designación es WT, MT o ST, dependiendo del perfil

de origen. Por ejemplo un perfil WT18x115 tiene un peralte nominal de 18
pulgadas y un peso de 115 libras por pie y es recortado de un perfilW36x230.
 Perfiles de pilotes de punta HP, los perfiles HP, como los perfiles de patín
ancho, tienen dos patines con sus superficies paralelas y un elemento de alma.
Los espesores del alma y del patín son iguales, y el ancho del patina si como
el peralte de la sección son aproximadamente iguales al peralte nominal de la
sección. La designación HP12x63 indica un perfil de pilote de punta
nominalmente de 12pulg de peralte y de peso 63 pies por metro lineal.
 Barras planas (FLT) y placas (PL), las barras planas, las placas, las tiras y
las planchas, todas de sección transversal rectangular, se fabrican en muchos
anchos y espesores. Históricamente una forma placa se ha clasificado como
barra si su ancho es menor que o igual a 8pulg y como placa si su ancho es
mayor que 8 pulg. Una barra plana, por lo regular se designa con el ancho
antes del espesor; por ejemplo, una barra de 6x5/8. A la inversa, una placa,
por lo general se designa con el espesor primero, como una placa de 1/2x9.
 Sección estructural hueca (HSS), cuadrada o rectangular es designada por
las dimensiones extremas nominales (con la dimensión más grande primero)
y luego el espesor de la pared, cada uno en números racionales; por ejemplo,
HSS10x4x3/8. Las medidas máximas disponibles actuales son
aproximadamente de 20pulg x 12pulg en la sección rectangular, 16pulg x
16pulg en la cuadrada y 20pulg de diámetro en las secciones circulares.
 Tubos circulares (P), también se conocen como sección circular hueca. Los
tubos circulares de un tamaño nominal dado son producidos como estándar,
reforzado y doble reforzado por la variación del espesor de su pared y su
diámetro interior, aunque conservan un diámetro extremo constante. Por
ejemplo, los tubos estándar, reforzados y dobles reforzados de 6pulg de
diámetro nominal pueden ser designados como P6, Px6 y Pxx6,
respectivamente.

 Perfiles diversos M, la letra M designa perfiles I que no pueden clasificarse
como secciones W, S o HP.
4.4. Clasificación de los aceros estructurales.
Los aceros estructurales disponibles en perfiles estructuralmente laminados en
caliente, placas y barras pueden clasificarse como aceros con carbono, aceros de alta
resistencia y baja aleación (HSLA), aceros HSLA resistentes a la corrosión, aceros
de baja aleación enfriados y templados, y aceros de aleación enfriados y templados.
Los aceros estructurales son referidos por las designaciones ASTM, que consisten en
el prefijo de la letra A seguido por uno o tres dígitos numéricos. Por ejemplo ASTM
A514.
 Aceros con carbono, difieren de los aceros de aleación y de baja aleación en
que el carbono y manganeso son los principales elementos de refuerzo. No se
especifica otros elementos de aleación. Los aceros con carbono contienen
menos de 1.7%C, 1.65%Mn, 0.60%Si y o.60%Cu. Si se incrementa el
porcentaje de carbono se eleva el esfuerzo de fluencia y la dureza, pero se
reduce la ductilidad y se afecta la manera adversa la propiedad de
soldabilidad.
Los aceros con carbono pueden subdividirse en cuatro categorías basadas en
el contenido de carbono: aceros con bajo carbono (menos de 0.15% C);
aceros dulces (0.15% a 0.29% C); aceros al medio carbono (0.30% a 0.59%
C); y aceros al alto carbono (0.60% a 1.7% C). Los aceros estructurales con
carbono quedan en la categoría de los aceros dulces. Estos aceros muestran
un marcado punto de fluencia.
Aceros ASTM A36 o acero estructural con carbono, hasta hace poco
tiempo, el acero estructural básico utilizado más comúnmente en
construcciones de edificios y puentes ha sido el acero A36. Tienen un
contenido máximo de carbono, que varían entre 0.25% y 0.29%, dependiendo

del espesor. El acero A36 tiene esfuerzo de fluencia mínimo de 36ksi y el
esfuerzo ultimo de tensión de este acero varia de 58ksi a 80ksi.
 Aceros de alta resistencia y baja aleación (HSLA), que se conocen, por lo
general como aceros de alta resistencia, contienen cantidades moderadas de
elementos de aleación diferentes del carbono. Algunos de los elementos de
aleación son cromo, columbio, cobre, manganeso, molibdeno, níquel,
vanadio, y zirconio. El término acero de baja aleación se utiliza generalmente
para describir aceros cuyo contenido total de elementos de aleación no exceda
de 5% de la composición total del acero. Los aceros HSLA tienes esfuerzo de
fluencia en un rango de 40ksi a 70ksi, y algunos de los aceros de alta
resistencia ofrecen una resistencia mejorada a la corrosión.
Aceros ASTM A572, son aceros de vanadio - columbio de baja aleación y
alta resistencia de calidad estructural. La especificación A572 define cinco
grados de aceros HSLA 42, 50, 55, 60 y 65. (En las especificaciones ASTM,
el término grado identifica el nivel de esfuerzo de fluencia). El esfuerzo
ultimo de tensión de estos aceros corresponden, respectivamente, a 60, 65.
70, 75 y 80 ksi. Estos aceros se producen para la construcción de edificios y
otras estructuras, ya sea soldados y atornillados, excepto para la construcción
de puentes.
Aceros ASTM A992, la nueva especificación ASTM A992 cubre solo los
perfiles W (secciones laminadas de patín ancho) con el fin de ser utilizados
en la construcción de edificios. Nótese también que para los perfiles W y WT
es la especificación de material preferida. Tiene valores mínimos
especificados para el esfuerzo de fluencia de 65 ksi y el esfuerzo de tensión
ultima de 65 ksi. Estos aceros tienen excelentes características de ductilidad y
soldabilidad.

 Aceros HSLA resistentes a la corrosión, aumenta a la resistencia a la
corrosión atmosférica pues desarrollan su propia densidad, dureza y capa de
óxido denso, duro y que se adhiere con fuerza y tiene una agradable color
purpureo (en vez de color oxido en forma de escamas) cuando se exponen a
la atmosfera.
Aceros ASTM A588, es un acero de intemperie de baja aleación con un
punto de fluencia mínimo de 50 ksi para espesores de 4pulg. También está
disponible en mayores espesores con menos esfuerzos de fluencia (46 y
42ksi). Este acero se produce principalmente para estructuras de construcción
soldadas y atornilladas. Su resistencia a la corrosión atmosférica es cuatro
veces la del acero A36.
 aceros aleados y d baja aleación enfriados y templados, difieren de los
aceros de baja aleación y alta resistencia en que tienen un porcentaje más
elevado de elementos de aleación y en que depende del tratamiento térmico
para desarrollar niveles de resistencia más elevados y otras propiedades
mecánica mejoradas. Estos aceros por lo general contienen un máximo de
carbono de 0.20%.
Aceros ASTM A514, define diversos tipos de placas de acero aleado,
enfriado y templado de calidad estructural apropiada para la soldadura. El
esfuerzo de fluencia mínimo especificado es de 100 ksi para espesor de 2 ½
pulg o más, y de 90 ksi para espesores mayores a 2 ½ pulg a 6pulg, inclusive.
Los aceros A514 pueden utilizarse para edificaciones muy altas, torres de
televisión, puentes soldados, tanques para almacenamientos de agua y
muchos más, donde se requieren proporciones altas de resistencias a la
fluencia contra el peso.

4.5. Propiedades físicas.
 Pruebas para determinar resistencia, rigidez y ductilidad.
A. Pruebas de tensión.
La prueba de tensión puede utilizarse para determinar la resistencia, la
rigidez, la ductilidad y la tenacidad del material. En esta prueba se sujeta un
espécimen estándar, llamado probeta de acero entre las mordazas de un
máquina de prueba y se tensan en forma axial (se someten a fuerzas de
tensión) hasta que ocurre la fractura. Primero, la probeta es sometida a la
máquina de tal manera que se reduce al área de su sección transversal en la
parte central de su longitud para localizar la zona de fractura. Luego la
muestra es marcada en el sentido longitudinal mediante dos puntos
conocidos como puntos de calibración. La distancia entre estos puntos (en
general 2pulg u 8pulg) se denomina longitud calibrada. Luego se coloca la
muestra en la máquina de prueba se registran en curvas esfuerzo-
deformación. En ingeniería se acostumbra a utilizar esfuerzo de ingeniería
nominal y deformación nominal o de ingeniería definido como sigue:
 Esfuerzo, se define como la carga dividida entre el área de la sección
transversal original de la probeta al inicio de la prueba, o:
𝑓 =
𝑇
𝐴0
Donde T es la carga de tensión axial aplicad en Kips (donde un Kips equivale
1000 libras), A0 es el área de sección transversal original de la muestra en
pulg2, y f es el esfuerzo de tensión axial en ksi (Kips por pulgada cuadrada).
 Deformación, se define como el alargamiento de la probeta tomada sobre la
longitud calibrada. Esto es,

𝜀 =
𝑒
𝐿0
=
𝐿 − 𝐿0
𝐿0
Donde Lo es la longitud calibrada original en pulg, L es la longitud en
pulgadas entre las marcas de calibre después de aplicar la carga T, e es el
alargamiento de la probeta en pulgadas, y ɛ es la deformación axial en
pulg/pulg.
Si la carga es acrecentada en incrementos desde cero hasta el punto de fractura y el
esfuerzo y la deformación unitaria son calculados en cada etapa, puede graficarse una
curva esfuerzo-deformación unitaria muestra en la figura 2. Esta curva es típica de
una clase de acero conocido como dúctil o acero dulce. La relación entre el esfuerzo
y la deformación unitaria es lineal hasta el límite proporcional; se dice que el
material obedece la Ley de Hooke. Después de esto alcanzara rápidamente un valor
pico, llamado punto superior de fluencia, al cual sigue una nivelación en el punto
inferior de fluencia. El esfuerzo permanece entonces constante, aunque la
deformación unitaria continua creciendo. En esta etapa de la carga, el espécimen de
prueba continua alargándose en tanto que no se retire la carga, aun cuando la carga
no puede ser incrementado. Esta región de esfuerzo constante se llama meseta de
fluencia o rango elástico. Bajo una deformación unitaria de aproximadamente 12
veces la deformación unitaria en la fluencia comienza el endurecimiento por
deformación y se requiere entonces una carga adicional (y esfuerzo) para generar un
alargamiento adicional (y deformación unitaria). Se alcanza así un valor máximo del
esfuerzo, después de lo cual comienza en el espécimen la “estricción”, en donde el
esfuerzo decrece con una deformación unitaria creciente y ocurre luego la fractura.

(Figura 2)
La figura 3 muestra una versión idealizada de esta curva esfuerzo-deformación
unitaria. El limite proporcional, el limite elástico y l0s puntos superior e inferior de
fluencia están todos muy cercanos entre si y son tratados como un solo punto
llamado punto de fluencia, definido por el esfuerzo Fy. El otro punto de interés para
el ingeniero estructuralista es el valor máximo de esfuerzo que puede alcanzarse,
llamado resistencia ultima en tensión Fu la forma de esta curva es típica de todos los
aceros estructurales dulces, que son diferentes uno de otro principalmente en los
valores de Fy y Fu.
(Figura 3)

 Limite elástico, al inicio de la carga, cuando se aplica una pequeña fuerza a
las probetas, los enlaces entre los átomos se dilatan y la probeta se estira. Si
se elimina tal fuerza, los enlaces vuelven a su longitud original y la muestra
recupera su tamaño y forma inicial. Con el incremento de magnitud de la
fuerza, esto seguirá ocurriendo conforme el material se comporte de forma
elástica. Sin embargo, eventualmente se alcanzar un esfuerzo que ocasione
deslizamiento plástico, lo que de por resultado una deformación permanente
del material. Al terminar la fuerza se permite que la parte elástica de la
deformación se recupere, pero permanece el alargamiento causado por el
deslizamiento, lo que se conoce como deformación permanente. El nivel de
esfuerzo correspondiente se denomina límite elástico del material. En
practica, resulta difícil distinguir entre el limite proporcional y el limite
elástico, y a menudo se considera que ocurren en el mismo punto de la curva
 Módulo de Elasticidad (E), o módulo de Young, es la pendiente del
diagrama esfuerzo-deformación de la región elástica. Así,
𝐸 =
𝑓
𝜀
=
𝑒𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜
𝑑𝑒𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛
Donde f es el esfuerzo en ksi, ɛ es la deformación en pulg/pulg y E es el
módulo de Young en ksi. El módulo de elasticidad es una medida de la
rigidez del material en el dominio elástico, y se relaciona con la fuerza de
atracción entre átomos adyacentes de material sólido. Para los átomos de un
material dado, como el hierro, esta fuerza tiene un valor definido. Así como
el hierro equivale aproximadamente al 99% de la composición de los aceros
estructurales, el módulo de elasticidad E difícilmente varía y es
prácticamente constante para todos los aceros estructurales con carbono. Un
valor de 29000ksi se utiliza en cálculos de diseño, como el módulo de
elasticidad para todos los grados de los aceros estructurales. Esta rigidez, que
es mucho mayor que la de cualquier otro material estructural común, es una
ventaja importante del acero.

 Resistencia de fluencia, la curva de esfuerzo-deformación para los aceros de
alta resistencia con tratamiento térmico y otros aceros especiales es una curva
continua bastante suave más allá de la porción elástica lineal inicial y no tiene un
punto fluencia bien definido o meseta de fluencia. Para tales materiales, la
resistencia a la fluencia por lo regular, se define como el esfuerzo que deja el
material con una deformación permanente establecida (por lo regular
0.002pulg/pulg o 0.2%)
 Esfuerzo de fluencia (Fy), hasta ahora sean presentado dos definiciones para
la resistencia del material: el punto de fluencia y la resistencia a la fluencia. Con
el fin de reducir las confusiones que pudieran surgir al uso de dos definiciones
diferentes, las especificaciones AISC LFRD (1.1) han adoptado el término
esfuerzo de fluencia para referirse tanto a uno como otro (o ambos). El símbolo
Fy se utiliza para designar el esfuerzo de fluencia y se expresa en ksi.
Actualmente, los aceros estructurales están disponibles con esfuerzos de fluencia
de 32ksi a 150ksi.
 Modulo tangente (Et), la pendiente de la tangente sobre un punto de la curva
esfuerzo-deformación por arriba del límite proporcional se define como el
modulo tangente y es designado como el símbolo Et. Representa la rigidez del
material en el intervalo inelástico.
 Módulo de endurecimiento por deformación (Est), la pendiente de la curva
esfuerzo-deformación en el rango de endurecimiento por deformación se conoce
como módulo de endurecimiento por deformación. Su valor más alto al dar
comienzo el endurecimiento por deformación, y su valor particular se denota
como Est. La magnitud del módulo de endurecimiento por deformación Est varía
en un rango mucho mayor al módulo de Young; el valor típico de 600 a 800ksi
tiene un promedio de casi 1/50 del módulo de Young para aceros estructurales
con carbono. La intersección de la meseta de fluencia con la porción de

endurecimiento por deformación de la curva esfuerzo-deformación define la
deformación unitaria de endurecimiento por deformación ɛst.
 Ductilidad, es la capacidad de un material para ser sometido a grandes
deformaciones sin quebrarse. Una medida de la ductilidad es el porcentaje de
elongación de la longitud calibrada de la probeta durante la prueba de tensión.
Se calcula 100 veces el cambio en la longitud calibrada dividida entre la longitud
calibrada inicial. Esto es,
Porcentaje de elongacion = 𝛿 𝑒 =
𝐿 𝐹 − 𝐿 𝑜
𝐿 𝑜
x100
Donde Lf es la distancia final entre las marcas calibradas después que se rompe
la muestra, y Lo la longitud calibrada original. Gran parte de la deformación
total ocurre en la porción de cuello de la longitud calibrada inmediatamente
adyacente a la fractura y a no más de una pulgada de fractura. Por ello, δe es una
función de la longitud calibrada, longitudes calibradas más cortas dan por
resultado valores más altos de δe . Las especificaciones estándar del material de
acero estipulan un porcentaje mínimo de alargamiento de longitud especificada
de la muestra de la prueba (15% a 20% en una longitud de calibre de 8pulg). El
valor es de 18% para el acero A992.
 Razón de Poisson (µ), se ha mostrado en forma experimental que si una
barra es alargada por tensión axial, hay una reducción simultánea de las
dimensiones transversales. Para esfuerzos por debajo del límite proporcional, la
razón de las deformaciones en direcciones transversal y la longitudinal es una
constante conocida como la razón de Poisson. Se denota con la letra griega µ y
se define por:
𝜇 = −
𝜀 𝑥
𝜀 𝑧
= −
𝜀 𝑦
𝜀 𝑧

Donde ɛz es la deformación unitaria debida al esfuerzo aplicado en la dirección
(dirección longitudinal), y ɛx y ɛy son las deformaciones unitarias inducidas en
direcciones perpendiculares. El signo menos indica una disminución de las
dimensiones transversales cuando ɛz es positivo, como el caso de la probeta de
tensión. Para el acero, la razón de Poisson es alrededor de 0.3 en el rango
elástico y 0.5 en el rango plástico.
 Módulo de elasticidad por cortante (G), o módulo de rigidez es la razón
entre el esfuerzo cortante y la deformación unitaria cortante dentro del límite
elástico y designa como G. para aceros estructurales, los valores medidos para G
varían de 11500ksi a 12000ksi. Un valor alrededor de 11200ksi se utiliza en los
cálculos de diseño como modulo cortante para todos los aceros estructurales.
Según la teoría de la elasticidad, se tiene:
𝐺 =
𝐸
2(1 + 𝜇)
4.6. Clasificación de miembros para diseño estructural.
Aunque la mayor parte de las estructuras de ingeniería son tridimensionales, la
disposición de los miembros puede dividirse en una serie de componentes
estructurales planos en dos secciones ortogonales. Tales estructuras por lo común se
analizan en un plano para las cargas dentro de ese plano, y luego se analizan otra vez
en un plano perpendicular para cargas en ese segundo plano, y en ambos análisis se
utiliza solo estática plana simple.
A menudo, un miembro particular debe ser considerado no solo como parte de una
estructura plana. Por ejemplo, la columna D2 del marco tridimensional del edificio
de la figura 4 es parte del marco plan lateral 2-2 y también parte del marco plan
longitudinal D-D. Por lo tanto, el análisis y diseño de la columna D2 debería incluir
las cargas a lo largo de las líneas del marco 2 y D de ambos planos para sus efectos
sobre la columna. El análisis de cada marco se debe entender como un problema de
dos dimensiones, donde la combinación de esos dos análisis bidimensionales podría

explicar el total de cargas tridimensionales que actúan en la columna D2. De igual
manera la viga dentro de cada marco deben ser analizadas en dos dimensiones,
aunque las cargas tributarias de techo o piso para esas vigas provenga de una tercera
dirección.
Estructura tridimensional de un edificio compuesto por dos series de marcos planos
(Figura 4)
Las vigas y las columnas de un edifico pueden estar:
 Conectadas en forma rígida en una dirección y
simple en la otra dirección (figura 5.a)
 Conectadas simplemente en ambas direcciones
(figura 5.b)
 Conectadas rígidamente en ambas direcciones
(figura5.c)

Además, la estructura del edificio puede estar sin contravientos en una dirección y
contraventeada en la otra, contraventeada en ambas direcciones o no contraventeada
en ambas direcciones.
La mayoría de las estructuras los miembros tienen como carga primaria la tensión
axial, compresión axial, fuerzas transversas o momento de torsión, y tal vez la mayor
parte tengan carga secundaria de algún otro tipo. Es práctica común denominar un
miembro de acuerdo con su carga primaria principal, por lo que se ignora el hecho de
que hay una combinación de dos o más de esos tipos básicos. Sim embargo, debe
hacerse una excepción para el caso en que los miembros sean sometidos de manera
simultánea a cargas de compresión axial además de cargas de flexión. En efecto, la
influencia de estos dos sistemas de cargas que actúan de manera simultánea es mayor
que la suma de estos dos sistemas actuando por separad.
Por lo tanto, hay cinco tipos básicos de miembros que soportan carga:
 Tensores, sometidos a tensión axial (figura 6.a)
 Columnas, sometidas a compresión axial (figura 6.b)
 Vigas, que soportan cargas transversas (figura 6.c)
 Ejes, sometidas a torsión (figura 6.d)
 Vigas-columnas, sometidas a cargas de compresión axial, cargas y/o
momentos transversales (figura 6.e)

Clasificación de miembros para diseño estructural
(Figura 6)
4.7.Diseño estructural
Es un procedimiento mediante el cual se obtiene una solución óptima para la forma
estructural y las dimensiones de sus elementos. Este procedimiento debe satisfacer
los requerimientos funcionales, económicas, estéticos, sociológicos y otros más,
mediante el uso de uno o más criterios, como son el lograr una inversión total
mínima, un peso mínimo, terminar la construcción en el menor tiempo posible, etc
por lo tanto el objetivo de la ingeniería estructural de un proyecto consiste en
seleccionar un ensamble eficaz de los elementos estructurales, a fin de:
 Llevar a la realidad practica el concepto y la forma deseados por el arquitecto
y el propietario.
 Lograr esa realidad a un costo mínimo de capital para el cliente.
 Garantizar una vida de servicio satisfactoria del edificio asegurando que
cumpla con los estándares aceptados de resistencia, deflexión vibración y
características de mantenimiento.
Las estructuras de acero, igual que todas las demás estructuras, deben ser diseñadas
para resistir diversas fuerzas la que es probable que se vean sujetas durante su vida
útil. Estas incluyen fuerzas debidas a la gravedad, cargas ambientales (viento, nieve,

lluvia, sismo), cargas debidos al uso (habitar, trafico, grúas) y uso indebido
(explosión). La intensidad de cargas que se debe escoger para el diseño de la
estructuras puede encontrarse en documentos llamados reglamentos,
especificaciones, códigos modelo y códigos en general.
4.8.Especificaciones
Se refieren a las reglas y lineamientos escritos por un ingeniero o arquitecto,
relacionadas con un edificio en particular para su construcción. Estos son
documentos legales. Con más frecuencias, las especificaciones se refieren a los
documentos desarrollados por varias organizaciones de ingenieros.
 Especificaciones de diseño con factores de cargas y resistencia (LFRD)
 Manual de construcción con acero: para diseño con factores de carga y
resistencia LFRDM.
4.9.Cargas
Las cargas y fuerzas para las que se ha diseñado la estructura de un edificio se
pueden dividir ampliamente en tres clases:
 Cargas muertas, representan el peso de los materiales permanentes de la
construcción, incluidos el peso propio de los elementos de la estructura y
otras partes complementarias del edificio necesarias para darle el uso
deseado.
 Cargas Vivas, representan las cargas relacionadas con la construcción, la
ocupación, el uso o el mantenimiento de la estructura. Por ejemplo, cargas
originadas por la gente, mobiliario, los materiales almacenados, etc.
 Cargas relacionadas con el medio ambiente, son cargas impuestas a las
estructuras por el ambiente, por ejemplo, el viento, la nieve, el hielo, la lluvia,
etc.

4.10. Estados limites
Es una condición que representa un límite de utilidad estructural más allá de la cual
la estructura deja de cumplir con una función proyectada. Lo estados limites pueden
representar el colapso real de una estructura o de partes de ella debido a fractura o
inestabilidad.
Los estados límites pueden dividirse en dos tipos:
 Estado límite de resistencia, se relaciona con la seguridad contra cargas
extremas durante la vida proyectada de la estructura, por lo que depende de la
resistencia de los elementos, de los miembros o de la estructura. Los
siguientes estados de límite de resistencias, con los siguientes.
 Fractura de un miembro a tensión
 Pandeo de una columna
 Inicio de la fluencia
 Formulación de una articulación plástica
 Formación de un mecanismo plástico
 Pandeo lateral de una viga
 Pandeo por flexión - torsión de una viga-columna
 Pandeo local de placas
 Volteo como cuerpo rígido
 Inestabilidad de marco
 Pandeo por torsión de una columna
 Rotura de elementos de conexión
 Estancamiento
 Estado límite de servicio, se relación con los requerimientos funcionales de
la estructura bajo condiciones normales de servicio.

4.11. Criterios de diseño del LFRD
En las especificaciones de diseño por factores de cargas y resistencia LFRD, la
resistencia de diseño de cada componente estructural o del ensamblaje debe ser igual
a la resistencia requerida o superior a esta, de acuerdo a las cargas nominales
factorizadas (Galambos y Ravindra 1976) estos es
ɸRn ≥ ƩyiQi
Resistencia Factorizada ≥ Efectos de la carga factorizada
Rd ≥ Rreq
Resistencia de diseño suministrada ≥ Resistencia Requerida
Dónde: Ʃ = sumatoria
i = tipo de carga
Qi = efecto de carga nominal
yi = factor de carga correspondiente a Qi
Rn = resistencia nominal
ɸ = factor de resistencia correspondiente a Rn
Rd = ɸ Rn = resistencia de diseño
Rreq = ƩyiQi = resistencia requerida
4.12. Combinaciones de cargas
ASCE estipula que deben considerarse las siguientes cargas en el diseño de
estructuras de acero:
D = Carga muerta
L = carga debida a la ocupación
Lr = carga viva en techo
S = Carga de nieve

R = carga debida al agua de la lluvia o hielo iniciales,
exclusivamente por su contribución al estancamiento.
W = Carga de viento
E = Carga por sismo
F = Carga debido a fluidos
H = Carga debida a presión lateral del terreno, presión de agua del
suelo, etc
T = fuerza de autodeformacion
ASCE las siguientes combinaciones de cargas:
LC-1 = 1.4D
LC-2 = 1.2D + 1.6L + 0.5 (LR o S o R)
LC-3 = 1.2D + 1.6 (Lr o S o R) + (0.5L o 0.8W)
LC-4 = 1.2D + 1.6W + 0.5L + 0.5 (Lr o S o R)
LC -5 = 1.2D + 1.0E + 0.5L + 0.2S
LC-6 = 0.9D + 1.6W
LC-7 = 0.9D + 1.0E

5. Hipótesis
General:
“El diseño y análisis de una estructura en acero para una vivienda brinda todas las
garantías de seguridad.” (CREO QUE NO ES NECESARIO)
6. Objetivos
General:
Analizar y diseñar una estructura metálica de una vivienda de tres pisos.
PARA LA CIUDAD DE TRUJILLO
Específicos:
 Analizar y diseñar por los factores de carga y resistencia de los tipos
de secciones más utilizadas dentro de las estructuras metálicas con el
programa ETABS 2013.
 Elaborar el plano de conjunto y los planos de los elementos que
conforman la estructura metálica.
7. Metodología del trabajo
7.1. Tipo y Diseño de investigación
El estudio realizado de la tesis es de tipo descriptivo, no experimental.
7.2. Población y Muestra
Población : Toda la población de la Ciudad de Trujillo.
Muestra : Área de terreno en el Distrito Huanchaco.
PARA LA POBLACION DEBE DE TENERSE PRESENTE QUE DE DONDE SE
TOMARAN LOS DATOS DE QUE CONJUNTO, PUEDE SER EL SUELO
DONDE PARA DONDE SE REALIZAR EL DISEÑO, SI FUERA ASÍ LA

MUESTRA PUEDE SER TUS CALICATAS PARA REAZAR ESE ESTUDIO DE
SUELO.
DE NO ENCONTRARSE OTRO CONJUNTO TAMBIEN SE PUEDE
CONSIDERAR QUE ES UN ESTUDIO DE CASO.
7.3. Técnicas e instrumentos de investigación
Se utilizó la evaluación visual y tomas de datos de las normas y reglamentos.
PODRIA SER:
LA TECNICA DE LA OBSERVACIÓN Y COMO INSTRUMENTO UNA FICHA
DE OBSERVACIÓN
Y
LA TECNICA DE ANALISIS DOCUMENTAL Y COMO INSTRUMENTOS
NORMAS Y REGLAMENTOS
8. Procesamiento y análisis de la información
Procesamiento de datos en hojas de cálculo y análisis de información en los
programas de cómputo de diseño.
APARTE DEL PROCESO TIENE QUE INDICAR SOBRE EL ANALISIS: (EJM.):
EL ANALISIS SE REALIZARÁ CON TABLAS, GRAFICOS, PORCENTAJES Y
PROMEDIOS, ETC.
9. Referencias bibliográficas (PARA LAS REFERENCIA
BIBLIOGRAFICAS Y PARA LAS CITAS DE LA PRIMERA PARTE QUE
CORRESPONDE A LOS ANTECEDENTES UTILIZAR LAS NORMAS
APA)
 Ing. Vinnakota, Siramulu (2006) Estructuras de acero: Comportamiento y
LFRD.
 Ing. Segui, William T. (2000) Diseño de Estructuras de acero con LFRD.

 Ing. McCormac, Jack C. (2002) Diseño de Estructuras de Acero Método
LFRD.
 Bowles, Joseph E. (1980) Diseño de Acero Estructural.
 Fratelli, María Graciela (1999) Proyectos Estructurales de Acero.
 Oscar de Buen López de Heredia (1991) Diseño de Estructuras de Acero
Construcción Compuesta.
 Reglamento Nacional de Edificaciones (2012)
 MANUAL DE STEEL CONSTRUCTION, AMERICAN INSTITUTE OF
STEEL CONSTRUCTION AISC
 Ing. Manrique, Ángel (2010) Diseño Simplificado de Elementos de Acero
Estructural.
 Ing. Morrison, Nelson Manual de ETABS 2013.
ANEXOS:
ACA TIENEN QUE CONSIDERAR LOS INSTRUMENTOS
QUE DE SER EL CASO SERÁN:
- FICHA DE OBSERVACIÓN
- DOCUMENTOS: NORAMAS Y REGLAMENTOS

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