Anexo 2 docencia construcciones metalicas

Construcciones metálicas
Prof. Dr. Juan Carlos Vielma Pérez

iseño Título y objeto con lista
 Contenido del curso
 Evaluaciones
 Bibliografía

ontenido por unidades
Unidad Contenido
1 PERFILERÍA METÁLICA Y MATERIALES AFINES
2 DISEÑO DE PERFILES EN CALIENTE
3 ELABORACIÓN DE MODELOS

iseño Título y objeto con lista
mas a desarrollar:
Tema 1: Introducción al acero estructural
Tema 2: Cargas
Tema 3: Elementos sometidos a tracción
Tema 4: Elementos sometidos a compresión
Tema 5: Elementos sometidos a flexión
Tema 6: Elementos sometidos a flexocompresión

nidades de la materia
Unidad 1
• Tema 1. Introducción al acero estructural
• El acero como material de construcción
• Características mecánicas y geométricas del acero estructural
• El proyecto de estructuras de acero
• Normativas vigentes
• Tema 2. Cargas y tipos de diseño
• Cargas gravitatorias
• Cargas accidentales
• Método de diseño elástico y método de diseño plástico
• Diseño aplicando el Método de Diseño de Factores de Carga y Resistencia (DFCR)
• Factores de carga
• Factores de resistencia
• Ventajas y confiabilidad del DFCR

• Unidad 2
• Tema 3. Análisis y diseño de miembros sometidos a tracción
• Diseño por resistencia
• Área neta y área neta efectiva
• Conexiones a tracción
• Diseño de miembros a tracción: perfiles, secciones compuestas, barras y varillas
• Diseño por fatiga
• Tema 4. Análisis y diseño de miembros sometidos a compresión
• Análisis de miembros comprimidos
• Perfiles utilizados como miembros a compresión
• Desarrollo de la formulación para columnas
• Longitud efectiva de columnas
• Fórmulas para columnas largas, intermedias y cortas
• Relaciones de esbeltez
• Tablas de diseño del Método de DFCR
• Empalmes de columnas
• Columnas compuestas
• Columnas armadas
• Columnas en celosía
• Placas base para columnas cargadas axialmente

• Unidad 3
• Tema 5. Análisis y diseño de miembros sometidos a flexión
• Flexión en vigas
• Rótulas plásticas
• Teoría de análisis plástico
• Mecanismo de falla
• Diseño de vigas continuas
• Diseño de vigas de pórticos
• Diseño de elementos sometidos a flexión
• Capacidad en zona de pandeo plástico
• Capacidad en zona de pandeo inelástico
• Capacidad en zona de pandeo elástico
• Secciones no compactas
• Tema 6. Análisis y diseño de miembros sometidos a flexo-compresión
• Miembros sometidos a flexo-compresión
• Momentos de primer y segundo orden
• Factores de amplificación
• Factores de modificación de momentos
• Diseño de miembros a flexocompresión de marcos arriostrados
• Diseño de elementos a flexocompresión de marcos no arriostrados

ema 1. Introducción al acero estructural
acero como material de construcción
supuesta perfección de este metal, tal vez el más versátil de todos los materiales
ructurales, parece más razonable cuando se considera su gran resistencia, poco peso,
ilidad de fabricación y otras propiedades convenientes.

bliografía
Cormac, J. y Csernak, S. (2012) Diseño de estructuras de acero. Editorial Alfaomega,
éxico.
e libro se encuentra disponible en la base de datos de la ESPE como e-book.

NTAJAS DEL ACERO COMO MATERIAL ESTRUCTURAL
Alta resistencia
Uniformidad
Elasticidad
Durabilidad
Ductilidad
Tenacidad
Ampliaciones de estructuras existentes
Propiedades diversas

ESVENTAJAS DEL ACERO COMO MATERIAL ESTRUCTURAL
Corrosión
Costo de la protección contra el fuego
Susceptibilidad al pandeo
Fatiga
Fractura frágil

racterísticas mecánicas y geométricas del acero estructural
acero se define como una combinación de hierro y pequeñas cantidades de carbono,
neralmente menos del 1%. También contiene pequeños porcentajes de algunos otros
mentos. Aunque se ha fabricado acero desde hace 2 000 o 3 000 años, no existió
almente un método de producción económico sino hasta la mitad del siglo xix.

Tipos de acero
Acero al carbono (0,03-2.1% C)
Acero corten (para intemperie)
Acero inoxidable (aleado con cromo)
Acero microaleado («HSLA», baja aleación alta resistencia)
Acero rápido (muy duro, tratamiento térmico)

racterísticas mecánicas y geométricas del acero estructural
s diagramas esfuerzo-deformación presentan información valiosa necesaria para
tender cómo se comporta el acero en una situación dada. No pueden desarrollarse
todos satisfactorios de diseño, a menos que se disponga de información completa
ativa a las relaciones esfuerzo-deformación del material que se usa.

proyecto de estructuras de acero
proyecto de las estructuras de acero está a cargo de los ingenieros estructurales. Los
enieros estructurales deben trabajar estrechamente con los arquitectos para poder
erpretar adecuadamente el sentido del diseño de los espacios que estos últimos
rsiguen dentro de la edificación.
formación de los ingenieros estructurales es un proceso progresivo que requiere no
o del conocimiento de los procedimientos de cálculo, sino también un adecuado
nocimiento sobre la naturaleza de los materiales, los procesos constructivos y la
turaleza de las cargas que la estructura ha de soportar a lo largo de su vida útil.

proyecto de estructuras de acero
a de las grandes ventajas que presenta el acero estructural es que su utilización es
uy versátil, permitiendo vencer grandes luces con secciones relativamente ligeras y
beltas, lo que desde el inicio de la era industrial permitió su intensa utilización en la
ficación de grandes obras que aun persisten.

rmativas vigentes
normas estructurales recogen un conjunto de reglas mínimas que persiguen
antizar un diseño seguro y eficiente, mediante el que se asegure en primer término
ntegridad física de los usuarios de la estructura y que esta no tendrá problemas que
ngan en riesgo la inversión que esta ha supuesto.
cada país existe un grupo de normas que rigen el desempeño de los profesionales
cargados de diseñar las estructuras. En algunos casos en los que no existen normas
cionales suelen adoptarse las normas de países más avanzados.

rmativas vigentes
el caso particular del Ecuador existe la Norma Ecuatoriana de la Construcción (NEC)
e dispone de una serie de capítulos afines al diseño de estructuras de acero.
pítulo 1. Cargas y materiales
pítulo 2. Peligro sísmico y requisitos de diseño sismo resistente
pítulo 5. Estructuras de acero
pítulo 9. Geotecnia y cimentaciones

rmativas vigentes
capítulo 5 se dedica exclusivamente al diseño de estructuras de acero. Este capítulo
ha derivado de una serie de normativas internacionales que a continuación se
umeran:
ANSI/AISC 341-05, ANSI/AISC 341-10 (Seismic Provisions for Structural Steel
Buildings)
358-05 (Prequalified Connections for Special and Intermediate Steel Moment Frames
for Seismic Applications)
FEMA 350 (Recommended Seismic Design Criteria for New Steel Moment Frame
Buildings).
Especificaciones para Edificios de Acero Estructural de la ANSI/AISC 360 -10
(Specification for Structural Steel Buildings)

licaciones
guidamente se muestran algunas aplicaciones de construcciones metálicas aplicadas
as estructuras civiles.
importante notar que dentro de las construcciones metálicas se encuentra una gran
ntidad de aplicaciones, pero que entre las principales se encuentran las estructuras
orticadas para edificios de oficinas y/o viviendas, los galpones industriales y algunas
nstrucciones industriales como escaleras pasarelas, soportes de tanques, soportes de
uipos, soportes de máquinas, plataformas, entre otros.
almente, no debe olvidarse el importante papel que han jugado las estructuras
tálicas en el desarrollo de los puentes.

licaciones
primer ejemplo que se muestra corresponde a un galpón industrial. Este galpón tiene
particularidad de que está constituido por pórticos de miembros de acero. Cuando se
esenta este tipo de estructuras se le denomina galpón de pórticos de alma llena.

licaciones

licaciones
Galpón industrial

licaciones
Columna
Viga de carga
Cruz de San
Andrés
Correa
Apoyo
Arriostramiento
de techo
olumna de
fachada
Viga de fachada

licaciones
muy frecuente encontrar galpones cuyas luces son muy grandes. En este caso el
eniero estructural resuelve planteando una armadura o cercha en lugar de las vigas
carga.
muestra un ejemplo de este tipo de estructura.

licaciones
Armadura o
celosía
Alero

licaciones
Cordón
superior
Cordón inferior
Montante
Diagonales

licaciones
Escalera metálica en
planta industrial

licaciones
Columna
Viga de carga
Correa
Viga de amarre
Chapa metálica
y hormigón

gnación:
scar dos estructuras metálicas en su entorno (grupos de 2 estudiantes). Tomar
ografías y traer para una exposición corta de 5 min.
poner en clase resaltando los componentes estudiados en la clase presente.
ntificar cualquier otro componente no apreciado

os de perfiles de acero
ra diseñar estructuras de acero existe una amplia gama de perfiles comerciales que
n sido desarrollados para cubrir las exigencias de los diferentes tipos de esfuerzos a
que son sometidos los miembros estructurales.
importante indicar que no todos los perfiles disponibles pueden ser utilizados para
terminados fines. Por otro lado, se tiene que las secciones disponibles no siempre
isfacen determinados niveles de solicitaciones. Para resolver este problema suelen
mbinarse diferentes tipos de perfiles para conseguir secciones compuestas.

tre los tipos de perfiles es necesario distinguir entre los perfiles laminados en
iente, los perfiles compuestos a partir de láminas soldadas y los perfiles formados en
o.
utilización de estos perfiles está limitada, no siempre puede llevarse a cabo el diseño
n algún tipo específico de perfiles ya que quizá no satisfagan condiciones básicas de
eño

mbién es necesario distinguir entre los tipos comerciales de perfiles. Las industrias
ericanas han producido perfiles laminados con denominaciones en el sistema
perial, mientras que las industrias europeas y asiáticas producen perfiles laminados
denominación métrica.

rfiles Americanos (imperial).
C HP L

HSSQHSROE

M MT S W

rfiles Europeos (métricos).
simétrico HEA HEB IPE

N MHEB Viga soldada UPN

o cuadrado Tubo hexagonal Tubo rectangular Tubo circular

rfiles formados en frío.
L Z CCL

rfiles formados en frío

ste una gran cantidad de tablas que contienen las características geométricas y
cánicas de las secciones de perfiles metálicos.
njuntamente con estas presentaciones se suministrarán algunas de estas tablas a los
udiantes, de manera que puedan utilizarlas en los procedimientos de diseño.

os de conexiones
sten tres familias de conexiones que se pueden aplicar en los proyectos de
ructuras metálicas. Las más usuales y estudiadas son: las conexiones soldadas, las
nexiones apernadas y las conexiones mixtas.
o largo de este curso se estudiaran los tres tipos de conexiones, aplicándolas a
erentes situaciones de solicitaciones. Se proveerán ejemplos que permitirán conocer
qué situaciones es más conveniente u obligatorio utilizar un determinado tipo de
nexión.

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