D.E.D.A. TEMA 5 DISEÑO DE ELEMENTOS A FLEXION-VIGAS.pptx

TEMA 5
DISEÑO DE ELEMENTOS A FLEXIÓN
A) Conceptos Generales de VIGAS
B) Análisis Sobre Flexión Simple y Flexión Compuesta
C) Secciones
A) CONCEPTOS GENERALES DE VIGAS
1.- Tipos de Vigas
Generalmente se dice que las vigas son miembros que soportan cargas
transversales, que se usan en posición horizontal y que quedan sujetas a
cargas verticales, sin embargo, existen excepciones, como por ejemplo
las correas, también llamadas Cabios y/o Cabrios.
Entre los muchos tipos de Vigas se pueden mencionar:
a.- Las Viguetas; b.- Los Dinteles; c.- Las Vigas de Fachadas;
d.- Los Largueros (Puentes); e.- Trabes o Vigas Transversal (Puentes)
Ing. Elías Sánchez R. 1

2) Perfiles Usados en Vigas
Los perfiles tipo “W” han sustituido por completo a los
perfiles tipo “S” y tipo Canales “C” que se usaban en tiempos
pasados.
Los perfiles tipo “W” tienen un mayor porcentaje de acero en
sus patines o alas, que las vigas “S” o IPN, por lo que poseen
mayores Momentos de Inercia y Momentos Resistentes para un
mismo peso. Estos perfiles son relativamente anchos y tienen
una rigidez lateral apreciable.
El perfil “S” solo se usa cuando es requerido un patín o
ala pequeño, cuando las Fuerzas Cortantes son muy
grandes o cuando es conveniente mayores espesores del
patín en su unión con el alma por motivo de Flexión
Lateral como ocurre en los rieles de guía para grúas y
Monorrieles. Otro tipo común es la vigueta de acero de
alma abierta.

3) Esfuerzos de Flexión
Si una Viga esta sujeta a Momentos de Flexión el esfuerzo en
cualquier punto se puede calcular con la formula de la
Flexión: fb = MxC/I , solo aplicable cuando el esfuerzo máximo
es menor que el Limite máximo Elástico. El Valor I/c es una
constante para cada sección especifica y se denomina Modulo
de Sección “S”, entonces la formula de flexión se puede
escribir: fb = M/S
Inicialmente cuando el Momento se aplica en la Viga el
esfuerzo varia linealmente desde el eje neutro hasta las fibras
extremas de la sección.
El Momento de Fluencia se define como el Momento de Inicio
del esfuerzo de fluencia en las fibras extremas de la sección.
Cuando el Momento en una Viga dúctil se aumenta mas allá
del Momento de Fluencia las fibras extremas, que se
encontraban en fluencia, se mantendrán en fluencia bajo el
mismo esfuerzo

FIGURA :
VARIACIONES DE ESFUERZOS DE
FLEXION DEBIDAS A INCREMENTOS
DE MOMENTOS ALREDEDOR DEL
EJE “x”
y el Momento Resistente adicional necesario soportar lo resistirán
las fibras mas cercanas al eje neutro. Este proceso continuará
hasta que finalmente se alcanza la fluencia en toda la sección,
produciéndose la distribución Plástica Total, Formándose lo que se
conoce como Articulación Plástica, porque no puede resistirse
ningún Momento adicional.
El Momento Plástico es el Momento que producirá una
plastificación completa en una sección transversal del miembro
creándose ahí mismo una Articulación Plástica.
La relación entre Momento Plástico (Mp) y el Momento de Fluencia
(My) se denomina Factor de Forma. Los Factores de Forma son
iguales a 1.5 para las secciones rectangulares y varia entre 1.1 y
1.2 en las secciones laminadas estándar.

4) Articulaciones Plásticas
Cuando la magnitud de la carga continua incrementándose,
entonces, las fibras extremas de la sección, empiezan a fluir
formándose la Articulación Plástica, la plastificación se extiende
hacia otras fibras fuera de la sección de Momento Máximo.
Figura: Articulación Plástica
Para que se forme una Articulación Plástica, las secciones deben
ser compactas, y también deben tener soporte lateral, de
manera tal que se impida el Pandeo Lateral.
Se debe tener en cuenta que también se consideran los
Esfuerzos Cortantes, La Torsión y las Cargas Axiales en los
análisis de Vigas, ya que, estos pueden ser lo suficientemente
grandes como para producir falla del miembro, antes de que
ocurra la formación de la Articulación Plástica.

5) Diseño Elástico
Hasta hace pocos años las vigas se diseñaban con base a
la Teoría Elástica.
La Carga Máxima que una estructura podía soportar se
suponía igual a la carga que primero generaba un
esfuerzo igual al de fluencia del material.
Los miembros se diseñaban de manera que los esfuerzos
de flexión calculados para la carga de servicios no
excedieran el esfuerzo de fluencia dividido entre un
factor de seguridad por ejemplo de 1,5 a 2.0.
Sin embargo, ya se sabe que los miembros dúctiles no
fallan sino hasta que ocurre una gran plastificación
después de alcanzar el Esfuerzo de Fluencia. Esto
significa que los miembros dúctiles tienen mayores
márgenes o limites de seguridad contra la falla que lo
que indica la Teoría Elástica.

6) El Modulo Plástico Resistente
My = Fy x I/c donde I/c = Modulo Elástico (S) =bd2/6 (s. rectang.)
My = Momento de Fluencia
Fy = Esfuerzo de Fluencia
El Momento Resistente es igual a T o C multiplicado por el
brazo de palanca entre ellos (2/3xd), entonces también
My = ((Fyxbxd)/4)x((2/3)xd) = Fy((bxd2)/6)‹— este termino es
el Modulo Elástico, entonces el Momento Resistente para la
plasticidad Total, se puede determinar de manera similar

El resultado es el llamado Momento Plástico (Mp), también
es el Momento Nominal de la sección (Mn).
Entonces
Mp = Mn = Tx(d/2)= Cx(d/2) = Fyx((bxd2)/2))x(d/2)
Mp = Fyx((bxd2))/4
Se dice que Mp = FyxZ donde Z= Modulo Plástico
Entonces, El Modulo Plástico es igual a:
Z = (bxd2)/4
y el Modulo Elástico es igual a
S = (bxd2)/6
Por lo general los manuales de diseño de los fabricantes de
perfiles proveen valores tabulados de las propiedades
geométricas (Área, I, Z, S, r) de los perfiles, así como el
Manual de la AISC-LRFD.

Ejemplo:

7) Teoría del Análisis Plástico
fjhfdfkdjdk

7) Teoría del Análisis Plástico

Los elementos que forman una estructura se clasifican en
Primarios y Secundarios.
a) Primarios. Se diseñan de acuerdo a las cargas de diseño y
reacciones.
b) Secundarios. Se diseñan de acuerdo con las normas según el
caso, solicitados por un porcentaje de la carga en los
primarios y en la forma mas desfavorable.
Nota: Los elementos Secundarios son de gran importancia en las
estructuras metálicas por varias razones, entre otras:
 Son estructuras prefabricadas, es decir, están formadas por
diversos elementos unidos a través de juntas.
Son estructuras bastante livianas, por lo tanto con tendencia a
la inestabilidad.
Sus elementos principales son en general mas esbeltos,
tendiendo a deformarse.

C) CARGAS DE DISEÑO
ACCIONES: Según la Norma Covenin 2002-89, se define
como:
Los fenómenos que producen cambios en el estado de
Tensiones y Deformaciones en los elementos de una
edificación, como las cargas, Los asentamientos, los
efectos de temperatura y reología*, etc.
*Reologia: Parte de la física que estudia la viscosidad, la
plasticidad, la elasticidad y el derrame de la materia.
CARGAS DE DISEÑO: ( Definición según libro “Diseño de
Estructuras de Acero. Del Ing. Fernando Urdaneta Parra):
Son todas las causas, capaces de deformar las estructuras

Las Cargas se clasifican en 2 tipos:
1. Cargas Verticales: Pesos propios de los elementos, los
Objetos, las personas. Etc.
2. Cargas Ambientales: Vientos, Sismos, Lluvia, etc.
En cuanto a la forma de actuar se clasifican como:
Estáticas, son aquellas que actúan permanentemente en la
estructura como Pesos Propios, etc.
Dinámicas, son las que no actúan permanentemente y se
pueden clasificar como:
Movibles, son aquellas cuya aplicación en las estructuras es de
forma gradual, no violenta, como las sobrecarga en los
edificios, etc.
Móviles, son las que afectan la estructura de forma violenta y
originan solicitaciones adicionales debidas a la energía de
desplazamiento de su aplicación. Esto es lo que se conoce como
Impacto, por ejemplo, la Carga de Vehículos en los puentes,
etc.

En General para el análisis de las estructuras hablaremos
de las cargas como:
CARGAS MUERTAS: Son Cargas Permanentes y son
básicamente los Pesos Propios de los elementos.
SOBRECARGAS: Son Cargas No Permanentes, Movibles o
Móviles, que dependiendo de su naturaleza son Cargas
Fijadas por las Normas, sobre todo las Movibles, como
Cargas Uniformemente Distribuidas. Deben ser aplicadas
a las estructuras de acuerdo a las posiciones mas
desfavorables (Análisis de Carga) y cuyo valor depende
del uso que vaya a tener la estructura.
CARGAS AMBIENTALES: Dependiendo de las formas
estructurales, funcionamiento y objetivo de las mismas,
etc., como son Cargas de Viento o Sismo en estructuras
esbeltas (edificios, etc.) empujes de tierra en Muros, etc.

TEMA II
A) El ACERO como Material Estructural
B) Características
C) Uso del ACERO en Venezuela
A.- EL ACERO COMO MATERIAL ESTRUCTURAL

B.- CARACTERISTICAS
C.- USO DEL ACERO EN VENEZUELA

DISEÑO DE ELEMENTOS (SECCIONES)
Factores que afectan el diseño o selección de perfiles.
Luego del Análisis de los valores de CORTE, CARGA AXIAL
y MOMENTOS FLECTANTES en los miembros se procede a
Determinar: a) Tipo de Material, b) Tipo de Perfil y c) Dimensión
del Elemento.
Sin Embargo, existen otros factores que afectan tales como;
a) Resistencia: Controlada generalmente por la selección de la
Sección.
b) Rigidez: La sección seleccionada debe ser lo suficientemente
RIGIDA como para evitar que exista una deformación
excesiva (deflexión) que destruya el valor funcional de la
estructura.

c) El Peso: Es buena practica de diseño elegir la sección
mas ligera y mas económica que pueda satisfacer los
requisitos de resistencia y Rigidez. Sin embargo, si se
elige la sección mas ligera para cada miembro, la
estructura resultante puede contener un numero
crecido de perfiles y tamaños diferentes de material y
puede que no sea la solución mas económica debido a
las pequeñas cantidades que se requiere de cada perfil,
los costos unitarios, pueden elevarse.
d) Apariencia: Las estructuras deben no solamente SER
suficientemente solidas para llenar su función, sino
que deben VERSE lo bastante fuertes para inspirar
confianza al usuario.
e) Espacio Disponible: La sección debe ajustarse a
requisitos arquitectónicos, en la medida de lo posible,
en cuanto a tamaño y claros.

f) Condición de Servicio: Las especificaciones, para las
estructuras que habrán de trabajar bajo condiciones
severas o se supone que funciones por un muy largo
periodo de tiempo, son generalmente mas Rígidas.
g) Disponibilidad de Material: La selección de la sección,
algunas veces, es afectada por Disponibilidad y Manejo
del Material en el mercado, la Fabricación y Montaje o
por el Costo de Mantenimiento.

METODOS DE DISEÑO
A. METODO DE DISEÑO ELASTICO: También llamado
“Diseño por Esfuerzos Permisibles” o “Diseño por
Esfuerzo de Trabajo”, en este método:
a) Se estiman las Cargas de Trabajo
b) Se Diseña en función a Esfuerzos Permisibles (ØFy) donde
Ø≤1
B. METODO DE DISEÑO PLASTICO: donde
a) Las Cargas de Trabajo se Multiplican por Factores de Carga
con valor mayor a 1.
b) Se Diseña en función a su Resistencia al COLAPSO. (Fu) o
c) Se Diseña por Factores de Carga y Resistencia (LRFD)
Basados en conocimientos de los conceptos de Estados
Limites, que se usa para describir una condición en la que una

Estructura o Elemento deja de cumplir su función.
Entonces Existen 2 tipos de Estados Limites:
A. LOS DE RESISTENCIA
B. LOS DE SERVICIO
A. Los de RESISTENCIA: Se basan en la Seguridad o
Capacidad de Carga de las Estructuras e incluyen: La
Resistencia Plástica, De Pandeo, De Fractura, De
Fatiga, De Volteo, etc.
B. Los de Servicio: Se refieren al Comportamiento de
las Estructuras bajo Cargas de Servicio, y tienen que
ver con los aspectos asociados al USO y OCUPACION,
tales como: Deflexiones Excesivas, Deslizamientos,
Vibraciones y Agrietamientos.

Lo anterior se traduce en:
∑λiQi ≤ ∑ØiRi
Donde
λi = Factor de Sobre Carga o Seguridad > 1
Qi = Carga de Servicio
Øi = Factor de Resistencia < 1
Ri = Resistencia Nominal o Teórica
Por todo lo anterior, usaremos el Método LRFD como
método de Diseño.

TEMA III
A. DISEÑO DE ELEMENTOS A TRACCIÓN
a) Secciones Utilizadas
b) Secciones Perforadas
c) Normas
a) SECCIONES UTILIZADAS
Perfiles laminados “L”, “U”, “I” y secciones huecas cilíndricas.
También son utilizados como tensores secciones macizas
cilíndricas de pequeño diámetro (1/2”, 3/4”, etc.) debido a la
no influencia de la esbeltez en la resistencia a la tracción.
También secciones combinadas, sobre todo, en elementos que
son parte de cerchas, en las cuales los perfiles “L” y “U” se
juntan colocándose de espaldas con la adición o no de un
separador, que pueda ser la lamina en donde se ejecuta la unión
formando secciones “T” o “][“

Para el diseño de elementos sometidos a cargas de tracción el AISC establece lo
siguiente:
Esfuerzo permisible de Trabajo= 0,6Fy (Ft)
Aceros A36 Ft = 1.520 kg/cm2
Esbeltez máxima para elementos principales= 240
Esbeltez máxima para elementos secundarios= 300
El diseño de ejecuta utilizando la expresión:
Esfuerzo =‘ Carga Actuante .
Área de la Sección
Es decir
Ft ≤ P/A
Lo que implica que
A ≥ P/F
Obtenida el Área mínima entramos a las tablas de perfiles y determinamos el
perfil a utilizar por el Área de su sección, para luego verificar su esbeltez
máxima, λmax = l/r ≤ 240
Donde l = longitud del elemento, r = radio de giro mínimo de la sección

b) Secciones Perforadas

Ejemplo 1 Método de los Esfuerzos Permisibles (DEP):
Una Barra de Acero A36 de 101,6mm x 12,7mm de sección
transversal. Determinar la Carga máxima de trabajo de dicha
barra.
Área Bruta (cms2) =10,16cms x 1,27cms = 12,90 cms2
Ft = 0,6Fy = 0,6 x 2.530 kg/cm2 = 1520 kg/cms2
Luego
Pmax = ABxFt = 12,90 cms2 x 1520 kg/cms2 = 19.600kg (CM+CV)

Ejemplo 2 Método LRFD:
Seleccione una sección W12 de acero A36 de 9mts de Luz
para soportar una Carga Muerta de servicio de Tensión de
63.000,00kg y una Carga Viva de servicio de Tensión de
36.000,00kg. El miembro tendrá dos hileras de tornillos de
7/8” en cada ala, por lo menos tres por hilera.
Datos: CM= 63.000,00kg
CV= 36.000,00kg
Dtorn = 7/8” ; No. Huecos/ala = 2 huecos x 3 Hileras
Solución:
-Definir Carga de Diseño (P):
Por norma la mayor de: a) 1,4CM ; b) 1,2CM+1,6CV
a) 1,4 x 63.000Kg = 88.200,00Kg
b) 1,2x63.000+1,6x36.000= 75600+57600= 133.200Kg(Mayor)

-Determinamos el Área mínima requerida (Ag min)
Ag min=Pu /ØtFy =133.200Kg /0,90x2.530Kg/cm2= 58,50cm2
-Determinar el Área neta efectiva (Ae =Ct An)
Sera la menor de:
a) Ae1 = esp (ancho – Nagujeros x Dagujero)
b) Ae2 = esp (ancho- (Nagujeros x Dagujero + Ndiagles x (S2 /4g) )
Donde:
e= espesor ; a = ancho ; Nagujeros = número agujeros línea de
falla ; Dagujero =(Diámetro del agujero) = Diámetro
pasador+0,15cms ; Ndiagles = número de diagonales en línea
de falla ; S = Separac. Longitud. de huecos ;
g = Separac. Transversal de huecos ; AB = Área Bruta
- Verificar
Ae ≤ 0,85 AB

D.E.D.A. TEMA 5 DISEÑO DE ELEMENTOS A FLEXION-VIGAS.pptx

Recomendados

Recomendados

Más contenido relacionado

Similar a D.E.D.A. TEMA 5 DISEÑO DE ELEMENTOS A FLEXION-VIGAS.pptx

Similar a D.E.D.A. TEMA 5 DISEÑO DE ELEMENTOS A FLEXION-VIGAS.pptx (20)

Último

Último (20)

D.E.D.A. TEMA 5 DISEÑO DE ELEMENTOS A FLEXION-VIGAS.pptx