República Bolivariana De Venezuela Ministerio Del Poder Popular Para La Defensa Universidad Nacional Experimental Politécnica De La Fuerza Armada Bolivariana Núcleo-Nueva Esparta Catedra: Proyecto De Acero
Profesora: Ing. Ana Mora
Realizado por: León, M. Marjhoan Cl: 26.082.589 Sección: 06S-4413-01D
Juan Griego, julio 2017
El acero por ser un material noble, se adapta a casi cualquier forma o diseño estructural, es usado de forma confiable. Cuando se fabrican estructuras de concreto armado se complementan con acero de refuerzo ya que ambas en un todo le aportan a la estructura, en el caso del concreto trabaja a compresión y el acero es el elemento que soporta las cargas a tracción. Es importante destacar que en una estructura metálica de acero, este puede trabajar de las dos maneras, tanto a tracción como a compresión, siendo esto una limitante para las estructuras de concreto armado. El diseño de estructuras de acero implica la selección de perfiles estándar laminados en caliente, esta es la forma más empleada del acero estructural. Adicionalmente, cuando la disponibilidad del tamaño necesario para el diseño no es posible, se fabrican perfiles a partir de láminas de acero, soldadas o apernadas. Al comenzar un diseño, el ingeniero debe reunir y examinar toda la información general, así como requisitos especiales y especificaciones relativas al elemento por diseñar.
ACERO ESTRUCTURAL El acero es uno de los materiales de fabricación y construcción más versátil, más adaptable y más ampliamente usado. El acero combina la resistencia y la posibilidad de ser trabajado, lo que se presta para fabricaciones mediante muchos métodos. Además, sus propiedades pueden ser manejadas de acuerdo a las necesidades específicas mediante tratamientos con calor, trabajo mecánico, o mediante aleaciones. El acero se utiliza para la construcciones en puentes de grandes claros, en edificios altos y en estructuras con malas condiciones de cimentación ya que posee una alta resistencia/peso, posee uniformidad ya que sus propiedades no cambian apreciablemente, facilidad en la construcción y para la modificación de estructuras ya que se adaptan bien a las posibles ampliaciones. Aunque posee sus desventajas su mantenimiento es costosa porque son susceptibles a la corrosión al estar expuestos al aire y al agua, costo de la protección contra el fuego ya que el acero pierde apreciablemente su capacidad de resistencia con el aumento de la temperatura. Además es un excelente conductor de calor. Se define como acero estructural a lo que se obtiene al combinar el hierro, carbono y pequeñas proporciones de otros elementos tales como silicio, fósforo, azufre y oxígeno, que le contribuyen un conjunto de propiedades determinadas. El acero laminado en caliente, elaborado con fines estructurales, se le nombra como acero estructural al carbono, con límite de fluencia de 250 mega pascales, eso es igual a 2.549Kg/cm2. Es el resultado de la aleación del hierro y carbono. En los aceros al carbono comunes, el hierro constituye más del 95%. Pueden estar presentes en pequeñas cantidades; azufre, oxigeno, cilicio, nitrógeno, fósforo, manganeso, aluminio, cobre y níquel.
LAS PROPIEDADES DEL ACERO Las propiedades del acero varían en gran medida con el contenido de la aleación, las sustancias utilizadas, el procesamiento y en algunos aspectos también el método de preparación.
PROPIEDADES MECÁNICAS
Resistencia al desgaste: Es la resistencia que ofrece un material a dejarse erosionar cuando está en contacto de fricción con otro material. Tenacidad: Es la capacidad que tiene un material de absorber energía sin producir Fisuras (resistencia al impacto). Maquinabilidad: Es la facilidad que posee un material de permitir el proceso de mecanizado por arranque de viruta. Dureza: Es la resistencia que ofrece un acero para dejarse penetrar. Se mide en unidades BRINELL (HB) o unidades ROCKWEL C (HRC), mediante test del mismo nombre. El hierro se produce silicato de calcio, llamado también escoria. El hierro y la escoria se separan por gravedad, ya que la escoria es menos densa y flota sobre el metal. El Acero es una mezcla de metales (aleación) formada por varios elementos químicos, principalmente hierro y carbón como componente minoritario (desde el 0,25% hasta el 1,5% en peso). El acero inoxidable se caracteriza por su alta resistencia a la corrosión. Es una mezcla de metales (aleación), formada por hierro p. Fatiga: Cuando un elemento estructural se somete a cargas cíclicas, este puede fallar debido a las grietas que se forman y propagan, en especial cuando se presentan inversiones de esfuerzos, esto es conocido como falla por fatiga, que puede ocurrir con esfuerzos esfuerz os menores a la carga de deformación remanente. r emanente. Límite de fatiga: Se evalúa en un diagrama Esfuerzo máximo (resistencia a la fatiga) vs. el número de ciclos hasta la falla, estos diagramas indican que la resistencia a la fatiga, de un acero estructural, decrece con un aumento de número de ciclos, hasta que se alcanza un valor mínimo que es el Límite de Fatiga. Con la tracción considerada como positiva y la compresión negativa, las pruebas también demuestran que a medida que disminuye la relación entre el esfuerzo máximo y el mínimo, se reduce de modo considerable la resistencia al a fatiga. Las pruebas indican además que los aceros con resistencia a la tracción semejante tienen casi la misma resistencia a la fatiga. Elasticidad: Corresponde a la capacidad de un cuerpo para recobrar su forma al dejar de actuar la fuerza que lo ha deformado. Plasticidad: Es la capacidad de deformación de un metal sin que llegue a romperse si la deformación se produce por alargamiento se llama ductilidad y por compresión maleabilidad.
Fragilidad: Es la propiedad que expresa falta de plasticidad y por lo tanto tenacidad los metales frágiles se rompen en el límite elástico su rotura se produce cuando sobrepasa la carga del límite elástico. PROPIEDADES FÍSICAS
Térmicas: están referidas a los mecanismos de calor existen tres mecanismos: Conducción: se produce cuando la fuente emisora está en contacto directo con el que se desea aumenta Tº Convección: para que ocurra transferencia de calor por convección es necesario que exista un fluido quien sea el encargado de transmitir el calor de la fuente emisora hacia el cuerpo o ambiente Radiación: Se produce porque la fuente de calor se encuentra en contacto en forma directa con el ambiente. Esta fuente emisora genera rayos infrarrojos que sirven de medio de transferencia de calor. Eléctricas: Están relacionadas con la capacidad de conducir la corriente eléctrica. Ópticas: están referidos a la capacidad que poseen los materiales para reflejar o absorber el calor de acuerdo a las siguientes características: Color-Brillo-Pulido. Magnéticas: Están referidas a la capacidad que poseen los materiales metálicos para inducir o ser inducidos por un campo electromagnético, es decir actuar como imán o ser atraídos por un imán. PROPIEDADES QUÍMICAS
Los diferentes elementos le imparten diferentes propiedades.
El cobalto: por ejemplo, lo hace más duro y más difícil de mellar. El níquel y el manganeso: aumentan su fuerza de tracción, haciendo que las piezas de acero sean más difíciles de romper. El cromo: aumenta su dureza y mejora su resistencia a la corrosión. TIPOS DE ACEROS
1. Aceros al carbono. Más del 90% de todos los aceros son aceros al carbono. Estos aceros contienen diversas cantidades de carbono y menos del 1,65% de manganeso, el 0,60% de silicio y el 0,60% de cobre. Los aceros más convenientes son aleaciones que contienen solamente carbono y hierro. Estos elementos de aleación son relativamente baratos y, por tanto, a menudo se utilizan en un gran número de contextos, tal como acero estructural. 2. Acero Inoxidable. Como las aleaciones de acero al carbono habituales son muy sensibles a la corrosión, la aleación de acero se extendió hasta lograr un acero inoxidable con la finalidad de evitarla. El acero inoxidable es una aleación de hierro que tiene buena resistencia a la corrosión (oxidación) y otras acciones químicas bajo ciertas condiciones. 3. Acero eléctrico.
El término común para una variedad de aceros producidos en horno eléctrico industrial. Normalmente un horno de arco (a menudo llamado electro-acero) con capacidad ca. 5200 toneladas; pero para ciertas cualidades especiales son también de inducción. El acero eléctrico se produce por la re-fusión y desechos de refinación, esponja de hierro, o mezclas de chatarra, hierro esponjoso o como se desee. 4. Acero de grano fino. Está especialmente adaptado para proporcionar una estructura de grano fino mediante el calentamiento, por ejemplo, usando un tratamiento térmico. Los aceros de grano fino para fines estructurales se preparan generalmente mediante la aleación con pequeñas cantidades de aluminio, que se combina con el nitrógeno en el acero y se va a un nitruro. Como aditivo para afinar el grano es también usado el niobio y el vanadio, este último sobre todo en aceros para herramientas. 5. Acero de fase doble. Estos aceros son un grupo de baja aleación, un acero estructural de alta resistencia que tiene una microestructura que comprende de un 80% a 90% de grano fino de ferrita y martensita + 10-20% de restos. Al igual que en el acero normal de grano fino, el de doble fase es bajo en carbono, azufre y fósforo. Bajas adiciones de manganeso y silicio proporcionan endurecimiento por solución. 6. Acero negro. Es el color que adquiere este acero con un muy bajo contenido de carbono, debido precisamente a que en la superficie este es te elemento forma una un a delgada capa, debido a que no atraviesa ningún tratamiento especial. 7. Acero laminado. Un tipo de acero muy utilizado en la industria, se trata de un añadido de carbono y del sometimiento de una barra de acero al proceso conocido como tracción, lo cual dota de mayor resistencia a la aleación, pero disminuye su ductilidad y casi no puede soldarse. 8. Acero galvanizado. Es un tipo de aleación reforzada por el zinc y por lo mismo, es muy resistente a la oxidación, pero sin llegar a ser totalmente inoxidable. Se le usa en una amplia gama de materiales en la industria de la construcción de grandes obras y estructuras. 9. Acero reposado. Es un tipo de acero que antes de la fase de colación, ha sido totalmente desoxidado, adicionándole metales, lo cual lo dota de una perfección admirable, pues las piezas así formadas no presentan imperfecciones. Es muy utilizado en las estructuras de hormigón. 10. Acero Corten. Es un acero que no es afectado por la corrosión, el fósforo, el níquel y el cromo se hallan entre los componentes de esta aleación, la cual es sumamente utilizada por la industria del cemento a nivel global. 11. Acero suave. Estas aleaciones son muy bajas en carbono siendo por ende hierro en su mayoría; presenta una admirable ductilidad y una enorme resistencia a la corrosión. Aquí es
bueno recordar que la proporción relativa de los elementos estructurales en el acero depende del contenido de carbono.
12. Acero aleado. Aceros que cuentan con la presencia de varios elementos de aleación como el Manganeso, el Molibdeno, el Cromo, el Zinc, etc., en grandes cantidades. Esto sirve para Mejorar sus propiedades, puesto que las mejores de cada elemento se utilizan de la mejor manera.
DIAGRAMA DE ESFUERZO – DEFORMACIÓN DEFORMACIÓN Un diagrama típico de esfuerzo-deformación de un acero estructural al carbono se caracteriza por la existencia de una zona inicial en la que los esfuerzos y deformaciones están relacionados entre sí linealmente, seguida por la llamada región plástica, donde tiene lugar deformaciones considerables a esfuerzos constantes, y termina un una región de endurecimiento por deformación, en el cual un incremento de deformaciones es nuevamente acompañado por un incremento de esfuerzo, hasta llegar a la ruptura. El diseño de elementos estructurales implica determinar la resistencia y rigidez del material estructural, estas propiedades se pueden relacionar si se evalúa una barra sometida a una fuerza axial para la cual se registra simultáneamente la fuerza aplicada y el alargamiento producido. Estos valores permiten determinar el esfuerzo y la deformación que al graficar originan el denominado diagrama de esfuerzo y deformación. Los diagramas son similares si se trata del mismo material y de manera general permite agrupar los materiales dentro de dos categorías con propiedades afines que se denominan materiales materiales dúctiles y materiales frágiles. Los diagramas de materiales dúctiles se caracterizan por ser capaces de resistir grandes deformaciones antes de la rotura, mientras que los frágiles presentan un alargamiento bajo cuando llegan al punto de rotura.
ESFUERZO Las fuerzas internas de un elemento están ubicadas dentro del material por lo que se distribuyen en toda el área; justamente se denomina esfuerzo a la fuerza por unidad de área, la cual se denota con la letra griega sigma (σ) y es un parámetro que permite comparar la resistencia de dos materiales, ya que establece una base común de referencia. σ = P/A
Donde:
P≡ Fuerza axial;
A≡ Área de la sección transversal
DEFORMACIÓN La resistencia del material no es el único parámetro que debe utilizarse al diseñar o analizar una estructura; controlar las deformaciones para que la estructura cumpla con el propósito para el cual se diseñó tiene la misma o mayor importancia. El análisis de las deformaciones se relaciona con los cambios en la forma de la estructura que generan las cargas aplicadas. Una barra sometida a una fuerza axial de tracción aumentara su longitud inicial; se puede observar que bajo la misma carga pero con una longitud mayor este aumento o alargamiento se incrementará también. Por ello definir definir la deformación deformación (ε) como el cociente entre el alargamiento alargamiento δ y la longitud inicial L, indica que sobre la barra la deformación es la misma porque si aumenta L también aumentaría δ. Matemáticamente la deformación sería: ε = δ/L
El diagrama es la curva resultante graficada con los valores del esfuerzo y la correspondiente deformación unitaria en el espécimen calculado a partir de los datos de un ensayo de tensión o de compresión.
A. Límite de proporcionalidad: Se observa que va desde el origen O hasta el punto llamado límite de proporcionalidad, es un segmento de recta rectilíneo, de donde se deduce la tan conocida relación de proporcionalidad entre la tensión y la deformación enunciada en el año 1678 por Robert Hooke. Cabe resaltar que, más allá la deformación deja de ser proporcional a la tensión.
B. Limite de elasticidad o limite elástico: Es la tensión más allá del cual el material no recupera totalmente su forma original al ser descargado, sino que queda con una deformación residual llamada deformación permanente. C. Punto de fluencia: Es aquel donde en el aparece un considerable alargamiento o fluencia del material sin el correspondiente aumento de carga que, incluso, puede disminuir mientras dura la fluencia. Sin embargo, el fenómeno de la fluencia es característico del acero al carbono, mientras que hay otros tipos de aceros, aleaciones y otros metales y materiales diversos, en los que no manifiesta. D. Esfuerzo máximo: Es la máxima ordenada en la curva esfuerzo-deformación. E. Esfuerzo de Rotura: Verdadero esfuerzo generado en un material durante la rotura
PRODUCCIÓN DE ACERO EN VENEZUELA La producción de acero comenzó en Venezuela en 1950, cuando la empresa SIVENSA la iniciara partiendo de la chatarra. La explotación del mineral del hierro es la actividad económica más importante en el nordeste del estado Bolívar; gracias a esto surgió Ciudad Piar. Debido a la importancia de esta actividad se requirió de un puerto para el comercio internacional, el cual se estableció el 8 de febrero de 1952 en la confluencia de los ríos Orinoco y Caroní, se le dio el nombre de Puerto Ordaz, que junto con el de San Félix dieron origen luego a Ciudad Guayana. En 1964, la empresa SIDOR comenzó su producción. Desde 1926 se hacía el primer descubrimiento de minas de hierro en “El Pao”, seguido del segundo hallazgo en 1947 (Cerro Bolívar), lo que daría paso al inicio de la producción de acero, 15 1 5 años más tarde (9 de julio de 1962). Sin S in embargo, hay que destacar d estacar que la estatización de la industria del hierro (mineral base para la producción de acero), fue realizada por Carlos Andrés Pérez (CAP) en 1975.
1950: Comienza la transformación del hierro en acero, con la puesta en marcha de la planta siderúrgica (SIVENSA) en Antímano Caracas. 1951: Creación del Sindicato Venezolano del Hierro y del Acero, empresa privada que inicia los estudios preliminares para la instalación de una industria siderúrgica en el país. 1953: El Gobierno Venezolano toma la decisión de construir una planta Siderúrgica en Guayana. Esta gesta gesta comienza con la creación de la Oficina de Estudios Especiales de la Presidencia de la República y se le encomienda como responsabilidad primaria, el estudio y plan de ejecución de un Proyecto Siderúrgico. 1963: Terminación de la construcción de la Siderúrgica del Orinoco, C.A. y puesta en marcha de los trenes 300 y 500.
1964: El 1 de abril, la Corporación Venezolana de Guayana constituye la empresa Siderúrgica del Orinoco, C.A. (SIDOR), confiriéndole la operación de la planta Siderúrgica existente. 1967: El 26 de junio, SIDOR logra producir por primera vez 2.000.000 toneladas de acero, líquido. 1970: El 3 de octubre se inaugura la Planta de Tubos Centrifugados, con una capacidad para producir 30.000 toneladas en un turno. 1998: SIDOR inicia su transformación para alcanzar estándares de competitividad internacional equivalentes a los de los mejores productores de acero en el mundo.
La siderúrgica registró su mayor marca en 2007, con 4,3 millones toneladas de acero producidas, equivalentes a su capacidad instalada de procesamiento. Esto colocó a la empresa como principal exportadora del mercado andino, lo cual no impidió cubrir también la demanda nacional de 2,5 millones de toneladas en productos siderúrgicos como cabilla. Venezuela es un jugador importante en el mercado de semi elaborado, plano y largos de acero; mineral de hierro; briquetas de hierro en caliente (HBI); pellas y aluminio primario, pero p ero en el último lustro se ha visto v isto obligado a reducir sus envíos al exterior ex terior ante una declinante producción. Venezuela ha estado entre los principales países productores de acero crudo en Latinoamérica desde 1962, cuando realizó la primera colada, pero en los últimos siete años de funcionamiento de la industria siderúrgica en manos del Estado, la producción de acero líquido se desplomó y registró su pico más bajo en 2014, con 1,49 millones de toneladas métricas (MMTM) en total acumuladas para ese año. Así lo reflejan los datos de World Steel Association (WSA), aunque esta cifra es aún más baja (1,1 MMTM), si se trata específicamente de la Siderúrgica del Orinoco “Alfredo Maneiro” (Sidor), de acuerdo a
datos internos suministrados.
CLASIFICACIÓN DEL ACERO ESTRUCTURAL O DE REFUERZO
El acero estructural, según su forma, se clasifica en: A. Perfiles estructurales: Los perfiles estructurales son piezas de acero laminado cuya sección transversal puede ser en forma de I, H, T, canal o ángulo. B. Barras: Las barras de acero estructural son piezas de acero laminado, cuya sección transversal puede ser circular, hexagonal o cuadrada en todos los tamaños. C. Planchas: Las planchas de acero estructural son productos planos de acero laminado en caliente con anchos de 203 mm y 219 mm, y espesores mayores de 5,8 mm y mayores de 4,5 mm, respectivamente. De acuerdo a las normas técnicas de cada país o región tendrá su propia denominación y nomenclatura, pero a nivel general se clasifican en: 1) Barras de acero para refuerzo del hormigón: Se utilizan principalmente como barras de acero de refuerzo en estructuras de hormigón armado. A su vez poseen su propia clasificación generalmente dada por su diámetro, por su forma, por su uso: 2) Barra de acero liso 3) Barras corrugadas 4) Alambrón 5) Alambres trefilados (lisos y corrugados) 6) Mallas electro soldables de acero – Mallazo Mallazo 7) Armaduras básicas en celosía. 8) Alambres, torzales y cordones para hormigón pretensado. 9) Armaduras pasivas de acero 10) Redondo liso para Hormigón Armado 11) Aceros para estructuras en zonas de alto riesgo sísmico. Para estructuras de hormigón se utilizan barras lisas y corrugadas, con diámetros que oscilan entre los 6mm y los 40mm, aunque lo común en una armadura de hormigón es que difícilmente superen los 32mm. Además el acero de refuerzo se utiliza en las mallas electro soldadas o mallazo constituidos por alambres de diámetros entre 4mm a 12mm.
COMPONENTES DE LOS ACEROS 1) Aluminio Al EL Aluminio es usado principalmente como desoxidante en la elaboración de acero. El Aluminio también reduce el crecimiento del grano al formar óxidos y nitruros. 2) Azufre S El Azufre se considera como un elemento perjudicial en las aleaciones de acero, una impureza. Sin embargo, en ocasiones se agrega hasta 0.25% de azufre para mejorar la maquinabilidad. Los aceros altos en azufre son difíciles de soldar pueden causar porosidad en las soldaduras. 3) Carbono C El Carbón-Carbono es el elemento de aleación más efectiva, eficiente y de bajo costo. En aceros enfriados lentamente, el carbón forma carburo de hierro y
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cementita, la cual con la ferrita forma a su vez la perlita. Cuando el acero se enfría más rápidamente, el acero al carbón muestra endurecimiento superficial. El carbón es el elemento responsable de dar la dureza y alta resistencia del acero. Boro B El Boro logra aumentar la capacidad de endurecimiento cuando el acero está totalmente desoxidado. Una pequeña cantidad de Boro, (0.001%) tiene un efecto marcado en el endurecimiento del acero, ya que también se combina con el carbono para formar los carburos que dan al acero características de revestimiento duro. Cobalto Co El Cobalto es un elemento poco habitual en los aceros, ya que disminuye la capacidad de endurecimiento. Cromo Cr El Cromo es un formador de ferrita, aumentando la profundidad del endurecimiento. Así mismo, aumenta la resistencia a altas temperaturas y evita la corrosión. El Cromo es un elemento principal de aleación en aceros inoxidables, y debido a su capacidad de formar carburos se utiliza en revestimientos o recubrimientos duros de gran resistencia al desgaste, como émbolos, ejes, etc. Fósforo P Fósforo se considera un elemento perjudicial en los aceros, casi una impureza, al igual que el Azufre, ya que reduce la ductilidad y la resistencia al impacto. Sin embargo, en algunos tipos de aceros se agrega deliberadamente para aumentar su resistencia a la tensión y mejorar la maquinabilidad. Manganeso Mn El Manganeso es uno de los elementos fundamentales e indispensables, está presente en casi todas las aleaciones de acero. acer o. El Manganeso es un formador fo rmador de austenita, y al combinarse con el azufre previene la formación de sulfuro de hierro en los bordes del grano, altamente perjudicial durante el proceso de laminación. El Manganeso se usa para desoxidar y aumentar su capacidad de endurecimiento. Molibdeno Mo El Molibdeno también es un elemento habitual, ya que aumenta mucho la profundidad de endurecimiento del acero, así como su resistencia al impacto. El Molibdeno es el elemento más efectivo para mejorar la resistencia del acero a las bajas temperaturas, reduciendo, además, la perdida de resistencia por templado. Los aceros inoxidables austeíticos contienen Molibdeno para mejorar la resistencia a la corrosión.
DISEÑO ESTRUCTURAL Diseñar es proponer un elemento estructural, que satisfaga las solicitaciones para la cual a ser creado, reuniendo además requisitos de funcionalidad, aspecto y economía. La
proposición del diseño debe ser acorde con las normas que garantizan la seguridad estructural, establecidas en los códigos vigentes que rigen los diferentes materiales con que se pueda construir dicho elemento estructural. Al comenzar un diseño, el ingeniero debe reunir y examinar toda la información general, así como requisitos especiales y especificaciones relativas al elemento por diseñar.
DISEÑO CON FACTORES DE CARGA Y RESISTENCIA RESIS TENCIA (LRFD). Se base en los conceptos de estados límite. El estado límite es para describir una condición en la que una estructura o parte de ella deja de cumplir su pretendida función. Dos tipos de estados límite: Los de Resistencia y Los de servicio 1. Los estados límite de resistencia: se basan en la seguridad o capacidad de carga de las estructuras e incluyen las resistencias plásticas, de pandeo, de fractura, de fatiga, de volteo, etc. 2. Los estados límite de servicio: se refieren al comportamiento de las estructuras bajo cargas normales no rmales de servicio y tienen que ver con aspectos asociados con el uso y ocupación, tales como deflexiones excesivas, deslizamientos, vibraciones y agrietamientos. La especificación LRFD ‐Especifica mucho a los estados límite de resistencia ‐Permite cierta libertad en el área de servicio.
Las cargas de trabajo o servicio (Qi) se multiplican por ciertos factores de carga o siempre mayores que 1.0) seguridad (λi– siempre Las cargas factorizadas usadas para el diseño de la estructura. Las magnitudes de los factores de carga varían, dependiendo del tipo de combinación de las cargas. La estructura se proporciona para que tenga una resistencia ultima de diseño suficiente para resistir las cargas factorizadas. Esta resistencia es la resistencia teórica o nominal (Rn) del miembro estructural, multiplicada por un factor de resistencia (φ‐siempre menor que 1.0) La expresión para el requisito de seguridad estructural es: Σλi Qi≤φRn
(Suma de los productos de los efectos de las cargas y factores de carga) ≤ (factor de
resistencia) (resistencia nominal) (Los efectos de las cargas) ≤ (la resistencia o capacidad del elemento estructural)
FACTORES DE CARGA Y LAS COMBINACIONES U = 1.4 D (Ecuación A 4‐1 del LRFD) U = 1.2D + 1.6L + 0.5 (Lr o S o R) (Ecuación A 4‐2 del LRFD) Donde
U: la carga ultima D: cargas muertas L: cargas vivas Lr: cargas vivas en techos S: cargas de nieve R : carga inicial de agua de lluvia o hielo W: fuerzas de viento Fuerzas de Sismo E – Fuerzas CUANDO HAY CARGAS DE IMPACTO U = 1.2D + 1.6 (Lr o S o R) + (0.5 Lr o 0.8 W) (Ecuación A 4‐3 del LRFD) U = 1.2D + 1.3W + 0.5L + 0.5(Lr o S o R) (Ecuación A 4‐4 del LRFD) U = 1.2D ±1.0E +0.5 L+0.2S (Ecuación A 4‐5 del LRFD) Existe un cambio en el valor de factor de carga para L en las combinaciones A4‐3, A 4‐4, A4‐5 cuando se trata de garajes, áreas de reuniones públicas y en todas las áreas donde la carga viva exceda de 100 psf U = 1.2D + 1.6 (Lro S o R) + (1.0 L o 0.8 W) (Ecuación A 4‐3’ del LRFD) U = 1.2D+1.3W+1.0L+0.5(Lro S o R) (Ecuación A 4‐4’ del LRFD) U = 1.2 D ±1.0 E + 1.0 L + 0.2S (Ecuación A 4‐5’ del LRFD) Cuando hay la posibilidad de levantamiento por las fuerzas de viento y sismo U = 0.9 D ±(1.3 W o 1.0 E) (Ecuación A 4‐6 del LRFD) Carga crítica o gobernante el valor más grande obtenido en cada caso.
FACTORES DE RESISTENCIA
La resistencia última de una estructura depende en la resistencia de los materiales, las dimensiones, la mano de obra y no puede calcular exactamente
QUE PUEDE INFLUIR 1. Imperfecciones en las teorías de análisis 2. A variaciones en las propiedades de los materiales 3. A las imperfecciones en las dimensiones de los elementos estructurales Para hacer esta estimación, se multiplica la resistencia ultima teórica (resistencia nominal) de cada elemento por un factor φ, de resistencia (siempre menor que 1.0). Compresión: Φ c = 0.90 Flexión: Φ t = 0.85 Estabilidad: Φ s = 0.85 Tensión: Φ t = 0.80 Corte / Torsión: Φ v = 0.75 Conexiones: Φ z = 0.65
MAGNITUD DE LOS FACTORES DE CARGA Y RESISTENCIA. Las incertidumbres que afectan a los factores de carga y resistencia son: 1) 2) 3) 4) 5)
Variación en la resistencia de los materiales. Error en los métodos de análisis. Los fenómenos naturales como huracanes, sismos, etcétera. Descuidado durante el montaje. La presencia de esfuerzos residuales y concentraciones de esfuerzos, variaciones en las dimensiones de las secciones transversales, etc.
El acero es muy importante hoy en día para la construcción de cualquier obra civil, ya que presenta propiedades que pueden mejorar con la adición de elementos aleantes cualquier tipo de estructura u obra realizada con este elemento, dichas propiedades suelen ser: Resistencia a comprensión y tracción, Dureza, Resistencia al desgaste y Ductilidad. El Acero ofrece diferentes resultados en función de la presencia o ausencia de otros metales: la adición de manganeso le confiere una mayor resistencia frente al impacto. Los aceros aleados no sólo mejoran las propiedades físicas, sino que también permiten una mayor amplitud en el proceso de tratamiento térmico.
