CONSTRUCCIÓN EN ACERO SEMANA 6 ÍNDICE SISTEMA ESTRUCTURAL EN ACERO 1. Qué es un sistema estructural en acero? 2. Clasificación de elementos según su carga 3. Conexiones: 3.1. Tipos de conectores 3.2. Tipos de conexiones por rígidez 3.3. Tipos de conexiones estructurales 4. Subconjunto de comportamiento estructural 5. Pórticos 6. Enunciado del trabajo ¿QUÉ ES SISTEMA ESTRUCTURAL EN ACERO? Son elementos y componentes diseñados y ensamblados para proporcionar estabilidad, resistencia y soporte a una estructura. Se ha considerado la filosofía de diseño en la que un edificio de acero, generalmente se lo divide en dos: la parte que resiste las cargas gravitacionales (carga viva y carga muerta) y la que resiste las cargas laterales (sismo y viento). Aceros al carbono estructurales En los cimientos se generan fuerzas conocidas como bulbo de presión, que es la unión de todas las cargas que son distribuidas en el suelo. Aceros inoxidables CLASIFICACIÓN DE ELEMENTOS SEGÚN SU CARGA LOSA Losas sujetas a carga perpendicular TIRANTES MUROS ESTRUCTURANTE Carga paralela a la cara formada por las dos dimensiones mayores. VIGAS COLUMNAS Soportan las cargas verticales y transmiten estas cargas a las columnas o muros de soporte Sostienen las cargas verticales y ayudan a transmitirlas al suelo o las cimentaciones. Barras sujetas a carga axial a tracción PROCEDIMIENTO PARA REALIZAR UNA ESTRUCTURA DE ACERO 1. En primer lugar se calculan las cargas no-sísmicas de acuerdo al capítulo NEC-SE-CG y las cargas sísmicas, siguiendo el capítulo NEC-SE-DS. Seguidamente, 2. Se realiza el análisis estructural para la determinación de fuerzas internas en los componentes de la estructura (SAP 2000, ETABS, CYPE CAD, ROBOT ESTRUCTURAL). 3. Se diseñan los componentes que conforman parte del sistema de resistencia lateral, de acuerdo a los requerimientos del capítulo NEC-SE-AC y los componentes de los pórticos gravitacionales según AISC 360-10. CONEXIONES TIPOS DE CONECTORES En estructuras de acero, los conectores son elementos diseñados para unir diferentes miembros estructurales, entre ellos. 1. Remaches (en desuso) 2. Soldadura 3. Tornillos de alta resistencia (pernos) ASTM 325 o ASTM 490 Soldaduras La utilización de soldadura o tornillos depende de la complejidad del diseño, hay formas de poner pernos en ciertas uniones (columnas de hormigón). La soldadura permite pulir y dejar un acabado más liso y estético. Aceros inoxidables Aceros al carbono estructurales Los sistemas de soldadura más utilizados en el país son MIG (Sistema de alambre) y TIG (Palillo o electrodo). Remaches Pernos CONEXIONES TIPOS DE CONECTORES Los pernos y las soldaduras no deben diseñarse para “compartir” fuerzas en una junta o en una conexión. Una conexión a momento en la cual las alas soldadas transmiten flexión y el alma empernada transmite cortante, no es considerada que comparte la fuerza. Aceros inoxidables CONEXIONES CONEXIONES POR RIGIDEZ Las conexiones se pueden clasificar en 3 según su grado de rigidez: CONEXIONES SIMPLES Aceros al carbono estructurales CONEXIONES SEMI RÍGIDAS CONEXIONES RÍGIDAS Aceros inoxidables CONEXIONES SIMPLES Es aquella que permitirá rotación en el nodo. Tanto el apoyo fijo como el apoyo móvil (articulaciones). Se utilizan principalmente en situaciones en las que la carga transmite principalmente en forma de fuerzas axiales o cortantes. Estas conexiones son utilizadas en elementos estructurales que requieren flexibilidad y permiten la deformación bajo cargas, como vigas o columnas en sistemas de celosía. Apoyo móvil Apoyo móvil Apoyo fijo Apoyo fijo CONEXIONES SIMPLES APOYO MÓVIL Un apoyo móvil es una forma específica de conexión simple en acero que permite cierta movilidad y rotación en una estructura para acomodar las deformaciones debidas a cambios en las condiciones ambientales sin generar momentos significativos en la conexión. Aceros inoxidables CONEXIONES SIMPLES APOYO MÓVIL Aceros inoxidables CONEXIONES SIMPLES APOYO FIJO Un apoyo fijo es una forma específica de conexión simple en acero que no permite movilidad en x y en y, sin embargo, si permite rotación en una estructura para acomodar las deformaciones debidas a cambios en las condiciones ambientales sin generar momentos significativos en la conexión. Aceros inoxidables CONEXIONES SIMPLES APOYO MÓVIL Aceros inoxidables CONEXIONES SEMI RÍGIDAS Son las conexiones que permiten ciertos grados de libertad en términos de rotación y desplazamiento relativo entre los elementos. Se utilizan en estructuras sometidas a cargas sísmicas donde la estructura permite disipar la energía generada por un terremoto ( Coliseos, galpones). La conexión puede ser suelda suelda o suelda perno o perno perno. Aceros inoxidables CONEXIONES SEMI RÍGIDAS Aceros al carbono estructurales Aceros inoxidables CONEXIONES RÍGIDAS Son aquellas que no permiten ningún movimiento relativo entre los miembros conectados. Se utilizan en situaciones donde es fundamental mantener una alineación precisa, resistir cargas sísmicas o proporcionar estabilidad en estructuras de alta precisión. (edificios de gran altura, hospitales, instituciones médicas). Aceros al carbono estructurales Son adecuadas para elementos estructurales que requieren una rigidez extrema y no permiten flexiones o rotaciones. Aceros inoxidables CONEXIONES RÍGIDAS Aceros al carbono estructurales CARTELA Aceros inoxidables PIE DE APOYO Aceros al carbono estructurales Aceros inoxidables Aceros al carbono estructurales Aceros inoxidables Aceros al carbono estructurales Aceros inoxidables Aceros al carbono estructurales Aceros inoxidables Aceros al carbono estructurales Aceros inoxidables Aceros al carbono estructurales Aceros inoxidables CONEXIONES CONEXIONES ESTRUCTURALES Las conexiones estructurales en acero pueden clasificarse en: Aceros al carbono estructurales PLACA BASE VIGA - VIGUETA RIOSTRAS VIGA - COLUMNA EMPALMES UNIÓN POR CABLE Aceros inoxidables PLACA BASE Es el elemento estructural que sirve para unir la Aceros alcon carbono estructurales columna la cimentación. Este elemento se ancla al concreto mediante pernos de alta resistencia que se colocan antes de la fundición del elemento de hormigón. Aceros inoxidables PLACA BASE Aceros al carbono estructurales Aceros inoxidables PLACA BASE Aceros al carbono estructurales Aceros inoxidables PLACA BASE Aceros al carbono estructurales PLACA BASE Aceros al carbono estructurales Aceros inoxidables PLACA BASE Aceros al carbono estructurales Aceros inoxidables PLACA BASE Aceros al carbono estructurales Aceros inoxidables VIGA - COLUMNA Es la unión estructural entre columna y viga de una estructura metálica, encontramos diferentes tipos de conectores: 1. Conexiones con pernos 2. Conexiones soldadas 3. Conexiones mixtas (cargas verticales y soldaduras) VIGA - COLUMNA Aceros inoxidables VIGA - COLUMNA VIGA TIPO MÉNSULA Aceros inoxidables VIGA - VIGUETAS Es el elemento estructural que sirve para unir la Aceros alcon carbono estructurales columna la cimentación. La columna se conecta a través de una placa base que se ancla al concreto. Esto proporciona estabilidad a la estructura. Aceros inoxidables VIGA - VIGUETAS Aceros al carbono estructurales Aceros inoxidables VIGA - VIGUETAS Aceros al carbono estructurales Aceros inoxidables EMPALMES Generalmente los empalmes son conexiones o uniones de dos o más elementos estructurales, gran parte de estas conexiones se Aceros realizan al debido a las dimensiones de los carbono estructurales elementos estructurales (mayores a 6m) y a la posibilidad de prefabricación de los mismos para ser colocados en obra con mayor facilidad. Aceros inoxidables RIOSTRAS Son elementos que se utilizan para proporcionar estabilidad y resistencia a la estructura al prevenir el movimiento no deseado (flexión, pandeo y torsión). Aceros al carbono estructurales Las riostras me evitan las torsiones. 0.02 cantidad de movimiento permitido. Controlar las derivas de piso (es el desplazamiento lateral del edificio) Aceros inoxidables RIOSTRAS Aceros al carbono estructurales Aceros inoxidables RIOSTRAS Cruz de San Andrés es un elemento estructural que nos permite reducir derivas, nos permite subir la altura de entrepiso. Aceros inoxidables RIOSTRAS Aceros al carbono estructurales Aceros inoxidables UNIÓN DE CABLE Es un componente de SOPORTE que se utiliza para conectar y asegurar extremos en una estructura. Estas uniones son esenciales en estructuras como puentes colgantes, líneas de suspensión, sistemas de cables de acero en grúas, sistemas de andamios suspendidos, tenso estructuras. LaAceros unión aldecarbono cable en acero tiene como estructurales objetivo proporcionar una conexión segura y confiable entre el cable y otros componentes o estructuras, como poleas, vigas, soportes o anclajes. Aceros inoxidables UNIÓN DE CABLE Aceros al carbono estructurales Aceros inoxidables UNIÓN DE CABLE Aceros al carbono estructurales Aceros inoxidables Aceros al carbono estructurales Aceros inoxidables Aceros al carbono estructurales Aceros inoxidables Aceros al carbono estructurales Aceros inoxidables D01 Aceros al carbono estructurales Aceros inoxidables D01 Aceros al carbono estructurales Aceros inoxidables Aceros al carbono estructurales Aceros inoxidables Aceros al carbono estructurales Aceros inoxidables Aceros al carbono estructurales Aceros inoxidables SUBCOJUNTOS DE COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL Los subconjuntos de comportamiento estructural se dividen en: Aceros al carbono estructurales PÓRTICO PLANO CELOSÍA ESPACIAL CELOSÍA PLANA EMPARRILLADO Aceros inoxidables PÓRTICO PLANO Aceros inoxidables Es una estructura formada por barras que pertenecen al mismo plano y sometida a cargas del mismo plano. PÓRTICO PLANO Aceros inoxidables CELOSÍA PLANA Aceros al carbono estructurales Es una estructura formada por barras que pertenecen al mismo plano y sometida a cargas nodales Aceros inoxidables CELOSÍA PLANA Aceros al carbono estructurales Aceros inoxidables CELOSÍA ESPACIAL Aceros al carbono estructurales Es una estructura formada por barras no pertenecientes al mismo plano, articulados entre si y sometidas a cargas nodales. Aceros inoxidables CELOSÍA ESPACIAL Aceros al carbono estructurales Aceros inoxidables CELOSÍA ESPACIAL Aceros al carbono estructurales Aceros inoxidables EMPARRILLADO Aceros inoxidables Es una estructura formada por barras pertenecientes al mismo plano y sometidas a cargas provenientes de planos ortogonales. EMPARRILLADO Aceros al carbono estructurales Aceros inoxidables DEFORMACIONES ESTRUCTURALES Aceros inoxidables Aceros al carbono estructurales Portico plano Emparrillado Celosía plana o espacial PÓRTICOS DEFORMABLES Aceros al carbono estructurales Aceros inoxidables PORTICOS DEFORMABLES Aceros al carbono estructurales Aceros inoxidables PÓRTICOS INDEFORMABLES Aceros al carbono estructurales Aceros inoxidables PÓRTICOS INDEFORMABLES Aceros al carbono estructurales Aceros inoxidables PÓRTICOS INDEFORMABLES Aceros al carbono estructurales Aceros inoxidables TIPOS DE PÓRTICOS Aceros al carbono estructurales PÓRTICOS RESISTENTES A MOMENTOS (NO ARRIOSTRADOS) La conexión entre vigas es hecha con conexiones rígidas, la resistencia a cargas laterales (sísmicas o viento) se da por flexión y cortante ( por acción de pórtico), la fuente de ductilidad proviene de nudos plásticos en la viga (secciones de patín reducido o corte Aceros al carbono estructurales térmico). PÓRTICOS RESISTENTES A MOMENTOS El patín se corta con un radio de dimensiones controladas, para reducir la capacidad de resistir flexión en esa zona de la viga. El resultado es que el nudo plástico se forma, precisamente en esa locación y no en otra parte, de esta manera, el comportamiento dúctil del pórtico está asegurado. PÓRTICOS CON ARRIOSTRAMIENTOS CONCÉNTRICOS Son elementos que se juntan en un punto en común, lo que diferencia a este tipo de estructura de los pórticos con arriostramientos excéntricos,los arriostramientos aportan a la estética del mismo. Según se observa en la figura, existen variantes al sistema que pueden ser implementados, dependiendo del caso específico que se esté diseñando, tomando en cuenta incluso, las consideraciones de tipo arquitectónico. PÓRTICOS CON ARRIOSTRAMIENTOS CONCÉNTRICOS PÓRTICOS CON ARRIOSTRAMIENTOS EXCÉNTRICOS Las líneas de eje entre arriostramientos, vigas y columnas no se intersecan. Este detalle hace que este tipo de pórtico se comporte de manera diferente a los pórticos con arriostramientos concéntricos. La característica principal de un pórtico con arriostramientos excéntricos es la excentricidad que existe entre el eje del arriostramiento y el punto de intersección del resto de elementos del pórtico. PÓRTICOS CON ARRIOSTRAMIENTOS EXCÉNTRICOS La sección de viga que queda delimitada por la excentricidad de la riostra y los otros componentes es el elemento que provee la ductilidad al sistema, que le permite disipar la energía sísmica efectivamente. SISTEMAS DUALES (PLACA DE ACERO) Se utiliza para rigidizar una propuesta en principio aporticada, pero cuya flexibilidad, expresada a través de la deriva (desplazamiento horizontal de cada piso con respecto al anterior durante un evento sísmico) sobrepasa los límites impuestos por la normativa. ACTIVIDAD No. 4 Comprensión de pórticos estructurales 1. Escoger un proyecto que utilice estructuras tipo pórticos en acero. 2. Dibujar un plano esquemático del funcionamiento estructural del pórtico. 3. Realizar una maqueta del proyecto.
