Tipos de Acero Estructural

Acero

TIPOS DE ACERO ESTRUCTURAL

B-254  (ASTM A36)    Acero estructural

B- 99   (ASTM A529)                 Acero estructural (Fy mín = 2950 kg/cm2)

B-282  (ASTM A242)                 Acero estructural (baja aleación y alta resistencia)

B-284  (ASTM A441)                Acero estructural (alta resistencia y baja aleación al manganeso - vanadio)

B-177 (ASTM A53, grado B) Tubos de Acero (con o sin costura)

B-199 (ASTM A500)   Tubos de Acero al carbono     (formados en frío, con o sin costura, de sección circular o de otras formas)

                                                 Fy [kg/cm2]                       Fu [kg/cm2]

B-254  (ASTM A36)                   2530                             4080 – 5620

B- 99   (ASTM A529)                 2950                             4220 – 5975

B-282  (ASTM A242)                2950                                    4430

                                                     3235                              4710

                                                     3515                                        4920

B-284  (ASTM A441)               2810                                     4220

                                                    2950                                        4430

                                                    3235                                       4710

                                                    3515                                        4920

B-177 (ASTM A53, grado B)      2460                                              4220

B-199 (ASTM A500)                    3235                                     4360

Fy: Valor mínimo garantizado del esfuerzo correspondiente al

       límite inferior de fluencia del material.

Fu: Esfuerzo mínimo especificado de ruptura en tensión.

REMACHES Y TORNILLOS

REMACHES:

ASTM A502    Remaches para acero estructural

TORNILLOS:

ASTM A307   Sujetadores de acero al carbono con rosca estándar exterior o interior

ASTM A325   Tornillos de alta resistencia para conexiones entre elementos de acero estructural, incluyendo tuercas y roldanas endurecidas 

ASTM A490   Tornillos de acero aleado tratado térmicamente para conexiones entre elementos de acero estructural

METALES DE APORTACION Y FUNDENTE PARA SOLDADURA

H-77 (AWS A5.1)           Electrodos de acero al carbono, recubiertos, para soldadura por arco eléctrico.

H-86 (AWS A5.5)         Electrodos de acero de baja aleación, recubiertos, para soldadura por arco eléctrico.

         (AWS A5.17)       Electrodos desnudos de acero al carbono y fundentes para soldadura por arco eléctrico sumergido.

H-97 (AWS A5.18)        Metales de aporte de acero al carbono para soldadura por arco eléctrico protegido por gas.

                                                   

H-99 (AWS A5.20)      Electrodos de acero al carbono para el proceso de soldadura por arco eléctrico con electrodo tubular continuo.

Armaduras y sus esfuerzos

Armaduras

Son elementos estructurales compuestos por barras, unidas entre si por el extremo. Se considera que la armadura perfecta es aquella que se obtiene cuando al configurar las barras se obtienen triangulos.

 Todas las barras trabajan a uno de dos esfuerzos, compresion o a traccion pero solo uno de ellos a la vez, NUNCA TRABAJAN A LOS DOS ESFUERZOS.

Las armaduras “fallan” siempre en los nodos, por eso el nodo tiene  forzosamente el papel de punto de concurrencia de un sistema de fuerzas concurrentes.

DE CUERDAS PARALELAS

DE CUERDAS CONCURRENTES A DOS AGUAS

Calculo de esfuerzos en las armaduras

Existen varios metodos para el calculo de esfuerzos en armaduras, pero los mas conocidos son 4:

A.- Método de Ritter.

B.- Metodo analitico.

C.- Método de Maxwell Cremona  (Grafico o de figuras reciprocas).

D.- Método de Culmann  (Descomposicion de fuerzas).

    

Yo utilizare el metodo de Cremona para ejemplificar el calculo

Ejemplo # 1 Armadura apoyada en extremos, a dos aguas

1.-La nomenclatura se designa en sentido horario, con mayuaculas a las reacciones, minusculas en las barras perimetrales y en los espacios interiores.

Primero se calculan las reacciones como si fuese una viga simplemente apoyada.

NODO # 1

02.- Iniciamos trazando una paralela a la reaccion “A”, cuya longitud sea igual al valor de la reaccion, el extremo superior de esta paralela recibe el nombre de “A”.

03.- Partiendo del punto “A” descendemos el valor de la primer carga ( 1T ) este sera el punto “a” y desde ahí marcamos una paralela a la barra a

04.- En el extremo inferior de la reaccion trazamos una paralela a la barra i.

05.- El punto donde se cortan las paralelas de las barras ( a, i ) lo llamaremos “d”, la longitud del segmento ad es el valor del esfuerzo en la barra a, y la longitud del segmento di es el valor del esfuerzo en la barra i.

NODO # 2

06.- Partiendo del punto “a” bajamos el valor de la segunda carga ( 2T ), así llegamos a punto “b”.

07.- Desde el punto “b” trazamos una paralela a la barra b

08.- Desde el punto “d” trazamos una paralela a la barra de, donde se cruza con la paralela de la barra b, esta el punto “e” así tenemos que: la longitud del segmento be es el esfuerzo de la barra b. y la longitud del segmento de es el esfuerzo en la barra de.

NODO # 3

09.- Desde el punto “e” trazar una paralela a la barra ef y donde esta corta con la paralela de la barra i, se encuentra el punto “f”, el segmento ef es el esfuerzo en la barra ef. como la barra j es coolineal con i  y k, el punto i, concide con los puntos j y k. así que la distancia fj es el esfuerzo en la barra j.

NODO # 4

10.- Desde el punto “b” bajamos el valor de la siguiente carga, así llegamos al “c”.

11.- Desde el punto “c” trazar una paralela a la barra c.

12.- Desde el punto “f” trazar una paralela a la barra fg y donde corta con la paralela de c esta el punto “g” la sistancia fg es el esfuerzo en la barra fg, y la distancia cg es el esfuerzo en la barra c.

NODO # 5

13.- Desde el punto “g” trazar la paralela  a la barra g h y donde esta corta con  la línea ijk esta el punto “h”

14.- La distancia h-ijk es el esfuerzo en la barra k

NODO # 6

15.- Desde el punto “c” bajamos el valor de la carga siguiente ( 1T porque solo eso le toca al apoyo A )

Ejemplo # 2 Armadura en voladizo a un agua

 

NODO “a”,

Primero se baja la carga “P/2” em la parte superior de esta línea se traza una paralela a la barra # 2 y en la parte inferior una paralela a la barra # 1. La interseccion de estas paralelas define los esfuerzos en las respectivas barras.

NODO “b”

Partiendo de la parte inferior de la carga P/2, marcamos hacia abajo la carga P que incide en este nodo, y a partir de ahí trazamos una paralela a la barra # 4. En la interseccion de las barras 1 y 2 trazamos otra paralela pero ahora de la barra # 3, al cortarce las barras 3 y 4 definen sus magnitudes.

NODO “c”

Partiendo de la interseccion de las barras 3 y 4 trazamos una paralela a la barra # 5, trazamos una paralela a la barra # 6 partiendo de la interseccion de las barras #2 y # 3, y al intersectarse con la paralela de la barra # 5 se definen las magnitudes de los esfuerzos 5 y 6.

NODO “d”

Partiendo de la parte inferior de la carga P trazamos la P que incide en el nodo d y donde esta termina trazamos una paralela a la barra # 8 y desde la interseccion de 5 y 6 trazamos otra paralela pero esta de la barra # 7, la interseccion de 7 y 8 define sus esfuerzos.

NODO “e”

Empezamos trazando una paralela de la barra # 9 desde la interseccion  de 7 y 8, así al cruzar la paralela de 2, 6, 10 y 14  se definen los esfuerzos de las barras 9 y 10.

NODO “ f ” Partiendo de la parte inferior de la segunda carga P, trazamos la carga P que incide en el nodo f y al final de esta una paralela de la barra # 12,  en la interseccion de 9 y 10 trazamos una paralela a la barra # 11, con la interseccion de barras 11 y 12 quedan definidos sus esfuerzos.

NODO “g” En la interseccion de las barras 11 y 12 trazamos una paralela a la barra # 13 , al cruzarse esta paralela con el eje 2, 6, 10 y 14 se definen los esfuerzos en la barra 13 y 14.

Ejemplo # 3 Armadura a dos aguas con voladizos

 

 

Ejemplo # 4 Armadura en voladizo con tirante

Vigas Isostatica, Hipérestatica y Continua

aunque en su momento fue muy criticado por ingenieros civiles que sostenian que esto era mas un tanteo, que verdadero calculo, el tiempo ha demostrado que atraves de el se obtienen resultados muy confiables, es decir proximos a la realidad.

Viga isostatica.

Las vigas isostaticas, son aquellas que solo tienen dos apoyos y están libremente apoyadas sobre estos.

En esta viga (la isostatica) no interesan las características de los apoyos, por lo cual solo se calculan los elementos de la propia viga.

Existen  dos tipos básicos de viga isostatica y  a partir de ellos se pueden hacer combinaciones, la diferencia radica en la condición de carga

Datos:

Los datos que debemos tener son:

La carga (el peso y su distribución en la viga)

La longitud de la viga (en metros)

Incógnitas:

Las incógnitas son:

Las reacciones (R)

El cortante       (V)

La flexión        (M)

Formulas básicas:

Reacciones: RA = WLb /L      RB = WLa /L

Cortante:   V = WL / 2

Flexion: M = WL² / 8

Viga Hiperestatica.

La viga hiperestatica a diferencia de la isostatica un momento positivo en los apoyos y otro momento pero negativo en el centro del claro

Los momentos Positivos

Reacciones: RA = WLb /L RB = WLa /L

Cortante: V = WL / 2

Flexion: M = WL² / 8

Viga continua

(por método de cross)

Este método de calculo data de los años 30’ y aunque  

La viga continua es una viga simplemente apoyada pero con varios apoyos.

Para poder proponer sus especificaciones se requiere conocer todos sus momentos, para lo cual dividiremos el proceso de calculo en tres pasos:

Obtencion de momentos en los apoyos de la viga

Obtencion de momentos del centro de cada claro

Obtencion de momentos cortantes “V”

Ejemplo:

supondremos una viga de carga w = 3438 con claros de 4m 2m y 5m respectivamente.

Obtencion de momentos en los apoyos

R = 3/L

Fd = R / SR en el nodo

MI = (wL²) / 12

Distribucion = (SM en el nodo) x (Fd) x (-1)

Transporte = Distribucion x 0.5 y el resultado se cruza en el intercolumnio.

SM =SM en la franja vertical

Comprobacion = la suma de momentos (SM) en los apoyos interiores deve ser igual a 0

W	3438		3438		3438
Distancia en m	4		2		5
R	0.75		1.5		0.6
Fd	1	0.34	0.66	0.72	0.28	1
MI	4584	-4584	1146	-1146	7162.5	-7162.5
1a Distribucion	-4584	1146	2291.97	-4297.4	-1718.9	7162
1er transporte	572.99	-2292	-2148.7	1145.98	3581.25	-859.48
2a Distribucion	-572.99	1480.2	2960.45	-3376.5	-1350.6	859.48
2o transporte	740.11	-286.49	-1688.2	1480.22	429.74	-675.3
3a Distribucion	-740.11	658.25	1316.5	-1364.2	-545.69	675.3
SM	0	-3878	3878	-7558	7558	0
Comprobacion		0		0

 

Obtencion de momentos

al centro de claro

Se aplica la formula : MCL = ( (wL²)/8)   –   ( (Mf 1 + mf 2) /2)

Donde: para Mf 1 y Mf 2 se usan sus valores absolutos

Esta formula debe ser aplicada a todos y cada uno de los claros de la viga

MCL 1 =   ((3438 x 16)/8)   -  ( (0 + (- 3878 )) /2)

= (55008/8)  -  (-3878/2)

= 6876 – (-1939)

=  8 815. 012

MCL 2 =  (( 3438 x 4)/8)  -  ( (3878 + (-7558))/2)

= (13 752/8)   -   ( - 3680/2)

= 17|19  -  ( - 1840)

= 3 559

MCL 3 =  (( 3438 x25) /8)  -  ((7 558.2+0)/2)

= (85 950/8) - 7 558.2/2)

= 10 743 - ( -3 779)

= 6 964

Obtencion de los cortantes de la viga

Se aplica la formule del cortante total, VT =   (WL) / 2     +   (Mf 1 ⁺_- Mf 2) / L

Considerando que en los momentos finales se utilizaran valores absolutos es decir ( + )

VT 1 =

          =

          = 6 876 ⁺_-  959. 256

          = +

          = -

      

VT 2  =

          =

          = 3 438 ⁺_-  1 840.07

          = + 5 258.07

          = -

VT 3  =

          =

          = 8 595 ⁺_-  1 511.6402

          = +

          = -