INTRODUCCION AL DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO

Ventajas del acero como materia estructural

La supuesta perfección de este metal tal vez el más versátil de todos los materiales estructurales, parece más razonable cuando se considera su gran resistencia, poco peso, su facilidad de fabricación y otras propiedades convenientes.

Alta resistencia

La alta resistencia del acero por unidad de peso implica que será relativa mente bajo el peso de las estructuras, esto es de gran importancia en puentes de grandes claros, edificios altos y estructuras con condiciones deficientes en la cimentación.

Uniformidad

Las propiedades del acero no cambian apreciable mente en el tiempo como es el caso de las estructuras de concreto reforzado.

Elasticidad

El acero se acerca más a su comportamiento a las hipótesis de diseño que la mayoría de los materiales, gracias a que sigue la ley de Hooke hasta esfuerzos bastante altos.

Durabilidad

Si el mantenimiento de las estructuras de acero es adecuado durara indefinida mente.

Ductilidad

Es la propiedad que tiene un material de soportar grandes deformaciones sin fallar bajo altos esfuerzos de tención. Cuando se prueba a tensión un acero con bajo contenido de carbono, ocurre una reducción considerable de la sección transversal y un alargamiento en el punto de fala antes de que se presente la fractura.

Tenacidad

Esta es una característica muy importante porque implica que los miembros de acero pueden someterse a grandes deformaciones durante su formación y montaje sin fracturarse. La propiedad de un material para absorber energía en grandes cantidades se denomina tenacidad.

Ampliaciones de estructuras existentes

Las estructuras de acero se adaptan muy bien a posibles adiciones. Se pueden añadir nuevas crujías incluso a las enteras estructuras de acero ya existentes y los puentes de acero con frecuencia pueden ampliarse.

Desventajas del acero como material estructural.

Costo de mantenimiento

La mayor parte de los aceros son susceptibles a la corrosión al estar expuestos al aire y al agua y por consiguiente deben pintarse periódica mente.

Costo de la protección contra el fuego.

La estructura de acero de una construcción debe protegerse mediante materiales con ciertas características aislantes o el edificio deberá acondicionarse con un sistema de rociadores para que cumplan con los requisitos de seguridad del código de construcción de la localidad en que se halle.

Susceptibilidad al pandeo.

Cuando más largos y esbeltos sean los miembros a compresión, tanto mayor es el peligro de pandeo.

Fractura frágil.

Bajo ciertas condiciones el acero puede perder su ductilidad y la falla frágil puede ocurrir en lugares de concentración de esfuerzos. Las cargas que producen fatiga y muy bajas temperaturas agravan la situación.

Primeros usos del hierro y del acero.

El primer uso del metal para una estructura tuvo considerable lugar en Shropshire, Inglaterra en 1779 ahí fue construido con hierro fundido el puente coalbrookdale en forma de arco de 100 pie de claro sobre el rio severn. Se dice que este puente fue un punto crítico en la historia de la ingeniería porque cambio el curso de la revolución industrial al introducir al hierro como material estructural. Supuesta mente este hierro era 4 veces más fuerte que la piedra y 30 veces más que la madera.

Perfiles de acero.

Los primeros perfiles estructurales fueron ángulos de hierro laminados. Las vigas I de acero se laminaron por primera vez en 1884 y la primera estructura reticular fue montada ese mismo año. El crédito por inventar el rascacielos se le otorga al ingeniero William Lebaron Jenny que ideo esta estructura aparente mente durante una huelga de albañiles. Para los muros de este edificio Jenny uso columnas de hierro colado recubiertas por ladrillos. Las vigas de los 6 pisos inferiores se fabricaron con hierro forjado en tanto las vigas de los 4pisos superiores se fabricaron con acero estructural. Durante esos primeros años diversas laminadoras fabricaron sus propios perfiles y publicaron catálogos con las dimensiones, pesos y otras propiedades de esas secciones. En la actualidad casi todos los perfiles estructurales se encuentran estandarizados, aunque sus dimensiones exactas pueden variar un poco de laminadora a laminadora. General mente los miembros estructurales más convencionales son aquellos con grandes momentos de inercia en relación con sus áreas. Los perfiles, I, T y ⦋tienen esta propiedad. Por lo general los perfiles de acero se designan por la forma de sus secciones transversales. Sin embargo es necesario hacer una clara distinción entre las vigas estándar americanas conocida como vigas S y la viga de patín ancho conocida como W ya que ambas tienen la forma de I. las vigas de patín ancho representan hoy en día casi el 50% de todos los perfiles estructurales laminados. Los perfiles se denominan en forma abreviada por un sistema descrito en el manual para su uso en planos, especificaciones y diseños. Este sistema se encuentra estandarizado de modo que todos los molinos de laminación pueden usar la misma nomenclatura para fines prácticos de trabajo.

A través de los años han existido cambios en las dimensiones de los perfiles, de acero. Por ejemplo puede haber poca demanda que justifique seguir laminando un cierto perfil, un perfil ´puede descontinuarse por que se desarrolla un perfil de tamaño similar, pero más eficiente en su forma.

Perfiles de lámina delgada de acero doblados en frio.

Estos se fabrican doblando laminas delgadas de acero de bajo carbono o baja aleación en prácticamente cualquier sección transversal deseada. Si bien el trabajo en frio reduce la ductilidad también incrementa en alguna medida la resistencia. En ciertos casos, las especificaciones permitirán el uso de tales resistencias superiores. El concreto y las losas de piso son común mente coladas sobre cubiertas dobladas de acero que sirven como cimbras económicas para el concreto húmedo y que se dejan en el lugar después que el concreto fragua.

Relación esfuerzo deformación del acero estructural.

Los diagramas esfuerzos-deformación ofrecen parte de la información necesaria

...