CONSTRUCCIONES DE ACERO

(1)

Curso Cirsoc 301 - 2008 Módulo 1- 1

CMM – 2009

CONSTRUCCIONES DE ACERO

REGLAMENTO ARGENTINO DE ESTRUCTURAS DE ACERO

PARA EDIFICIOS

Proyecto CIRSOC 301 (2005)

REGLAMENTO ARGENTINO PARA

CONSTRUCCIONES SISMORRESISTENTES

Proyecto INPRES-CIRSOC 103 – Parte IV (2000)

(2)

OBJETIVOS DEL CURSO

§ Reconocer el acero como material estructural, sus construcciones y

procedimientos de diseño

§ Conocer los principios de la seguridad estructural y criterios

de evaluación

§ Conocer y aplicar la tecnología específica al proyecto y la

ejecución de obras civiles, hidráulicas y de comunicaciones

§ Interpretar el uso de los Reglamentos y aplicar la normativa

al proyecto de elementos de acero y sus conexiones.

# Familiarizar al alumno con las fuentes de información, los centros

de investigación y de divulgación de las construcciones de acero

# Comprender la responsabilidad social del profesional universitario y

(3)

(4)

Nueva generación de reglamentos

* Contexto geopolítico: la globalización, la apertura económica

y los acuerdos de integración regionales

* Participación de las fuerzas sociales: incorporación al Comité

Ejecutivo CIRSOC de las empresas constructoras y de

servicios, fabricantes y elaboradores, cámaras, institutos de

investigación, asociaciones profesionales....

* Encarar la redacción de la nueva generación de reglamentos

sobre la base de lineamientos internacionales de reconocido

prestigio

(5)

Nueva generación de reglamentos

Objetivos de la nueva generación de reglamentos:

● Asegurar la inserción de la ingeniería argentina en los procesos de integración

económica y tecnológica;

● Privilegiar e interpretar la opinión de los usuarios, con el fin de asegurar su

aceptación y difusión en todos los ámbitos de la industria de la construcción;

● Facilitar el fluido intercambio de servicios de ingeniería y construcción;

● Propiciar una efectiva integración de las diferentes regiones de nuestro país, a través

de la armonización y unificación de los requerimientos mínimos de seguridad,

calidad y durabilidad a exigir a nivel nacional, provincial, municipal, en los pliegos

de especificaciones técnicas, etc;

● Garantizar un nivel adecuado de seguridad de las personas y los bienes, de calidad y

durabilidad de las obras públicas y privadas y de confiabilidad de las inversiones que

se realicen en infraestructura;

(6)

REGLAMENTO CIRSOC 301-EL

∆ Conformación de Reglamento

∆ Alcances y campo de validez

∆ Tipos de estructuras

∆ Materiales

(7)

(8)

El Reglamento ... establece los requisitos

mínimos para el

proyecto, fabricación,

montaje, protección, control de calidad y

conservación de las estructuras de acero

para edificios ...

Se organiza en:

● Capítulos

● Apéndices

◊ Comentarios

Los Capítulos con sus respectivos

Apéndices constituyen la parte

prescriptiva del Reglamento y se deben

aplicar integralmente para lograr los

propósitos de seguridad y servicio.

Organización del Reglamento CIRSOC 301

(9)

Los

COMENTARIOS

.... sólo constituyen

una

ayuda para la comprensión

de las prescripciones,

presentando los

antecedentes y fundamentos

en los cuales aquellas se

basan.

(10)

EJEMPLOS – Partes I y II

Se acompaña el Reglamento con

ejemplos de aplicación, con el fin de

facilitar la comprensión y utilización

de las especificaciones

contenidas en

él.

Parte I: ejemplos de elementos

estructurales simples y de uso

habitual en nuestro medio

Parte II: análisis y dimensionamiento

de una nave con entrepiso ....

Incluye Tablas y diagramas de flujo

respecto de los procedimientos de

proyecto. Aplicadas a aceros de uso

habitual según normas IRAM-IAS

(11)

SIMBOLOGÍA

A

área de la sección transversal, en cm2. (F.1.2.).

Ab

área nominal del cuerpo no roscado del bulón, o de la parte roscada, en cm². (J.3.6.).

FBM resistencia nominal del metal base, en MPa. (J.2.4.).

FEXX número de clasificación del electrodo (resistencia mínima especificada), en MPa.

Fu

tensión de rotura a la tracción especificada para el tipo de acero que está siendo utilizado,

en MPa. (B.10.).

Fw

resistencia nominal del material del electrodo, en MPa. (J.2.4.).

Fwγ

tensión para barras con almas de altura variable definida por la expresión A-F.3-7, en MPa.

(A-F.3.4.).

Fy

tensión de fluencia especificada para el acero que se está utilizando.

Pn

resistencia nominal a fuerza axil ( compresión o tracción ), en kN. (D.1.).

Pu

resistencia axil requerida (compresión o tracción), en kN. (Tabla B.5.1).

Pu1 fuerza axil requerida en cada barra de una columna armada, en kN. (A-E.4.2.1.).

Py

resistencia nominal de fluencia, en kN. (Tabla B.5.1).

S

módulo resistente elástico de la sección, en cm3. (F.1.1.).

S

acción de la nieve. (A.4.1.).

(12)

A.1.- Introducción

El Reglamento ... establece

los requisitos

mínimos

para el

proyecto,

fabricación, montaje,

protección, control de

calidad y conservación de

las estructuras de acero

para edificios ...

(13)

El Reglamento se aplica a:

todos los elementos estructurales resistentes de acero, laminados o

armados con perfiles laminados y/o chapas, y sus uniones, ....

que formen parte de las estructuras de acero de edificios destinados a

vivienda, locales públicos, depósitos e industrias (incluso las que tengan

carácter provisorio como andamios cimbras, puntales, etc.), y que sean

necesarias para soportar los efectos de las acciones actuantes.

Se incluyen las vigas carril de puentes grúas, monorrieles y las estructuras

de soporte de instalaciones y cañerías; las estructuras de carteles,

marquesinas y similares.

Se incluyen elementos estructurales resistentes hechos con tubos con

costura longitudinal de sección circular... excepto sus uniones directas

El Reglamento NO se aplica a:

puentes carreteros o ferroviarios, tensoestructuras, construcciones

hidráulicas de acero, torres especiales, construcciones sometidas a

temperaturas menores que -20ºC o mayores que 100ºC, ni para aquellas

estructuras especiales para las que exista vigente algún Reglamento

particular.

(14)

REGLAMENTOS relacionados o complementarios,

Proyectos en discusión pública:

●

Reglamento CIRSOC 302 – Estructuras

tubulares de acero

●

Reglamento CIRSOC 303 – Estructuras de

acero de chapa conformada

●

Reglamento CIRSOC 304 – Estructuras de

acero soldadas

●

Recomendación CIRSOC 305 –

Especificaciones para uniones estructurales

con bulones de calidad ASTM A325 o ISO 8.8

●

Reglamento CIRSOC 308 – Estructuras livianas

de acero de reticulados de redondos

●

Reglamento CIRSOC 309 – Estructuras Mixtas

A.2 - CAMPO DE VALIDEZ

(15)

(16)

Define el material conforme las normas IRAM-IAS

Acero estructural y perfiles pesados

Tornillos (bulones), tuercas y arandelas

Barras roscadas y de anclaje

Metal de aporte y fundente para soldadura

Propiedades generales del acero

(a) Módulo de elasticidad longitudinal: E = 200000 MPa

(b) Módulo de Elasticidad transversal: G = 77200 MPa

(c) Coeficiente de Poisson en período elástico: μ = 0,30

(d) Coeficiente de dilatación térmica: αa= 12 10-6 cm/cmºC

(e) Peso específico: γa = 77,3 kN/m3

(17)

A.2.2 – Tipos de Estructura

Conforme resulte el comportamiento a momento

de las conexiones, las estructuras se clasifican

TR – Totalmente Rígida

PR – Parcialmente Rígida

AR – Libre Rotación – Articulada

Lo que está asociado a tres conceptos básicos del

funcionamiento de la conexión:

+ Resistencia

+ Rigidez

+ Ductilidad

(18)

AR – Libre rotación

TR – Totalmente Rígida

PR – Parcialmente Rígida

A.2.2 – Tipos de Estructura

(19)

Comportamiento de las conexiones

TIPOS ESTRUCTURALES

Mn Resistencia conexión

Mpv Resistencia viga

AR – Libre rotación

Mn <= 0,2Mpv

TR – Totalmente Rígida

Mn >=Mpv

PR – Parcialmente Rígida

0,2 Mpv< Mn < Mpv

(20)

Comportamiento de las conexiones y las vigas

TIPOS ESTRUCTURALES

(21)

Mn Resistencia conexión

Mpv Resistencia viga

AR – Libre rotación

Mn <= 0,2Mpv

TR – Totalmente Rígida

Mn >=Mpv

PR – Parcialmente Rígida

0,2 Mpv< Mn < Mpv

(22)

A.2.2 – Tipos de Estructura –

Rigidez de la conexión

Es más realista considerar la rigidez

secante (

Ks

) que la inicial o elástica (

Ki

)

θ

s

se determina para un estado de

combinación de acciones de servicio y otro

para combinación última

AR – Libre rotación

_α

<= 2

TR – Totalmente Rígida

_α

>=20

PR – Parcialmente Rígida 2 <

_α

< 20

EI

L

K

α

=

s

⋅

(23)

Θυ

es el menor correspondiente a:

Mu = 0,8 Mn

Θ

u

= 0,03 rad

La ductilidad admisible

_θu

_{deberá ser}

comparada con la ductilidad rotacional

requerida bajo la acción de la totalidad

de las cargas mayoradas determinada

por un análisis no lineal de la unión.

En ausencia de un análisis preciso de la

capacidad de rotación requerida por la

unión puede considerarse adecuada la

ductilidad de la unión cuando la

ductilidad admisible es mayor que

0,03 radianes.

(24)

A.2.2 – Tipos de Estructura - PÓRTICOS

A.2 - CAMPO DE VALIDEZ

(25)

A.2.2 – Tipos de Estructura - ARMADURAS

A.2 - CAMPO DE VALIDEZ

(26)

AR – Libre rotación

TR – Totalmente Rígida

PR – Parcialmente Rígida

A.2.2 – Tipos de Estructura

(27)

Acciones

Las acciones y sus intensidades mínimas (

nominales

) se determinan de

acuerdo con los Reglamentos CIRSOC e INPRES-CIRSOC respectivos

Las condiciones particulares no reglamentadas deben ser

adecuadamente analizadas y fundamentadas por el Proyectista

Acciones permanentes: D – T – F

Acciones variables: L – Lr – W – S – H – R

Acciones Accidentales: E

(28)

Impacto: las acciones variables que provocan impacto deberán incrementarse:

Para vigas carril de puentes grúas y sus uniones ... 25%

Para monorieles y sus uniones ... 10%

Para soportes de maquinaria ligera impulsada por motores eléctricos

y en general equipamientos livianos con funcionamiento

caracterizado por movimientos

rotativos ... 20%

Para soportes de máquinas con motores a explosión o unidades de

potencia y grupos generadores y en general equipamientos cuyo

funcionamiento es caracterizado por movimientos alternativos ... 50%

Para tensores que soportan balcones y sus uniones ... 33%

Para apoyos de ascensores y montacargas ... 100%

(29)

Combinación de acciones para

estados límites últimos

(30)

- Resistencia requerida

La

resistencia requerida

de elementos y conexiones se

determina mediante análisis estructural para la combinación crítica

de las cargas mayoradas.

- Estados límites – Condiciones de proyecto

El

método por estados límites

es un

procedimiento de proyecto

y dimensionamiento

de estructuras en el que la condición de

Proyecto es que

ningún

estado límite sea superado cuando la

estructura es sometida a todas las combinaciones apropiadas de

acciones previstas.

Todo estado límite relevante

debe ser investigado

Un

estado límite

es aquel para el que

si es superado

la estructura

o parte de ella, no logra satisfacer los comportamientos requeridos

o esperados por el proyecto.

(31)

Estados Límites Últimos –

Se definen para que la estructura presente condiciones seguras de

estabilidad y transferencia de cargas.

RESISTENCIA REQUERIDA < = RESISTENCIA DE DISEÑO

RR < = RD

Estados Límites de Servicio

Se definen para que la estructura presente un comportamiento

normal (de confort) en condiciones de servicio; p.e.

Deformaciones, efectos de fatiga, ...

DEFORMACION DE PROYECTO <= DEFORMACION ADMSIBLE

∆

pry < =

_∆

adm

(32)

- Dimensionamiento (o Proyecto) para Estados Límites Últimos

RESISTENCIA REQUERIDA < = RESISTENCIA DE DISEÑO

RR < = RD

Los esfuerzos

y sus combinaciones

SON VARIABLES ALEATORIAS

A.5 –BASES DE PROYECTO

n i i d u d u d u d u

P

φ

Q

γ

T

V

M

P

×

≤

×

≤

∑

(33)

Factores de carga

(

γ

)

y Resistencia

(

φ

)

A.5.3- Dimensionamiento (o Proyecto) para Estados Límites Últimos

Los factores de resistencia consideran la inevitable inexactitud de la teoría, las

variaciones en las propiedades y dimensiones del material, la inexactitud del

comportamiento de las conexiones

Los factores de carga pretenden cubrir la incertidumbre en la intensidad y

distribución de las cargas y acciones

¡¡¡¡¡ Ninguno cubre errores humanos o negligencias en el proyecto !!!!!

La especificación AISC-LRFD, base de este Reglamento está fundamentada

en:

➔

Modelos probabilísticos de cargas y resistencias

➔

Calibración de los criterios de AISC-LRFD con AISC-ASD hecha

para algunos tipos y elementos estructurales y tipos de esfuerzos;

➔

Evaluación del criterio resultante mediante juicio, experiencia y

(34)

Significado de los Factores de Carga y Resistencia

A.5.3- Dimensionamiento (o Proyecto) para Estados Límites Últimos

n d u n i i

R

Q

R

Q

P

Q

×

≤

×

≤

×

≤

×

∑

φ

γ

φ

γ

(35)

La condición de resistencia

RR < = RD

puede expresarse como:

El estado de seguridad viene asociado a

* una disminución de la dispersión

σ

* un “corrimiento” del valor medio,

alejándolo del límite inferior en una cantidad

β

denominado índice de confiabilidad

0 ln

1

0 ≥













≥

−

=

u d u d u d

Q

R

Q

R

Q

R

M

(36)

A.5.3- .... Factores de carga y resistencia

Se define el valor medio en función de la desviación

normal:

Para salvar los inconvenientes de la falta de datos se

asume que

donde:

son los coeficientes de

variación de las resistencias

y de las acciones

       

×

=

















Q R m

Q

R

ln

β

σ

(

)

_















≤

+

×

=

×

        R Q m _m Q R

Q

R

V

2 2

ln

β

σ

β

m Q Q m R R

Q

V

R

V

σ

=

(37)

A.5.3- .... Factores de carga y resistencia

De este modo, el índice de confiabilidad

β

se

aproxima con:

Al proceso de definición de

β

se lo denomina

calibración.

La calibración se genera:

Con información estadística

Conocimiento del dimensionamiento de un

miembro en particular (tipos de esfuerzos y

secciones)

Conforme algún reglamento conocido

Según las cargas que lo solicitan

(

)

(

2 2

)

2 2

ln

Q R m m m m Q R

V

Q

R

Q

R

V

+

















≥

















≤

+

×

β

(38)

A.5.3- .... Factores de carga y resistencia

El punto de equilibrio o de comparación entre

AISC-LRFD Y AISC-ASD, se fijó para una relación

de cargas variables y permanentes de 3

(L/D=3)

Con ello resultan los siguientes valores de

β

= 2,6 combinaciones D y L

β

= 4 a 5 para conexiones, pues se espera

que las uniones sean más fuertes que las

piezas que unen

β

= 2,5 combinaciones D y W

β

= 1,75 combinaciones D y E

El factor de resistencia se puede determinar con:

(

VR

)

n m

_e

R

_⋅

− ⋅ ⋅









=

β

φ

0.55

(39)

A.4.2 – Combinaciones de acciones para los E.L.U.

La resistencia requerida de la estructura y de sus elementos se debe determinar en función de la

combinación de acciones mayoradas más desfavorable (combinación crítica).

Se tendrá en cuenta que muchas veces la mayor resistencia requerida resulta de una

combinación en que una o más acciones no están actuando.

Como mínimo, deberán analizarse las siguientes combinaciones de acciones:

(A.4.1)

1,4 (D+F)

(A.4.2)

1,2 (D+F+T) + 1,6 (L+H) + (f

1

L

r

ó 0,5 S ó 0,5 R)

(A.4.3)

1,2 D + 1,6 (L

r

ó S ó R) + (f

1

L ó 0,8 W)

(A.4.4)

1,2 D + 1,6 W + f

1

L + (f

1

L

r

**ó 0,5 S ó 0,5 R) (*)**

(A.4.5)

1,2 D + 1,0 E + f

1 (

L+ L

r

)+ f

2

S

(A.4.6)

**0,9 D + (1,6 W ó 1,0 E) + 1,6 H (*)**

**(*) Como factor de carga para viento se podrá adoptar 1,5 cuando se considere la velocidad**

básica de viento v de acuerdo a CIRSOC 102-2005

Las combinaciones de acciones y factores de carga reconocen que cuando actúan varias acciones

variables o accidentales combinadas con la carga permanente, sólo una de ellas alcanza el valor

de la máxima intensidad posible, en tanto que otra sólo alcanza el valor frecuente o casi

(40)

A.4.2 – Combinaciones de acciones para los E.L.U.

En las combinaciones de acciones definidas por CIRSOC 301-EL:

(A.4.1)

1,4 (D+F)

(A.4.2)

1,2 (D+F+T) + 1,6 (L+H) + (f

1

L

r

ó 0,5 S ó 0,5 R)

(A.4.3)

1,2 D + 1,6 (L

r

ó S ó R) + (f

1

L ó 0,8 W)

(A.4.4)

1,2 D + 1,6 W + f

1

L + (f

1

L

r

ó 0,5 S ó 0,5 R)

(A.4.5)

1,2 D + 1,0 E + f

1 (

L+ L

r

)+ f

2

S

(A.4.6)

0,9 D + (1,6 W ó 1,0 E) + 1,6 H

se encuentran implícitos, aproximadamente, los siguientes índices de confiabilidad:

β

= 3 combinaciones que incluyen cargas gravitatorias D, L, L

r

, S

β

= 2,5 combinaciones que incluyen acción del viento W

(41)

CIRSOC301-05 vs CIRSOC 301-82

A.4.2 – Combinaciones de acciones para los E.L.U.

(

)

(

)













+

⋅

+

⋅

=

+

=

⋅

+

⋅

=

⋅

=

⋅

≤

⋅

∑

L

D

L

D

FS

L

D

FS

L

D

R

Q

R

Q

u u n n n 2 1 2 1

1

1 γ

γ

φ

γ

φ

γ

φ

γ

(

)

65 .

1 =

=

+

=

⋅

=

≥

=

cte

FS

L

D

FS

Q

FS

R

Q

FS

R

y y adm 0 0,11 0,25 0,43 0,67 1 1,5 2,33 3 4 9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 FS CIRSOC 301-82/301-05 F.Su FS Relación L/D F S u