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Perfiles Delgados Ricardo Herrera Mardones Departamento de Ingeniería Civil, Universidad de Chile Santiago, Chile Marzo de 2007 Elaboración, guión y locución.

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1 Perfiles Delgados Ricardo Herrera Mardones Departamento de Ingeniería Civil, Universidad de Chile Santiago, Chile Marzo de 2007 Elaboración, guión y locución a cargo del Dpto. de Ingeniería Civil de la Universidad de Chile con coordinación del Ing. Ricardo Herrera

2 CONTENIDO Perfiles delgados 1.Introducción 2.Usos de perfiles delgados 3.Comportamiento 4.Diseño 5.Conexiones

3 DEFINICION 1. Introducción Se denomina perfiles delgados a aquellos perfiles formados por plegado de planchas de acero a temperatura ambiente en una sección que resiste más carga que la plancha de acero.

4 TIPOS DE ACERO 1. Introducción Recomendable usar aceros: Galvanizables F y = 280~350 MPa u 10% F u /F y 1.1 Ejemplos: –ASTM A36, A500, A570, A572, A607, A611, A653, A792 Rango elástico Rango plástico u F yd FyFy FuFu E x

5 FABRICACION PROCESOS 1. Introducción Laminado en frío

6 FABRICACION PROCESOS 1. Introducción Plegado

7 FABRICACION PROCESOS 1. Introducción Conformado en prensa

8 FABRICACION EFECTOS 1. Introducción Aumento de Fy Disminución de ductilidad Aumento de Fu Dependen de: –Radio de plegado –Espesor de plancha –Tipo de acero –Proceso de fabricación Rango elástico Rango plástico u F yd F ys FuFu E x x Después de formado en frío Strain aging

9 VENTAJAS 1. Introducción Optimización de secciones Buena resistencia a la corrosión Buena apariencia Adecuada aislación térmica y acústica Métodos de fijación simples Alta relación resistencia/peso Permite prefabricación

10 PRODUCTOS TIPICOS 1. Introducción Elementos lineales

11 PRODUCTOS TIPICOS 1. Introducción Elementos planos

12 ELEMENTOS PLANOS 2. Usos de perfiles delgados Cubierta de techoCubierta de piso Cubierta de muro Losa mixta

13 2. Usos de perfiles delgados Edificios industriales ELEMENTOS LINEALES

14 2. Usos de perfiles delgados Viviendas (steel framing) ELEMENTOS LINEALES

15 2. Usos de perfiles delgados Estanterías ELEMENTOS LINEALES

16 CARACTERISTICAS PARTICULARES 3. Comportamiento b/t relativamente altas. Partes de secciones sin rigidizar o incompletamente empotradas. Uno o ningún eje de simetría. Imperfecciones geométricas t. Imperfecciones estructurales inducidas por fabricación.

17 CONSIDERACIONES DE DISEÑO 3. Comportamiento Pandeo local y resistencia post-pandeo. Pandeo por torsión y por flexión. Pandeo local y estabilidad general. Efectos de tensiones residuales variables sobre la sección. Efecto de cargas concentradas Conexiones Corrosión Capacidad de deformación inelástica

18 3. Comportamiento Pandeo local –Tensión elástica de pandeo: donde k : constante que depende de tipo de tensión y condiciones de apoyo. : módulo de Poisson. w t CONSIDERACIONES DE DISEÑO

19 3. Comportamiento Pandeo local Apoyo simple Empotramiento k = 4 k = 6.97 k = 0.425~0.675 k = k = 23.9 k = 7.81 k = 0.57 k = 5.35~9.35 CONSIDERACIONES DE DISEÑO

20 3. Comportamiento Resistencia post-pandeo: a) Elementos atiesadosb) Elementos no atiesados CONSIDERACIONES DE DISEÑO

21 CONSIDERACIONES DE DISEÑO 3. Comportamiento Pandeo local y resistencia post-pandeo

22 3. Comportamiento Resistencia post-pandeo: –Ancho efectivo (Von Karman, 1932): Compresión uniforme Placa atiesada Sin imperfecciones Placa falla cuando Entonces CONSIDERACIONES DE DISEÑO w t b ef /2

23 3. Comportamiento Resistencia post-pandeo –Ancho efectivo Efecto de imperfecciones (Winter, 1947): –Elementos atiesados –Elementos no atiesados => (AISI) CONSIDERACIONES DE DISEÑO

24 3. Comportamiento Resistencia post-pandeo –Ancho efectivo Gradiente de tensiones: –Elementos atiesados –Elementos no atiesados CONSIDERACIONES DE DISEÑO

25 3. Comportamiento Resistencia post-pandeo –Ancho efectivo Efecto de atiesadores: CONSIDERACIONES DE DISEÑO

26 CONSIDERACIONES DE DISEÑO 3. Comportamiento Pandeo por torsión y por flexión (elástico) a) Carga axialb) Flexión

27 CONSIDERACIONES DE DISEÑO 3. Comportamiento Pandeo por torsión y por flexión (elástico) –Carga axial: encontrar A 1, A 2 y A 3 tales que donde

28 CONSIDERACIONES DE DISEÑO 3. Comportamiento Pandeo por torsión y por flexión (elástico) –Carga axial: resolver 1 eje de simetría (eje x: y 0 = 0 )

29 CONSIDERACIONES DE DISEÑO 3. Comportamiento Pandeo por torsión y por flexión (elástico) –Carga axial: Doble simetría o simetría puntual ( x 0, y 0 = 0 )

30 CONSIDERACIONES DE DISEÑO 3. Comportamiento Pandeo local y estabilidad general –Pandeo distorsional a) Carga axialb) Flexión

31 CONSIDERACIONES DE DISEÑO 3. Comportamiento Pandeo local y estabilidad general –Sección efectiva a) Carga axialb) Flexión

32 CONSIDERACIONES DE DISEÑO 3. Comportamiento Efectos de tensiones residuales variables sobre la sección AISI:

33 CONSIDERACIONES DE DISEÑO 3. Comportamiento Efecto de cargas concentradas

34 CONSIDERACIONES DE DISEÑO 3. Comportamiento Conexiones –Soldadas: Diferencias significativas en espesor de partes. Uso de soldaduras en esquinas curvas. Falla del material base, por lo general. –Apernadas: Controladas por aplastamiento. –Atornilladas: Tornillo autoperforante es lo más común. Controladas por arrancamiento del tornillo o rotura del material base.

35 CONSIDERACIONES DE DISEÑO 3. Comportamiento Corrosión –Depende del tipo de tratamiento protector (galvanizado, pintura). –Aplicado a plancha antes de formado. Capacidad de deformación inelástica –Muy limitada por proceso de formado

36 DISPOSICIONES DE DISEÑO 4. Diseño Especificación AISI 2001: North American Specification for the Design of Cold-Formed Steel Structural Members, AISI/COS/NASPEC Métodos de diseño Q u R n (LRFD)óQ R n / (ASD) donde: Q= Acción de diseño Q u = Acción de diseño mayorada R n = Resistencia nominal = Factor de reducción de resistencia = Factor de seguridad

37 TRACCION 4. Diseño Diseño controlado por –Fluencia de la sección bruta. –Fractura de la sección neta lejos de la conexión. –Fractura en la conexión

38 4. Diseño Fluencia de la sección bruta c = 0.90 (LRFD) c = 1.67 (ASD) Fractura lejos de la conexión c = 0.75 (LRFD) c = 2.00 (ASD) A g : área bruta, A n : área neta TRACCION RESISTENCIA NOMINAL

39 COMPRESION 4. Diseño Diseño controlado por –Pandeo local y resistencia post-pandeo de los elementos de la sección (atiesados y no atiesados). –Pandeo global en flexión, torsión o flexo- torsión del miembro.

40 COMPRESION ANCHO EFECTIVO 4. Diseño Elementos atiesados –Compresión uniforme

41 4. Diseño Elementos atiesados –Efecto de atiesadores w/t 0.328S: w/t > 0.328S: COMPRESION ANCHO EFECTIVO

42 4. Diseño Elementos atiesados –Efecto de atiesadores COMPRESION ANCHO EFECTIVO

43 4. Diseño Elementos atiesados –Gradiente de tensiones (f 1 compresión, f 2 tracción) h 0 /b 0 4: h 0 /b 0 > 4: COMPRESION ANCHO EFECTIVO

44 4. Diseño Elementos atiesados –Gradiente de tensiones (f 1, f 2 compresión) COMPRESION ANCHO EFECTIVO

45 4. Diseño Elementos no atiesados –Compresión uniforme –Gradiente de tensiones COMPRESION ANCHO EFECTIVO

46 4. Diseño c = 0.85 (LRFD) c = 1.80 (ASD) A e : área efectiva –Pandeo Elástico –Pandeo Inelástico COMPRESION RESISTENCIA NOMINAL

47 4. Diseño Tensión de pandeo elástico –Secciones con doble simetría y simetría puntual COMPRESION RESISTENCIA NOMINAL

48 4. Diseño Tensión de pandeo elástico –Secciones con monosimetría –Secciones asimétricas: determinar F e de análisis o ensayos. COMPRESION RESISTENCIA NOMINAL

49 4. Diseño Diseño controlado por –Fluencia en flexión de la sección. –Pandeo global en flexo-torsión (volcamiento) del miembro. –Pandeo local y resistencia post-pandeo de los elementos de la sección (atiesados y no atiesados). –Fluencia y/o pandeo del alma bajo corte. –Aplastamiento del alma. FLEXION

50 4. Diseño Fluencia en flexión de la sección –Secciones con alas comprimidas atiesadas b = 0.95 (LRFD) b = 1.67 (ASD) –Secciones con alas comprimidas no atiesadas b = 0.90 (LRFD) b = 1.67 (ASD) –Basada en la primera fluencia donde S e : módulo elástico de sección efectiva FLEXION RESISTENCIA NOMINAL

51 4. Diseño Fluencia en flexión de la sección –Basada en la reserva de capacidad inelástica donde C y : factor de deformación de compresión FLEXION RESISTENCIA NOMINAL

52 4. Diseño Fluencia en flexión de la sección –Basada en la reserva de capacidad inelástica Factor de deformación de compresión –Elementos atiesados solo en los bordes –Elementos no atiesados y elementos atiesados con atiesadores múltiples FLEXION RESISTENCIA NOMINAL CyCy w/t 2

53 4. Diseño Fluencia en flexión de la sección –Basada en la reserva de capacidad inelástica Aplicable si Torsión y volcamiento restringidos F y sin efecto de formado en frío w c /t 1 V/(wt) 0.35F y (ASD) ó 0.60F y (LRFD) Inclinación almas 30º FLEXION RESISTENCIA NOMINAL

54 4. Diseño Volcamiento –Secciones abiertas con doble o mono simetría y simetría puntual b = 0.90 (LRFD) b = 1.67 (ASD) donde S c : módulo elástico respecto de la fibra extrema comprimida a F c FLEXION RESISTENCIA NOMINAL

55 4. Diseño Volcamiento –Secciones abiertas con doble o mono simetría y simetría puntual FLEXION RESISTENCIA NOMINAL

56 4. Diseño Volcamiento –Secciones abiertas con doble o mono simetría y simetría puntual Flexión en torno al eje de simetría Flexión perpendicular al eje de simetría FLEXION RESISTENCIA NOMINAL

57 4. Diseño Volcamiento –Secciones abiertas con doble o mono simetría y simetría puntual FLEXION RESISTENCIA NOMINAL

58 4. Diseño Secciones cerradas –L b L u : resistencia de la sección –L b > L u : volcamiento con FLEXION RESISTENCIA NOMINAL

59 4. Diseño Fluencia y/o pandeo del alma bajo corte v = 0.95 (LRFD) v = 1.60 (ASD) FLEXION RESISTENCIA NOMINAL

60 4. Diseño Aplastamiento del alma w, w,C, C h,C N, C R variables según el elemento FLEXION RESISTENCIA NOMINAL

61 4. Diseño Aplastamiento del alma+flexión –Elementos con un alma –Elementos con múltiples almas FLEXION RESISTENCIA NOMINAL

62 4. Diseño Vigas no reforzadas Vigas con atiesadores y cumplir además donde M no : resistencia por fluencia de la sección ESFUERZOS COMBINADOS FLEXION Y CORTE

63 4. Diseño Flexión y Tracción y Flexión y Compresión y ESFUERZOS COMBINADOS FLEXION Y ESFUERZO AXIAL Con traslación Sin traslación

64 5. Conexiones Uniones con conectores mecánicos –Uniones apernadas –Uniones atornilladas –Uniones remachadas Uniones soldadas –Soldadura al arco –Soldadura por resistencia TIPOS DE UNIONES

65 CONECTORES MECÁNICOS 5. Conexiones Tornillos

66 CONECTORES MECÁNICOS 5. Conexiones Remaches

67 5. Conexiones Tipos de falla (corte) CONECTORES MECÁNICOS

68 5. Conexiones Tipos de falla (tracción) CONECTORES MECÁNICOS

69 5. Conexiones Tipos de falla CONECTORES MECÁNICOS

70 5. Conexiones Soldadura al arco –SMAW (Shielded Metal Arc Welding) –GMAW (Gas Metal Arc Welding) –FCAW (Flux Core Arc Welding) –SAW (Submerged Arc Welding) SOLDADURA

71 5. Conexiones Soldadura por resistencia eléctrica SOLDADURA

72 5. Conexiones Tipos de falla (corte) SOLDADURA


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