DISEÑO DE ESTRUCTURAS METÁLICAS    

 

 ÍNDICE GENERAL

 

MÓDULO 1
1.1 Introducción
1.2 Beneficios del uso del acero estructural
    1.2.1 Ventajas de elegir una estructura
        1.2.1.a Ligereza de la estructura
        1.2.1.b Reducción de dimensiones de los
        1.2.1.c Reducción de los tiempos de ejecución
        1.2.1.d Flexibilidad de los usos
        1.2.1.e Una solución sostenible
    1.2.2 Desventajas de elegir una estructura metálica
1.3 Propiedades físico-mecánicas del acero estructural
1.4 Esfuerzo cedente o de fluencia, Fy
1.5 Esfuerzo de rotura o colapso, Fu
1.6 Módulo de elasticidad, E
1.7 Módulo de corte o de elasticidad transversal, G
1.8 Relación o mmúdlo de Poisson, u
1.9 Coeficiente de dilatación térmica, alfa
1.10 Peso unitario del acero
1.11 Modos de conexión entre elementos estructuales
1.12 Tipos de conexiones según sean ejecutadas
1.13 Tipos de conexiones
1.14 Tipos de conexiones según su diseño
1.16 Conexiones de momento
1.17 Conexión de momento totalmente restringida, FR
1.18 Conexión de momento parcialmente restringida, PR
1.19 Tipos de diseño
1.20 Capacidad resistente requerida
1.21 Método de diseño clásico o ASD
1.22 Método de diseño de los estados límites, LRFD
1.23 Tipos de estados límites
1.24 Integridad estructural
1.26 Diseño por flechas
1.27 Diseño de contraflechas1.27.1 Contraflecha en vigas y cerchas o vigas de colosía
1.28 Diseño por efectos dinámicos
1.29 Diseño por fatiga
1.30 Diseño por aguas estancadas
1.31 Control de desplazamientos o deriva
1.32 Diseño por cambios de temperatura
1.33 Diseño por protección contra-incendio
1.34 Protección contra la corrosión
1.35 Sistemas de cargas
1.36 Tipos de cargas actuantes sobre la estructura
1.37 Cargas originadas por la erección y montaje
1.38 Cargas mayoradas de diseño
1.39 Vocabulario utilizado en el diseño del acero estructural

 

MÓDULO 2
2.1 Introducción
2.1 Estado límite por tracción axial
2.3 Coeficiente de resistencia
2.4 Estado limite de elbeltez en elementos a tracción axial
2.5 Estado límite por cedencia a la tracción axial
2.6 Capacidad resistente nominal a tensión axial  
    2.6.1 Capacidad resistente nominal para fluencia en tracción en la sección bruta, Pn  
    2.6.2 Capacidad resistente nominal para estado límite de colapso en la sección neta, Pn

2.7 Tipos de áreas de secciones transversales  
    2.7.1 Area gruesa, Ag  
    2.7.2 Area neta, An  
    2.7.3 Area efectiva de una sección a tensión  
2.8 Ruta de falla o colapso para el estado límite a tensión  
2.9 Ruta de falla con componente que no es perpendicular a la línea de acción de la fuerza de tracción  
2.10 Ruta de falla o colapso para el estado límite a tensión  
2.11 Capacidad resistente al corte  
2.12 Estado límite de corte por cedencia  
2.13 Estado límite de colapso o rotura al corte  
2.14 Capacidad resistente de un bloque de corte  
2.15 Aplastamiento en los agujeros de pernos  
2.16 Elementos conectados con pasadores  
2.17 Capacidad resistente de un pasador  
2.18 Estado límite de fluencia en la sección gruesa en un pasador  
2.19 Estado límite de rotura a tracción en el área neta efectiva de un pasador  
2.20 Capacidad resistente al aplastamiento en un pasador  
2.20.1 Aplastamiento en el área de contacto de materiales de acero  
2.21 Capacidad resistente por corte sobre el área efectiva de un `pasador  
2.22 Elementos conectados con bielas o tensores  
2.23 Capacidad resistente a tracción de las bielas o tensores  
2.24 Procedimiento para el diseño de elementos a tensión  
2.25 Procedimiento para el estado límite de cedencia sobre la sección bruta  
2.26 Procedimiento para el estado límite de colapso o fractura sobre la sección neta  
2.27 Limitaciones para el diseño por estado límite a tensión  
2.28 Valor de Ae que controla el colapso o la fractura de la sección neta  
2.29 Estado límite de esbeltez  
2.30 Resumen del capítulo diseño de elementos a tensión  
2.31 Ejercicios  
    2.31.1 Ejercicio 2.1  
    2.31.2 Ejercicio 2.2  
    2.31.3 Ejercicio 2.3 


MÓDULO 3   
3.1 Introducción   
3.2 Teoría de columnas   
3.3 Carga crítica, Pcr   
3.4 Pandeo o inestabilidad lateral ¿Qué es pandeo?   
3.5 Modos o tipos de pandeo   
3.6 Efectos y consecuencias de una falla por pandeo o inestabilidad lateral   
3.7 Estudio del estado límite de falla o colapso por pandeo general   
3.8 Estado límite de falla o colapso por pandeo general debido a la flexión   
3.9 Estado límite de falla o colapso por pandeo general por torsión-flexión   
3.10 Tipos de fallas que se producen en el estado límite de falla o colapso por pandeo general   
3.11 Pandeo general controlado por la falla del tipo plástico   
3.12 Pandeo general controlado por un estado transitorio elasto-plástico   
3.13 Pandeo general controlado por la falla del tipo elástico   
3.14 Falla de compresión ocasionada por el pandeo general   
3.15 Dirección de actuación del pandeo   
3.16 Ejes principales mayor y menor   
3.17 Longitud no arriostrada de un elemento resistente estructural   
3.18 Relación de esbeltez, ?  
3.19 Esfuerzo interno crítico de pandeo, scr   
3.20 Transición entre los estados plástico y elástico   
3.21 Factor o coeficiente de longitud efectiva, K   
3.22 Longitud efectiva de pandeo, KL   
3.23 Carga equivalente, Pe   
3.24 Factor de longitud efectiva en pórticos sin desplazabilidad   
3.25 Factor de longitud efectiva en pórticos con desplazabilidad   
3.26 Métodos para la determinación del factor de longitud K   
3.27 Determinación del factor de longitud K mediante el uso de la Tabla AISC C-A-7.1   
3.28 Determinación del factor de longitud K mediante los nomogramas de Jackson y Moreland   
3.29 Determinación del factor de longitud K mediante expresiones matemáticas   
3.30 Ajustes para columnas con restricción externa no rígida sobre una fundación o cabezal   
3.31 Ajuste para caso de restricción externa, no rígido y articulado   
3.32 Ajuste para caso de restricción externa no rígido y de primera especie o rodillo   
3.33 Ajuste para columnas con restricción externa rígida sobre una fundación o cabezal   
3.34 Estado límite de pandeo general respecto a los dos ejes principales   
3.35 Control del pandeo general por la dirección del eje X   
3.36 Control del pandeo general por la dirección del eje Y   
3.37 Estado límite de pandeo local   
3.38 Clasificación de las secciones transversales según el pandeo local   
3.39 Sección compacta   
3.40 Secciones no compactas   
3.41 Sección transversal con elementos internos esbeltos   
3.42 Elementos comprimidos rigidizados versus elementos comprimidos no rigidizadas   
3.43 Elementos comprimidos rigidizados   
3.44 Elementos comprimidos no rigidizados   
3.45 Ejemplo de aplicación de la Tabla AISC B.4   
3.46 Ejercicios   
    3.46.1 Ejercicio 3.1   
    3.46.2 Ejercicio 3.2   
    3.46.3 Ejercicio 3.3


MÓDULO 4
4.1 Introducción
4.2 Esfuerzo de compresión
4.3 Capacidad resistente nominal a la compresión, Pn
4.4 Capacidad resistente de diseño a la compresión, f Pn
4.5 Estado límite por compresión axial
4.6 Coeficiente o factor de resistencia a la compresión
4.7 Requisitos sismorresistentes
4.8 El estado límite de esbeltez
4.9 Factor de longitud efectiva, K
4.10 Tipos de diseño de elementos a compresión
4.11 Diseño por estado límite de cedencia
4.12 Capacidad resistente a la compresión por pandeo flexional sin elementos con pandeo local
4.13 Comportamiento bajo cargas a compresión
4.14 Capacidad resistente a la compresión nominal, Pn
4.15 Esfuerzo crítico por diseño a la compresión por pandeo inelástico, Fcr
4.16 Esfuerzo crítico a la compresión por pandeo elástico
4.17 Capacidad resistente a la compresión por pandeo flexional-torsional sin elementos con pandeo local
4.18 Elementos a compresión de sección transversal de ángulos simples (AISC Sección E5)
4.19 Elementos a compresión de sección transversal de ángulos de alas iguales y/o desiguales conectadas en el ala mas larga
4.20 Elementos con secciones construidas, armados o soldadas
4.21 Capacidad resistente a la compresión de elementos armados o soldados  
4.22 Capacidad resistente a la compresión por pandeo flexional con elementos con pandeo local o esbeltos localmente en elementos armados o soldados
4.23 Comportamiento bajo cargas a compresión en elementos armados o soldados
4.24 Esfuerzo crítico por pandeo inelástico en elementos armados o soldados
4.25 Esfuerzo crítico por pandeo elástico en elementos armados o soldados
4.26 Factor de reducción para elementos esbeltos no rigidizados, QS  
4.26.1 Factor de reducción para alas, ángulos y planchas en perfiles laminados
4.26.2 Factor de reducción para alas, ángulos y planchas en perfiles construidos, armados o soldados
4.26.3 Factor de reducción para ángulos simples
4.26.4 Factor de reducción para perfiles T
4.27 Factor de reducción para elementos esbeltos rigidizados, Qa
4.28 Ancho efectivo be para elementos esbeltos comprimidos uniformemente de secciones cuadradas o rectangulares
4.29 Ancho efectivo be para elementos esbeltos comprimidos uniformemente de secciones cuadradas o rectangulares
4.30 Ancho efectivo be para secciones circulares
4.31 Determinación del área efectiva, Ae
4.32 Área efectiva para un perfil W, H o I
4.33 Area efectiva para perfiles tubulares
4.34 Influencia de la esbeltez en elementos a compresión
4.35 Procedimiento para el diseño de elementos a compresión axial
4.36 Pasos a seguir  para el diseño de elementos a compresión axial
4.37 Resumen del diseño de elementos a compresión axial  
4.38 Estado límite de resistencia
4.39 La capacidad resistente nominal Pn
4.40 Estado límite de esbeltez
4.41 Determinación de la longitud efectiva (Comentario AISC E7.2)
4.42 Ejercicios
    4.42.1 Ejercicio 4.1
    4.42.2 Ejercicio 4.2
    4.42.3 Ejercicio 4.3
    4.42.4 Ejercicio 4.4
    4.42.5 Ejercicio 4.5


MÓDULO 5 
5.1 Introducción 
5.2 Longitud lateral no restringida o no arriostrada, Lb 
5.3 Disposiciones generales para el diseño a flexión 
5.4 Estados límites de diseño en elementos a flexión 
5.5 Los siete (7) estados límites relacionados con el diseño a flexión 
5.6 Estado límite de cedencia o Y 
5.7 Momento resistente de diseño, fbMn 
5.8 Momento plástico 
5.9 Rótula plástica 
5.10 Estado límite de pandeo lateral torsional, LTB 
5.11 Influencia de la longitud no arriostrada lateral, Lb en estado límite de pandeo lateral torsional, LTB 
5.12 Estado límite de pandeo local del alma, WLB 
5.13 Estado límite por cedencia local del alma en apoyos  
5.14 Estado límite de pandeo local del ala, rigidizada o no, FLB 
5.15 Estado límite por cedencia del ala a tensión, rigidizada o no, TFY 
5.16 Estado límite de pandeo local del alma o vástago, LLB 
5.17 Estado límite por corte, V 
5.18 Estado límite de servicio, S 
5.19 Diseño de secciones transversales 
5.20 Elementos con secciones de simetría doble compactos (alma y ala) tipo W, H e I y sección C o canal con flexión respecto al eje principal mayor (AISC Sección F2) 
5.20.1 Elementos con secciones de simetría doble compactos, diseño por estado límite de cedencia, Y 
5.20.2 Elementos con secciones de simetría doble compactos, diseño por estado límite de pandeo lateral torsional, LTB 
5.20.3 Elementos con secciones de simetría doble compactos, longitudes laterales no arriostradas (AISC Sección F2) 
5.20.4 Elementos con secciones de simetría doble compactos, longitud no arriostrada para el estado límite de fluencia, Lp 
5.20.5 Elementos con secciones de simetría doble compactos, longitud no arriostrada para el estado límite de pandeo inelástico lateral-torsional, Lr 
5.21 Elementos con secciones de simetría doble no compactos, con alma compacta y alas no compactas tipo W, H e I y sección C o canal con flexión respecto al eje principal mayor (AISC Sección F3) 
    5.21.1 Elementos con secciones de simetría doble no compactos, con alma compacta y alas no compactas, diseño por estado límite de cedencia, Y 
    5.21.2 Elementos con secciones de simetría doble no compactos, con alma compacta y alas no compactas, diseño por estado límite de pandeo lateral torsional, LTB 
    5.21.3  Elementos con secciones de simetría doble no compactos, con alma compacta y alas no compactas, diseño por estado límite de pandeo local del alma, WLB 
5.22 Elementos con otras formas tipo W, H e I con almas compactas o no compactas, con flexión respecto al eje principal mayor (AISC Sección F4) 
    5.22.1 Elementos con otras formas tipo W, H e I con almas compactas o no compactas, diseño por estado límite de cedencia, Y 
    5.22.2 Elementos con otras formas tipo W, H e I con almas compactas o no compactas, diseño por estado límite de pandeo lateral torsional, LTB 
    5.22.3 Elementos con otras formas tipo W, H e I con almas compactas o no compactas, longitudes laterales no arriostrada (AISC Sección F4) 
    5.22.4 Elementos con otras formas tipo W, H e I con almas compactas o no compactas, longitud no arriostrada para el estado límite de fluencia, Lp 
    5.22.5 Elementos con otras formas tipo W, H e I con almas compactas o no compactas, longitud no arriostrada para el estado límite de pandeo inelástico lateral torsional, Lr 
    5.22.6 Elementos con otras formas tipo W, H e I con almas compactas o no compactas, radio de giro efectivo para pandeo lateral-torsional, rt 
    5.22.7 Elementos con otras formas tipo W, H e I con almas compactas o no compactas, diseño por estado límite de pandeo local del ala, FLB 
    5.22.8 Elementos con otras formas tipo W, H e I con almas compactas o no compactas, diseño por estado límite de tensión del ala, Y 
5.23 Elementos con secciones tipo W, H e I con simetría doble con almas esbeltas, con flexión respecto al eje principal mayor (AISC Sección F5) 
    5.23.1 Elementos con secciones tipo W, H e I con simetría doble con almas esbeltas, diseño por estado límite de cedencia, Y 
    5.23.2 Elementos con secciones tipo W, H e I con simetría doble con almas esbeltas, diseño por estado límite de pandeo lateral torsional, LTB 
    5.23.3 Elementos con secciones tipo W, H e I con simetría doble con almas esbeltas, diseño por estado límite de pandeo local del alma, WLB 
    5.23.4 Elementos con secciones tipo W, H e I con simetría doble con almas esbeltas, diseño por estado límite de tensión del ala, Y 
    5.23.5 Elementos con secciones tipo W, H e I con simetría doble con almas esbeltas, diseño por estado límite por pandeo local del ala, FLB 
5.24 Elementos con secciones de simetría doble tipo W, H e I y sección C o canal con flexión respecto al eje principal menor (AISC Sección F6) 
    5.24.1 Elementos con secciones de simetría doble tipo W, H e I y sección C o canal, diseño por estado límite de cedencia, Y 
    5.24.2 Elementos con secciones de simetría doble tipo W, H e I y sección C o canal,  diseño por estado límite de pandeo local del ala, FLB 
5.25 Elementos con secciones tubulares cuadradas o rectangulares HSS o secciones cajón soldadas (AISC Sección F-8) 
    5.25.1 Elementos con secciones tubulares cuadradas o rectangulares HSS o secciones cajón soldadas, diseño por estado límite de cedencia, Y 
    5.25.2 Elementos con secciones tubulares cuadradas o rectangulares HSS o secciones cajón soldadas, diseño por estado límite de pandeo local del ala, FLB 
5.26 Elementos con secciones tubulares redondas HSS (AISC Sección F 
    5.26.1 Elementos con secciones tubulares redondas HSSdiseño por estado límite de cedencia, Y 
    5.26.2 Elementos con secciones tubulares redondas HSSdiseño por estado límite de cedencia, diseño por estado límite de pandeo local del ala, FLB 
5.27 Elementos con secciones T y dobles ángulos cargados en el plano de simetría (AISC Sección F9) 
    5.27.1 Elementos con secciones T y dobles ángulos cargados en el plano de simetría, diseño por estado límite de cedencia, Y 
    5.27.2 Elementos con secciones T y dobles ángulos cargados en el plano de simetría, diseño por estado límite de pandeo lateral-torsional, LTB 
    5.27.3 Elementos con secciones T y dobles ángulos cargados en el plano de simetría, diseño por estado límite por pandeo local del ala, FLB 
    5.27.4 Elementos con secciones T y dobles ángulos cargados en el plano de simetría, diseño por estado límite de pandeo local del alma, WLB 
5.28 Elementos con secciones de ángulos simples (AISC Sección F10) 
    5.28.1 Elementos con secciones de ángulos simples, diseño por estado límite de cedencia, Y 
    5.28.2 Elementos con secciones de ángulos simples, diseño por estado límite de pandeo lateral-torsional, LTB 
    5.28.3 Elementos con secciones de ángulos simples, diseño por estado límite por pandeo local del ala, FLB 
5.29 Elementos con barras rectangulares y/o redondas (AISC Sección F11) 
    5.29.1 Elementos con barras rectangulares y/o redondas, diseño por estado límite de cedencia, Y 
    5.29.2 Elementos con barras rectangulares y/o redondas,  diseño por estado límite de pandeo lateral-torsional, LTB 
5.30 Elementos con secciones con formas asimétricas (AISC Sección F12) 
    5.30.1 Elementos con secciones con formas asimétricas, diseño por estado límite de cedencia, Y 
    5.30.2 Elementos con secciones con formas asimétricas, diseño por estado límite de pandeo lateral-torsional, LTB 
    5.30.3 Elementos con secciones con formas asimétricas, diseño por estado límite por pandeo local del ala, FLB 
5.31 Requisitos dimensionales de vigas (Sección F13) 
5. 32 Valores límites de las dimensiones de elementos con secciones transversales tipo W, H e I 
5.33 Cubreplanchas 
5.33.1 Diseño de cubreplanchas 
5.33.2 Determinación de las dimensiones de cubreplanchas 
5.34 Longitud no soportada para redistribución de momentos 
5.35 Diseño por estado límite de servicio, S 
5.36 Vibraciones 
5.37 Selección de criterios para el diseño 
5.38 Resúmen de criterios de diseño por flexión y su ubicación en el Manual AISC 
5.39 Ejercicios  
    5.39.1 Ejercicio 5.1 
    5.39.2 Ejercicio 5.2 
    5.39.3 Ejercicio 5.3 
    5.39.4 Ejercicio 5.4 
    5.39.5 Ejercicio 5.5


MÓDULO 6  
6.1 Introducción  
6.2 Distribución del esfuerzo cortante  
6.3 Uso de rigidizadores  
6.4 Razones que pueden justificar el uso de rigidizadores verticales y/o horizontales  
6.5 Los efectos de la esbeltez del alma en el esfuerzo cortante  
6.6 El efecto de rigidización del alma en el comportamiento por corte  
6.7 Las cargas aplicadas y el efecto local donde apoyan  
6.8 El estado límite de capacidad resistente al corte  
6.9 Diseño por estado límite de corte  
6.10 Métodos para determinar la capacidad resistente al corte  
6.12 Determinación de Cv  
6.13 El corte nominal, Vn  
6.14 Coeficiente de pandeo del alma, kv  
6.15 Rigidizadores transversales  
6.16 Momento de inercia de los rigidizadores trasnversales, Ist  
6.17 Expresiones del momento de inercia de rigidizadores  
    6.17.1 Momento de inercia para pares de rigidizadores  
    6.17.2 Momento de inercia para rigidizadores individuales  
    6.17.3 Espesor de plancha para pares rigidizadores  
    6.17.4 Espesor de plancha para rigidizadores individuales  
6.18 Campo de tracciones (Segundo método)  
    6.18.1 Límites en el uso del campo de tracciones  
    6.18.2 Capacidad resistente al corte con campo de tracciones  
    6.18.3 Coeficiente de pandeo del alma, kv  
6.19 Rigidizadores transversales  
6.20 Diseño por corte para secciones de ángulos simples  
6.21 Diseño por corte para secciones tubulares rectangulares o cuadradas, HSS  
6.22 Diseño por corte para secciones tubulares redondas, HSS  
6.23 Vigas con aberturas en el alma y vigas compuestas  
6.24 Ejercicios  
    6.24.1 Ejercicio 6.  
    6.24.2 Ejercicio 6.2  
    6.24.3 Ejercicio 6.3


MÓDULO 7 
7.1 Introducción 
7.2 Flexo-compresión 
7.3 Pórticos con desplazamiento lateral relativo entre sus apoyos o pórticos con desplazabilidad o pórticos no arriostrados 
7.4 Pórticos sin desplazamiento lateral relativo o pórticos sin desplazabilidad o pórticos arriostrados 
7.5 Ocurrencia del momento flector y la carga axial 
7.6 Columnas cortas 
7.7 Columna larga o esbelta 
7.8 El porqué de las columnas cortas y las columnas esbeltas 
7.9 Comportamiento de la columna corta 
7.10 Estado límite de resistencia axial para columnas cortas 
7.11 Estado límite de resistencia a momento flector para columnas cortas 
7.12 Estado límite de resistencia a momento flector y carga axial para columnas cortas 
7.13 Diagrama de interacción para columna corta 
7.14 Comportamiento de las columnas largas o esbeltas 
7.15 Diagrama de interacción para columnas esbeltas 
7.16 Estructuras sin desplazabilidad o sin desplazamiento relativo entre sus apoyos 
7.17 Efecto P- darchivo  
7.18 Estructuras con desplazabilidad o desplazamiento relativo entre sus apoyos 
7.19 Efecto P- ? 
7.20 Método aproximado de análisis de segundo orden 
7.21 Limitaciones del método aproximado de análisis de segundo orden 
7.22 Multiplicador ß1 para los efectos P-d 
7.23 Valor de Cm para elementos comprimidos no están solicitados por cargas transversales entre sus apoyos en el plano de flexión 
7.24 Valor de Cm para elementos comprimidos solicitados por cargas transversales o momentos entre sus apoyos 
7.25 Capacidad resistente axial de pandeo elástico, Pe1 
7.26 Multiplicador ß2 para efecto P-?archivo  
7.27 Diseño de elementos sometidos a flexo-compresión 
7.28 Elementos sometidos a flexo-compresión con simetría doble y simple 
7.29 Elementos sometidos a flexo-tracción con simetría doble y simple 
7.30 Elementos laminados sometidos a flexo-compresión con simetría doble y simple 
    7.30.1 Para elementos con relación Mry / Mcy = 0.05 
    7.30.2 Para el estado límite de inestabilidad en el plano 
7.31 Elementos asimétricos y otros solicitados por flexo-compresión 
7.32 Elementos con secciones tubulares, rectangulares o redondas, sujetas a torsión 
7.33 Elementos con secciones tubulares con carga axial, flexión, corte y torsión 
7.34 Elementos no tubulares sujetos a torsión y esfuerzos combinados 
7.35 Rotura de alas con aberturas sujetas a tensión 
7.36 Ejercicios 
    7.36.1 Ejercicio 7.1