Diseño de una edificación industrial de acero

[Alejandro Marin]

Estimados colegas, les invito a revisar el siguiente documento que trata la comparación del diseño de un edificio de acero, mediante el uso de perfiles de acero conformado en caliente (A-36) y perfiles de acero conformado en frío (A-500 grado A), con ayuda del software SAP2000 en el análisis estructural. Espero sea de su agrado:


Link: https://www.dropbox.com/s/6i7saj31gyfcv ... 20AISI.pdf

Algunas secciones del documento (Pesa alrededor de 8 mb).

Introducción

En este trabajo monográfico se aborda la comparación entre dos códigos de diseño ampliamente utilizados, aplicados al diseño de una estructura de acero mediante el método de diseño por factores de carga y resistencia (LRFD por sus siglas en inglés). El primero es el código del Instituto Americano del Hierro y del Acero, edición 2007 (AISI-S100-2007) y el segundo es el código del Instituto Americano de Construcción en Acero (AISC 360-10). El método de diseño utilizado LRFD se encuentra especificado en ambas normas. El diseño por ambos códigos se aborda desde el punto de vista de los siguientes criterios: seguridad, eficiencia, rapidez de ejecución y economía.

Antecedentes

Desarrollo histórico del método LRFD

El método de diseño con mayor uso hasta la década de los 70 en Estados Unidos fue el denominado “ASD”, en el cual el proyectista estima las cargas de trabajo o servicio, y diseña los miembros estructurales con base en ciertos esfuerzos permisibles. Estos son, usualmente, cierta fracción del esfuerzo mínimo de fluencia especificado del acero. Aunque el término “Diseño elástico” se usa comúnmente para describir este método, los términos “diseño por esfuerzos permisibles” o “diseño por esfuerzos de trabajo” son más apropiados.

La ductilidad del acero proporciona una reserva de resistencia, característica que constituye la base del diseño plástico. En este método, las cargas de trabajo se estiman y multiplican por ciertos factores de seguridad o de sobrecapacidad y los elementos estructurales se diseñan entonces con base en sus resistencias al colapso. Las investigaciones en la reserva de resistencia del acero eventualmente resultaron en un nuevo método de diseño.

En 1974 se comenzó a usar en Canadá el método de diseño por factores de carga y resistencia (LRFD por sus siglas en inglés), bajo el nombre de Diseño por Estados Límites. Este método está basado en consideraciones probabilísticas y se difundió rápidamente en Europa hasta incorporarse al Instituto Americano de construcción en Acero (AISC por sus siglas en inglés). En 1986 el AISC publicó la primera edición de su manual conteniendo el método LRFD.

Fuente: Págs, 42-43, McCormac, J. (1999)

Perfiles de acero conformado en frío

En general, en una estructura completa de acero se puede encontrar una combinación entre perfiles conformados en caliente y perfiles conformados en frio. Es usual ver perfiles W conformados en caliente usados como columnas y perfiles canal, conformados en frio, usados como largueros en los techos de las edificaciones, o como vigas en claros cortos. En Nicaragua, la mayor parte de los proyectos de construcción de viviendas son relativamente pequeños y es común el uso de cajas de perlines conformados en frio como elementos estructurales principales.

Los perfiles de acero conformados en frío se producen a partir de láminas de acero de diferentes espesores o calibres, y pueden variar entre calibres 30 y 4. Las láminas de acero se doblan para obtener las formas de los perfiles deseados. Debido a la esbeltez y poco espesor de la sección transversal de elementos conformados en frío, los fenómenos de inestabilidad provenientes de pandeo local, pandeo flexo-torsional y pandeo distorsional constituyen aspectos importantes en el diseño de estos miembros estructurales.

Los perfiles laminados en frio pueden separarse en 2 grupos: miembros estructurales y miembros de superficie. Los miembros estructurales son los perfiles canales, zetas y con formas de sombrero, además se pueden fabricar perfiles en “I” al unir mediante puntos de soldadura 2 canales o un canal y 2 angulares. Por su parte, los miembros de superficie son perfiles que resisten cargas y también proporcionan una superficie útil de trabajo, se utilizan en la construcción de pisos, techos, muros y particiones debido a que suministran una resistencia y rigidez alta con respecto a su peso. La reducción de cargas muertas que se logra con el uso de este material es acumulativa en estructuras de múltiples pisos y representa un ahorro significativo de materiales en una estructura.

Fuente: Págs, 28-29, Vinnakota, S. (2006)

Ventajas del acero conformado en frío

La capacidad de carga de los perfiles laminados en frío proviene del material constitutivo y de la configuración del perfil. Una lámina delgada de acero no puede soportar una carga considerable, pero si ésta lámina se dobla, formando un perfil estructural, los dobleces actúan como atiesadores, incrementando considerablemente la capacidad de carga de la lámina original. Debido a que gran parte de la resistencia y rigidez de la sección depende de su configuración y no de su espesor, las relaciones de resistencia-peso pueden llegar a ser muy favorables.

En general, los perfiles laminados en frío proveen las siguientes ventajas:

Son más económicos para cargas livianas y/o claros cortos.
Se pueden producir económicamente secciones con configuraciones poco comunes para amoldarse a condiciones de uso muy particulares sin incremento en peso propio, obteniendo relaciones resistencia-peso más favorables.
Economía en el manejo y transporte.
Producción en masa y control de calidad.
Facilidad de uso en construcción prefabricada.
El uso de láminas corrugadas en sistemas de piso y cubierta provee una capacidad de carga aceptable que permite su uso como plataformas para los trabajos de construcción de dichos sistemas.
Facilidad de montaje.

Durabilidad. El acero laminado en frío no se contrae, no presenta flujo plástico, ni es susceptible al ataque de termitas.

Fuente: Pág 1, Peña “Diseño básico de perfiles laminados en frío”

Saludos Cordiales.

[jfjdm]

Muy bien el documento, pero veo que hay desconocimiento o tendencia hacia minimizar que el LRFD primero fue usado en Europa en sus primeras implementaciones en estados límites que luego fueron LFD, no en Canadá que fueron una adopción temprana en américa del norte. En los 50s ya Torroja hablaba de los estados límites en los códigos, en los 30s Salinger hablaba de estados límites del hormigón ¡antes de la segunda guerra mundial!.
Si la historia no se recuerda se tiende a repetir los errores.

[Alejandro Marin]

Excelente comentario, saludos y muchas gracias.

Nuevo Link:

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Si alguien necesita el documento me pueden escribir un mail a: alexmf138@yahoo.com