PERFILES ESTRUCTURALES - UNAM

1 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE M XICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITL N DEPARTAMENTO DE INGENIER A LABORATORIO DE TECNOLOG A DE MATERIALES LECTURAS DE INGENIER A 32 PERFILES ESTRUCTURALES RECOPIL : Mtro. FELIPE D AZ DEL CASTILLO RODRIGUEZ CUAUTITL N IZCALLI, EDO. DE M XICO. 2019-1 UNAM_____ _____FES-CUAUTITL N 1 NDICE Pag. 1. NOMENCLATURA DEL ..2 2. ACEROS UTILIZADOS PARA LA FABRICACI N DE PERFILES ESTRUCTURALES (SEG N NORMAS ASTM)..3 3. DESIGNACI N DE PERFILES ESTRUCTURALES ..6 4. PROPIEDADES DE DISE O DE LOS PERFILES ESTRUCTURALES ..7 5. VIGAS SOLDADAS .. 20 6. SELECCI N DE PERFILES ..23 7. EJEMPLOS: ..25 UNAM_____ _____FES-CUAUTITL N 2 PERFILES ESTRUCTURALES 1. NOMENCLATURA DEL IMCA El Instituto Mexicano de la Construcci n en Acero (IMCA) consider conveniente designar los PERFILES de acero con s lo dos letras, una ideogr fica y la otra, abreviatura de su descripci n, en lugar de las tres o m s siglas tradicionales.

2 En la figura 1 se indican las equivalencias: Figura 1. Designaci n de PERFILES de acero UNAM_____ _____FES-CUAUTITL N 3 2. ACEROS UTILIZADOS PARA LA FABRICACI N DE PERFILES ESTRUCTURALES (SEG N NORMAS ASTM) La norma ASTM es la m s utilizada internacionalmente para designar y regular la calidad de aceros de construcci n y ESTRUCTURALES que comercialmente s eorecen como productos terminados tales, como barras de construcci n corrugafdas y lisas, PERFILES ESTRUCTURALES , PERFILES comerciales, placa y l mina. La norma garantiza b sicamente las propiedades mec nicas m nimas y soldabilidad de los aceros, dado que el uso de estos est orientado a la industria de la construcci n y esrtructuras met licas diversas (remachadas, soldadas o empernadas).Los est ndares publicados por ASTM emiten designaciones sistem ticas fijas para cada tipo de acero con sus respectivas especifiacciones y requerimientos para ser utilizados por los fabricantes y ususarios de los aceros.

3 En este sistema la estructura de codificaci n de los aceros se efect a como se muestra en la figura 2. Figura 2. Estructura de codificaci n para aceros ESTRUCTURALES En las figuras 3 y 4 se muestra como se aplica el sistema de designaci n seg n Normas ASTM UNAM_____ _____FES-CUAUTITL N 4 Figura 3. Designaci n de los aceros A-36 Figura 4. Designaci n aceros ESTRUCTURALES de varios grados A continuaci n se describen las caracter sticas principales de los aceros ESTRUCTURALES m s utilizados: UNAM_____ _____FES-CUAUTITL N 5 Las normas aprobadas por la ASTM para placas y PERFILES laminados en caliente son A-36, A-529, A-242, A-588, A-709, A-514, A-852, A-913 Y A-992. La norma A-709 es especial, en ella se definen aceros convenientes para la construcci n de puentes. ASTM A-36 Esta norma es aplicable a una variedad de PERFILES ESTRUCTURALES laminados en caliente y a placas de la misma calidad que est n disponibles en el mercado mexicano.

4 Tiene un esfuerzo de fluencia de 2530 kg/cm2 (250 MPa, 36 ksi), y su soldabilidad es adecuada. Se desarroll desde hace muchos a os en Estados Unidos para la fabricaci n de estructuras remachadas, atornilladas y soldadas, mejorando el contenido de carbono de los aceros disponibles en aquella poca, como el ASTM A-7. Con la innovaci n de este tipo de acero, las conexiones soldadas empezaron a desplazar a las remachadas que pronto desaparecieron. ASTM A-29. Se usa con mucha frecuencia en la construcci n de edificios de acero, tambi n es un grado de acero com n en barras y PERFILES ( ngulos, canales de calidad estructural). El acero A529 b sico incluye grado 50 para PERFILES de los grupos 1 y 2 de la ASTM; placas hasta de una pulgada de grueso y 12 pulgadas de ancho (25x305 mm) y barras hasta de pulg (64mm) de grueso.

5 Las resistencias a la fluencia y m xima son de 42 y 60 ksi (2 950 y 4 220 a 5 975 kg/cm2 ASTM A-992. El A-992 es la edici n reciente (1998) de la lista de aceros ESTRUCTURALES en Estados Unidos. Se produjo para usarse en construcci n de edificios, y est disponible solamente en PERFILES tipo W (Vigas IPR, IMCA IR). Para prop sitos cr ticos se trata de un esfuerzo de fluencia m nimo especificado de 354 MPa o 50 ksi (3 515 kg/cm2) La relaci n entre la resistencia a la fluencia y la resistencia m xima no es mayor de y el carbono equivalente no excede de caracter sticas excelentes de soldabilidad y ductilidad UNAM_____ _____FES-CUAUTITL N 6 En la fabricaci n de estructuras met licas fabricadas con aceros de alta resistencia ASTM A529, 572 y 992 se recomienda utilizar electrodos E-7018 (Resistencia m nima a la ruptura en tensi n del metal de soldadura, los dos primeros d gitos corresponden a una resistencia m xima de al menos 70 ksi= 4 920 kg/cm2, el 1 corresponde a electrodos adecuados para cualquier posici n.))

6 Plana, horizontal, vertical o sobrecabeza y el n mero 8 se refiere a las caracter stica de la corriente que debe emplearse y a la naturaleza del recubrimiento. El recubrimiento de este electrodo se caracteriza por tener un bajo contenido de Hidrogeno y alto porcentaje de polvo de hierro. Grados de acero para secciones ESTRUCTURALES huecas (Hollow Structural Section) Las normas de acero estructural aprobadas por la ASTM para secciones ESTRUCTURALES huecas (HSS) son ASTM A 500, A 501, A618, A847 y la A53. ASTM A-53. El A53 est disponible en tipos E y S, donde E denota secciones fabricadas con soldadura por resistencia y S indica soldadura sin costura. El grado B es conveniente para aplicaciones ESTRUCTURALES ; con esfuerzo de fluencia y resistencia a la ruptura en tensi n respectivamente de 35 y 50 ksi (2 400 y 3 515 kg/cm2 ASTM A-500.)

7 Este tipo de acero est disponible en tubos de secci n circular hueca HSS formados en fr o en tres grados, y tambi n en los mismos grados de tubos HSS formados en fr o, de secci n cuadrada y rectangular. Las propiedades para tubos cuadrados y rectangulares HSS difieren de los circulares HSS. El grado m s com n tiene un esfuerzo de fluencia y una resistencia m xima a la tensi n de 46 y 58 ksi (320 MPa o 3 200 kg/cm2) y 405 MPa o 4100 kg/cm2 ASTM A-501. Para fines pr cticos el A501 es similar al acero A36. Se usa para tubos HSS de secci n circular, cuadrada y rectangular. Para el dise o de miembros ESTRUCTURALES de acero formados en fr o, cuyos PERFILES tienen esquinas redondeadas y elementos planos esbeltos, se UNAM_____ _____FES-CUAUTITL N 7 recomienda consultar las especificaciones del Instituto Americano del Hierro y del Acero (American Iron and Steel Institute, (AISI).)

8 Pueden utilizarse otros materiales y productos, diferentes de los indicados en este Manual, si son aprobados por el dise ador y el contratista. La aprobaci n puede basarse en especificaciones t cnicas publicadas que establezcan las propiedades y caracter sticas del material o producto, que lo hacen adecuado para el uso que se le pretende dar, o en ensayes mec nicos o an lisis qu micos realizados en un laboratorio acreditado por la entidad de acreditaci n reconocida en los t rminos de la Ley Federal sobre Metrolog a y Normalizaci n. Figura 5. Diagrama esfuerzo-deformaci n de ingenier a para los diferentes grados de aceros ESTRUCTURALES En la Tabla 1 se proporcionan las propiedades mec nicas de los aceros ESTRUCTURALES m s utilizados: UNAM_____ _____FES-CUAUTITL N 8 Tabla 1.

9 Propiedades mec nicas de algunos aceros ESTRUCTURALES 3. DESIGNACI N DE PERFILES ESTRUCTURALES Los PERFILES se designan en forma abreviada usando su altura o peralte y su peso por unidad de longitud, y, a pesar de que M xico es un pa s m trico desde el siglo XIX , muchas veces se utilizan unidades del sistema ingl s para designar un determinado perfil para su uso en planos, designaciones y dise o, algunos ejemplos son: - Perfil IPR 8x31 el cual es una secci n IPR o IR con 8 pulgadas de peralte y con un peso de 31 libras por cada pie de longitud, con unidades en el sistema m trico se tratar a de un perfil IPR en donde su peralte es de 210 mm y un peso de kil gramos por cada metro de longitud. UNAM_____ _____FES-CUAUTITL N 9 - Perfil IPS 5x10 el cual es un perfil IPS o IS con5 pulgadas de peralte y con un peso de 10 libras por cada pie de longitud, con unidades en el sistema m trico se tratar a de un perfil IPR 127x15 en donde su peralte de 127 mm y un peso de 15 kilogramos por cada metro de longitud.

10 4. PROPIEDADES DE DISE O DE LOS PERFILES ESTRUCTURALES Las propiedades de dise o de estos PERFILES son proporcionadas por los fabricantes en base a normas establecidas por asociaciones tales como: AISC (American Institute of Steel Construction) e IMCA (Instituto Mexicano de la Construcci n en Acero ) y son f ciles de obtener, ya sea por medio de los manuales proporcionados por los fabricantes, Internet o en los ap ndices de la mayor parte de libros dedicados a estos temas. PERFILES IPR Las vigas IPR se encargan de soportar las cargas de las losas o los elementos planos colocados sobre de ellas adem s de llevar dichas cargas hacia las columnas, de estas hacia sus bases y de estas hacia el suelo. Como elemento estructural r gido las vigas IPR se disponen horizontalmente con el objetivo de vincular columnas entre ellas.