Estructuras-de-Acero-McCormac.pdf

CAPÍTULO 1 Introducción al diseño estructural en acero 1
1.1 Ventajas del acero como material estructural 1
1.2 Desventajas del acero como material estructural 3
1.3 Primeros usos del hierro y el acero 4
1.4 Perfiles de acero 7
1.5 Unidades métricas 12
1.6 Perfi les de lámina delgada de acero doblados en frío 12
1.7 Relaciones esfuerzo-deformación del acero estructural 13
1.8 Aceros estructurales modernos 19
1.9 Uso de los aceros de alta resistencia 22
1.10 Medición de la tenacidad 24
1.11 Secciones jumbo 26
1.12 Desgarramiento laminar 26
1.13 Suministro de estructuras de acero 27
1.14 El trabajo del diseñador estructural 30
1.15 Responsabilidades del ingeniero estructurista 31
1.16 Diseño económico de miembros de acero 31
1.17 Fallas en estructuras 34
1.18 Manejo y embarque del acero estructural 37
1.19 Exactitud de los cálculos 37
1.20 Las computadoras y el diseño del acero estructural 37
1.21 Problemas para resolver 39
CAPÍTULO 2 Especifi caciones, cargas y métodos de diseño 39
2.1 Especifi caciones y códigos de construcción 39
2.2 Cargas 41
2.3 Cargas muertas 41
2.4 Cargas vivas 42
2.5 Cargas ambientales 45
2.6 Diseño con factores de carga y resistencia (LRFD)
y diseño por esfuerzos permisibles (ASD) 51
2.7 Resistencia nominal 52
2.8 Sombreado 52
2.9 Cálculo de las cargas para los métodos LRFD y ASD 52
2.10 Cálculo de las cargas combinadas con las expresiones
de LRFD 53
2.11 Cálculo de cargas combinadas con expresiones ASD 57
2.12 Dos métodos para obtener un nivel aceptable de seguridad 59
2.13 Estudio de la magnitud de los factores de carga y de seguridad 59
2.14 Un comentario del autor 60
2.15 Problemas para resolver 60
CAPÍTULO 3 Análisis de miembros a tensión 62
3.1 Introducción 62
3.2 Resistencia nominal de los miembros a tensión 65
3.3 Áreas netas 67
3.4 Efecto de agujeros alternados 69
3.5 Áreas netas efectivas 74
3.6 Elementos de conexión para miembros a tensión 84
3.7 Bloque de cortante 85
3.8 Problemas para resolver 94
CAPÍTULO 4 Diseño de miembros a tensión 103
4.1 Selección de perfi les 103
4.2 Miembros compuestos sometidos a tensión 111
4.3 Varillas y barras 115
4.4 Miembros conectados por pasadores 120
4.5 Diseño por cargas de fatiga 122
4.6 Problemas para resolver 125
CAPÍTULO 5 Introducción a los miembros cargados axialmente a compresión 129
5.1 Consideraciones generales 129
5.2 Esfuerzos residuales 132
5.3 Perfi les usados para columnas 133
5.4 Desarrollo de las fórmulas para columnas 137
5.5 La fórmula de Euler 139
5.6 Restricciones en los extremos y longitud efectiva
de una columna 141
5.7 Elementos rigidizados y no rigidizados 144
5.8 Columnas largas, cortas e intermedias 145
5.9 Fórmulas para columnas 148
Contenido vii
Alfaomega Diseño de Estructuras de Acero – McCormac /Csernak
5.10 Relaciones de esbeltez máximas 150
5.11 Problemas de ejemplo 150
5.12 Problemas para resolver 158
CAPÍTULO 6 Diseño de miembros cargados axialmente a compresión 163
6.1 Introducción 163
6.2 Tablas de diseño según el AISC 166
6.3 Empalmes de columnas 171
6.4 Columnas compuestas 174
6.5 Columnas compuestas con componentes
en contacto entre sí 175
6.6 Requisitos de conexión en columnas armadas
cuyas componentes están en contacto 176
6.7 Columnas compuestas con componentes
sin contacto entre sí 182
6.8 Miembros en compresión de un solo ángulo 187
6.9 Secciones que contienen elementos esbeltos 189
6.10 Pandeo fl exotorsional de miembros a compresión 191
6.11 Problemas para resolver 196
CAPÍTULO 7 Diseño de miembros cargados axialmente a compresión (continuación)
y placas de base para columnas 200
7.1 Introducción 200
7.2 Una exposición más amplia de las longitudes efectivas 201
7.3 Marcos que cumplen con las hipótesis de los nomogramas 205
7.4 Marcos que no cumplen con las hipótesis de los nomogramas
con respecto a los giros de los nudos 208
7.5 Factores de reducción de la rigidez 211
7.6 Diseño en un plano de columnas apoyadas entre sí 215
7.7 Placas base para columnas cargadas concéntricamente 218
7.8 Problemas para resolver 232
CAPÍTULO 8 Introducción al estudio de vigas 237
8.1 Tipos de vigas 237
8.2 Perfi les usados como vigas 237
8.3 Esfuerzos de fl exión 238
8.4 Articulaciones plásticas 239
8.5 Diseño elástico 240
8.6 El módulo plástico 240
8.7 Teoría del análisis plástico 243
8.8 El mecanismo de falla 244
8.9 El método del trabajo virtual 245
8.10 Localización de la articulación plástica para cargas uniformes 249
8.11 Vigas continuas 250
8.12 Marcos de edifi cios 252
8.13 Problemas para resolver 254
CAPÍTULO 9 Diseño de vigas por momentos 263
9.1 Introducción 263
9.2 Comportamiento plástico – momento plástico total, zona 1 266
9.3 Diseño de vigas, zona 1 267
9.4 Soporte lateral de vigas 275
9.5 Introducción al pandeo inelástico, zona 2 277
9.6 Capacidad por momento, zona 2 281
9.7 Pandeo elástico, zona 3 283
9.8 Gráfi cas de diseño 285
9.9 Secciones no compactas 290
9.10 Problemas para resolver 295
CAPÍTULO 10 Diseño de vigas: temas diversos (cortante, defl exión, etcétera) 302
10.1 Diseño de vigas continuas 302
10.2 Fuerza y esfuerzo cortante 304
10.3 Defl exiones 310
10.4 Almas y patines con cargas concentradas 316
10.5 Flexión asimétrica 324
10.6 Diseño de largueros 327
10.7 El centro de cortante 330
10.8 Placas de asiento para vigas 335
10.9 Arriostramiento lateral de los extremos de miembros
soportados sobre placas de asiento 339
10.10 Problemas para resolver 340
CAPÍTULO 11 Flexión y fuerza axial 346
11.1 Sitio de incidencia 346
11.2 Miembros sujetos a fl exión y tensión axial 347
11.3 Momentos de primer y segundo orden para miembros
sometidos a compresión axial y fl exión 350
11.4 Método del análisis directo (DM) 352
11.5 Método de la longitud efectiva (ELM) 353
11.6 Análisis aproximado de segundo orden 354
11.7 Vigas–columnas en marcos arriostrados 359
11.8 Vigas–columnas en marcos no arriostrados 371
11.9 Diseño de vigas–columnas; arriostradas y sin arriostrar 378
11.10 Problemas para resolver 386

CAPÍTULO 12 Conexiones atornilladas 390
12.1 Introducción 390
12.2 Tipos de tornillos 390
12.3 Historia de los tornillos de alta resistencia 391
12.4 Ventajas de los tornillos de alta resistencia 392
12.5 Tornillos apretados sin holgura, pretensionados y de fricción 392
12.6 Métodos para tensar completamente los tornillos
de alta resistencia 396
12.7 Conexiones tipo fricción y tipo aplastamiento 398
12.8 Juntas mixtas 399
12.9 Tamaños de los agujeros para tornillos 400
12.10 Transmisión de carga y tipos de juntas 401
12.11 Fallas en juntas atornilladas 404
12.12 Separación y distancias a bordes de tornillos 405
12.13 Conexiones tipo aplastamiento: cargas que pasan
por el centro de gravedad de las conexiones 408
12.14 Conexiones tipo fricción: cargas que pasan
por el centro de gravedad de las conexiones 419
12.15 Problemas para resolver 423
CAPÍTULO 13 Conexiones atornilladas cargadas excéntricamente y notas
históricas sobre los remaches 430
13.1 Tornillos sujetos a corte excéntrico 430
13.2 Tornillos sujetos a corte y tensión
(conexiones tipo aplastamiento) 444
13.3 Tornillos sujetos a corte y tensión
(conexiones de fricción) 447
13.4 Cargas de tensión en juntas atornilladas 448
13.5 Acción separadora 451
13.6 Notas históricas sobre los remaches 454
13.7 Tipos de remaches 455
13.8 Resistencia de conexiones remachadas: remaches
en cortante y aplastamiento 457
13.9 Problemas para resolver 461
CAPÍTULO 14 Conexiones soldadas 469
14.1 Generalidades 469
14.2 Ventajas de la soldadura 470
14.3 Sociedad Americana de Soldadura 471
14.4 Tipos de soldadura 471
14.5 Soldadura precalifi cada 475
14.6 Inspección de la soldadura 475
14.7 Clasifi cación de las soldaduras 478
14.8 Símbolos para soldadura 480
14.9 Soldaduras de ranura 482
14.10 Soldaduras de fi lete 484
14.11 Resistencia de las soldaduras 485
14.12 Requisitos del AISC 486
14.13 Diseño de soldaduras de fi lete simples 491
14.14 Diseño de conexiones para miembros con soldaduras
de fi lete longitudinal y transversal 497
14.15 Algunos comentarios diversos 498
14.16 Diseño de soldaduras de fi lete para miembros de armaduras 499
14.17 Soldaduras de tapón y de muesca 503
14.18 Cortante y torsión 506
14.19 Cortante y fl exión 513
14.20 Soldaduras de ranura de penetración completa
y de penetración parcial 515
14.21 Problemas para resolver 519
CAPÍTULO 15 Conexiones en edifi cios 528
15.1 Selección del tipo de sujetador 528
15.2 Tipos de conexiones para vigas 529
15.3 Conexiones estándar de vigas atornilladas 536
15.4 Tablas de conexiones estándar del manual AISC 539
15.5 Diseño de conexiones estándar atornilladas a base de ángulos 539
15.6 Diseño de conexiones estándar soldadas 542
15.7 Conexiones a base de una sola placa o de placa de cortante 544
15.8 Conexiones con placa de extremo de cortante 547
15.9 Diseño de conexiones soldadas de asiento para vigas 548
15.10 Diseño de conexiones para viga de asiento atiesado 550
15.11 Diseño de conexiones resistentes a momento totalmente
restringido 551
15.12 Atiesadores de almas de columnas 555
15.13 Problemas para resolver 558
CAPÍTULO 16 Vigas compuestas 562
16.1 Construcción compuesta 562
16.2 Ventajas de la construcción compuesta 563
16.3 Estudio del apuntalamiento 565
16.4 Anchos efectivos de patines 566
16.5 Transmisión de la fuerza cortante 567
16.6 Vigas parcialmente compuestas 570
16.7 Resistencia de los conectores de cortante 570
16.8 Número, espaciamiento y requerimientos de recubrimiento
de los conectores de cortante 571
16.9 Capacidad por momento de las secciones compuestas 573
16.10 Defl exiones 578
16.11 Diseño de secciones compuestas 579
16.12 Secciones compuestas continuas 588
16.13 Diseño de secciones ahogadas en concreto 589
16.14 Problemas para resolver 592
CAPÍTULO 17 Columnas compuestas 596
17.1 Introducción 596
17.2 Ventajas de las columnas compuestas 597
17.3 Desventajas de las columnas compuestas 599
17.4 Soporte lateral 599
17.5 Especifi caciones para columnas compuestas 600
17.6 Resistencias de diseño de columnas compuestas
cargadas axialmente 602
17.7 Resistencia al cortante de las columnas compuestas 607
17.8 Tablas de los métodos LRFD y ASD 608
17.9 Transmisión de la carga a la cimentación y otras conexiones 609
17.10 Resistencia a la tensión de las columnas compuestas 610
17.11 Carga axial y fl exión 610
17.12 Problemas para resolver 610
CAPÍTULO 18 Vigas con cubreplacas y trabes armadas 613
18.1 Vigas con cubreplacas 613
18.2 Trabes armadas 616
18.3 Proporciones de las trabes armadas 618
18.4 Resistencia a la fl exión 624
18.5 Acción de tensión diagonal 629
18.6 Diseño de atiesadores 634
18.7 Problemas para resolver 640
CAPÍTULO 19 Diseño de edifi cios de acero 642
19.1 Introducción a edifi cios de poca altura 642
19.2 Tipos de estructuras de acero utilizadas para edifi cios 642
19.3 Diferentes sistemas de piso 646
19.4 Losas de concreto sobre viguetas de acero de alma abierta 647
19.5 Losas de concreto reforzadas en una y en dos direcciones 650
19.6 Pisos compuestos 651
19.7 Pisos de losa reticular 652
19.8 Pisos con tableros de acero 653
19.9 Losas planas 655
19.10 Pisos de losas precoladas 656
19.11 Tipos de cubiertas para techos 658
19.12 Muros exteriores y muros interiores divisorios 659
19.13 Protección del acero estructural contra el fuego 659
19.14 Introducción a edifi cios de gran altura 660
19.15 Estudio de fuerzas laterales 662
19.16 Tipos de contraventeo lateral 663
19.17 Análisis de edifi cios con contraventeo diagonal
para fuerzas laterales 669
19.18 Juntas resistentes a momento 671
19.19 Diseño de edifi cios por cargas gravitacionales 672
19.20 Diseño de miembros 676
APÉNDICE A Deducción de la fórmula de Euler 677
APÉNDICE B Elementos esbeltos a compresión 679
APÉNDICE C Pandeo fl exotorsional de miembros a compresión 682
APÉNDICE D Placas de base resistentes a momento de columnas 688
APÉNDICE E Encharcamiento 697
GLOSARIO 702
ÍNDICE 708

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