Contenido. Diseño de Estructuras de Acero McCormac /Csernak


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1 Contenido Prefacio iii CAPÍTULO 1 Introducción al diseño estructural en acero Ventajas del acero como material estructural Desventajas del acero como material estructural Primeros usos del hierro y el acero Perfiles de acero Unidades métricas Perfiles de lámina delgada de acero doblados en frío Relaciones esfuerzo-deformación del acero estructural Aceros estructurales modernos Uso de los aceros de alta resistencia Medición de la tenacidad Secciones jumbo Desgarramiento laminar Suministro de estructuras de acero El trabajo del diseñador estructural Responsabilidades del ingeniero estructurista Diseño económico de miembros de acero Fallas en estructuras Manejo y embarque del acero estructural Exactitud de los cálculos Las computadoras y el diseño del acero estructural Problemas para resolver 39 CAPÍTULO 2 Especificaciones, cargas y métodos de diseño Especificaciones y códigos de construcción Cargas Cargas muertas Cargas vivas 42

2 vi Contenido 2.5 Cargas ambientales Diseño con factores de carga y resistencia (LRFD) y diseño por esfuerzos permisibles (ASD) Resistencia nominal Sombreado Cálculo de las cargas para los métodos LRFD y ASD Cálculo de las cargas combinadas con las expresiones de LRFD Cálculo de cargas combinadas con expresiones ASD Dos métodos para obtener un nivel aceptable de seguridad Estudio de la magnitud de los factores de carga y de seguridad Un comentario del autor Problemas para resolver 60 CAPÍTULO 3 Análisis de miembros a tensión Introducción Resistencia nominal de los miembros a tensión Áreas netas Efecto de agujeros alternados Áreas netas efectivas Elementos de conexión para miembros a tensión Bloque de cortante Problemas para resolver 94 CAPÍTULO 4 Diseño de miembros a tensión Selección de perfiles Miembros compuestos sometidos a tensión Varillas y barras Miembros conectados por pasadores Diseño por cargas de fatiga Problemas para resolver 125 CAPÍTULO 5 Introducción a los miembros cargados axialmente a compresión Consideraciones generales Esfuerzos residuales Perfiles usados para columnas Desarrollo de las fórmulas para columnas La fórmula de Euler Restricciones en los extremos y longitud efectiva de una columna Elementos rigidizados y no rigidizados Columnas largas, cortas e intermedias Fórmulas para columnas 148

3 Contenido vii 5.10 Relaciones de esbeltez máximas Problemas de ejemplo Problemas para resolver 158 CAPÍTULO 6 Diseño de miembros cargados axialmente a compresión Introducción Tablas de diseño según el AISC Empalmes de columnas Columnas compuestas Columnas compuestas con componentes en contacto entre sí Requisitos de conexión en columnas armadas cuyas componentes están en contacto Columnas compuestas con componentes sin contacto entre sí Miembros en compresión de un solo ángulo Secciones que contienen elementos esbeltos Pandeo flexotorsional de miembros a compresión Problemas para resolver 196 CAPÍTULO 7 Diseño de miembros cargados axialmente a compresión (continuación) y placas de base para columnas Introducción Una exposición más amplia de las longitudes efectivas Marcos que cumplen con las hipótesis de los nomogramas Marcos que no cumplen con las hipótesis de los nomogramas con respecto a los giros de los nudos Factores de reducción de la rigidez Diseño en un plano de columnas apoyadas entre sí Placas base para columnas cargadas concéntricamente Problemas para resolver 232 CAPÍTULO 8 Introducción al estudio de vigas Tipos de vigas Perfiles usados como vigas Esfuerzos de flexión Articulaciones plásticas Diseño elástico El módulo plástico Teoría del análisis plástico El mecanismo de falla El método del trabajo virtual 245

4 viii Contenido 8.10 Localización de la articulación plástica para cargas uniformes Vigas continuas Marcos de edificios Problemas para resolver 254 CAPÍTULO 9 Diseño de vigas por momentos Introducción Comportamiento plástico momento plástico total, zona Diseño de vigas, zona Soporte lateral de vigas Introducción al pandeo inelástico, zona Capacidad por momento, zona Pandeo elástico, zona Gráficas de diseño Secciones no compactas Problemas para resolver 295 CAPÍTULO 10 Diseño de vigas: temas diversos (cortante, deflexión, etcétera) Diseño de vigas continuas Fuerza y esfuerzo cortante Deflexiones Almas y patines con cargas concentradas Flexión asimétrica Diseño de largueros El centro de cortante Placas de asiento para vigas Arriostramiento lateral de los extremos de miembros soportados sobre placas de asiento Problemas para resolver 340 CAPÍTULO 11 Flexión y fuerza axial Sitio de incidencia Miembros sujetos a flexión y tensión axial Momentos de primer y segundo orden para miembros sometidos a compresión axial y flexión Método del análisis directo (DM) Método de la longitud efectiva (ELM) Análisis aproximado de segundo orden Vigas columnas en marcos arriostrados Vigas columnas en marcos no arriostrados Diseño de vigas columnas; arriostradas y sin arriostrar Problemas para resolver 386

5 Contenido ix CAPÍTULO 12 Conexiones atornilladas Introducción Tipos de tornillos Historia de los tornillos de alta resistencia Ventajas de los tornillos de alta resistencia Tornillos apretados sin holgura, pretensionados y de fricción Métodos para tensar completamente los tornillos de alta resistencia Conexiones tipo fricción y tipo aplastamiento Juntas mixtas Tamaños de los agujeros para tornillos Transmisión de carga y tipos de juntas Fallas en juntas atornilladas Separación y distancias a bordes de tornillos Conexiones tipo aplastamiento: cargas que pasan por el centro de gravedad de las conexiones Conexiones tipo fricción: cargas que pasan por el centro de gravedad de las conexiones Problemas para resolver 423 CAPÍTULO 13 Conexiones atornilladas cargadas excéntricamente y notas históricas sobre los remaches Tornillos sujetos a corte excéntrico Tornillos sujetos a corte y tensión (conexiones tipo aplastamiento) Tornillos sujetos a corte y tensión (conexiones de fricción) Cargas de tensión en juntas atornilladas Acción separadora Notas históricas sobre los remaches Tipos de remaches Resistencia de conexiones remachadas: remaches en cortante y aplastamiento Problemas para resolver 461 CAPÍTULO 14 Conexiones soldadas Generalidades Ventajas de la soldadura Sociedad Americana de Soldadura Tipos de soldadura Soldadura precalificada Inspección de la soldadura 475

6 x Contenido 14.7 Clasificación de las soldaduras Símbolos para soldadura Soldaduras de ranura Soldaduras de filete Resistencia de las soldaduras Requisitos del AISC Diseño de soldaduras de filete simples Diseño de conexiones para miembros con soldaduras de filete longitudinal y transversal Algunos comentarios diversos Diseño de soldaduras de filete para miembros de armaduras Soldaduras de tapón y de muesca Cortante y torsión Cortante y flexión Soldaduras de ranura de penetración completa y de penetración parcial Problemas para resolver 519 CAPÍTULO 15 Conexiones en edificios Selección del tipo de sujetador Tipos de conexiones para vigas Conexiones estándar de vigas atornilladas Tablas de conexiones estándar del manual AISC Diseño de conexiones estándar atornilladas a base de ángulos Diseño de conexiones estándar soldadas Conexiones a base de una sola placa o de placa de cortante Conexiones con placa de extremo de cortante Diseño de conexiones soldadas de asiento para vigas Diseño de conexiones para viga de asiento atiesado Diseño de conexiones resistentes a momento totalmente restringido Atiesadores de almas de columnas Problemas para resolver 558 CAPÍTULO 16 Vigas compuestas Construcción compuesta Ventajas de la construcción compuesta Estudio del apuntalamiento Anchos efectivos de patines Transmisión de la fuerza cortante Vigas parcialmente compuestas Resistencia de los conectores de cortante 570

7 Contenido xi 16.8 Número, espaciamiento y requerimientos de recubrimiento de los conectores de cortante Capacidad por momento de las secciones compuestas Deflexiones Diseño de secciones compuestas Secciones compuestas continuas Diseño de secciones ahogadas en concreto Problemas para resolver 592 CAPÍTULO 17 Columnas compuestas Introducción Ventajas de las columnas compuestas Desventajas de las columnas compuestas Soporte lateral Especificaciones para columnas compuestas Resistencias de diseño de columnas compuestas cargadas axialmente Resistencia al cortante de las columnas compuestas Tablas de los métodos LRFD y ASD Transmisión de la carga a la cimentación y otras conexiones Resistencia a la tensión de las columnas compuestas Carga axial y flexión Problemas para resolver 610 CAPÍTULO 18 Vigas con cubreplacas y trabes armadas Vigas con cubreplacas Trabes armadas Proporciones de las trabes armadas Resistencia a la flexión Acción de tensión diagonal Diseño de atiesadores Problemas para resolver 640 CAPÍTULO 19 Diseño de edificios de acero Introducción a edificios de poca altura Tipos de estructuras de acero utilizadas para edificios Diferentes sistemas de piso Losas de concreto sobre viguetas de acero de alma abierta Losas de concreto reforzadas en una y en dos direcciones Pisos compuestos Pisos de losa reticular Pisos con tableros de acero Losas planas 655

8 xii Contenido Pisos de losas precoladas Tipos de cubiertas para techos Muros exteriores y muros interiores divisorios Protección del acero estructural contra el fuego Introducción a edificios de gran altura Estudio de fuerzas laterales Tipos de contraventeo lateral Análisis de edificios con contraventeo diagonal para fuerzas laterales Juntas resistentes a momento Diseño de edificios por cargas gravitacionales Diseño de miembros 676 APÉNDICE A Deducción de la fórmula de Euler 677 APÉNDICE B Elementos esbeltos a compresión 679 APÉNDICE C Pandeo flexotorsional 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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