Sinopsis

Este libro presenta los principios que fundamentan el cálculo y diseño de estructuras de acero y mixtas, asignaturas que se imparten en los estudios de grados y másteres de ingeniería y arquitectura.

En este texto se consideran las normativas europeas Eurocódigos 3 y 4, constituyendo un material fundamental tanto en el marco universitario como en el tecnológico ya que cubre desde los fundamentos teóricos hasta el dimensionamiento de elementos.

Para facilitar el aprendizaje, se han incluido ejercicios prácticos dentro de cada capítulo.

Las estructuras de acero y mixtas tienen dos características que las diferencian de otro tipo de estructuras: la inestabilidad y las uniones. Este volumen aborda ambos aspectos en profundidad desde el punto de vista normativo.

Se incluyen dos Anejos adicionales: el primero es el clásico Prontuario de resistencia de materiales de los manuales del CEDEX, y el segundo contiene tablas de perfiles laminados y compuestos.

Índice

1. Introducción a la estructura metálica. El acero estructural. Cargas


1.1. Introducción
1.2. Ventajas de la estructura de acero
1.3. La estructura de acero
1.4. El acero estructural
1.5. Cargas actuantes sobre una estructura. La seguridad estructural
1.6. Algunas reflexiones sobre el diseño estructural

2. Agotamiento del acero estructural. Fatiga


2.1. Introducción
2.2. El método tensión-vida para el estudio de la fatiga 2.3. Factores que modifican el límite de fatiga
2.4. Resistencia a la fatiga
2.5. Clasificación de detalles
2.6. Tensiones
2.7. Modificaciones de la resistencia a la fatiga
2.8. Comprobación de elementos sometidos a carga de fatiga
2.9. Coeficientes parciales de seguridad
2.10. Espectro de carreras de tensiones
Ejemplo 2.1. Cálculo del espectro de tensiones a partir del método de vaciado del embalse del histograma de tensiones de la Figura 2.9
Ejemplo 2.2. Cálculo del espectro de tensiones a partir del método de la gota de agua del histograma de tensiones de la Fi-gura 2.9
2.11. Comprobación a fatiga basada en la carrera de tensión nominal
2.12. Comprobación a fatiga basada en la carrera de tensión equivalente
2.13. Recomendaciones para situaciones de fatiga
Ejemplo 2.3. Comprobación de fatiga de una viga-carril
Ejemplo 2.4. Comprobación a fatiga de un detalle

3. Agotamiento del acero estructural. Rotura frágil


3.1. Introducción
3.2. Factores que favorecen la rotura frágil
3.3. Proyecto frente a la rotura frágil
3.4. Prevención de la rotura frágil

4. Agotamiento del acero estructural. Rotura dúctil


4.1. Introducción
4.2. Criterios de comparación
4.3. Nociones de agotamiento plástico a nivel sección

5. Tracción


5.1. Introducción
5.2. Tipología de elementos traccionados
5.3. Área neta
5.4. Uniones excéntricas
5.5. Arrastre por cortante
5.6. Cálculo de piezas solicitadas a tracción
Ejemplo 5.1. Resistencia a tracción

6. Compresión


6.1. Introducción
6.2. La carga crítica de pandeo o carga crítica de inestabilidad elástica
6.3. Longitud de pandeo
6.4. Hipérbola de Euler
6.5. Influencia de las tensiones residuales de laminación
6.6. Pandeo con imperfecciones
6.7. Pandeo anelástico
6.8. El pandeo en el Eurocódigo 3
Ejemplo 6.1. Columna a compresión
6.9. Elementos compuestos
Ejemplo 6.2. Pilar empresillado
6.10. Longitud de pandeo de pilares pertenecientes a estructuras porticadas
Ejemplo 6.3. Longitud de pandeo del pilar de una estructura
6.11. Cálculo no lineal geométrico y pandeo global
6.12. Las imperfecciones en el cálculo en segundo orden

7. Torsión uniforme en piezas de directriz recta


7.1. Introducción
7.2. Teoría elemental de torsión en prismas de sección circular
7.3. Teoría de la torsión de Saint-Venant
Ejemplo teórico 7.1. Teoría de Saint-Venant en perfiles circulares
7.4. Analogía de la membrana elástic
7.5. Módulo de torsión de Saint-Venant para secciones macizas
Ejemplo teórico 7.2. Aplicación de la analogía de la membrana a barras de sección transversal circular y elíptica
7.6. Torsión en perfiles delgados
Ejemplo 7.1. Dimensionamiento a flexión, torsión y cortante
Ejemplo 7.2. Perfil delgado cerrado y abierto

8. Torsión no uniforme. Torsiones alabeada y mixta


8.1. Introducción
8.2. Perfiles abiertos de pared delgada
8.3. Coordenadas sectoriales
8.4. Momentos sectoriales
8.5. Centro de esfuerzos cortantes
Ejemplo 8.1. Posicionamiento del centro de esfuerzos cortantes de una sección abierta de débil espesor. Diagrama de áreas sectoriales principales de un perfil en C
8.6. Torsión no uniforme
8.7. Ecuación general de la torsión a partir de la teoría de Vlasov
8.8. Vigas en doble T
8.9. Condiciones de contorno en la teoría de torsión
8.10. Torsión no uniforme en la EAE
Ejemplo 8.2. Voladizo sometido a torsor en el extremo
Ejemplo 8.3. Viga sometida a una ley de torsores no constante

9. Otros modos de pandeo. Pandeo por torsión y pandeo por flexión y torsión


9.1. Introducción
9.2. Pandeo por torsión 9.3. Pandeo por flexión y torsión
9.4. Resumen y conclusiones
9.5. El pandeo por torsión y por flexión y torsión en las normativas de estructuras metálicas
Ejemplo 9.1. Pandeo por torsión
Ejemplo 9.2. Pandeo por flexión y torsión
Ejemplo 9.3. Pilar en celosía

10. Pandeo de placas. Abolladura precrítica


10.1. Introducción
10.2. Pandeo de placas
10.3. Pandeo de una placa simplemente apoyada solicitada por una compresión uniforme en una dirección
10.4. Pandeo de una placa simplemente apoyada solicitada a flexocompresión
10.5. Placas rectangulares solicitadas por esfuerzos cortantes uniformemente distribuidos en los lados
10.6. Tensiones combinadas

11. Pandeo de placas. Reserva postcrítica


11.1. Introducción
11.2. Tensiones normales
Ejemplo 11.1.Clasificación de sección
Ejemplo 11.2. Clasificación de sección y momento de agotamiento
Ejemplo 11.3. Carga de pandeo de una columna armada
11.3. Tensiones tangenciales
11.4. Interacción momento flector-cortante en fase postcrítica
11.5. Rigidizadores
11.6. Interacción cortante, axil y flector
Ejemplo 11.4. Comprobación de abolladura y rigidizadores de apoyo

12. Pandeo lateral


12.1. Introducción
12.2. Planteamiento teórico del pandeo lateral
12.3. Esbeltez de pandeo lateral
12.4. Resistencia frente a pandeo lateral
12.5. Sistemas de arriostramiento
Ejemplo 12.1. Pandeo lateral de perfil laminado
Ejemplo 12.2. Pandeo lateral de una viga armada monosimétrica. Anejo F del Eurocódigo 3
Ejemplo 12.3. Arriostramiento de una viga

13. Viga-columna


13.1. Introducción
13.2. Agotamiento de la sección bajo axil, flector y cortante
13.3. Deformación de la viga-columna en el plano del momento (secciones doblemente simétricas)
13.4. Caso de flexión uniforme de secciones doblemente simétricas
13.5. Factor de momento equivalente y factor de momento uni-forme equivalente
13.6. Fórmula de interacción
13.7. Formulación propuesta por el Eurocódigo 3:1-1 (§6.3.3)
Ejemplo 13.1. ELU de una viga-columna

14. Otras inestabilidades


14.1. Resistencia del alma frente a cargas concentradas
14.1.2. Tratamiento de las cargas transversales al plano del alma en el Eurocódigo 3 y la EAE
14.1.3. Cargas concentradas transversales al plano del alma excéntricas
14.2. Rigidizadores transversales
14.3. Pandeo del ala comprimida en el plano del alma
Ejemplo 14.1. Estabilidad y resistencia de una viga

15. Uniones soldadas


15.1. Introducción
15.2. Desgarro laminar
15.3. Distribución de los esfuerzos
15.4. Resistencia de las soldaduras
Ejemplo 15.1. Cordón oblicuo solicitado a tracción
Ejemplo 15.2. Cálculo del espesor de garganta necesario en una unión
Ejemplo 15.3. Dimensionado de soldadura ala alma
Ejemplo 15.4. Dimensionado de unión plana excéntrica

16. Uniones atornilladas


16.1. Introducción
16.2. Tipos de tornillos
16.3. Agujeros y disposiciones constructivas
16.4. Desgarro
16.5. Resistencia de cálculo de un tornillo a cortante
16.6. Resistencia de cálculo de un tornillo a aplastamiento
16.7. Resistencia de cálculo de un tornillo a tracción
16.8. Tornillos sometidos simultáneamente a tracción y cortante
16.9. Resistencia a deslizamiento de cálculo de un tornillo pretensado de alta resistencia
16.10. Categorías de uniones atornilladas
16.11. Reparto de esfuerzos entre los tornillos de la unión (§3.12 EC3:1-8 y §58.10 EAE)
16.12. Uniones largas
16.13. Uniones planas
16.14. Uniones frontales a flexión con tornillos no pretensados
Ejemplo 16.1.Unión atornillada con chapa frontal
Ejemplo 16.2. Unión atornillada
Ejemplo 16.3. Empalme de una viga
Ejemplo 16.4. Unión plana excéntrica soldada
Ejemplo 16.5. Unión atornillada con tornillos pretensados

17. Uniones viga-columna. Uniones semirrígidas. Método de los componentes


17.1. Introducción
17.2. Clasificación de las uniones
17.3. Curva momento-rotación (M-? ) de una unión
17.4. Tipos de componentes y su ensamblaje
17.5. Equivalencia entre unión y componentes
17.6. Uniones simétricas y asimétricas
17.7. Uniones soldadas entre perfiles en H y/o en I
Ejemplo 17.1.Unión viga-columna soldada
17.8. Casquillo en T (T-stub)
17.9. Uniones atornilladas Ejemplo 17.2. Unión atornillada con chapa frontal

18. Placas de apoyo


18.1. Introducción
18.2. Dimensionamiento de las placas de apoyo
Ejemplo 18.1.Comprobación de placa de apoyo

19. Construcción mixta hormigón-acero I. Introducción a la estructura mixta. Vigas mixtas


19.1. Introducción
19.2. Materiales
19.3. Análisis global de estructuras mixtas
Ejemplo 19.1. Carga de agotamiento plástico de una viga
19.4. Vigas mixtas
Ejemplo 19.2. Viga mixta

20. Construcción mixta hormigón-acero II. Losas mixtas


20.1. Introducción
20.2. ELU de flexión
20.3. ELU de agotamiento por rasante
20.4. ELU de agotamiento por cortante
20.5. ELU de agotamiento por punzonamiento
20.6. ELS en losas mixtas de edificación
Ejemplo 20.1. Losa mixta con chapa nervada colaborante

21. Pilares mixtos


21.1. Introducción
21.2. Pandeo local de los elementos de acero
21.3. Rasante fuera de las zonas de introducción de cargas
21.4. Introducción de las cargas
21.5. Método simplificado de cálculo
21.6. Recubrimiento y armadura (§ 6.7.5 EC4:1-1)
Ejemplo 21.1 Columna mixta

22. Uniones mixtas


22.1. Introducción
22.2. Componentes básicos de la unión mixta
22.3. Rigidez rotacional de la unión
22.4. Caso de unión con chapa frontal en zona de momento negativo

Anejo 1. Prontuario de resistencia de materiales
Anejo 2. Tablas de perfiles