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• Rubén Darío Alvarado Ocampo

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PROYECTO DE NORMA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS

PROYECTO DE NORMA TÉCNICA DE EDIFICACIÓN

E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS

2018

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PROYECTO DE NORMA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS

PROYECTO DE NORMA TÉCNICA DE EDIFICACIÓN E.090 COMITÉ TÉCNICO NORMA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS

Presidente

: Ing. Luis Zegarra Ciquero

Vicepresidente

: Ing. Carlos Zavala Toledo

Secretaria Técnica

: SENCICO

INSTITUCION

NOMBRE Ing. Daniel Munares García

CAPECO Ing. Luigi Muñoz Aznaran Colegio de Ingenieros del Perú Corporación Aceros Arequipa Pontificia Universidad Católica del Perú SIDERPERU Universidad Nacional de Ingeniería Universidad Nacional Federico Villareal SENCICO

Ing. Víctor Hugo Novoa Falen Ing. Ricardo Gutierrez Lara Ing. Luís Zegarra Ciquero Ing. Luis Cubas Becerra Dr. Carlos Zavala Toledo Ing. Patricia Gibu Yague Ing. Cesar Aranís García-Rossell Ing. Pablo Medina Quispe

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PROYECTO DE NORMA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS

ÍNDICE Pág. CAPÍTULO 1 CONSIDERACIONES GENERALES ................................................................................. 13 1.1 1.2

ALCANCE .................................................................................................................. 13 LÍMITES DE APLICABILIDAD ............................................................................... 13 1.2.1 1.2.2

1.3

MATERIAL ................................................................................................................. 14 1.3.1 1.3.2 1.3.3 1.3.4 1.3.5 1.3.6

1.4

Acero Estructural ............................................................................................ 15 Fundiciones y Piezas Forjadas de Acero......................................................... 18 Pernos, Arandelas y Tuercas ........................................................................... 18 Pernos de Anclaje y Varillas Roscadas ........................................................... 18 Metal de Aporte y Fundente para el Proceso de Soldadura ............................ 19 Conectores de Pernos de Cortante .................................................................. 20

CARGAS Y COMBINACIONES DE CARGA .......................................................... 20 1.4.1 1.4.2 1.4.3

1.5

Definición de Acero Estructural ..................................................................... 13 Tipos de Construcción .................................................................................... 14

Cargas, Factores de Carga y Combinación de Cargas .................................... 20 Impacto ........................................................................................................... 21 Fuerzas Horizontales en Puentes Grúa............................................................ 21

BASES DE DISEÑO ................................................................................................... 21 1.5.1 1.5.2 1.5.3 1.5.4

Resistencia Requerida ..................................................................................... 21 Estados Límites ............................................................................................... 22 Diseño por Condiciones de Resistencia .......................................................... 22 Diseño para Condiciones de Servicio ............................................................. 22

1.6

REFERENCIA A CÓDIGOS Y NORMAS ................................................................ 22

1.7

DOCUMENTOS DE DISEÑO .................................................................................... 24 1.7.1 Planos .............................................................................................................. 24 1.7.2 Especificaciones Técnicas .............................................................................. 24 1.7.3 Simbología y Nomenclatura ........................................................................... 24 1.7.4 Notas para la Soldadura .................................................................................. 24

CAPÍTULO 2 REQUISITOS DE DISEÑO .................................................................................................. 25 2.1

ÁREA BRUTA ............................................................................................................ 25 2.1.1

2.2 2.3 2.4

Espesor de diseño para perfiles HSS............................................................... 25

ÁREA NETA ............................................................................................................... 25 ÁREA NETA EFECTIVA PARA ELEMENTOS EN TRACCIÓN........................... 26 ESTABILIDAD ........................................................................................................... 27

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PROYECTO DE NORMA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS

Pág. 2.5

PANDEO LOCAL ....................................................................................................... 28 2.5.1 2.5.2 2.5.3

2.6 2.7 2.8 2.9 2.10

Clasificación de las Secciones de Acero ......................................................... 28 Componentes no Rigidizados ......................................................................... 28 Componentes Rigidizados .............................................................................. 28

RESTRICCIONES DE ROTACIÓN EN PUNTOS DE APOYO ............................... 31 RELACIONES DE ESBELTEZ LÍMITE ................................................................... 32 TRAMOS SIMPLEMENTE APOYADOS ................................................................. 32 RESTRICCIÓN DE APOYO ...................................................................................... 32 DISEÑO POR FATIGA .............................................................................................. 32

CAPÍTULO 3 PÓRTICOS Y OTRAS ESTRUCTURAS ............................................................................ 33 3.1

REQUISITOS DE DISEÑO POR ESTABILIDAD .................................................... 33 3.1.1

3.2

RESISTENCIAS REQUERIDAS ............................................................................... 33 3.2.1 3.2.2

3.3

Requisitos Generales ....................................................................................... 33

Análisis de segundo orden amplificando el análisis elástico de primer orden 33 Requisitos para el análisis ............................................................................... 35

ARRIOSTRAMIENTOS PARA LA ESTABILIDAD DE COLUMNAS Y VIGAS . 36 3.3.1 3.3.2 3.3.3

Disposiciones Generales ................................................................................. 36 Columnas ........................................................................................................ 36 Vigas ............................................................................................................... 37

CAPÍTULO 4 DISEÑO DE ELEMENTOS EN TRACCION ..................................................................... 41 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5

LÍMITEZ DE ESBELTEZ........................................................................................... 41 RESISTENCIA EN TRACCIÓN ................................................................................ 41 ÁREA NETA EFECTIVA........................................................................................... 42 ELEMENTOS ARMADOS ......................................................................................... 42 ELEMENTOS CONECTADOS CON PASADORES ................................................ 43 4.5.1 4.5.2

4.6

Resistencia a la tracción .................................................................................. 43 Requisitos Dimensionales ............................................................................... 43

BARRAS DE OJO ....................................................................................................... 44 4.6.1 4.6.2

Resistencia en tracción .................................................................................... 44 Requisitos Dimensionales ............................................................................... 44

CAPÍTULO 5 DISEÑO DE ELEMENTOS EN COMPRESIÓN ............................................................... 45 5.1 5.2 5.3

DISPOSICIONES GENERALES................................................................................ 45 LONGITUD EFECTIVA ............................................................................................ 46 PANDEO POR FLEXIÓN SIN COMPONENTES ESBELTOS ................................ 47

4

PROYECTO DE NORMA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS

Pág. 5.4 5.5 5.6

PANDEO TORSIONAL Y FLEXO-TORSIONAL SIN COMPONENTES ESBELTOS.................................................................................................................. 47 ÁNGULOS SIMPLES EN COMPRESIÓN ................................................................ 49 ELEMENTOS ARMADOS ......................................................................................... 51 5.6.1 5.6.2

5.7

Resistencia a la compresión ............................................................................ 51 Requisitos dimensionales ................................................................................ 52

ELEMENTOS CON COMPONENTES ESBELTOS ................................................. 54 5.7.1 5.7.2

Elementos Esbeltos No Rigidizados, Qs ......................................................... 55 Elementos Esbeltos Rigidizados, Qa ............................................................... 57

CAPÍTULO 6 DISEÑO DE ELEMENTOS EN FLEXIÓN ........................................................................ 59 6.1 6.2

DISPOSICIONES GENERALES................................................................................ 60 ELEMENTOS COMPACTOS DE SECCIÓN I DE SIMETRÍA DOBLE Y CANALES, EN FLEXIÓN RESPECTO A SU EJE MAYOR ................................... 61 6.2.1 6.2.2

6.3

ELEMENTOS DE SECCIÓN I DE SIMETRÍA DOBLE CON ALMAS COMPACTAS Y ALAS NO COMPACTAS O ESBELTAS EN FLEXIÓN RESPECTO A SU EJE MAYOR ................................................................................ 63 6.3.1 6.3.2

6.4

Fluencia del Ala en Compresión ..................................................................... 64 Pandeo Lateral-Torsional ................................................................................ 64 Pandeo Local del Ala en Compresión ............................................................. 66 Fluencia del Ala en Tracción .......................................................................... 67

ELEMENTOS DE SECCIÓN I DE SIMETRÍA DOBLE Y SIMPLE CON ALMAS ESBELTAS EN FLEXIÓN RESPECTO A SU EJE MAYOR .................... 67 6.5.1 6.5.2 6.5.3 6.5.4

6.6

Pandeo Lateral-Torsional ................................................................................ 63 Pandeo Local Ala en Compresión................................................................... 63

OTROS ELEMENTOS DE SECCIÓN I CON ALMAS COMPACTAS O NO COMPACTAS EN FLEXIÓN RESPECTO A SU EJE MAYOR .................... 63 6.4.1 6.4.2 6.4.3 6.4.4

6.5

Fluencia ........................................................................................................... 61 Pandeo Lateral-Torsional ................................................................................ 61

Fluencia del Ala en Compresión ..................................................................... 68 Pandeo Lateral-Torsional ................................................................................ 68 Pandeo Local del Ala en Compresión ............................................................. 68 Fluencia del Ala en Tracción .......................................................................... 69

ELEMENTOS DE SECCIÓN I Y CANALES EN FLEXIÓN RESPECTO A SU EJE MENOR ..................................................................................................... 69 6.6.1 6.6.2

Fluencia ........................................................................................................... 69 Pandeo Local de Ala ....................................................................................... 69

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PROYECTO DE NORMA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS

Pág. 6.7

PERFILES HSS CUADRADOS, RECTANGULARES Y ELEMENTOS DE SECCIÓN CAJÓN ...................................................................................................... 70 6.7.1 6.7.2 6.7.3

6.8

PERFILES HSS DE SECCIÓN CIRCULAR.............................................................. 71 6.8.1 6.8.2

6.9

Fluencia ........................................................................................................... 71 Pandeo Local................................................................................................... 71

SECCIONES T Y ÁNGULOS DOBLES CARGADOS EN EL PLANO DE SIMETRÍA .................................................................................................................. 72 6.9.1 6.9.2 6.9.3 6.9.4

6.10

Fluencia ........................................................................................................... 70 Pandeo Local del Ala ...................................................................................... 70 Pandeo Local del Alma ................................................................................... 71

Fluencia ........................................................................................................... 72 Pandeo Lateral-Torsional ................................................................................ 72 Pandeo Local de Alas de Sección T ................................................................ 72 Pandeo Local de las almas de secciones T en flexo-compresión .................... 73

ÁNGULOS SIMPLES ................................................................................................. 74 6.10.1 Fluencia ........................................................................................................... 74 6.10.2 Pandeo Lateral-Torsional ................................................................................ 74 6.10.3 Pandeo Local del Ala ...................................................................................... 77

6.11

BARRAS CUADRADAS, RECTANGULARES Y REDONDAS ............................. 78 6.11.1 Fluencia ........................................................................................................... 78 6.11.2 Pandeo Lateral-Torsional ................................................................................ 78

6.12

SECCIONES ASIMÉTRICAS .................................................................................... 79 6.12.1 Fluencia ........................................................................................................... 79 6.12.2 Pandeo Lateral-Torsional ................................................................................ 79 6.12.3 Pandeo Local................................................................................................... 79

6.13

REQUISITOS DIMENSIONALES DE VIGAS ......................................................... 80 6.13.1 Reducciones de resistencia para elementos perforados en las alas en tracción: ...................................................................................................... 80 6.13.2 Relaciones límites de elementos con Sección I............................................... 80 6.13.3 Platabandas ..................................................................................................... 81 6.13.4 Vigas Armadas ................................................................................................ 82

CAPÍTULO 7 DISEÑO DE ELEMENTOS EN CORTE ............................................................................ 83 7.1 7.2

DISPOSICIONES GENERALES................................................................................ 83 ELEMENTOS CON ALMAS NO RIGIDIZADAS O RIGIDIZADAS ..................... 83 7.2.1 7.2.2

Resistencia en Corte ........................................................................................ 83 Rigidizadores Transversales ........................................................................... 85

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PROYECTO DE NORMA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS

Pág. 7.3

CAMPO DE TENSIONES .......................................................................................... 85 7.3.1 7.3.2 7.3.3

7.4 7.5 7.6 7.7 7.8

Límites en el uso del Campo de Tensiones ..................................................... 85 Resistencia en corte considerando el Campo de Tensiones ............................ 86 Rigidizadores Transversales ........................................................................... 86

ÁNGULOS SIMPLES ................................................................................................. 87 PERFILES HSS RECTANGULARES Y SECCIONES CAJÓN ............................... 87 PERFILES HSS CIRCULARES ................................................................................. 88 CORTE RESPECTO AL EJE MENOR EN PERFILES CON SIMETRÍA SIMPLE Y DOBLE ..................................................................................................... 88 VIGAS CON ABERTURAS EN EL ALMA .............................................................. 88

CAPÍTULO 8 ELEMENTOS SUJETOS A FUERZAS COMBINADAS Y TORSIÓN ........................... 89 8.1

ELEMENTOS CON SIMETRÍA SIMPLE Y DOBLE SUJETOS A FLEXIÓN Y CARGA AXIAL ...................................................................................................... 89 8.1.1 8.1.2 8.1.3

8.2 8.3

ELEMENTOS ASIMÉTRICOS Y OTROS SUJETOS A FLEXIÓN Y CARGA AXIAL ......................................................................................................................... 91 ELEMENTOS SUJETOS A TORSIÓN Y COMBINACIÓN DE TORSIÓN, FLEXIÓN, CORTE Y/O CARGA AXIAL ................................................................. 92 8.3.1 8.3.2 8.3.3

8.4

Elementos con simetría simple y doble sujetos a flexión y compresión ......... 89 Elementos con Simetría Simple y Doble sujetos a Flexión y Tracción .......... 90 Elementos Laminados Compactos con Simetría Doble en Flexión y Compresión respecto a un eje ......................................................................... 90

Perfiles HSS Redondos y Rectangulares Sujetos a Torsión............................ 92 Secciones tubulares sujetas a combinación de torsión, flexión, corte y/o carga axial ................................................................................................. 93 Elementos No Tubulares Sujetos a Torsión y Esfuerzos Combinados ........... 94

ROTURA DE ALAS CON PERFORACIONES SUJETAS A TRACCIÓN .............. 94

CAPÍTULO 9 DISEÑO DE ELEMENTOS COMPUESTOS ..................................................................... 96 9.1

DISPOSICIONES GENERALES................................................................................ 96 9.1.1 9.1.2 9.1.3 9.1.4

9.2

Concreto y acero de refuerzo .......................................................................... 96 Resistencia nominal de secciones compuestas................................................ 97 Limitaciones del material ................................................................................ 97 Clasificación de secciones compuestas rellenas por pandeo local .................. 98

FUERZA AXIAL ........................................................................................................ 99 9.2.1 9.2.2

Elementos compuestos embebidos.................................................................. 99 Elementos compuestos rellenos de concreto ................................................. 101

7

PROYECTO DE NORMA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS

Pág. 9.3

FLEXIÓN .................................................................................................................. 103 9.3.1 9.3.2 9.3.3 9.3.4

9.4

CORTE ...................................................................................................................... 107 9.4.1 9.4.2

9.5 9.6

Requisitos generales...................................................................................... 108 Asignación de carga ...................................................................................... 109 Mecanismos de transferencia de carga.......................................................... 109 Requisitos para detalles................................................................................. 111

DIAFRAGMAS COMPUESTOS Y VIGAS COLECTORAS ................................. 111 ANCLAJES DE ACERO........................................................................................... 111 9.8.1 9.8.2 9.8.3

9.9

Elementos compuestos rellenos y embebidos ............................................... 107 Vigas compuestas con planchas colaborantes ............................................... 108

COMBINACIÓN DE FUERZA AXIAL Y FLEXIÓN ............................................. 108 TRANSFERENCIA DE CARGA ............................................................................. 108 9.6.1 9.6.2 9.6.3 9.6.4

9.7 9.8

General .......................................................................................................... 103 Vigas Compuestas con anclajes de acero ...................................................... 103 Elementos compuestos embebidos................................................................ 106 Elementos compuestos rellenos .................................................................... 106

General .......................................................................................................... 111 Anclajes de acero en vigas compuestas ........................................................ 112 Anclajes de acero en elementos compuestos ................................................ 115

CASOS ESPECIALES .............................................................................................. 118

CAPÍTULO 10 DISEÑO DE CONEXIONES............................................................................................... 119 10.1

DISPOSICIONES GENERALES.............................................................................. 119 10.1.1 Bases de diseño ............................................................................................. 119 10.1.2 Conexiones Simples ...................................................................................... 119 10.1.3 Conexiones de Momento .............................................................................. 119 10.1.4 Elementos en Compresión con Juntas de Aplastamiento .............................. 120 10.1.5 Empalmes en Secciones Pesadas .................................................................. 120 10.1.6 Agujeros de Acceso a la Soldadura............................................................... 120 10.1.7 Colocación de Soldaduras y Pernos .............................................................. 122 10.1.8 Pernos en Combinación con Soldaduras ....................................................... 122 10.1.9 Pernos de Alta Resistencia en Combinación con Remaches ........................ 122 10.1.10 Limitaciones en Conexiones Empernadas y Soldadas .................................. 122

10.2

SOLDADURAS ........................................................................................................ 123 10.2.1 10.2.2 10.2.3 10.2.4 10.2.5 10.2.6 10.2.7

Soldaduras Acanaladas ................................................................................. 123 Soldadura de Filete ....................................................................................... 125 Soldadura de Ranura y Tapón ....................................................................... 127 Resistencia .................................................................................................... 128 Combinación de Soldaduras ......................................................................... 132 Requisitos del Metal del Electrodo ............................................................... 132 Metal de Soldadura Mezclado ...................................................................... 133

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PROYECTO DE NORMA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS

Pág. 10.3

PERNOS Y PIEZAS ROSCADAS ........................................................................... 133 10.3.1 Pernos de Alta Resistencia ............................................................................ 133 10.3.2 Tamaño y Uso de los agujeros ...................................................................... 136 10.3.3 Espaciamiento Mínimo ................................................................................. 137 10.3.4 Distancia Mínima al Borde ........................................................................... 137 10.3.5 Distancia Máxima a los Bordes y Espaciamiento Máximo .......................... 139 10.3.6 Resistencia en Tracción y Corte de Pernos y Elementos Roscados .............. 139 10.3.7 Combinación de Tracción y Corte en Conexiones Tipo Aplastamiento ....... 140 10.3.8 Pernos de Alta Resistencia en Conexiones de Deslizamiento Crítico .......... 140 10.3.9 Tracción y Corte Combinados en Conexiones de Deslizamiento Crítico ..... 142 10.3.10 Resistencia al Aplastamiento en Agujeros de Pernos ................................... 142 10.3.11 Conectores Especiales ................................................................................... 143 10.3.12 Conectores en Tracción................................................................................. 143

10.4

COMPONENTES AFECTADOS DE ELEMENTOS Y COMPONENTES DE CONEXIONES .......................................................................................................... 143 10.4.1 10.4.2 10.4.3 10.4.4 10.4.5

10.5

Resistencia de componentes en tracción ....................................................... 143 Resistencia de Componentes en Corte .......................................................... 144 Resistencia de Bloque de Cortante................................................................ 144 Resistencia de Componentes en Compresión ............................................... 144 Resistencia de Componentes en Flexión ....................................................... 145

PLANCHAS DE RELLENO ..................................................................................... 145 10.5.1 Planchas de relleno en Conexiones Soldadas ............................................... 145 10.5.2 Planchas de Relleno en Conexiones Empernadas ......................................... 145

10.6

EMPALMES.............................................................................................................. 146 10.6.1 Vigas ............................................................................................................. 146 10.6.2 Columnas ...................................................................................................... 146

10.7 10.8 10.9 10.10

RESISTENCIA AL APLASTAMIENTO ................................................................. 147 BASES DE COLUMNA Y APLASTAMIENTO EN CONCRETO ........................ 147 PERNOS DE ANCLAJE ........................................................................................... 148 ALAS Y ALMAS CON CARGAS CONCENTRADAS .......................................... 149 10.10.1 Flexión Local del Ala.................................................................................... 149 10.10.2 Fluencia Local del Alma ............................................................................... 150 10.10.3 Aplastamiento Local del Alma ..................................................................... 151 10.10.4 Pandeo Lateral del Alma ............................................................................... 151 10.10.5 Pandeo en Compresión del Alma .................................................................. 153 10.10.6 Corte en la Zona Panel del Alma .................................................................. 153 10.10.7 Extremos no Aporticados de Vigas ............................................................... 154 10.10.8 Requisitos Adicionales de los Rigidizadores para Cargas Concentradas ..... 154 10.10.9 Requisitos Adicionales para las Planchas de Refuerzo del Alma para Cargas Concentradas ............................................................................. 155

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PROYECTO DE NORMA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS

Pág. CAPÍTULO 11 DISEÑO DE CONEXIONES DE ELEMENTOS TUBULARES .................................... 156 11.1

FUERZAS CONCENTRADAS EN ELEMENTOS TUBULARES ......................... 156 11.1.1 Definición de Parámetros .............................................................................. 156 11.1.2 HSS Redondos .............................................................................................. 156 11.1.3 HSS Rectangulares........................................................................................ 158

11.2

CONEXIONES DE ARMADURAS HSS a HSS ...................................................... 160 11.2.1 Definición de Parámetros .............................................................................. 161 11.2.2 HSS Redondos .............................................................................................. 162 11.2.3 HSS Rectangulares........................................................................................ 163

11.3

CONEXIONES DE MOMENTO HSS a HSS........................................................... 167 11.3.1 Definición de Parámetros .............................................................................. 167 11.3.2 HSS Redondos .............................................................................................. 168 11.3.3 HSS Rectangulares........................................................................................ 169

11.4

SOLDADURA DE PLANCHAS Y RAMAS A HSS RECTANGULARES ............ 170

CAPÍTULO 12 DISEÑO PARA CONDICIONES DE SERVICIO ............................................................ 175 12.1 12.2 12.3 12.4 12.5 12.6 12.7 12.8

GENERAL ................................................................................................................. 175 CONTRAFLECHA ................................................................................................... 175 DEFLEXIONES ........................................................................................................ 175 DESPLAZAMIENTOS LATERALES ..................................................................... 176 VIBRACIONES ........................................................................................................ 176 MOVIMIENTO INDUCIDO POR EL VIENTO ...................................................... 176 EXPANSIÓN Y CONTRACCIÓN ........................................................................... 176 DESLIZAMIENTO EN LAS CONEXIONES .......................................................... 176

CAPÍTULO 13 DISEÑO SÍSMICO............................................................................................................... 177 13.1 13.2 13.3

MATERIALES .......................................................................................................... 177 RESISTENCIA ESPERADA EN EL MATERIAL .................................................. 177 MATERIAL DE APORTE PARA SOLDADURA ................................................... 178 13.3.1 Soldaduras para sistemas resistentes a sismo ................................................ 178 13.3.2 Soldaduras de demanda critica...................................................................... 178

13.4

REQUISITOS GENERALES DE DISEÑO .............................................................. 179 13.4.1 13.4.2 13.4.3 13.4.4

Tipos de sistemas estructurales ..................................................................... 179 Requisitos Generales ..................................................................................... 179 Requisitos Adicionales.................................................................................. 179 Análisis No Lineal ........................................................................................ 180

10

PROYECTO DE NORMA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS

Pág. 13.5

SISTEMAS ESTRUCTURALES .............................................................................. 180 13.5.1 13.5.2 13.5.3 13.5.4

13.6

Sistemas de Pórticos y clasificación de ductilidad ........................................ 180 Relación Ancho/Espesor en compresión....................................................... 180 Sistemas de arriostramiento para vigas ......................................................... 183 Clasificación de sistemas estructurales ......................................................... 186

PÓRTICOS RESISTENTES A MOMENTO ............................................................ 187 13.6.1 Pórticos Ordinarios Resistentes a Momento (OMF) ..................................... 187 13.6.2 Pórticos Intermedios Resistentes a Momento (IMF) .................................... 188 13.6.3 Pórticos Especiales Resistentes a Momento (SMF) ...................................... 190

13.7

PÓRTICOS ARRIOSTRADOS (BMF) .................................................................... 196 13.7.1 Pórticos Ordinarios con Arriostres Concéntricos (OCBF)............................ 196 13.7.2 Pórticos Especiales con Arriostres Concéntricos (SCBF) ............................ 197 13.7.3 Pórticos con Arriostres Excéntricos (EBF) ................................................... 201

CAPÍTULO 14 FABRICACIÓN, PROTECCION ANTICORROSIVA, MONTAJE Y CONTROL DE CALIDAD .................................................................................................. 210 14.1 14.2

PLANOS DE TALLER ............................................................................................. 210 FABRICACIÓN ........................................................................................................ 210 14.2.1 14.2.2 14.2.3 14.2.4 14.2.5 14.2.6 14.2.7 14.2.8

14.3

PROTECCION ANTICORROSIVA ......................................................................... 231 14.3.1 14.3.2 14.3.3 14.3.4 14.3.5 14.3.6 14.3.7 14.3.8 14.3.9

14.4

Contraflecha, Curvado y Enderezado ........................................................... 210 Corte Térmico ............................................................................................... 210 Alisado de Bordes ......................................................................................... 213 Construcción Soldada ................................................................................... 214 Construcciones Empernadas ......................................................................... 227 Juntas de Compresión ................................................................................... 228 Tolerancias Dimensiónales ........................................................................... 228 Acabado de Bases de Columna ..................................................................... 230

Requisitos generales...................................................................................... 231 Clasificación de ambientes ........................................................................... 232 Consideraciones de diseño ............................................................................ 233 Preparacion superficial.................................................................................. 234 Sistemas de pinturas ...................................................................................... 234 Superficies Inaccesibles ................................................................................ 241 Superficies en Contacto ................................................................................ 241 Superficies Acabadas por Maquinado........................................................... 242 Superficies Adyacentes a las Soldaduras en Obra ........................................ 242

MONTAJE................................................................................................................. 243 14.4.1 14.4.2 14.4.3 14.4.4 14.4.5

Método de Montaje ....................................................................................... 243 Condiciones del Lugar de la Obra................................................................. 243 Cimentaciones ............................................................................................... 243 Ejes de Edificación y Puntos de Nivel de Referencia ................................... 243 Instalación de Pernos de Anclaje y Otros ..................................................... 243

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PROYECTO DE NORMA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS

Pág. 14.4.6 Material de Conexión de Campo .................................................................. 244 14.4.7 Apoyos Temporales de la Estructura de Acero ............................................. 245 14.4.8 Tolerancias de la Estructura .......................................................................... 246 14.4.9 Corrección de Errores ................................................................................... 248 14.4.10 Manipulación y Almacenamiento ................................................................. 248 14.5

CONTROL DE CALIDAD ....................................................................................... 248 14.5.1 14.5.2 14.5.3 14.5.4

Cooperación .................................................................................................. 248 Rechazos ....................................................................................................... 248 Inspección de la Soldadura. .......................................................................... 249 Inspección de Conexiones con Pernos de Alta Resistencia de Deslizamiento Crítico. .................................................................................. 253 14.5.5 Identificación de la Calidad del Material ...................................................... 253

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PROYECTO DE NORMA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS

CAPÍTULO 1 CONSIDERACIONES GENERALES Este capítulo establece el alcance de la norma, sus límites de aplicabilidad, provee requisitos de los materiales y condiciones de diseño. El capítulo está organizado de la siguiente manera: 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.1

Alcance Límites de Aplicabilidad Material Cargas y Combinaciones de Carga Bases de Diseño Referencia a Códigos y Normas Documentos de Diseño

ALCANCE Esta norma comprende el diseño, fabricación y montaje de estructuras metálicas de acero para edificaciones. Su obligatoriedad se reglamenta en la Norma G.010 CONSIDERACIONES BÁSICAS del Reglamento Nacional de Edificaciones y su ámbito de aplicación comprende todo el territorio nacional. Las exigencias de esta norma se consideran mínimas. Esta norma debe emplearse en conjunto con las normas del Reglamento Nacional de Edificaciones vigentes a la fecha de su aplicación. Esta norma acepta los criterios del método de Factores de Carga y Resistencia (LRFD) y el método de Esfuerzos Admisibles (ASD). El Capitulo 13 de esta norma contiene disposiciones para el diseño y la fabricación de los elementos de acero de las estructuras para las cuales se han determinado las fuerzas sísmicas de diseño, utilizando los coeficientes de reducción de fuerza sísmica (R) especificados en la Norma E.030 Diseño Sismorresistente.

1.2

LÍMITES DE APLICABILIDAD

1.2.1

Definición de Acero Estructural En la presente norma, el término acero estructural se refiere a aquellos elementos de acero de sistemas estructurales de pórticos y reticulados que son parte esencial para soportar las cargas de diseño. Se entiende como este tipo de elementos a: vigas, columnas, puntales, bridas, montantes y otros que intervienen en el sistema estructural de los edificios de acero. Para el diseño de secciones dobladas en frío o perfiles plegados se debe utilizar las normas del American Iron and Steel Institute (AISI). 13

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1.2.2

Tipos de Construcción Tres son los tipos de construcciones aceptables bajo los alcances de esta norma: Tipo 1, comúnmente denominado pórtico rígido (pórtico continuo), el cual asume que las conexiones entre vigas y columnas son suficientemente rígidas para mantener sin cambios los ángulos entre elementos que se interceptan. Tipo 2, conocido como pórtico simple (no restringido), que asume una condición de apoyo simple en sus extremos mediante conexiones sólo por corte y que se encuentran libres de rotar por cargas de gravedad. Tipo 3, denominado pórtico semirrígido (parcialmente restringido) que asume que las conexiones entre elementos poseen cierta capacidad conocida de rotación, que se encuentra entre la conexión rígida del Tipo 1 y la conexión simple del Tipo 2. El diseño de las conexiones se efectua de acuerdo con el Capítulo 10 CONEXIONES y el Capítulo 11 DISEÑO DE CONEXIONES DE ELEMENTOS TUBULARES, debe ser consistente con lo asumido en cada tipo de sistema estructural, y debe plasmarse en los planos de diseño. En los apoyos, las vigas y armaduras deben tener restringida la rotación alrededor de su eje longitudinal a menos que se muestre por un análisis que la restricción no es necesaria. Las construcciones de edificios del Tipo 2 deben cumplir que: a. Las conexiones y los elementos conectados son adecuados para resistir las cargas de gravedad como vigas simplemente apoyadas. b. Las conexiones y elementos conectados son adecuados para resistir las cargas laterales. c. Las conexiones tienen una adecuada capacidad de rotación inelástica que evita sobrecargar a los conectores o soldaduras frente a la acción combinada de fuerzas horizontales y de gravedad. En el análisis de la estructura de las construcciones semirrígidas del Tipo 3 debe incluirse las características fuerza-deformación de la conexión. Las características de respuesta de una conexión semirrígida deben estar documentadas en la literatura técnica o deben establecerse por medios analíticos o experimentales.

1.3

MATERIAL El fabricante de la estructura es responsable de contar con los resultados de inspección y ensayos de los materiales o productos, realizados en el Perú, antes de su utilización. La inspección y ensayos deben ser realizados de acuerdo a los requisitos de la norma técnica peruana o especificación aplicable, mencionados en los numerales 1.3.1.1, 1.3.2, 1.3.3, 1.3.4, 1.3.5 y 1.3.6 para aquellos materiales o productos que correspondan. Si al usar una norma técnica peruana hay un requerimiento suplementario no contemplado, se pueden utilizar las normas ASTM, AWS, ANSI aplicables.

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La evidencia de conformidad del producto se expresa con resultados de inspección y ensayos realizados en el Perú, por organismos de evaluación de la conformidad acreditados por el Instituto Nacional de Calidad (INACAL), reportados en un Informe de Ensayo (NTP-ISO/IEC 17025), o en un Certificado/Informe de Inspección (NTP-ISO/IEC 17020), o en un Certificado de Conformidad de Producto (NTP-ISO/IEC 17065). De no existir organismos de evaluación de la conformidad acreditados en el Perú para un ensayo especifico, se aceptan los reportes emitidos por laboratorios acreditados en otros países que tengan un acuerdo multilateral con el INACAL, adjuntando un documento emitido por el INACAL indicando que tales organismos de evaluación de la conformidad no existen en el Perú. 1.3.1

Acero Estructural

1.3.1.1 Designaciones de normas Bajo esta norma, se aprueba el uso del material que cumpla con: Normas Técnicas Peruanas (NTP) CODIGO NTP 350.400 NTP 350.404

NTP 350.407

NTP 350.408

NTP 350.414 NTP 350.416

NTP 350.405

NTP 341.031

NTP 339.186

TITULO PRODUCTOS DE ACERO. Aceros estructurales al carbono. Especificaciones. PRODUCTOS DE ACERO. Tubos estructurales de acero al carbono, conformados en frío, con costura (electrosoldado) y sin costura, redondos y de otras secciones. Requisitos. PRODUCTO DE ACERO. Acero estructural de alta resistencia de baja aleación al niobio-vanadio. Especificaciones. PRODUCTOS DE ACERO. Acero estructural para puentes. Requisitos.

REFERENCIA ASTM A36/A36M ASTM A500.

ASTM A572/572M

ASTM A709 Grado 36, 50, 50W, 70W, 100 y 100W PRODUCTOS DE ACERO. Perfiles de ASTM A992/A992M acero estructural. Requisitos. PRODUCTOS DE ACERO. Requisitos ASTM A6, generales de productos de acero estructural ASTM A568 laminado en caliente. PRODUCTOS DE ACERO. Metodos de ASTM A370 ensayos normalizados y definiciones para ensayos mecanicos. PRODUCTOS DE ACERO. Barras de ASTM A615 Grado 60 acero al carbono corrugadas, para refuerzo de concreto armado. Requisitos. PRODUCTOS DE ACERO. Barras de ASTM A706 Grado 60 acero de baja aleación, soldables y corrugadas para refuerzo de concreto armado. Requisitos.

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Normas Técnicas ASTM CODIGO ASTM A53/A53M, Gr. B. ASTM A283/A283M ASTM A242/A242M ASTM A501 ASTM A514/514M ASTM A529/529M. ASTM A588/588M

ASTM A606

ASTM A618

ASTM A847/A847M

ASTM A852/852M

ASTM A913/A913M

ASTM A1043/A1043M.

ASTM A1011/1011M (Reemplaza al ASTM A570, grado 275, 310 y 345)

TITULO Tubos redondos de acero, negros y galvanizados, soldados y sin costura. Planchas de acero al carbono de baja y media resistencia a la tracción. Acero de alta resistencia y baja aleación. Tubos estructurales de acero al carbono, formados en caliente, soldados y sin costura. Planchas de acero aleado, templado y revenido, de alta resistencia, adecuadas para soldadura. Acero al Carbono – Manganeso, de alta resistencia, de calidad estructural Acero estructural de alta resistencia y baja aleación, con un límite de fluencia mínimo de 345 MPa, de hasta 100 mm de espesor. Planchas y flejes de acero de alta resistencia y baja aleación, laminadas en caliente y laminadas en frío, con resistencia mejorada a la corrosión atmosférica. Tubos estructurales de alta resistencia y baja aleación, soldados y sin costura, formados en caliente. Tubería estructural de baja aleación, de alta resistencia con costura y sin costura formada en frío, con resistencia a la corrosión atmosférica mejorada. Planchas de acero estructural de baja aleación, templado y revenido, con límite de fluencia mínimo de 485 MPa, de hasta 100 mm de espesor. Perfiles de acero de baja aleación y alta resistencia, de calidad estructural producida por el proceso de templado y revenido (QST). Acero estructural con baja relación entre los esfuerzos de fluencia y resistencia a la tracción para uso de edificaciones. Planchas y bobinas laminadas en caliente de aceros al carbono estructural (SS), de baja aleación y alta resistencia (HSLAS), con trabajabilidad mejorada y de alta resistencia (HSLAS-F).

1.3.1.2 Acero no Identificado Se permite el uso de acero no identificado con la aprobación del Supervisor, si su superficie se encuentra libre de imperfecciones de acuerdo con los criterios establecidos en la NTP 350.416, en elementos o detalles de menor importancia (como separadores en armaduras, lainas y otros similares), donde las propiedades físicas precisas y su soldabilidad no afecten la resistencia ni la seguridad de la estructura.

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1.3.1.3 Perfiles Pesados Las secciones laminadas de la NTP 350.416 con un espesor de ala que exceda de 50 mm se consideran como perfiles pesados. Para los perfiles pesados que se usen como elementos sujetos a esfuerzos primarios de tracción debido a tracción o flexión, no se necesita especificar la tenacidad si los empalmes son empernados. Si tales elementos son empalmados con soldadura de penetración total, el acero especificado debe ser suministrado con ensayos de impacto Charpy de entalle en V de acuerdo con la NTP 350.416. El ensayo de impacto debe alcanzar un valor promedio mínimo de 27 J de energía absorbida a +20°C y es realizado de acuerdo con la NTP 350.405, con las siguientes excepciones: a. El eje longitudinal central de la probeta esta situado tan cerca como sea práctico a la mitad entre la superficie interna del ala y el centro del espesor del ala en la intersección con la mitad del espesor del alma. b. Los ensayos son realizados por el fabricante en material seleccionado de la parte superior de cada lingote o parte de lingote usado para fabricar el producto representado por estos ensayos.

Nota.-

1. El entalle para cualquiera de las probetas puede estar en cualquier lado de la línea central de la viga.

2. Cuando se empleen estructuras en las que se aplica el Capítulo 13 de esta norma se aplican las condiciones anteriores de este numeral cuando el espesor del ala exceda 38 mm.

Para las planchas con espesores mayores de 50 mm, que se usen para construir secciones armadas con empalmes empernados y sujetos a esfuerzos primarios de tracción debido a tracción o flexión, no se necesita especificar la tenacidad del material. Si tales secciones son empalmadas usando soldadura de penetración total, el acero especificado es suministrado con ensayos de impacto Charpy de entalle en V de acuerdo con la NTP 350.416. El ensayo de impacto es realizado por el fabricante de acuerdo a la NTP 350.405 y debe alcanzar un valor promedio mínimo de 27 J de energía absorbida a +20ºC. Los requisitos suplementarios indicados anteriormente también se aplican cuando se usan juntas soldadas de penetración total en todo el espesor de perfiles de los Grupos 4 y 5 de la NTP 350.416 y secciones armadas con espesores mayores de 50 mm en conexiones sujetas a esfuerzos primarios de tracción debido a tracción o flexión de tales elementos. Los requisitos no necesitan aplicarse a perfiles de los Grupos 4 y 5 de la NTP 350.416 y secciones armadas con espesores mayores de 50 mm a los cuales se conectan elementos diferentes que los perfiles de los Grupos 4 y 5 de la NTP 350.416 y secciones armadas por

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medio de juntas soldadas de penetración total en todo el espesor del material más delgado a la cara del material más grueso. 1.3.2

Fundiciones y Piezas Forjadas de Acero El acero fundido debe cumplir el ASTM A216/A216M, Grado WCB y con el requisito S11. Las piezas forjadas de acero al carbono y de aleación para uso industrial general, deben cumplir el ASTM A668/A668M.

1.3.3

Pernos, Arandelas y Tuercas Deben cumplir una de las siguientes Normas Técnicas ASTM a. Tuercas de acero al carbono y de aleación para pernos para servicio de alta presión y alta temperatura, ASTM A194/194M. b. Pernos y pernos de cortante de acero al carbono, de resistencia a la tracción 414 MPa, ASTM A307. c. Pernos estructurales, de acero, tratados térmicamente, de resistencia mínima a la tracción 830/725 MPa, ASTM A325/A325M. d. Pernos, vástagos y otros conectores roscados externamente, ASTM A354 e. Pernos enroscados, pernos c/tuerca y tornillos de acero tratado térmicamente, de resistencia a la tracción mínima 120/105/90 ksi, ASTM A449. f. Pernos estructurales de acero tratado térmicamente, de resistencia mínima a la tracción 1040 MPa, ASTM A490M. g. Tuercas de aceros al carbono y aceros aleados, ASTM A563. h. Tuercas de aceros al carbono y aceros aleados (Métrico), ASTM A563M. i. Arandelas de acero endurecido, ASTM F436. j. Arandelas de aceros templados, ASTM F436M. k. Arandelas de acero, planos, sin templar para uso general, ASTM F844. l. Pernos estructurales de alta resistencia, de acero al carbono y acero aleado, tratados térmicamente, de resistencia mínima a la tracción 830 MPa y 1040 MPa, ASTM F3125. Los pernos ASTM A449 son permitidos solamente en conexiones con diámetros de pernos mayores de 33 mm, y no se usan en conexiones de deslizamiento crítico.

1.3.4

Pernos de Anclaje y Varillas Roscadas Bajo esta norma, se aprueba el uso del material que cumpla con:

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Normas Técnicas Peruanas NTP CODIGO TITULO NTP 350.400 PRODUCTOS DE ACERO. Aceros estructurales al carbono. Especificaciones. NTP 350.407 PRODUCTO DE ACERO. Acero estructural de alta resistencia de baja aleación al niobio-vanadio. Especificaciones.

REFERENCIA ASTM A36/A36M (AASHTO M270 Grado 36). ASTM A572/572M (AASHTO M270 Grado 50).

Normas Técnicas ASTM CODIGO TITULO ASTM A193/193M Materiales para pernos de acero de aleación e inoxidable para servicio de alta temperatura ASTM A354 Pernos, pernos de cortante y otros conectores roscados externamente, de acero de aleación, templado y revenido. ASTM A449 Pernos de cabeza hexagonal y vástagos de acero, tratado térmicamente de resistencia a la tracción mínima de 120/105/90 ksi, para usos generales ASTM A588/588M Acero estructural de alta resistencia y baja aleación, con (AASHTO M270 un límite de fluencia mínimo de 345 MPa, de hasta Grado 50W) 100 mm de espesor. ASTM F1554 Pernos de anclaje, de acero, de esfuerzo de fluencia de 36, 55 y 105 ksi. El acero de calidad ASTM A449 es aceptable para pernos de anclaje de alta resistencia y varillas roscadas de cualquier diámetro. Las roscas en pernos y varillas deben cumplir las series estándar unificadas de ANSI B18.1 y tienen tolerancias de la clase 2A. Se permite el uso como pernos de anclaje de los pernos de acero que estén de acuerdo a otras provisiones del presente numeral. 1.3.5

Metal de Aporte y Fundente para el Proceso de Soldadura Los electrodos y fundentes para soldadura deben cumplir con algunas de las siguientes especificaciones de la American Welding Society (AWS): a. AWS A5.1, Especificación para electrodos de acero al carbono para soldadura de arco metálico sumergido. b. AWS A5.5, Especificación para electrodos de baja aleación para soldadura de arco metálico sumergido. c. AWS A5.17, Especificación para electrodos y fundentes de acero al carbono para soldadura de arco sumergido. d. AWS A5.18, Especificación para metales de aporte de acero al carbono para soldadura de arco con atmósfera protegida.

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e. AWS A5.20, Especificación para electrodos de acero al carbono para soldadura de arco con alambre tubular. f. AWS A5.23/A5.23M, Especificación para electrodos y fundentes de acero de baja aleación para soldadura de arco sumergido. g. AWS A5.28, Especificación para metales de aporte de aceros de baja aleación para soldadura de arco con atmósfera protegida. h. AWS A5.29, Especificación para electrodos de acero de baja aleación para soldadura de arco con alambre tubular. i. AWS A5.26/A5.26M, Especificación estándar para electrodos de acero al carbono y de baja aleación para soldadura de electrogas. Deben seleccionarse electrodos (metal de aporte) adecuados para el uso propuesto. La tenacidad en entalles del metal de la soldadura generalmente no es crítica para la construcción de edificios. 1.3.6

Conectores de Pernos de Cortante Los conectores de pernos de cortante de acero deben cumplir los requisitos de la Norma Structural Welding Code - Steel, AWS D1.1.

1.4

CARGAS Y COMBINACIONES DE CARGA Las cargas nominales son las cargas mínimas de diseño establecidas en la Norma E.020 CARGAS.

1.4.1

Cargas, Factores de Carga y Combinación de Cargas Se consideran las siguientes cargas nominales:

D : Carga muerta debida al peso propio de los elementos y los efectos L : Lr :

W : S :

E : R :

permanentes sobre la estructura. Carga viva debida al mobiliario y ocupantes. Carga viva en las azoteas. Carga de viento. Carga de nieve. Carga de sismo de acuerdo a la Norma SISMORRESISTENTE. Carga por lluvia o granizo.

E.030

DISEÑO

La resistencia requerida de la estructura y sus elementos es determinada para la adecuada combinación crítica de cargas de este numeral. El efecto crítico puede ocurrir cuando una o más cargas no estén actuando. Para la aplicación del método LRFD, las siguientes combinaciones son investigadas: 1,4D 1,2D + 1,6L + 0,5(Lr ó S ó R) 1,2D + 1,6(Lr ó S ó R) + (0,5L ó 0,8W) 1,2D + 1,3W + 0,5L + 0,5(Lr ó S ó R) 1,2D ± 1,0E + 0,5L + 0,2S 0,9D ± (1,3W ó 1,0E)

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(1.4 -1) (1.4 -2) (1.4 -3) (1.4 -4) (1.4 -5) (1.4 -6)

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En las combinaciones 1.4-3, 1.4-4 y 1.4-5 el factor de cargas para L se considera como 1,0 en el caso de estacionamientos, auditorios y todo lugar donde la carga viva es mayor a 4800 Pa. Para la aplicación del método ASD las siguientes combinaciones son investigadas: D D + L + (Lr ó S ó R) D ± (W ó 0,7E) D + 0,75L + 0,75Lr ± 0,75(W ó 0,7E) 0,6D ± (W ó 0,7E) 1.4.2

(1.4 -7) (1.4 -8) (1.4 -9) (1.4 -10) (1.4 -11)

Impacto En el caso de estructuras que soporten carga viva que produce impacto, debe considerarse un incremento en la carga viva nominal debido a este efecto. En el caso del método LRFD, este incremento se aplica en las Combinaciones 1.4-2 y 1.4-3 y en el caso del método ASD, este incremento se aplica en las combinaciones 1.4-8 y 1.4-10. Si no hay indicación en contrario, los incrementos son los siguientes: a. b. c. d. e. f.

1.4.3

Para apoyos de ascensores :100% Para apoyos de maquinaria liviana accionada por ejes o motores : 20% Para apoyos de máquinas reciprocantes : 50% Para tirantes que soportan pisos y voladizos : 33% Para vigas de puentes grúas con cabina de operador y sus conexiones : 25% Para vigas de puentes grúas con control colgante y sus conexiones : 10%

Fuerzas Horizontales en Puentes Grúa La fuerza lateral nominal en la vía del puente grúa que se genera por el movimiento del polipasto no debe ser menor al 20% de la suma del peso izado y del peso del polipasto, no debe incluirse el peso de otras partes de la grúa. Esta fuerza debe aplicarse en la parte superior de los rieles actuando en la dirección normal al desplazamiento del puente grúa, y se distribuye considerando la rigidez lateral de la estructura que soporta los rieles. La fuerza longitudinal nominal tiene un valor mínimo de 10% de las máximas cargas de rueda de la grúa aplicada en la parte alta del riel, a menos que se especifique otra cosa.

1.5

BASES DE DISEÑO

1.5.1

Resistencia Requerida La resistencia requerida de los elementos estructurales y sus conexiones se determina mediante un análisis estructural para las cargas que actúan sobre la estructura, combinadas como se indica en 1.4.

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Se permite que el diseño se haga empleando un análisis elástico o análisis inelástico (análisis plástico), excepto que el diseño para análisis inelástico se permite sólo para aceros con un esfuerzo de fluencia especificado que no exceda de 450 MPa. Las vigas con secciones compactas, como se define en 2.5.1, y que son continuas sobre sus apoyos o rígidamente unidas a las columnas, pueden tener un análisis inelástico. En el análisis inelástico se permite la redistribución de fuerzas y momentos en los elementos y sus conexiones como consecuencias de fluencias localizadas. Esto no se aplica al diseño sísmico. 1.5.2

Estados Límites El diseño de una estructura debe asegurar que ningún estado límite pertinente sea excedido por la aplicación de las combinaciones de cargas externas. Los estados límites de resistencia están relacionados con la seguridad y tratan de la capacidad de carga máxima. Los estados límites de servicio están relacionados con el comportamiento frente a cargas normales de servicio.

1.5.3

Diseño por Condiciones de Resistencia Para el método LRFD la resistencia de diseño de cada sistema o componente estructural debe ser igual o mayor a la resistencia requerida por las combinaciones de cargas de 1.4.1. La resistencia de diseño Rn para cada estado límite se calcula multiplicando la resistencia nominal Rn por el factor de resistencia . La resistencia requerida se determina para cada combinación de carga aplicable como se indica en 1.4. Las resistencias nominales Rn y factores de resistencia  se presentan en los Capítulos 4 a 11.

1.5.4

Diseño para Condiciones de Servicio La estructura como un todo y sus elementos individuales, conexiones y conectores deben ser verificados por condiciones de servicio de acuerdo con las recomendaciones del Capítulo 12 DISEÑO PARA CONDICIONES DE SERVICIO.

1.6

REFERENCIA A CÓDIGOS Y NORMAS Esta norma hace referencia a la última versión de los siguientes documentos: Reglamento Nacional de Edificaciones: Norma E.020 CARGAS Norma E.030 DISEÑO SISMORRESISTENTE Norma E.060 CONCRETO ARMADO Norma G.050 SEGURIDAD DURANTE LA CONSTRUCCIÓN Norma A.130 REQUISITOS DE SEGURIDAD

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American Concrete Institute ACI 318 Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary Normas Técnicas Peruanas NTP 339.186 NTP 341.031 NTP 341.082 NTP 341.083 NTP 341.124 NTP 341.140 NTP 350.071 NTP 350.072 NTP 350.400 NTP 350.404 NTP 350.408 NTP 350.414 NTP 400.011 NTP 400.053 American Society for Testing and Materials ASTM A27 ASTM A148 ASTM A216/A216M ASTM A307 ASTM A490 ASTM A514/A514M ASTM A570 ASTM A607 ASTM A673 ASTM A852/A852M ASTM A1043/A1043M ASTM E709 ASTM F844

NTP 341.081 NTP 341.123 NTP 350.070 NTP 350.077 NTP 350.407 NTP 350.416 NTP 350.406

ASTM A53/A53M ASTM A193/A193M ASTM A242/A242M ASTM A325/A325M ASTM A501 ASTM A529/A529M ASTM A588/A588M ASTM A618 ASTM A687 ASTM A913/A913M ASTM E165 ASTM F436 ASTM F1554

ASTM A123 ASTM A194/A194M ASTM A283/A283M ASTM A354 ASTM A502 ASTM A568/ A568M ASTM A606 ASTM A668 ASTM A847/A847M ASTM A1011/A1011M ASTM E415 ASTM F436M ASTM F3125

AWS A5.1 AWS A5.18 AWS A5.28

AWS A5.5 AWS A5.20 AWS A5.29

American Welding Society AWS D.1.1 AWS A5.17 AWS A5.23

Research Council on Structural Connections Especificaciones para juntas estructurales usando pernos de alta resistencia. American Iron and Steel Institute North American Specification for the Design of Cold-Formed Steel Structural Members. American Institute of Steel Construction Código de Práctica Estándar para edificios y puentes de acero Requisitos sísmicos para edificios de acero estructural. Especificación para el diseño por el método LRFD de elementos de un sólo ángulo. AISC 341 AISC 358 Otras normas ISO 2808 ASCE/SEI 7

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1.7

DOCUMENTOS DE DISEÑO Los documentos de diseño están constituidos como mínimo por planos y especificaciones técnicas.

1.7.1

Planos Los planos deben mostrar los detalles completos del diseño con secciones y la ubicación relativa de los diferentes elementos. Deben indicarse los niveles de entrepiso y los centros de columna. Los planos deben dibujarse en una escala lo suficientemente grande como para mostrar claramente toda la información. Deben indicar el tipo o tipos de construcción definida en 1.2.2, los detalles de todas las conexiones típicas y la información necesaria para la preparación de los planos de taller. Donde las conexiones sean empernadas debe indicarse su tipo (aplastamiento, de deslizamiento crítico o de tracción). En los planos, se debe añadir una nota que indique que la calidad de los materiales, la fabricación, el montaje, el aseguramiento y el control de calidad de las estructuras deben cumplir los requisitos mínimos indicados en la presente norma.

1.7.2

Especificaciones Técnicas Las Especificaciones Técnicas elaboradas por el proyectista deben indicar en forma precisa: las características mecánicas y químicas de los materiales según el artículo 1.3, el tipo de habilitación de los materiales que conforman la estructura, el sistema de protección anticorrosiva a usar, y de ser necesario los procedimientos sugeridos para su montaje. Deben indicar también las tolerancias, pruebas, e inspecciones a los que deben someterse los elementos, una vez montada la estructura.

1.7.3

Simbología y Nomenclatura Los símbolos para soldadura e inspección que se empleen en los planos del proyecto y en los de taller son los de la American Welding Society (AWS). Para condiciones especiales no cubiertas por los símbolos de AWS es permitido el empleo de otros símbolos, siempre que figure en los planos una explicación completa de ellos.

1.7.4

Notas para la Soldadura Las longitudes de soldadura que figuren en los planos deben ser las longitudes netas.

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CAPÍTULO 2 REQUISITOS DE DISEÑO Este capítulo contiene los requisitos comunes a toda la norma. El capítulo está organizado de la siguiente manera: 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.1

Área bruta Área neta Área neta efectiva para elementos en tracción Estabilidad Pandeo local Restricciones de rotación en puntos de apoyo Relaciones de esbeltez límite Tramos simplemente apoyados Restricción de apoyo Diseño por fatiga

ÁREA BRUTA El área bruta Ag de la sección de un elemento es el área total de la sección recta, se determina mediante la suma de los productos del espesor por el ancho total de cada componente de la sección, medido en un plano perpendicular al eje del elemento. Para los ángulos, el ancho total es la suma de los anchos de los lados menos el espesor.

2.1.1

Espesor de diseño para perfiles HSS El espesor de diseño, t, en los cálculos relacionados con perfiles HSS es igual a 0,93 veces el espesor en perfiles HSS soldados mediante resistencia eléctrica (ERW) e igual al espesor nominal para perfiles HSS soldados mediante arco sumergido (SAW). Nota: Se denomina perfiles HSS a los perfiles redondos, cuadrados o rectangulares huecos (Hollow Structural Sections) que cumplen una especificación de un producto tubular.

2.2

ÁREA NETA El área neta An de un elemento es la suma de los productos del espesor por el ancho neto para cada componente, calculado como sigue: Para el cálculo del área neta en tracción y corte, el ancho de un agujero para perno se toma como 2 mm mayor que la dimensión nominal del agujero. (Ver Tablas 10.3.3 y 10.3.3M)

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Para una cadena de agujeros que se extienden en una diagonal o una línea en zigzag, el ancho neto se obtiene deduciendo del ancho total la suma de las dimensiones de los agujeros como se indica en 10.3.2, para toda la cadena, y sumando, para cada espacio de la cadena, la cantidad s2 / 4g donde: s = espaciamiento longitudinal centro a centro entre dos agujeros consecutivos. g = espaciamiento transversal centro a centro entre dos líneas de agujeros. Para los ángulos, el valor de g para agujeros en lados opuestos es la suma de las distancias g medidas desde la espalda del ángulo menos el espesor. Cuando se calcula el área neta a través de soldaduras de tapón o de ranura, el metal de la soldadura no se toma en cuenta. Para elementos sin agujeros, el área neta An es igual al área total Ag. 2.3

ÁREA NETA EFECTIVA PARA ELEMENTOS EN TRACCIÓN TABLA 2.3.1 FACTOR U PARA CONEXIONES DE ELEMENTOS EN TRACCIÓN Caso

Descripción del Elemento

Factor U

Ejemplo

1

Todos los elementos en tracción donde la carga es transmitida directamente a cada uno de los componentes de la sección por conectores o soldaduras (excepto en los casos 4,5,6)

U = 1,0

----

2

Todos los elementos en tracción, excepto las planchas y tubos, donde la carga es transmitida solo a algunos de los componentes de la sección por conectores o soldaduras (alternativamente, el caso 7 puede ser utilizado para perfiles W, M, S y HP. Para ángulos se puede usar el caso 8).

3

Todos los elementos en tracción donde la carga es transmitida por soldaduras transversales a solo algunos componentes de la sección.

4

Planchas donde la carga de tracción es transmitida solamente por soldaduras longitudinales.

U=1-

̅x l

U = 1,0 y An = Área de elementos conectados directamente l ≥ 2w… U = 1,0 2w > l ≥ 1,5w… U = 0,87 1,5 w > l ≥ w… U = 0,75 l ≥ 1,3 D… U = 1,0

5

Tubos redondos con solo una plancha de empalme concéntrica.

26

̅x D ≤ l < 1,3D… U = 1 l D x= π

-----

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TABLA 2.3.1 (Continuación) FACTOR U PARA CONEXIONES DE ELEMENTOS EN TRACCIÓN Caso

Descripción del Elemento

Factor U

Ejemplo

Con sólo una plancha de empalme concéntrica. 6

Tubo Rectangular Con dos planchas de empalme concéntricas.

7

8

Perfiles W, M, S o HP, o T cortados de estos perfiles (Si U es calculado según caso 2, se permite utilizar el mayor valor) Ángulos simples o dobles (si U es calculado según caso 2, se permite utilizar el mayor valor)

Con ala conectada con 3 o más conectores por línea en la dirección de carga. Con ala conectada con 4 o más conectores por línea en la dirección de carga. Con 4 o más conectores por línea en la dirección de carga. Con 3 conectores por línea en la dirección de carga (con menos de 3 conectores usar el caso 2)

l ≥ H… U = 1 -

Caso ̅x l

B2 - 2BH x= 4(B + H) l ≥ H… U = 1 -

̅x

B2 x̅ = 4 (B + H)

l

2 d… U = 0,9 3 2 bf < d… U = 0,85 3

----

U = 0,70

----

U = 0,80

----

U = 0,60

----

bf ≥

l = Longitud de conexión; w = ancho plancha; x = excentricidad de conexión; B = ancho total del tubo rectangular, medido a 90º respecto al plano de conexión; H = altura total del tubo rectangular, medido en el plano de conexión.

El área neta efectiva para elementos en tracción debe calcularse como: Ae = An U donde: U se determina como se indica en la Tabla 2.3.1. Elementos como ángulos simples, dobles y secciones WT deben tener conexiones dimensionadas de manera que U sea igual o mayor que 0,60. Alternativamente, se permite un menor valor de U si estos elementos en tracción se diseñan considerando el efecto de la excentricidad según lo indicado en 8.1.2 ó 8.2. Para secciones abiertas como las W, M, S, C, HP, WT y ángulos simples o dobles, el factor U no necesita ser menor que la relación del área bruta de los elementos conectados al área total del elemento. Esto no se aplica a las secciones cerradas, como las tubulares o HSS; ni a las planchas. 2.4

ESTABILIDAD Se debe proveer a la estructura de una estabilidad de conjunto y para cada uno de sus elementos.

27

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Debe considerarse los siguientes efectos sobre la configuración deformada de la estructura y los elementos individuales: (1) (2) (3) (4) (5)

Deformaciones axiales, de flexión y de corte de los elementos, Efectos de segundo orden (P- ∆ y P - ∂), Imperfecciones geométricas, Reducciones de rigidez debido a la inelasticidad y Incertidumbres en rigidez y resistencia.

2.5

PANDEO LOCAL

2.5.1

Clasificación de las Secciones de Acero Para solicitaciones de compresión las secciones se clasifican como no-esbeltas y esbeltas. Las secciones no-esbeltas incluyen las compactas y no-compactas. Para solicitaciones de flexión las secciones se clasifican en compactas, no-compactas y esbeltas. Para que una sección clasifique como compacta, sus alas deben estar conectadas en forma continua al alma o almas y las relaciones ancho / espesor de sus componentes en compresión no deben exceder los límites de las relaciones ancho / espesor p que se presentan en la Tabla 2.5.1. Si la relación ancho/espesor de uno o más de los componentes en compresión excede p pero no excede r de la Tabla 2.5.1, la sección es no-compacta. Si las relaciones ancho / espesor de algún componente en compresión, sobrepasan los valores r de la Tabla 2.5.1, la sección se clasifica como esbelta.

2.5.2

Componentes no Rigidizados Los elementos no rigidizados son aquellos soportados en un solo borde paralelo a la dirección de la fuerza de compresión, y su ancho se toma como sigue: a. Para alas de perfiles en forma de I y T, el ancho b es la mitad del ancho total del ala bf. b. Para lados de ángulos y alas de canales y perfiles en forma de Z, el ancho b es toda la dimensión nominal. c. Para planchas, el ancho b es la distancia del borde libre a la primera fila de conectores o línea de soldaduras. d. Para el alma de perfiles en forma de T, d es todo el peralte nominal.

2.5.3

Componentes Rigidizados Los elementos rigidizados son aquellos soportados a lo largo de dos bordes paralelos a la dirección de la fuerza de compresión, y su ancho se toma como sigue: a. Para el alma de perfiles laminados o formados en frio, h es la distancia libre entre alas menos el filete o radio en la esquina de cada ala; hc es el doble de la distancia del centro de gravedad a la cara interior del ala en compresión menos el filete o radio de la esquina.

28

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b. Para el alma de perfiles armados, h es la distancia entre líneas adyacentes de conectores o la distancia libre entre alas cuando se emplea soldadura, y hc es el doble de la distancia del centro de gravedad a la línea más cercana de conectores en el ala en compresión o a la cara interior del ala en compresión cuando se emplea soldadura. c. Para las planchas de ala o de diafragma en perfiles armados, el ancho b es la distancia entre líneas adyacentes de conectores o líneas de soldadura. d. Para las alas de perfiles tubulares rectangulares, el ancho b es la distancia libre entre almas menos el radio de la esquina interior en cada lado. Para las almas de secciones tubulares rectangulares, h es la distancia libre entre alas menos el radio de la esquina interior en cada lado. Si no se conoce el radio interior, b y h se pueden tomar como la dimensión exterior correspondiente menos tres veces el espesor. Para alas de espesores variables de perfiles laminados, el espesor es el valor nominal en el punto medio entre el borde libre y la cara del alma.

29

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TABLA 2.5.1a

Caso Elementos Rigidizados

Elementos No Rigidizados

RELACIONES ANCHO/ESPESOR LÍMITES PARA SECCIONES EN COMPRESION AXIAL

Descripción del Componente

Relación Ancho/ Espesor

Relaciones Ancho/Espesor Limites 𝝀𝒓 (no esbelto/esbelto )

1

Alas de perfiles laminados I, planchas proyectándose en perfiles laminados I; alas sobresalientes de pares de ángulos en contacto continuo, alas de canales y alas de secciones T.

𝑏 𝑡

0,56√𝐸 ⁄𝐹𝑦

2

Alas de perfiles fabricados I y planchas o alas de ángulos proyectándose de perfiles fabricados.

𝑏 𝑡

0,64√𝑘𝑐 𝐸 ⁄𝐹𝑦

3

Alas de ángulos simples, alas de ángulos dobles con separadores, y cualquier otro elemento no rigidizado.

𝑏 𝑡

0,45√𝐸 ⁄𝐹𝑦

4

Compresión uniforme en almas de secciones T.

𝑑 𝑡

0,75√𝐸 ⁄𝐹𝑦

5

Compresión uniforme en almas de perfiles I de simetría doble y canales

ℎ 𝑡𝑤

1,49√𝐸 ⁄𝐹𝑦

6

Compresión uniforme en alas de perfiles cajón rectangular y tubular de espesor uniforme sujetos a flexión o compresión; platabandas y diafragmas entre líneas de conectores o soldaduras.

𝑏 𝑡

1,40√𝐸 ⁄𝐹𝑦

7

Platabandas y Planchas Diafragma; entre líneas de conectores o soldaduras.

𝑏 𝑡

1,40√𝐸 ⁄𝐹𝑦

8

Compresión uniforme en cualquier otro elemento rigidizado.

𝑏 𝑡

1,49√𝐸 ⁄𝐹𝑦

9

Perfiles HSS circulares

𝐷 ⁄𝑡

0,11 𝐸 ⁄𝐹𝑦

(𝑎)

30

Ejemplos

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Elementos No Rigidizados

Caso

TABLA 2.5.1b RELACIONES ANCHO/ESPESOR LÍMITES PARA COMPONENTES EN COMPRESION DE SECCIONES EN FLEXIÓN Descripción del Componente

Relación Ancho/ Espesor

Relaciones Ancho/Espesor Limites 𝝀𝒑 𝝀𝒓 (compacto) (no compacto)

Alas de perfiles 10 laminados I, canales y perfiles T

𝑏 𝑡

Alas de perfiles 11 fabricados I de simetría doble y simple

𝑏 𝑡

0,38√𝐸 ⁄𝐹𝑦

12 Alas de angulos simples

𝑏 𝑡

𝐸 0,54√ 𝐹𝑦

0,91√𝐸 ⁄𝐹𝑦

Alas de cualquier perfil I y canales, en flexión 13 con respecto al eje menor

𝑏 𝑡

0,38√𝐸 ⁄𝐹𝑦

1,00√𝐸 ⁄𝐹𝑦

14 Alas de perfiles T

𝑑 𝑡

0,84√𝐸 ⁄𝐹𝑦

1,03√𝐸 ⁄𝐹𝑦

ℎ 𝑡𝑤

3,76√𝐸 ⁄𝐹𝑦

5,70√𝐸 ⁄𝐹𝑦

15

Almas de perfiles I de simetría doble y canales

0,38√𝐸 ⁄𝐹𝑦

Ejemplos

1,0√𝐸 ⁄𝐹𝑦 (𝑎),(𝑏)

𝑘𝑐 𝐸 0,95√ 𝐹𝐿

[𝑐]

Elementos Rigidizados

16

Almas de perfiles I de simetría simple

Alas de perfiles HSS rectangulares y 17 secciones Cajón de espesor uniforme Platabandas y Planchas Diafragma; entre líneas 18 de conectores o soldaduras.

ℎ𝑐 𝑡𝑤

ℎ𝑐 𝐸 ℎ𝑝 √𝐹𝑦 2 𝑀𝑝 (0,54 − 0,09) 𝑀𝑦

≤ 𝜆𝑟

5,70√𝐸 ⁄𝐹𝑦

𝑏 𝑡

1,12√𝐸 ⁄𝐹𝑦

1,40√𝐸 ⁄𝐹𝑦

𝑏 𝑡

1,12√𝐸 ⁄𝐹𝑦

1,40√𝐸 ⁄𝐹𝑦

Almas de perfiles HSS 19 rectangulares y secciones Cajón

ℎ 𝑡

2,42√𝐸 ⁄𝐹𝑦

5,70√𝐸 ⁄𝐹𝑦

20 Perfiles HSS circulares

𝐷 ⁄𝑡

0,07 𝐸 ⁄𝐹𝑦

0,31 𝐸 ⁄𝐹𝑦

(a) 𝑘𝑐 = 4⁄√ℎ⁄𝑡𝑤 pero no debe ser tomado menor a 0,35 ni mayor a 0,76 para efectos de cálculo. (b) 𝐹𝐿 = 0,7 𝐹𝑦 para flexión respecto al eje fuerte de almas de perfiles I fabricados, compactas y no compactas con 𝑆𝑥𝑡 ⁄𝑆𝑥𝑐 ≥ 0,7 𝐹𝐿 = 𝐹𝑦 𝑆𝑥𝑡 /𝑆𝑥𝑐 ≥ 0.5𝐹𝑦 para flexión respecto al eje fuerte de almas de perfiles I fabricados, compactas y no compactas con 𝑆𝑥𝑡 ⁄𝑆𝑥𝑐 < 0,7. (c) 𝑀𝑦 es el momento flector de fluencia en la fibra extrema. 𝑀𝑝 es el momento plástico de flexión. 𝐸 = 𝑚ó𝑑𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑐𝑒𝑟𝑜 𝐹𝑦 = 𝑒𝑠𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜 𝑑𝑒 𝑓𝑙𝑢𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑐𝑒𝑟𝑜

2.6

RESTRICCIONES DE ROTACIÓN EN PUNTOS DE APOYO En los puntos de apoyo de vigas y armaduras debe de proveerse restricciones de rotación alrededor del eje longitudinal de la sección.

31

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2.7

RELACIONES DE ESBELTEZ LÍMITE Para elementos cuyo diseño se basa en fuerzas de compresión, las relaciones de esbeltez (Kl / r ) no exceden, preferentemente, de 200. Los valores de K se calculan de acuerdo a 3.2. Para elementos cuyo diseño está basado en fuerzas de tracción, las relaciones de esbeltez l / r no exceden, preferentemente, de 300. Esta recomendación no se aplica a varillas en tracción. Los elementos en los que el diseño se hace para fuerzas de tracción, pero que pueden estar sometidos a una compresión reducida en otra condición de carga, no necesitan cumplir el límite de esbeltez en compresión.

2.8

TRAMOS SIMPLEMENTE APOYADOS Las vigas y armaduras diseñadas como tramos simplemente apoyados tienen una luz de cálculo igual a la distancia entre centros de gravedad de sus elementos de apoyo.

2.9

RESTRICCIÓN DE APOYO Cuando se diseña asumiendo que existe una restricción parcial o total debido a continuidad, semicontinuidad o acción de voladizo, las vigas y armaduras, así como los elementos a los que se conectan, se diseñan para soportar los momentos, cortantes y cualquier otra fuerza que actúe de manera que no se sobrepasen las resistencias de diseño que se presentan en los Capítulos 4 a 11, excepto que se permite una deformación inelástica, pero autolimitada, de alguna parte de la conexión.

2.10

DISEÑO POR FATIGA Muy pocos elementos o conexiones en las edificaciones convencionales necesitan diseñarse por fatiga, ya que la mayoría de los cambios en las cargas de tales estructuras ocurren sólo un pequeño número de veces o producen sólo pequeñas fluctuaciones en los esfuerzos. La ocurrencia de solicitaciones de la carga máxima de diseño para viento o sismo es poco frecuente como para obligar a considerar la fatiga en el diseño. Sin embargo, las vigas de puentes grúa y las estructuras de apoyo para maquinarias y equipos a menudo están sujetas a condiciones de fatiga. No es necesario evaluar la fatiga en elementos formados por perfiles o planchas si el número de ciclos de aplicación de la carga viva a lo largo de su vida útil, es menor a 20 000. Los elementos y sus conexiones sujetas a la carga de fatiga deben diseñarse de acuerdo con las provisiones del Apéndice 3 del AISC 360-10.

32

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CAPÍTULO 3 PÓRTICOS Y OTRAS ESTRUCTURAS Este Capítulo contiene los requisitos generales para el diseño por estabilidad de los elementos de una estructura y de la estructura como un conjunto. El capítulo está organizado de la siguiente manera: 3.1 3.2 3.3

Requisitos de diseño por estabilidad Resistencias requeridas Arriostramientos para la estabilidad de columnas y vigas

3.1

REQUISITOS DE DISEÑO POR ESTABILIDAD

3.1.1

Requisitos Generales Se permite cualquier método racional de análisis que considere los efectos indicados en 2.4, en particular la influencia de los efectos de segundo orden incluyendo los efectos P- ∆ y P – δ. Esto incluye el procedimiento de análisis indicado en 3.2. En estructuras en las cuales la estabilidad lateral es proporcionada por pórticos de momentos, el factor de longitud efectiva, K, para elementos en compresión, se determina por un procedimiento racional de análisis. En estructuras en las cuales la estabilidad lateral es proporcionada por pórticos arriostrados, muros de corte o medios equivalentes, el factor de longitud efectiva, K, para elementos en compresión se toma como 1,0 a menos que el análisis estructural indique que es apropiado emplear un valor menor. En sistemas de pórticos arriostrados es permitido diseñar las columnas, vigas y elementos diagonales suponiendo que se comportan como armaduras verticales en voladizo, formadas por elementos con uniones articuladas.

3.2

RESISTENCIAS REQUERIDAS Excepto como se indica en 3.2.2(2), las resistencias requeridas se determinan a partir de los resultados de un análisis de segundo orden, siendo aceptado el método indicado en 3.2.1 como una alternativa a un análisis riguroso de segundo orden para pórticos rígidos, pórticos arriostrados y sistemas mixtos.

3.2.1

Análisis de segundo orden amplificando el análisis elástico de primer orden El siguiente es un procedimiento aproximado de análisis para determinar las resistencias requeridas axiales y de flexión en elementos del sistema resistente a cargas laterales. Las resistencias requeridas de segundo orden en flexión, Mu, y en resistencia axial, Pu, se determinan como sigue: Mu = B1 Mnt + B2 Mlt

33

(3.2-1a)

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Pu = Pnt + B2 Plt

(3.2-1b)

donde: B1 =

Cm 1 Pu 1− Pe1

(3.2-2)

Se permite emplear para el cálculo de B1 el estimado de primer orden Pu = Pnt + Plt. B2 =

1 1 Ppiso 1− Pe, piso

(3.2-3)

y: Mnt

=

Mlt

=

Pnt

=

Plt

=

Ppiso = Cm =

Pe1

=

momento último de primer orden calculado asumiendo que no hay desplazamiento lateral del pórtico. momento último de primer orden calculado como resultado solamente de la traslación lateral del pórtico. fuerza axial última de primer orden calculada asumiendo que no hay desplazamiento lateral del pórtico. fuerza axial última de primer orden calculada como resultado solamente de la traslación lateral del pórtico. carga última vertical total soportada en el piso. coeficiente basado en el análisis elástico de primer orden, asumiendo que no hay traslación lateral del pórtico, cuyo valor deberá tomarse como sigue: (i) Para elementos en flexo-compresión no sujetos a cargas transversales entre sus apoyos en el plano de flexión, Cm = 0,6 - 0,4 (M1 ⁄M2 ) (3.2-4) donde M1 y M2, calculados de un análisis de primer orden, son los momentos menor y mayor, respectivamente, en los extremos de la porción no arriostrada del elemento en el plano de flexión bajo consideración. M1/M2 es positivo cuando el elemento se flexiona en doble curvatura y negativo cuando se flexiona en curvatura simple. (ii) Para los elementos en flexo-compresión sujetos a cargas transversales entre sus apoyos, el valor de Cm debe determinarse por un análisis racional o conservadoramente tomarse como 1,0 para todos los casos. resistencia crítica al pandeo elástico del elemento en el plano de flexión, calculado en la suposición de desplazamiento lateral nulo. π2 EI* (3.2-5) Pe1 = (K1 L)2 Ver valor de 𝐸𝐼 ∗ en 3.2.2(5)

34

PROYECTO DE NORMA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS

Pe,piso =

resistencia crítica al pandeo elástico para todo el piso, en la dirección considerada, calculada mediante un análisis de pandeo con desplazamiento lateral o como: (H )L (3.2-6b) Pe, piso = RM H

L = RM = = K1 =

Pmf =

H =

H = 3.2.2

altura del piso. 1 – 0,15(Pmf / Ppiso) 1,0 para pórticos arriostrados factor de longitud efectiva en el plano de flexión, calculado en la suposición de desplazamiento lateral nulo en el extremo de los elementos, con valor 1,0 a menos que por un análisis se justifique un valor menor. carga última vertical total en las columnas del piso que son parte de pórticos de momento en la dirección considerada. deformación lateral de entrepiso de primer orden, en la dirección considerada, debida a fuerzas laterales. Cuando ΔH varía en el área en planta de la estructura, se le da el valor de la máxima deformación lateral de entrepiso. fuerza cortante de piso producida por las fuerzas laterales empleadas en el cálculo de ΔH.

Requisitos para el análisis Estos requisitos se aplican a todo tipo de pórticos rígidos, arriostrados y sistemas mixtos. Cuando las resistencias requeridas se determinan por un análisis de segundo orden como el de 3.2.1: (1) Debe cumplirse lo indicado en 3.1. (2) El efecto de las imperfecciones iniciales sobre la estabilidad de la estructura se toma en cuenta introduciendo los desplazamientos de los nudos de los elementos, producto de las imperfecciones, o aplicando cargas virtuales horizontales en todos los niveles. (3) Cuando la relación entre el máximo desplazamiento lateral de segundo orden al máximo desplazamiento lateral de primer orden en todos los pisos es igual o menor que 1,5 (o B2 ≤ 1,5) para todas las combinaciones de carga lateral, se permite que las cargas virtuales se apliquen solo a las combinaciones de cargas de gravedad y no a las combinaciones con otras cargas laterales. Este valor de B2 es calculado con las rigideces elásticas, si se le calcula con las rigideces reducidas el límite es B2 ≤ 1,7. (4) La carga virtual horizontal aplicada en cada nivel de la estructura debe tener un valor de 0,002Yi, donde Yi es la carga vertical última total aplicada al nivel i. Esta carga lateral mínima debe considerarse aplicada independientemente en dos direcciones ortogonales. (5) El análisis de la estructura debe hacerse empleando rigideces reducidas, con los siguientes valores: Pu ≤ 0,5 ⇒ EI* = 0,8 EI Fy Ag

35

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Pu Pu Pu > 0,5 ⇒ EI* = 0,8 EI x 4 [1 ] Fy Ag Fy Ag Fy Ag 3.3

ARRIOSTRAMIENTOS PARA LA ESTABILIDAD DE COLUMNAS Y VIGAS Este numeral establece la resistencia y rigidez mínima que tienen los arriostramientos para permitir que los elementos alcancen resistencias basadas en la longitud no arriostrada entre arriostramientos con un factor de longitud efectiva, K, igual a 1,0. Estas disposiciones se aplican a arriostramientos que tienen por finalidad estabilizar elementos individuales. No se aplican a arriostramientos que forman parte y han sido incluidos en el análisis del sistema resistente a fuerzas laterales de la estructura.

3.3.1

Disposiciones Generales El arriostramiento se asume que es perpendicular a los elementos a arriostrar; para arriostramiento inclinado o diagonal, la resistencia del arriostramiento (fuerza o momento) y la rigidez (fuerza por unidad de desplazamiento o momento por unidad de rotación) debe corregirse por el ángulo de inclinación. La evaluación de la rigidez suministrada por un arriostramiento incluye las propiedades del elemento y sus propiedades geométricas, así como los efectos de las conexiones y detalles de anclaje. Se consideran dos tipos generales de arriostramiento, relativo y nodal. Un arriostramiento relativo controla el movimiento del punto arriostrado con respecto a puntos arriostrados adyacentes. Un arriostramiento nodal controla el movimiento en el punto arriostrado sin interacción directa con los puntos arriostrados adyacentes. La rigidez y la resistencia disponible del arriostramiento deben igualar o exceder los límites requeridos, a menos que el análisis indique que se justifican valores menores. En lugar de los requisitos de este acápite se permite hacer un análisis de segundo orden que incluya la desalineación inicial del elemento para obtener la resistencia y rigidez de los arriostramientos.

3.3.2

Columnas Se permite arriostrar una columna individual en los extremos y en puntos intermedios a lo largo de su longitud por sistemas de arriostramiento relativos o nodales. Se asume que los arriostramientos nodales están igualmente espaciados a lo largo de la columna. (1) Arriostramiento Relativo La resistencia requerida del arriostramiento es: Pbr = 0,004 Pu 36

(3.3-1)

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La rigidez requerida del arriostramiento es: 1  2P 

br =  u    Lb 

donde:

(3.3-2)

 = 0,75 Lb = distancia entre arriostramientos Pu = resistencia requerida en compresión axial

(2) Arriostramiento Nodal La resistencia requerida del arriostramiento es: Pbr = 0,02 Pu

(3.3-3)

La rigidez requerida del arriostramiento es: 1  8P 

 br =  u    Lb 

donde:

(3.3-4)

 = 0,75 Lb = distancia entre arriostramientos Pu = resistencia requerida en compresión axial

Cuando Lb es menor que Lq, donde Lq es la máxima longitud no arriostrada para la fuerza requerida en la columna con K igual a 1,0, se permite que en la ecuación (3.3-4) se tome igual a Lq. 3.3.3

Vigas En los puntos de apoyo de las vigas y armaduras, debe proveerse restricción contra la rotación en torno al eje longitudinal. El arriostramiento de la viga debe prevenir el desplazamiento relativo entre las alas superior e inferior, o sea el giro de la sección. Debe proveerse estabilidad lateral de las vigas mediante arriostramiento lateral, arriostramiento torsional o una combinación de ambos. En elementos sujetos a flexión con doble curvatura, el punto de inflexión no debe considerarse un punto de arriostramiento.

3.3.3.1 a. Arriostramiento Lateral Los arriostramientos se fijan cerca al ala en compresión, excepto para elementos en voladizo, donde un arriostramiento de extremo se fija cerca del ala superior en tracción. En vigas sujetas a flexión con doble curvatura a lo largo de la longitud a ser arriostrada, el arriostramiento lateral se fija a ambas alas en el punto de arriostramiento más cercano al punto de inflexión.

37

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1a.- Arriostramiento Relativo La resistencia requerida del arriostramiento es: Pbr = 0,008 M u

Cd ho

(3,3-5)

La rigidez requerida del arriostramiento es: 1  4M uCd   br =    Lb ho 

(3.3-6)

donde:



= 0,75 ho = distancia entre los centroides de las alas Cd = 1,0 para flexión en curvatura simple, 2,0 para curvatura doble. Cd = 2,0 solo se aplica al arriostramiento más cercano al punto de inflexión. Lb = Longitud lateralmente no arriostrada. Mu = resistencia requerida en flexión. 1b.- Arriostramiento Nodal La resistencia requerida del arriostramiento es: Pbr = 0,02 M u

Cd ho

(3.3-7)

La rigidez requerida del arriostramiento es: 1  10M Cd   

u br =    Lb ho

(3.3-8)

donde:



= 0,75 Mu = resistencia requerida en flexión. Cuando Lb es menor que Lq, la máxima longitud no arriostrada para Mu, se permite que Lb en la ecuación (3.3-8) se tome igual a Lq. 3.3.3.2 b. Arriostramiento Torsional Se permite colocar sea arriostramiento torsional continuo o nodal a lo largo de la longitud de la viga. Se permite conectar el arriostramiento a cualquier punto de la sección transversal y no es necesario conectarlo cerca al ala en compresión. La conexión entre un arriostramiento torsional y la viga debe ser capaz de soportar el momento requerido que se indica a continuación.

38

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2a.- Arriostramiento Nodal El momento de arriostramiento requerido es:  0,024 M u L   M br =   n Cb Lb   

(3.3-9)

La rigidez requerida del pórtico transversal o diafragma es:

Tb =

T    1 − T   sec 

(3.3-10)

donde: 1  2,4 L M u  br =    n EI y Cb2    sec =

3,3E ho

(3.3-11)

 1,5 ho tw3 ts bs3    +  12 12  

(3.3-12)

donde:



= = = = = = = = =

0,75 L longitud del tramo n número de puntos nodales arriostrados en el tramo E módulo de elasticidad del acero Iy momento de inercia fuera del plano Cb factor de modificación definido en el Capítulo 6 tw espesor del alma de la viga ts espesor del rigidizador del alma bs ancho del rigidizador para rigidizadores en solo un lado (emplear dos veces este valor para pares de rigidizadores) βT = rigidez del arriostramiento excluyendo la distorsión del alma βsec = rigidez distorsional del alma, incluyendo el efecto de los rigidizadores transversales del alma, si los hay Mu = resistencia requerida en flexión. Si βsec < βT, la ecuación (3.3-10) es negativa, lo que indica que el arriostramiento torsional de la viga no es efectivo debido a una inadecuada rigidez torsional del alma. Cuando se requiera, el rigidizador del alma debe extenderse el peralte total del elemento arriostrado y debe conectarse al ala si el arriostramiento torsional esta también conectado al ala. Alternativamente, es aceptable que el rigidizador quede a una distancia 4tw de cualquier ala de la viga que no esté directamente conectada al arriostramiento torsional. Cuando Lb es menor que Lq, se permite que Lb en la ecuación (3.3-9) se tome igual a Lq.

39

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2b.- Arriostramiento Torsional Continuo Para arriostramientos continuos se usan las ecuaciones (3.3-9), (3.3-10) y (3.3-13) con L/n igual a 1,0 y Lb tomado como Lq; el momento y rigidez del arriostramiento se dan por unidad de longitud del tramo. La rigidez distorsional para un alma no rigidizada es:  sec =

40

3,3 E t w3 12 ho

(3.3-13)

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CAPÍTULO 4 DISEÑO DE ELEMENTOS EN TRACCION Este capítulo se aplica a los elementos sujetos a tracción axial causados por fuerzas estáticas que actúan a través del eje que pasa por su centro de gravedad. El capítulo está organizado de la siguiente manera: 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6

Límites de esbeltez Resistencia en tracción Área neta efectiva Elementos armados Elementos articulados Barras de ojo

Para los casos que no se incluyen en este capítulo, se aplican los siguientes numerales y capítulo: • 2.10 Elementos sujetos a fatiga • Capítulo 8 Elementos sujetos a fuerzas combinadas y torsión • 10.3 Pernos y piezas roscadas • 10.4.1 Resistencia de componentes en tracción • 10.4.3 Resistencia de Bloque de Cortante 4.1

LÍMITES DE ESBELTEZ No existen límites de esbeltez para elementos en tracción. Para elementos diseñados en base a tracción, la relación de esbeltez L/r preferiblemente no debe exceder de 300. Esta recomendación no se aplica a varillas en tracción.

4.2

RESISTENCIA EN TRACCIÓN La resistencia de diseño en tracción,  t Pn, de los elementos sujetos a tracción debe ser el menor valor obtenido de acuerdo a los estados límites de fluencia en tracción en el área bruta y rotura en tracción en el área neta de la sección. (a) Para fluencia en tracción en el área bruta: Pn = Fy Ag

(4.2-1)

t = 0,90 (b) Para rotura en tracción en el área neta: Pn = Fu Ae

t = 0,75

41

(4.2-2)

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donde: Ae = Ag = Fy = Fu =

área neta efectiva área bruta del elemento esfuerzo de fluencia mínimo especificado resistencia a la tracción mínima especificada

Cuando los elementos sin perforaciones son completamente conectados por soldadura, el área neta efectiva usada en la Ecuación 4.2-2 debe ser la definida en el numeral 4.3. Cuando se presentan perforaciones en el elemento con conexiones soldadas en sus extremos, o en conexiones soldadas mediante soldadura de ranura o tapón, debe usarse el área neta efectiva a través de las perforaciones en la Ecuación 4.2-2 4.3

ÁREA NETA EFECTIVA El área bruta, Ag, y el área neta, An, de los elementos en tracción deben ser determinados de acuerdo con las disposiciones de los numerales 2.1 y 2.2. El área neta efectiva de los elementos en tracción debe ser determinada de la siguiente manera: Ae = An U

(4.3-1)

donde el factor U es un coeficiente de reducción, determinado como se muestra en el numeral 2.3 y en la Tabla 2.3.1 Para planchas de empalme empernadas Ae = An ≤ 0,85 Ag , de acuerdo al numeral 10.4.1. 4.4

ELEMENTOS ARMADOS Para limitaciones en el espaciamiento longitudinal de conectores entre componentes en contacto continuo, ya sea entre una plancha y un perfil o entre dos planchas, ver el numeral 10.3.5. El espaciamiento longitudinal de conectores entre componentes debe, de preferencia, limitar la relación de esbeltez de cualquier componente entre conectores a 300. Tanto las platabandas perforadas como las planchas de enlace sin diagonales pueden usarse en los lados abiertos de elementos armados en tracción. Las planchas de enlace tienen una longitud no menor de 2/3 de la distancia entre las líneas de soldadura o pernos que los conectan a los componentes del elemento. El espesor de dichas planchas de enlace no debe ser menor a 1/50 de la distancia entre estas líneas. El espaciamiento longitudinal de soldaduras intermitentes o conectores en las planchas de enlace no debe exceder de 150 mm.

42

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4.5

ELEMENTOS CONECTADOS CON PASADORES

4.5.1

Resistencia a la tracción La resistencia de diseño en tracción,  t Pn, de elementos conectados con pasadores, debe ser el menor valor determinado de acuerdo con los estados límite de rotura en tracción, rotura en corte, aplastamiento y fluencia. (a) Para rotura en tracción en el área neta efectiva: Pn = Fu (2tbe )

(4.5-1)

 t = 0,75 (b) Para rotura en corte en el área efectiva: 𝑃𝑛 = 0,6𝐹𝑢 𝐴𝑠𝑓

(4.5-2)

 sf = 0,75 donde: Asf = área en la ruta de falla en corte = 2t(a + d / 2) a = la menor distancia entre el borde del agujero del pasador al borde del elemento, medida paralelamente a la dirección de la fuerza be = 2t + 16 mm, pero no mayor que la distancia entre el borde del agujero del pasador al borde de la parte medida en la dirección normal a la fuerza aplicada d = diámetro del pasador t = espesor de la plancha (c) Para aplastamiento en el área proyectada del pasador, ver numeral 10.7. (d) Para fluencia en la sección bruta, ver numeral 4.2a. 4.5.2

Requisitos Dimensionales El agujero para el pasador debe centrarse entre los bordes del elemento en la dirección normal a la fuerza aplicada. Cuando se espera que el pasador permita el movimiento relativo entre las partes conectadas bajo máxima carga, el diámetro del agujero para el pasador no excede en más de 1 mm al diámetro del pasador. El ancho de la plancha en el agujero del pasador no es menor que 2be + d; y la mínima distancia “a” medida paralela al eje del elemento, desde el extremo sometido a aplastamiento del agujero del pasador, no es menor que 1,33be. Las esquinas fuera del agujero del pasador pueden cortarse a 45º al eje del elemento, siempre que el área neta fuera del agujero del pasador, en un plano perpendicular al corte, no sea menor que la requerida fuera del agujero del pasador paralelo al eje del elemento.

43

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4.6

BARRAS DE OJO

4.6.1

Resistencia en tracción La resistencia de diseño en tracción de las barras de ojo se determina de acuerdo con el numeral 4.2, con Ag tomado como el área de la sección transversal del cuerpo. Para propósitos de cálculo, el ancho del cuerpo de las barras de ojo no excede de ocho veces su espesor.

4.6.2

Requisitos Dimensionales Las barras de ojo deben ser de espesor uniforme, sin refuerzo en las perforaciones de los pasadores y con una cabeza circular con la periferia concéntrica a la perforación del pasador. El radio de transición entre la cabeza circular y el cuerpo de la barra de ojo no es menor que el diámetro de la cabeza. El diámetro del pasador no debe ser menor que los 7/8 del ancho del cuerpo de la barra de ojo, y el diámetro de la perforación del pasador no excede en más de 1 mm al diámetro del pasador. Para aceros con Fy mayores que 485 MPa, el diámetro de la perforación no debe exceder cinco veces el espesor de la platina, y el ancho del cuerpo de la barra de ojo se reduce en consecuencia. Un espesor menor que 13 mm es permitido solamente si son provistas tuercas externas para ajustar manualmente las platinas del pasador y las platinas de relleno. El ancho desde el borde de la perforación hasta el borde de la platina perpendicular en la dirección de la carga aplicada debe ser mayor que los 2/3 del ancho del cuerpo de la barra de ojo y, para propósitos de cálculo, no mayor a los 3/4 del ancho del cuerpo de la barra de ojo.

44

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CAPÍTULO 5 DISEÑO DE ELEMENTOS EN COMPRESIÓN Este capítulo se aplica a los elementos sujetos a compresión axial a través del eje que pasa por su centro de gravedad. El capítulo está organizado de la siguiente manera: 5.1. 5.2. 5.3. 5.4. 5.5. 5.6. 5.7.

Disposiciones Generales Longitud Efectiva Pandeo por Flexión sin Componentes Esbeltos Pandeo Torsional y Flexo-Torsional sin Componentes Esbeltos Ángulos simples en compresión Elementos Armados Elementos con Componentes Esbeltos

Para los casos que no se incluyen en este capítulo, se aplican los siguientes numerales: • 8.1 Elementos con simetría simple y doble sujetos a flexión y carga axial • 8.2 Elementos asimétricos y otros sujetos a flexión y carga axial • 8.3 Elementos sujetos a torsión y combinación de torsión, flexión, corte, y/o carga axial. • 9.2 Elementos compuestos cargados axialmente • 10.4.4 Resistencia a la compresión de componentes de conexión 5.1

DISPOSICIONES GENERALES La resistencia de diseño en compresión,  c Pn, se determina de la siguiente manera: La resistencia nominal en compresión, Pn, es el menor valor obtenido de acuerdo con los estados límite de pandeo por flexión, pandeo torsional y pandeo flexotorsional.

 c = 0,90

45

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Tabla 5.1.1 Ubicación de los Numerales del Capítulo 5 Sin Componentes Esbeltos Sección transversal

Con Componentes Esbeltos

Numerales en el Capítulo 5

Estados Límites

Numerales en el Capítulo 5

Estados Límites

5.3 5.4

FB TB

5.7

LB FB TB

5.3 5.4

FB FTB

5.7

LB FB FTB

5.3

FB

5.7

LB FB

5.3

FB

5.7

LB FB

5.3 5.4

FB FTB

5.7

LB FB FTB

5.6 5.3 5.4

FB FTB

5.6 5.7

LB FB FTB

5.5

5.5

5.3

FB

N/A

N/A

Secciones asimétricas LB distintas a los ángulos 5.4 FTB 5.7 FTB simples FB = pandeo por flexión, TB = pandeo torsional, FTB = pandeo flexo-torsional, LB = pandeo local, N/A = no aplica

5.2

LONGITUD EFECTIVA El factor de longitud efectiva, K, para el cálculo de esbeltez de un elemento, KL/r, se determina de acuerdo con el Capítulo 3, donde: L = longitud lateralmente no arriostrada r = radio de giro respecto se eje de pandeo Para elementos diseñados en compresión, la relación de esbeltez efectiva KL/r preferentemente no debe exceder de 200. 46

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5.3

PANDEO POR FLEXIÓN SIN COMPONENTES ESBELTOS Este numeral se aplica a los elementos en compresión sin componentes esbeltos definidos en el numeral 2.5.1. Cuando la longitud torsional no arriostrada es mayor que la longitud lateral no arriostrada, el numeral 5.4 puede controlar el diseño de columnas de ala ancha y de columnas de secciones similares. La resistencia nominal en compresión, Pn, se determina basada en el estado límite de pandeo por flexión. Pn = Fcr Ag

(5.3-1)

El esfuerzo crítico, Fcr, se determina como sigue: (a) Cuando KL  4,71 E r

(ó

Fy

Fcr

(b) Cuando KL  4,71 E r

(ó

Fy

Fy Fe

 2,25 )

Fy   = 0,658 Fe 

Fy Fe

 F  y 

(5.3-2)

 2,25 )

Fcr = 0,877Fe

(5.3-3)

donde: Fe = Esfuerzo de pandeo elástico determinado de acuerdo con la Ecuación 5.3-4 o a través de un análisis de pandeo elástico, cuando sea aplicable. Fe =

5.4

 2E  KL     r 

2

(5.3-4)

PANDEO TORSIONAL Y FLEXO-TORSIONAL SIN COMPONENTES ESBELTOS Este numeral se aplica a elementos con simetría simple, elementos asimétricos y ciertos elementos con simetría doble, tales como columnas cruciformes o armadas, sin componentes esbeltos, como se define en el numeral 2.5.1 para elementos en compresión axial. Adicionalmente, este numeral se aplica a todos los elementos con simetría doble sin componentes esbeltos, cuando la longitud torsional no arriostrada excede a la longitud lateral no arriostrada. Estas disposiciones son requeridas para ángulos simples con b/t > 20.

47

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La resistencia nominal en compresión, Pn, se determina en base a los estados límite de pandeo torsional y pandeo flexo-torsional, de la siguiente manera: Pn = Fcr Ag

(5.4-1)

El esfuerzo crítico, Fcr, se determina de la siguiente manera: (a) Para elementos en compresión de ángulos dobles y secciones T: 4 Fcry Fcrz H   Fcry + Fcrz   1 − 1 − Fcr =   Fcry + Fcrz 2   2H  

(

(5.4-2)

)

donde Fcry se toma como Fcr en la Ecuación 5.3-2 ó 5.3-3 para pandeo por flexión respecto al eje y de simetría, y KL = K y L para elementos en r

ry

compresión con secciones T, y KL =  KL  para elementos en compresión  r m

r

de ángulo doble del numeral 5.6, y Fcrz =

(5.4-3)

GJ 2 Ag r o

(b) Para todos los otros casos, Fcr se determina de acuerdo con la Ecuación 5.32 ó 5.3-3, usando el esfuerzo de pandeo elástico torsional ó flexo-torsional, Fe, determinado de la siguiente manera: (i) Para elementos con simetría doble:   2 ECw  1 Fe =  + GJ  2  (K Z L )  I x + I y

(5.4-4)

(ii) Para elementos con simetría simple donde y es el eje de simetría:  Fey + Fez Fe =   2H

4 Fey Fez H   1 − 1 −  Fey + Fez 2 

(

)

   

(5.4-5)

(iii) Para elementos asimétricos, Fe es la menor raíz de la ecuación cúbica:

(Fe − Fex ) (Fe − Fey ) (Fe − Fez ) − Fe2 (Fe − Fey ) xo 

2

2

y  − Fe2 (Fe − Fex )  o  = 0  ro   ro 

(5.4-6)

donde: Ag = área transversal bruta del elemento Cw = constante de alabeo Fex =  2 E  KxL     rx 

2

48

(5.4-7)

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Fey =

 2E  KyL     ry   

(5.4-8)

2

2 Fez =   ECw + GJ  2  

 (K Z L )

1

 Ag r o

(5.4-9) 2

G

= Módulo de elasticidad en corte del acero = 77 200 MPa

H

= 1 − xo

2

+ yo2

ro

(5.4-10)

2

Ix, Iy= momento de inercia respecto a los ejes principales J = constante torsional Kx = factor de longitud efectiva para pandeo por flexión respecto al eje x Ky = factor de longitud efectiva para pandeo por flexión respecto al eje y Kz = factor de longitud efectiva para pandeo torsional 𝑟̅𝑜 = radio polar de giro respecto al centro de corte

r̅ o 2 =

xo 2 + yo 2 +

Ix + I y

(5.4-11)

Ag

𝑟𝑥 = radio de giro respecto al eje x 𝑟𝑦 = radio de giro respecto al eje y xo, yo = coordenadas del centro de corte con respecto al centro de gravedad Para secciones I con simetría doble, Cw puede tomarse como Iy ho2 /4, donde ho es la distancia entre centros de gravedad de las alas, en vez de realizar un análisis más preciso. Para secciones T y ángulos dobles, se omite el término con Cw cuando se calcula Fez y se toma xo como 0. 5.5

ÁNGULOS SIMPLES EN COMPRESIÓN La resistencia nominal en compresión, Pn, para ángulos simples se determina de acuerdo con el artículo 5.3 o el artículo 5.7, el que corresponda, para elementos en compresión axial. Para ángulos simples con b/t > 20, se usa el artículo 5.4. Los elementos que cumplen el criterio impuesto en los literales 5.5(a) ó 5.5 (b) se diseñan como elementos en compresión axial usando la relación de esbeltez efectiva especificada, KL/r. Los efectos de excentricidad en ángulos simples pueden ser despreciados cuando los elementos son evaluados como elementos en compresión axial usando una de las relaciones de esbeltez efectiva especificadas en los literales 5.5(a) ó 5.5 (b), los que deben cumplir las disposiciones siguientes: (1) los elementos son cargados en sus extremos en compresión a través de la misma ala. (2) los elementos son unidos por soldadura o por pernos (mínimo dos), y (3) no existen cargas transversales intermedias.

49

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Los ángulos simples con condiciones en los extremos diferentes de las descritas en el literal 5.5(a) ó 5.5(b), con una relación entre el ancho del ala más larga y el ancho del ala más corta mayor a 1,7 o con carga transversal, se evaluan para carga combinada axial y flexión utilizando las disposiciones del Capítulo 8. (a) Para ángulos con alas iguales o alas desiguales conectados a través del ala más larga, que son elementos individuales o componentes de almas de armaduras planas con componentes adyacentes del alma conectados al mismo lado de la cartela o brida: (i) Cuando

(ii) Cuando

L  80 : rx KL L = 72 + 0,75 r rx

(5.5-1)

KL L = 32 + 1,25  200 r rx

(5.5-2)

L  80 : rx

Para ángulos con alas desiguales, con una relación de longitud de lados menor a 1,7 y que estén conectados a través del ala corta, KL/r de las ecuaciones 5.5-1 y 5.5-2 se incrementa adicionando

 b 4 t  bc 

2    − 1 ,   

pero

KL/r de los elementos no debe tomarse menor que 0,95 L/rz. (b) Para ángulos con alas iguales o alas desiguales conectadas a través del ala más larga que son componentes del alma de secciones cajón o armaduras espaciales con componentes adyacentes del alma conectados al mismo lado de la cartela o brida: (i) Cuando

(ii) Cuando

L  75 : rx KL L = 60 + 0,8 r rx

(5.5-3)

KL L = 45 +  200 r rx

(5.5-4)

L  75 : rx

50

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Para ángulos con alas desiguales, con una relación de longitud de lados menor a 1,7 y que estén conectados a través del ala corta, KL/r de las  b  2



ecuaciones 5.5-3 y 5.5-4 se incrementa adicionando 6 t  − 1 , pero  bc     KL/r de los elementos no debe tomarse menor que 0,82 L/rz. donde: L bl bc rx rz

= = = = =

longitud del elemento entre los ejes longitud del ala larga longitud del ala corta radio de giro respecto al eje geométrico paralelo al ala conectada radio de giro respecto al eje principal menor

5.6

ELEMENTOS ARMADOS

5.6.1

Resistencia a la compresión Este numeral se aplica a los elementos armados compuestos por dos secciones que pueden ser (a) interconectadas por pernos o soldadura, o (b) con por lo menos un lado abierto interconectado por planchas perforadas o enrejados. Las conexiones en los extremos deben ser soldadas o con pernos requintados. La resistencia nominal a la compresión de elementos armados formados por dos secciones que están interconectadas por medio de pernos o soldaduras se determina de acuerdo con los numerales 5.3, 5.4 o 5.7 sujeto a la siguiente modificación. En lugar de realizar un análisis más preciso, si la forma de pandeo implica deformaciones relativas que producen fuerzas de corte en los conectores entre las secciones individuales, KL/r, se sustituye por (KL/r)m determinado de la siguiente manera: (a) Para conectores intermedios que están empernados sin requintar: 2  KL   KL   a    =   +   r m  r o  ri 

2

(5.6-1)

(b) Para conectores intermedios soldados o conectados por medio de pernos requintados: (i) Cuando

a  40 : ri  KL   KL    =   r  m  r o

51

(5.6-2a)

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(ii) Cuando

a  40 : ri 2  KL   KL   K i a    =   +  r m  r o  ri 

2

(5.6-2b)

donde:  KL     r m

= relación de esbeltez modificada del elemento armado.

 KL  = relación de esbeltez del elemento armado actuando como una    r o

unidad en la dirección de pandeo considerada. Ki

a ri 5.6.2

= = = = =

0,50 para ángulos espalda-espalda 0,75 para canales espalda-espalda 0,86 para todos los otros casos distancia entre conectores radio de giro mínimo del componente individual

Requisitos dimensionales Los componentes individuales de elementos en compresión compuestos por dos o más perfiles deben conectarse uno a otro en intervalos a, tal que las relaciones de esbeltez efectivas Ka/ri de cada perfil, entre los conectores, no excedan ¾ veces la relación de esbeltez que controla al elemento armado. El radio de giro mínimo ri debe usarse para calcular la relación de esbeltez de cada componente. En los extremos de elementos armados en compresión, apoyados sobre planchas de base o superficies cepilladas, todos los componentes en contacto con otro deben conectarse por soldadura teniendo una longitud no menor al máximo ancho del elemento o por pernos donde el espaciamiento longitudinal entre ellos no será mayor a cuatro veces su diámetro, en una distancia igual 1 ½ veces el máximo ancho del elemento. Los elementos armados requieren, a lo largo de la longitud entre conexiones de sus extremos descritos anteriormente, de un espaciamiento longitudinal adecuado entre soldaduras intermitentes o pernos para transferir las fuerzas requeridas. Para las limitaciones de espaciamiento longitudinal de conectores entre elementos en contacto continuo, consistentes en una platina y un perfil o dos platinas, véase el numeral 10.3.5. En donde un componente de un elemento armado en compresión consiste en una placa exterior, el máximo espaciamiento no debe exceder 0,75√𝐸 ⁄Fy multiplicado por el espesor de la placa exterior más delgada o 300 mm, cuando se use soldadura intermitente a lo largo de los bordes de los componentes o cuando los conectores se encuentran a lo largo de todas las líneas en cada sección. Cuando los conectores están colocados en zigzag, el espaciamiento máximo en cada línea no debe exceder 1,12√𝐸 ⁄𝐹𝑦 multiplicado por el espesor de la placa exterior más delgada o 450 mm.

52

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En los lados abiertos de elementos en compresión fabricados de planchas o perfiles, debe colocarse platabandas continuas con una sucesión de perforaciones de acceso. El ancho no apoyado de estas planchas en las perforaciones de acceso, como se define en el numeral 2.5.1, se asume que contribuyen a la resistencia de diseño si se cumple que: (1) La relación ancho - espesor cumple las limitaciones del numeral 2.5.1. (2) La relación de la longitud (en la dirección del esfuerzo) al ancho de la perforación no debe exceder de 2. (3) La distancia libre entre agujeros en la dirección del esfuerzo no debe ser menor que la distancia transversal entre las líneas más cercanas de conectores o soldaduras. (4) La periferia de los agujeros en todos los puntos debe tener un radio mínimo de 38 mm. Como una alternativa a las platabandas perforadas, se permite la conexión con planchas de enlace en cada extremo y en puntos intermedios si el enlace se interrumpe. Las planchas de enlace se colocan tan cercanas de los extremos como sea posible. En elementos principales que desarrollan la resistencia de diseño, las planchas de enlace en los extremos tienen una longitud no menor que la distancia entre líneas de soldadura o conectores que los unen a los componentes del elemento. Las planchas de enlace intermedias tienen una longitud no menor a la mitad de esta distancia. El espesor de las planchas de enlace es mayor o igual a 1/50 de la distancia entre líneas de soldaduras o conectores que los unen a estos elementos. En construcciones soldadas, la soldadura en cada línea que conecta una plancha de enlace tiene una longitud igual o mayor a 1/3 de la longitud de la plancha. En conexiones con pernos, el espaciamiento en la dirección del esfuerzo en las planchas de conexión es igual o menor que 6 diámetros y la plancha de enlace debe ser conectada en cada segmento por al menos 3 pernos. Los enlaces, incluyendo platinas, ángulos, canales u otros perfiles empleados como enlaces, se espacian de manera que el l/r de las alas entre sus conexiones no exceda la relación de esbeltez que controla el elemento armado. Los enlaces proporcionan una resistencia al corte normal al eje del elemento igual al 2% de la resistencia de diseño por compresión en el elemento. La relación l/r para las barras de enlace simple no excede de 140. Para el caso de enlaces dobles la relación l/r no excede de 200. Las barras de enlace doble se unen en sus intersecciones. Para barras de enlace en compresión se permite tomar l como la longitud o soportada del enlace entre soldaduras o conectores para enlaces simples y 70% de esa distancia en el caso de enlaces dobles. La inclinación de las barras de enlace con respecto al eje del elemento es preferentemente igual o mayor a 60º para enlaces simples y de 45º para enlaces dobles. Cuando la distancia entre líneas de soldadura o conectores en las alas es mayor a 375 mm, el enlace es preferentemente doble o hecho con ángulos. Para requisitos adicionales de espaciamientos, véase el artículo 10.3.

53

PROYECTO DE NORMA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS

5.7

ELEMENTOS CON COMPONENTES ESBELTOS Este numeral se aplica para elementos con componentes esbeltos sujetos a compresión, como se define en el numeral 2.4.1 para elementos en compresión uniforme. La resistencia nominal en compresión, Pn, es el menor valor determinado en base a los estados límites de pandeo por flexión, pandeo torsional y pandeo flexotorsional. Pn = Fcr Ag

(5.7-1)

El esfuerzo crítico, Fcr, es determinado de la siguiente manera: (a) Cuando KL  4,71 r

E (o QFy  2,25 ) Fe QFy QFy  Fcr = Q 0,658 Fe  

(b) Cuando KL  4,71 r

 F  y 

(5.7-2)

E (o QFy  2,25 ) Fe QFy

Fcr = 0,877Fe

(5.7-3)

donde: Fe = Esfuerzo de pandeo elástico, calculado usando las Ecuaciones 5.3-4 y 5.4-4 para elementos con simetría doble, Ecuaciones 5.3-4 y 5.4-5 para elementos con simetría simple, y Ecuación 5.4-6 para elementos asimétricos, excepto para ángulos simples con b/t ≤ 20, donde Fe se calcula usando la Ecuación 5.3-4. Q = factor de reducción neto que toma en cuenta todos los elementos esbeltos en compresión = 1,0 para elementos sin componentes esbeltos, como se define en el numeral 2.5.1, para elementos en compresión uniforme. = Qs Qa para elementos con secciones de componentes esbeltos, como se define en el numeral 2.5.1, para elementos en compresión uniforme. Para secciones transversales conformadas solamente por elementos esbeltos no rigidizados, Q = Qs (Qa = 1,0). Para secciones transversales conformadas por elementos esbeltos rigidizados, Q = Qa (Qs = 1,0). Para secciones transversales conformadas por elementos esbeltos no rigidizados y rigidizados, Q = Qs Qa. Para secciones transversales conformadas de múltiples elementos esbeltos no rigidizados, es conservador usar el menor Qs del elemento más esbelto para determinar la resistencia del elemento en compresión pura.

54

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5.7.1

Elementos Esbeltos No Rigidizados, Qs El factor de reducción, Qs, para elementos esbeltos no rigidizados se define a continuación: (a) Para alas, ángulos y planchas que se proyectan de columnas laminadas u otros elementos en compresión: (i) Cuando

b E  0,56 : t Fy Qs = 1,0

(5.7-4)

(ii) Cuando 0,56 E  b  1,03 E : Fy

t

Fy

Fy

b

Qs = 1,415 - 0,74 ( t ) √ E

(5.7-5)

(iii) Cuando b  1,03 E : t

Fy

Qs =

0,69 E b Fy   t

(5.7-6)

2

(b) Para alas, ángulos y planchas que se proyectan de columnas armadas u otros elementos en compresión: (i) Cuando b  0,64 Ekc : t

Fy

Qs = 1,0 (ii) Cuando 0,64

(5.7-7)

Ekc b Ekc   1,17 : Fy t Fy b

Fy

Qs = 1,415 - 0,65 ( t ) √Ek (iii) Cuando

c

(5.7-8)

b Ekc  1,17 : t Fy

Qs =

55

0,90 Ekc b Fy   t

2

(5.7-9)

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donde: b = ancho del elemento no rigidizado en compresión, tal como se define en el numeral 2.5.1 kc =

4 √h / tw

, y no se toma inferior a 0,35 ni superior a 0,76 para efectos

del cálculo t = espesor del elemento tw = espesor del alma (c) Para ángulos simples: (i) Cuando

b E  0,45 : t Fy

Qs = 1,0 (ii) Cuando 0,45

(5.7-10)

E b E   0,91 : Fy t Fy Fy

b

Qs = 1,34 - 0,76 ( t ) √ E

(5.7-11)

(iii) Cuando b  0,91 E t

Fy

Qs =

0,53E b Fy   t

(5.7-12)

2

donde: b = ancho total del ala más larga. (d) Para almas de secciones T: (i) Cuando

d E  0,75 t Fy

Qs = 1,0 (ii) Cuando 0,75

(5.7-13)

E d E   1,03 Fy t Fy d

Fy

Qs = 1,908 - 1,22 ( t ) √ E

56

(5.7-14)

PROYECTO DE NORMA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS

(iii) Cuando

d E  1,03 t Fy Qs =

(5.7-15)

0,69 E d  Fy   t 

2

donde: d = peralte nominal total de la sección T 5.7.2

Elementos Esbeltos Rigidizados, Qa El factor de reducción, Qa, para elementos esbeltos rigidizados se define de la siguiente manera: A

Qa = Ae g

(5.7-16)

donde: Ag = área transversal bruta del elemento Ae = suma de áreas efectivas de las sección transversal, basadas en el ancho efectivo reducido, be. El ancho efectivo reducido, be, se determina de la siguiente manera: b

E

(a) Para elementos esbeltos en compresión uniforme, con t ≥ 1,49√ f , excepto para alas de secciones cuadradas y rectangulares de espesor uniforme: be = 1,92t

E  0,34 E  1 − b f  (b t ) f 

(5.7-17)

donde: f se toma como Fcr con Fcr calculado con Q = 1,0 (b) Para alas de secciones esbeltas cuadradas y rectangulares de espesor b

E

uniforme con t ≥ 1,40√ f : be = 1,92t

E  0,38 E  1 − b f  (b t ) f 

(5.7-18)

donde: f = P n / Ae En vez de calcular f = Pn / Ae, que requiere iteración, f puede ser tomada igual a Fy. 57

PROYECTO DE NORMA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS

(c) Para secciones circulares cargadas axialmente: Cuando 0,11 E  D  0,45 E Fy

t

Fy

Q = Qa =

donde: D = diámetro exterior t = espesor de pared

58

0,038E 2 + Fy (D t ) 3

(5.7-19)

PROYECTO DE NORMA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS

CAPÍTULO 6 DISEÑO DE ELEMENTOS EN FLEXIÓN Este capítulo abarca el diseño de elementos solicitados por flexión simple respecto a un eje principal. Para flexión simple, el elemento es cargado en un plano paralelo al eje principal que pasa a través del centro de corte o es restringido al giro transversal en los puntos de aplicación de cargas concentradas y en los apoyos. El capítulo está organizado de la siguiente manera: 6.1. Disposiciones Generales 6.2. Elementos compactos de sección I de simetría doble y canales, en flexión respecto a su eje mayor 6.3. Elementos de sección I de simetría doble con almas compactas y alas no compactas o esbeltas en flexión respecto a su eje mayor 6.4. Otros elementos de sección I con almas compactas o no compactas en flexión respecto a su eje mayor 6.5. Elementos de sección I de simetría doble y simple con almas esbeltas en flexión respecto a su eje mayor 6.6. Elementos de sección I y canales en flexión respecto a su eje menor 6.7. Perfiles tubulares cuadrados y rectangulares 6.8. Perfiles tubulares circulares 6.9. Secciones T y ángulos dobles cargados en el plano de simetría 6.10. Ángulos simples 6.11. Barras cuadradas, rectangulares y redondas 6.12. Secciones asimétricas 6.13. Requisitos dimensionales de vigas Para los casos que no se incluyen en este capitulo, se aplica lo siguiente: - Para elementos solicitados por flexión biaxial o por combinación de flexión y carga axial véase los artículos 8.1 y 8.2. - Para elementos solicitados por flexión y torsión véase el artículo 8.3. - Para elementos sujetos a fatiga véase el Apéndice 3 del AISC 360-10. - Para disposiciones de diseño al corte véase el Capítulo 7. Como ayuda en la determinación del artículo apropiado a aplicar en este capítulo, puede ser usada la Tabla 6.1.

59

PROYECTO DE NORMA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS

Tabla 6.1 Artículo a aplicar del Capítulo 6 Artículo del Capítulo 6

Esbeltez del Ala

Esbeltez del Alma

Estados Límites

6.2

C

C

Y, LTB

6.3

NC,S

C

LTB, FLB

6.4

C,NC,S

C,NC

Y, LTB, FLB, TFY

6.5

C,NC,S

S

Y, LTB, FLB, TFY

6.6

C,NC,S

N/A

Y, FLB

6.7

C,NC,S

C,NC

Y, FLB, WLB

6.8

N/A

N/A

Y, LB

6.9

C,NC,S

N/A

Y, LTB, FLB

6.10

N/A

N/A

Y, LTB, LLB

6.11

N/A

N/A

Y, LTB

N/A

N/A

Todos los estados limites

6.12

Sección Transversal

Perfiles con secciones asimétricas diferentes a ángulos simples

Y = fluencia, LTB = pandeo lateral-torsional, FLB = pandeo local ala, WLB = pandeo local alma, TFY=fluencia del ala en tracción, LLB = pandeo local ala, LB = pandeo local, C = compacto, NC = no-compacto, S = esbelto, N/A = no aplica

6.1

DISPOSICIONES GENERALES

60

PROYECTO DE NORMA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS

La resistencia de diseño en flexión, bMn, se determina de la siguiente manera:

b= 0,90 y la resistencia nominal en flexión, Mn, se determina de acuerdo con los artículos 6.2 hasta 6.13. Para elementos simplemente simétricos en curvatura simple y todos los elementos doblemente simétricos: Cb

= factor de modificación por pandeo lateral-torsional para diagramas de momento no uniformes cuando ambos extremos del segmento están arriostrados:

Cb

=

12,5M max 2,5M max + 3M A + 4M B + 3M C

(6.1-1)

Mmax = valor absoluto del máximo momento en el segmento no arriostrado, MA = valor absoluto del momento en el primer cuarto del segmento no arriostrado, MB = valor absoluto del momento en el centro del segmento no arriostrado, MC = valor absoluto del momento en el tercer cuarto del segmento no arriostrado, Es permitido tomar conservadoramente Cb igual a 1,0 en todos los casos. Para voladizos o extremos colgados donde el extremo libre no está arriostrado, Cb = 1,0. 6.2

ELEMENTOS COMPACTOS DE SECCIÓN I DE SIMETRÍA DOBLE Y CANALES, EN FLEXIÓN RESPECTO A SU EJE MAYOR Este artículo se aplica a elementos de sección I con simetría doble y canales en flexión respecto a su eje mayor, teniendo almas compactas y alas compactas como se define en el artículo 2.5. La resistencia nominal en flexión, Mn, es el menor valor obtenido de acuerdo con los estados límite de fluencia y pandeo lateral-torsional.

6.2.1

Fluencia Mn = Mp = Fy Zx

(6.2-1)

donde: Fy = esfuerzo de fluencia mínimo especificado, Zx = módulo de sección plástico en torno al eje x,

6.2.2

Pandeo Lateral-Torsional (a) Cuando Lb ≤ Lp, no se aplica el estado límite de pandeo lateral-torsional

61

PROYECTO DE NORMA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS

(b) Cuando Lp < Lb ≤ Lr  M n = Cb  M p M p − 0,7 Fy S x 

(





) LLb −− LLp   M p 

r

p

(6.2-2)



(c) Cuando Lb > Lr Mn = Fcr Sx ≤ Mp

(6.2-3)

donde: Lb = longitud entre puntos que están o arriostrados contra desplazamientos laterales del ala en compresión o arriostrados contra giro torsional de la sección, Cb 2 E

Fcr =

E J Sx ho

= = = =

 Lb     rts 

2

Jc 1 + 0,078 S x ho

 Lb     rts 

2

(6.2-4)

módulo de elasticidad del acero = 200 000 MPa constante torsional, módulo de sección elástico en torno al eje x, distancia entre centroide de alas,

El término raíz cuadrada en la Ecuación 6.2-4 puede tomarse conservadoramente igual a 1,0 Las longitudes límites Lp y Lr se determinan a continuación: E

Lp = 1,76 ry √F

(6.2-5)

y

E Lr =1,95rts 0,7 Fy

2

 Jc   0,7 Fy  Jc  + 6,76  +  S x ho  E   S x ho 

2

(6.2-6)

donde: rts2 =

I y Cw

(6.2-7)

Sx

El coeficiente c se calcula como sigue: c

= 1,0; para secciones I con simetría doble

c

= ho 2

Iy Cw

(6.2-8a)

; para canales

(6.2-8b)

Para secciones I con doble simetría y alas rectangulares, Cw = la ecuación 6.2-7 se reduce a:

62

Iy ho2 4

y entonces

PROYECTO DE NORMA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS

r2ts =

Iy ho 2Sx

rts se aproxima conservadoramente como el radio de giro del ala en compresión más un sexto del alma: rts =

6.3

bf  1 htw 121 +  6 bf t f 

   

ELEMENTOS DE SECCIÓN I DE SIMETRÍA DOBLE CON ALMAS COMPACTAS Y ALAS NO COMPACTAS O ESBELTAS EN FLEXIÓN RESPECTO A SU EJE MAYOR Este artículo se aplica a elementos de sección I con doble simetría en flexión respecto a su eje mayor, teniendo almas compactas y alas no compactas o esbeltas como se define en el artículo 2.5 para elementos en flexión. La resistencia nominal en flexión, Mn, es el menor valor obtenido de acuerdo con los estados límites de pandeo lateral-torsional y pandeo local del ala en compresión.

6.3.1

Pandeo Lateral-Torsional Deben aplicarse las disposiciones del numeral 6.2.2 para pandeo lateral-torsional.

6.3.2

Pandeo Local Ala en Compresión (a) para secciones con alas no compactas  M n =  M p − M p − 0,7 Fy S x 

(



)  −−pf 

rf

pf

   

(6.3-1)

(b) para secciones con alas esbeltas Mn =

0,9 Ekc S x

2

(6.3-2)

donde:



=

bf 2 tf

pf = p es la esbeltez límite para ala compacta, Tabla 2.5.1(b). rf = r es la esbeltez límite para ala no compacta, Tabla 2.5.1(b) kc

6.4

=

4

√h⁄tw

; para propósitos de cálculo no debe tomarse menor que 0,35

ni mayor que 0,76 h = distancia definida en el numeral 2.5.3 OTROS ELEMENTOS DE SECCIÓN I CON ALMAS COMPACTAS O NO COMPACTAS EN FLEXIÓN RESPECTO A SU EJE MAYOR Este artículo se aplica para: (a) elementos de sección I de simetría doble en

63

PROYECTO DE NORMA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS

flexión respecto a su eje mayor con almas no compactas; y (b) elementos de sección I de simetría simple cuyas almas están conectadas a la mitad del ancho de las alas, se encuentran en flexión respecto a su eje mayor y presentan almas compactas o no compactas, como se define en el artículo 2.5 para elementos en flexión. Los elementos con sección I mencionados en este numeral pueden ser diseñados conservadoramente usando el artículo 6.5. La resistencia nominal en flexión, Mn, debe ser el menor valor obtenido de acuerdo con los estados límite de fluencia del ala en compresión, pandeo lateraltorsional, pandeo local del ala en compresión y fluencia del ala en tracción. 6.4.1

Fluencia del Ala en Compresión Mn = Rpc Myc = Rpc Fy Sxc

(6.4-1)

donde: Myc = Momento de fluencia en el ala en compresión. 6.4.2

Pandeo Lateral-Torsional (a) Cuando Lb ≤ Lp, no se aplica el estado límite de pandeo lateral-torsional (b) Cuando Lp < Lb ≤ Lr  M n = Cb  R pc M yc − R pc M yc − FL S xc 

(





) LLb −− LLp   R pc M yc 

r

p

(6.4-2)



(c) Cuando Lb > Lr M n = Fcr S xc  R pc M yc

(6.4-3)

donde: Myc = FySxc Fcr =

(6.4-4)

Cb 2 E  Lb     rt 

2

1 + 0,078

 Lb    S xc ho  rt  J

2

Iyc

Para I ≤ 0,23, J se toma como cero. y donde: Iyc= Momento de inercia del ala en compresión respecto al eje y Iy = Momento de inercia de la sección respecto al eje y

La tensión, FL, debe ser determinada como sigue: S

(i) Cuando S xt ≥ 0,7 xc

64

(6.4-5)

PROYECTO DE NORMA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS

FL = 0,7 Fy

(6.4-6a)

S

(ii) Cuando S xt < 0,7 xc S

FL = Fy S xt ≥ 0,5Fy

(6.4-6b)

xc

La longitud no arriostrada para el estado límite de fluencia, Lp, se determina como: E Fy

Lp = 1,1 rt √

(6.4-7)

La longitud no arriostrada para el estado límite de pandeo inelástico lateraltorsional, Lr, se determina como: E Lr = 1,95rt FL

 J +  S xc ho  S xc ho J

2

2  F   + 6,76 L   E  

(6.4-8)

El factor de plastificación del alma, Rpc, se determina como: (i) Cuando

Iyc Iy

> 0,23

h

(a) Cuando t c ≤ pw w R pc =

Mp

(6.4-9a)

M yc

h

(b) Cuando t c > pw w Mp  Mp   −  pw R pc =  − − 1  rw −  pw  M yc  M yc 

 Mp    M yc 

(6.4-9b)

Iyc

(ii) Cuando I ≤ 0,23 y Rpc = 1,0

(6.4-10)

donde: Mp = Fy Zx ≤ 1,65 Fy Sxc Sxc, Sxt = módulo de sección elástico referido al ala en compresión y tracción, respectivamente.

 pw rw hc

h

= tc w = p, es la esbeltez límite para alma compacta, Tabla 2.5.1(b) = r, es la esbeltez límite para alma no compacta, Tabla 2.5.1(b) = dos veces la distancia desde el centroide a lo siguiente: la cara 65

PROYECTO DE NORMA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS

interior del ala en compresión menos el radio de empalme o esquina, para perfiles laminados; la línea más cercana de los pernos en el ala en compresión o en el interior de las caras del ala en compresión cuando se usan soldaduras, para secciones armadas. El radio de giro efectivo para pandeo lateral-torsional, rt, se determina de acuerdo a lo siguiente: (i) Para secciones I con ala rectangular en compresión rt =

b fc

(6.4-11)

h 1 h  12 o + a w 6 ho d   d 2

donde: h t

aw = b c tw fc fc bfc = ancho del ala en compresión. tfc = espesor del ala en compresión.

(6.4-12)

rt puede ser aproximado conservadoramente como el radio de giro del ala en compresión más un sexto de la porción en compresión del alma: b fc

rt =

 1  121 + aw   6 

(ii) Para secciones I con canal o platabanda fijada al ala en compresión: rt

aw

6.4.3

= radio de giro de los componentes del ala en compresión por flexión más un tercio del área del alma en compresión debido sólo a la aplicación del momento de flexión respecto a su eje mayor. = la relación entre dos veces el área del alma en compresión debido sólo a la aplicación del momento de flexión respecto a su eje mayor y el área de los componentes del ala en compresión

Pandeo Local del Ala en Compresión (a) Para secciones con alas compactas, no se aplica el estado límite de pandeo local del ala en compresión. (b) para secciones con alas no compactas   −  pf M n = R pc M yc − R pc M yc − FL S xc   rf −  pf 

(

)

   

(6.4-13)

(c) para secciones con alas esbeltas Mn =

0,9 Ekc S xc

66

2

(6.4-14)

PROYECTO DE NORMA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS

donde: FL = es determinado por la Ecuación 6.4-6. Rpc = es el factor de plastificación del alma, determinado por la Ecuación 6.4-9. 4 kc = , no se toma menor que 0,35 ni mayor que 0,76 para h tw

propósitos de cálculo



=

b fc 2t fc

pf = p, es la esbeltez límite para ala compacta, Tabla 2.5.1(b) rf = r, es la esbeltez límite para ala no compacta, Tabla 2.5.1(b) 6.4.4

Fluencia del Ala en Tracción (a) Cuando Sxt ≥ Sxc, no se aplica el estado límite de fluencia del ala en tracción. (b) Cuando Sxt < Sxc Mn = Rpt Myt

(6.4-15)

donde: Myt = Fy Sxt El factor de plastificación del alma correspondiente al estado límite de fluencia del ala en tracción, Rpt, se determina como se indica a continuación: h

(i) Cuando t c ≤ pw w R pt =

Mp

(6.4-16a)

M yt

h

(ii) Cuando t c > pw w Mp  Mp    −  pw R pt =  − − 1    rw −  pw  M yt  M yt 

 M p    M yt 

(6.4-16b)

donde:



6.5

h

= tc w pw = p, es la esbeltez límite para alma compacta, Tabla 2.5.1(b) rw = r, es la esbeltez límite para alma no compacta, Tabla 2.5.1(b) ELEMENTOS DE SECCIÓN I DE SIMETRÍA DOBLE Y SIMPLE CON ALMAS ESBELTAS EN FLEXIÓN RESPECTO A SU EJE MAYOR Este artículo se aplica para elementos de sección I de simetría doble y simple con almas esbeltas conectadas a la mitad del ancho de alas y que se encuentren

67

PROYECTO DE NORMA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS

sometidos a flexión respecto a su eje mayor como se define en el artículo 2.5 para elementos en flexión. La resistencia nominal en flexión, Mn, es el menor valor obtenido de acuerdo con los estados límite de fluencia del ala en compresión, pandeo lateral-torsional, pandeo local del ala en compresión y fluencia del ala en tracción. 6.5.1

6.5.2

Fluencia del Ala en Compresión Mn = Rpg Fy Sxc

(6.5-1)

Mn = Rpg Fcr Sxc

(6.5-2)

Pandeo Lateral-Torsional

(a) Cuando Lb ≤ Lp, no se aplica el estado límite de pandeo lateral-torsional (b) Cuando Lp < Lb ≤ Lr  Fcr = Cb  Fy − 0,3Fy 

(





)  LLb −− LL p   Fy 

r

p

(6.5-3)



(c) Cuando Lb > Lr Fcr =

Cb 2 E  Lb     rt 

2

 Fy

(6.5-4)

donde: Lp se define por la Ecuación 6.4-7 Lr =  rt

E 0,7 Fy

(6.5-5)

Rpg es el factor de reducción de resistencia en flexión: R pg = 1 −

h  aw  c − 5,7 E   1,0 1200 + 300aw  t w Fy   

(6.5-6)

donde:

6.5.3

aw se define por la Ecuación 6.4-12 pero no debe exceder de 10 rt es el radio de giro efectivo para pandeo lateral como se define en el artículo 6.4 Pandeo Local del Ala en Compresión Mn = Rpg Fcr Sxc

(6.5-7)

(a) Para secciones con alas compactas, no se aplica el estado límite de pandeo

68

PROYECTO DE NORMA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS

local del ala en compresión (b) Para secciones con alas no compactas  Fcr =  Fy − 0,3Fy 

(



)  −−pf 

rf

pf

   

(6.5-8)

(c) Para secciones con alas esbeltas Fcr =

donde: kc =

0,9 E kc  bf   2t f 

   

(6.5-9)

2

4 y no es menor que 0,35 ni mayor que 0,76 para propósitos h tw

de cálculo. 

=

b fc 2t fc

pf = p, es la esbeltez límite para ala compacta, Tabla 2.5.1(b) rf = r, es la esbeltez límite para ala no compacta, Tabla 2.5.1(b) 6.5.4

Fluencia del Ala en Tracción (a) Cuando Sxt ≥ Sxc, no se aplica el estado límite de fluencia del ala en tracción (b) Cuando Sxt < Sxc Mn = Fy Sxt

6.6

(6.5-10)

ELEMENTOS DE SECCIÓN I Y CANALES EN FLEXIÓN RESPECTO A SU EJE MENOR Este artículo se aplica para elementos de sección I y canales en flexión respecto a su eje menor. La resistencia nominal en flexión, Mn, debe ser el menor valor obtenido de acuerdo con los estados límite de fluencia y pandeo local del ala.

6.6.1

Fluencia Mn = Mp = Fy Zy ≤ 1,60Fy Sy

6.6.2

(6.6-1)

Pandeo Local de Ala (a) Para secciones con alas compactas, no se aplica el estado límite de pandeo local. (b) Para secciones con alas no compactas

69

PROYECTO DE NORMA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS

 M n =  M p − M p − 0,7 Fy S y 

(

)   −−pf 



rf

pf

   

(6.6-2)

(c) Para secciones con alas esbeltas Mn = Fcr Sy donde: Fcr =

0,69E (

 pf rf b tf Sy

6.7

b) tf

(6.6-3)

(6.6-4)

2

b

= t f = p es la esbeltez límite para ala compacta, Tabla 2.5.1(b) = r es la esbeltez límite para ala no compacta, Tabla 2.5.1(b) = Para alas de secciones I, es la mitad del ancho de sus alas, bf para alas de canales, es el ancho total de sus alas. = Espesor del ala. = Módulo de sección elástico tomado con respecto al eje Y; para un canal, debe tomarse como el módulo de sección mínimo.

PERFILES HSS CUADRADOS, RECTANGULARES Y ELEMENTOS DE SECCIÓN CAJÓN Este artículo se aplica a perfiles HSS cuadrados, rectangulares y elementos de sección cajón doblemente simétricos, en flexión respecto a cualquier eje, teniendo almas compactas o no compactas y alas compactas, no compactas o esbeltas como se define en el numeral 2.5.1 para elementos en flexión. La resistencia nominal en flexión, Mn, es el menor valor obtenido de acuerdo con los estados límite de fluencia, pandeo local del ala y pandeo local del alma en flexión pura.

6.7.1

Fluencia Mn = Mp = Fy Z

(6.7-1)

donde: Z = módulo de sección plástico respecto al eje de flexión.

6.7.2

Pandeo Local del Ala (a) Para secciones compactas, no se aplica el estado límite de pandeo local del ala. (b) Para secciones con alas no compactas

70

PROYECTO DE NORMA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS

 b M n = M p − M p − Fy S  3,57  t f 

(

 − 4,0   M p  E 

)

Fy

(6.7-2)

(c) Para secciones con alas esbeltas Mn = Fy Se

(6.7-3)

donde: Se = es el módulo de sección efectiva determinado con el ancho efectivo, be, del ala en compresión tomado como: be = 1,92t f

6.7.3

E  0,38 1 − Fy  b tf 

E  b Fy  

(6.7-4)

Pandeo Local del Alma (a) Para secciones compactas, no se aplica el estado límite de pandeo local del alma. (b) Para secciones con almas no compactas  h M n = M p − M p − Fy S x  0,305  tw 

(

6.8

)

 − 0,738   M p  E 

Fy

(6.7-5)

PERFILES HSS DE SECCIÓN CIRCULAR Este artículo se aplica a elementos HSS de sección circular que tienen una relación D/t menor que

0,45 E

Fy

.

La resistencia nominal en flexión, Mn, es el menor valor obtenido de acuerdo con los estados límite de fluencia y pandeo local. 6.8.1

Fluencia Mn = Mp = Fy Z

6.8.2

(6.8-1)

Pandeo Local (a) Para secciones compactas, no se aplica el estado límite de pandeo local del ala (b) Para secciones no compactas 0,021 E

Mn = (

D t

( )

+Fy ) S

(6.8-2)

(c) Para secciones con paredes esbeltas Mn = Fcr S donde:

71

(6.8-3)

PROYECTO DE NORMA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS

Fcr=

0,33 E

(6.8-4)

D t

( )

S = módulo de sección elástico t = espesor de pared 6.9

SECCIONES T Y ÁNGULOS DOBLES CARGADOS EN EL PLANO DE SIMETRÍA Este artículo se aplica a elementos de sección T y ángulos dobles cargados en el plano de simetría. La resistencia nominal en flexión, Mn, es el menor valor obtenido de acuerdo con los estados límite de fluencia, pandeo lateral-torsional, pandeo local del ala, y pandeo local en el alma de los elementos de sección T.

6.9.1

Fluencia Mn = Mp

(6.9-1)

Mp = Fy Zx ≤ 1,6 My

(6.9-2)

Mp = Fy Zx ≤ My

(6.9-3)

donde: (a) Para almas en tracción

(b) Para almas en compresión

6.9.2

Pandeo Lateral-Torsional M n = M cr =

 EI yGJ  B + 1 + B2    Lb





(6.9-4)

donde:  d  Iy B =  2,3    Lb  J

(6.9-5)

El valor positivo de B se aplica cuando el alma está en tracción y el valor negativo se aplica cuando el alma esta en compresión. Si el extremo del alma está en compresión en cualquier parte a lo largo de la longitud no arriostrada, debe utilizarse el valor negativo de B. 6.9.3

Pandeo Local de Alas de Sección T (a) Para secciones con alas compactas en flexo-compresión, no se aplica el estado límite de pandeo local del ala (b) Para secciones con alas no compactas en flexo-compresión

72

PROYECTO DE NORMA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS

  −  pf M n = M p − M p − 0,7 Fy S xc   rf −  pf 

(

)

   1,6M y  

(6.9-6)

(c) Para secciones con alas esbeltas en flexo-compresión Mn =

(6.9-7)

0,7 ES xc  bf   2t f 

   

2

donde: Sxc = Módulo de sección elástico con respecto al ala en compresión bf  = 2tf pf = p es la esbeltez límite para ala compacta, Tabla 2.5.1(b) rf = r es la esbeltez límite para ala no compacta, Tabla 2.5.1(b) Para ángulos dobles con alas en compresión, Mn basado en el pandeo local se determina usando el numeral 6.10.3 con b/t de las alas y la ecuación 6.10.1 como límite superior. 6.9.4

Pandeo Local de las almas de secciones T en flexo-compresión Mn = Fcr Sx

(6.9-8)

donde: Sx= Módulo de sección elástica, El esfuerzo de tracción crítico, Fcr, se determina como sigue: (a) Cuando

d E  0,84 tw Fy

Fcr = Fy (b) Cuando 0,84

E d E   1,03 Fy tw Fy  d Fcr = 2,55 − 1,84 t w 

(c) Cuando

(6.9-9)

d E  1,03 tw Fy

73

Fy   Fy E 

(6.9-10)

PROYECTO DE NORMA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS

Fcr =

0,69 E d     tw 

(6.9-11)

2

Para ángulos dobles con almas en compresión, Mn basado en el pandeo local se determina usando el numeral 6.10.3 con b/t de las almas y la ecuación 6.10.1 como límite máximo. 6.10

ÁNGULOS SIMPLES Este artículo se aplica para ángulos simples con o sin restricción lateral continua a lo largo de su longitud. Los ángulos simples con restricción lateral-torsional continua a lo largo de su longitud se diseñan basándose en flexión respecto de sus ejes geométricos (x, y). Los ángulos simples sin restricción lateral-torsional continua a lo largo de su longitud se diseñan usando las disposiciones para flexión respecto a sus ejes principales excepto cuando se permita aplicar las disposiciones para flexión respecto a sus ejes geométricos. Si el momento resultante tiene componentes en ambos ejes principales, con o sin carga axial o el momento es respecto a un eje principal y hay carga axial, la relación entre los esfuerzos combinados se determina mediante las disposiciones del artículo 8.2. Para el diseño respecto de los ejes geométricos, se usan las propiedades de la sección calculadas respecto a los ejes x e y del ángulo, paralelo y perpendicular a las alas. Para el diseño respecto de los ejes principales, se usan las propiedades de la sección calculadas respecto a los ejes principales mayor y menor del ángulo. La resistencia nominal en flexión, Mn, es el menor valor obtenido de acuerdo con los estados límite de fluencia (momento plástico), pandeo lateral-torsional y pandeo local del ala. Para flexión con respecto al eje menor, solo son aplicables los estados límites de fluencia y pandeo local del ala.

6.10.1

Fluencia Mn = 1,5 My

(6.10-1)

donde: My = momento de fluencia con respecto al eje de flexión

6.10.2

Pandeo Lateral-Torsional Para ángulos simples sin restricción continua al pandeo lateral-torsional a lo largo de su longitud. 74

PROYECTO DE NORMA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS

(a) Cuando Me ≤ My  0,17 M e  M n =  0,92 − Me  M y  

(6.10-2)

 My   M y  1,5M y M n = 1,92 − 1,17   M e  

(6.10-3)

(b) Cuando Me > My

donde: Me, es el momento elástico de pandeo lateral-torsional, determinado de acuerdo a lo siguiente: (i) Para flexión respecto al eje mayor de ángulos de alas iguales: Me =

0,46 E b 2t 2Cb Lb

(6.10-4)

(ii) Para flexión respecto al eje mayor de ángulos de alas desiguales: 2    Lbt  4,9 E I z Cb   2   Me =  + 0 , 052 +  w w    r  2 Lb    z   

(6.10-5)

donde: Cb Lb Iz rz t βw

= = = = =

es calculado usando la ecuación 6.1-1 con un valor máximo de 1,5 longitud lateral no arriostrada del elemento momento de inercia con respecto al eje menor radio de giro respecto al eje menor espesor del ángulo propiedad de la sección para ángulos de alas desiguales; positivo para el ala menor en compresión y negativo para el ala mayor en compresión. Cuando el ala mayor esta en compresión en cualquier parte a lo largo de la longitud no arriostrada del elemento, se usa el valor negativo de βw.

TABLA 6.1 Valores βw para Ángulos Tamaño Ángulo [pulg(mm)]

75

βw (mm)*

PROYECTO DE NORMA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS

9x4 (229 x102) (166,0) 8x6 (203 x 152) (84,1) 8x4 (203 x 102) (139,0) 7x4 (178 x 102) (111,0) 6 x4 (152 x 102) (79,8) 6 x3 ½ (152 x 89) (93,7) 5x3½ (127 x 89) (61,0) 5x3 (127 x 76) (75,9) 4 x3 ½ (102 x 89) (22,1) 4x3 (102 x 76) (41,9) 3½x3 (89 x 76) (22,1) 3½x2½ (89 x 64) (41,1) 3 x2 ½ (76 x 64) (21,8) 3x2 (76 x 51) (39,6) 2½x2 (64 x 51) (21,6) 2 ½ x1 ½ (64 x 38) (37,8) Alas iguales (0,0) *  w = 1  A z w2 + z 2 dA − 2 z0 donde z0 es la coordenada a lo largo Iw del eje z del centro de corte con respecto al centroide, y Iw es el momento de inercia respecto al eje mayor; βw tiene valor positivo o negativo dependiendo de la dirección de flexión(ver Figura 6.1)

(

)

Figura 6.1 Ángulo de alas desiguales en flexión (iii) Para momento de flexión respecto a un eje geométrico de un ángulo de alas iguales sin compresión axial. (a) Y sin restricción lateral-torsional: (i) Con máxima compresión en el talón Me =

2  0,66 E b 4t Cb   Lbt   1 + 0 , 78 − 1     Lb2  b2   

(ii) Con máxima tracción en el talón

76

(6.10-6a)

PROYECTO DE NORMA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS

Me =

2  0,66 E b 4t Cb   Lbt   1 + 0 , 78 + 1  2  2   Lb b   

(6.10-6b)

My se toma como 0,80 veces el momento de fluencia calculado usando el módulo de sección elástico. donde: b = ancho total del ala en compresión Mn se toma como My para ángulos simples con su lado vertical en compresión, y que tengan una relación luz/peralte menor o igual que 1,64 E Fy

2

Fy t   − 1,4 E b

(b) Y solo con restricción lateral-torsional en el punto de máximo momento: Me se toma como 1,25 Me calculado usando las ecuaciones ó 6.10-6b.

6.10-6a

My se toma como el momento de fluencia calculado usando el módulo de sección elástico 6.10.3

Pandeo Local del Ala El estado límite de pandeo local del ala se aplica cuando el talón del ala está en compresión. (a) Para secciones compactas, no se aplica el estado límite de pandeo local del ala (b) Para secciones con alas no compactas:   b  Fy  M n = Fy Sc  2,43 − 1,72    t  E  

(6.10-7)

(c) Para secciones con alas esbeltas Mn = Fcr Sc

donde:

77

(6.10-8)

PROYECTO DE NORMA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS

Fcr =

0,71 E

(6.10-9)

b 2 ( ) t

b = ancho total del ala en compresión Sc = módulo de sección elástico referido al talón en compresión relativo al eje de flexión. Para flexión respecto a uno de los ejes geométricos de un ángulo de alas iguales sin arriostramiento lateral-torsional, Sc es 0,80 veces el módulo de sección respecto al eje geométrico. 6.11

BARRAS CUADRADAS, RECTANGULARES Y REDONDAS Este artículo se aplica a barras cuadradas, rectangulares y redondas en flexión respecto de cualquiera de sus ejes geométricos. La resistencia nominal en flexión, Mn, es el menor valor obtenido de acuerdo con los estados límite de fluencia y pandeo lateral-torsional.

6.11.1

Fluencia Para barras cuadradas y rectangulares, con

Lb d

≤

0,08 E

en flexión respecto a t Fy su eje mayor, barras rectangulares en flexión respecto a su eje menor y barras redondas: 2

Mn = Mp = Fy Z ≤ 1,6 My 6.11.2

(6.11-1)

Pandeo Lateral-Torsional (a) Para barras cuadradas y rectangulares, con

0,08 E

Fy




1,9 E

Fy

(6.11-2)

en flexión respecto a

su eje mayor: Mn = Fcr Sx ≤ Mp

(6.11-3)

donde: Fcr =

1,9 E Cb Lb d

(6.11-4)

t2

Lb = longitud entre puntos que están arriostrados contra desplazamiento lateral en la zona en compresión, o entre puntos arriostrados para prevenir el giro torsional de la sección d = peralte de la barra cuadrada o rectangular t = ancho de la barra cuadrada o rectangular paralelo al eje de flexión (c) Para barras redondas y barras rectangulares en flexión respecto de su eje

78

PROYECTO DE NORMA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS

menor, no necesita ser considerado el estado límite de pandeo lateraltorsional. 6.12

SECCIONES ASIMÉTRICAS Este artículo se aplica a todos los perfiles asimétricos, excepto ángulos simples. La resistencia nominal en flexión, Mn, es el menor valor obtenido de acuerdo con los estados límite de fluencia (momento de fluencia), pandeo lateraltorsional, y pandeo local donde: Mn = Fn Smin

(6.12-1)

donde: Smin = el menor módulo de sección referido al eje de flexión 6.12.1

6.12.2

Fluencia Fn = Fy

(6.12-2)

Fn = Fcr ≤ Fy

(6.12-3)

Pandeo Lateral-Torsional

donde: Fcr = esfuerzo de pandeo lateral-torsional para la sección determinada mediante análisis especiales En el caso de elementos de sección Z, Fcr se toma como 0,5 Fcr de un canal con las mismas propiedades de ala y alma. 6.12.3

Pandeo Local Fn = Fcr ≤ Fy

(6.12-4)

donde: Fcr = esfuerzo de pandeo local para la sección determinada mediante análisis especiales

79

PROYECTO DE NORMA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS

6.13

REQUISITOS DIMENSIONALES DE VIGAS

6.13.1

Reducciones de resistencia para elementos perforados en las alas en tracción: Este numeral se aplica a perfiles laminados o armados y vigas con platabandas con perforaciones, dimensionadas con base en la resistencia a flexión de la sección bruta. Además de los estados límite especificados en otras secciones de este capítulo, la resistencia nominal en flexión, Mn, queda restringida por el estado límite de rotura del ala en tracción. (a) Cuando Fu Afn ≥ Yt Fy Afg, no aplica el estado límite de rotura en tracción (b) Cuando Fu Afn < Yt Fy Afg, la resistencia nominal en flexión, Mn, en la ubicación de las perforaciones en el ala en tracción, no se toma mayor que: Mn =

Fu A fn A fg

Sx

(6.13-1)

donde: Afg = área bruta del ala en tracción, calculada de acuerdo con las disposiciones del artículo 2.1 Afn = área neta del ala en tracción, calculada de acuerdo con las disposiciones del artículo 2.2 Yt = 1,0 para Fy /Fu≤ 0,8 = 1,1 en otros casos 6.13.2

Relaciones límites de elementos con Sección I Los elementos de sección I con simetría simple satisfacen el siguiente límite: 0,1 

I yc Iy

 0,9

(6.13-2)

Los elementos de sección I con almas esbeltas también satisfacen los siguientes límites: a (a) Cuando h ≤ 1,5  h E   = 12,0 Fy  t w  max

(6.13-3)

 h 0,40 E   = Fy  t w  max

(6.13-4)

a (b) Cuando h > 1,5

donde: a = distancia libre entre rigidizadores transversales 80

PROYECTO DE NORMA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS

En vigas sin rigidizadores, h/tw no debe exceder de 260. La relación entre el área del alma y del ala en compresión no debe exceder de 10. 6.13.3

Platabandas Las alas de las vigas soldadas pueden variarse en espesor o ancho traslapándoles una serie de planchas o usando platabandas. El área total de las platabandas de vigas conectadas con pernos no debe exceder de 70% del área total del ala. Los pernos de alta resistencia o la soldadura que conecta el ala al alma, o platabandas al ala, se dimensionan para resistir el corte horizontal total resultante de las fuerzas de flexión en la viga. La distribución longitudinal de estos pernos o soldaduras intermitentes debe ser en proporción a la magnitud del corte. Sin embargo, el espaciamiento longitudinal no excede del máximo especificado para elementos en compresión o tracción en los artículos 5.6 o 4.4, respectivamente. Los pernos o soldadura que conectan el ala al alma también se dimensionan para transmitir al alma cualquier carga aplicada directamente sobre el ala, a no ser que se disponga una forma de transmitir tales cargas mediante apoyo directo. Las platabandas de longitud parcial deben extenderse más allá del punto teórico de corte y la extensión debe quedar conectada a la viga por pernos de alta resistencia mediante una conexión de deslizamiento crítico o por soldadura de filete. Esta unión debe ser adecuada, en la resistencia aplicable dada por los numerales 10.2.2, 10.3.8 o 2.10 para desarrollar el aporte de resistencia en flexión de la platabanda a la viga en el punto teórico de corte. Para platabandas soldadas, las soldaduras que conectan las partes finales de la platabanda a la viga deben ser continuas a lo largo de ambos bordes laterales de la platabanda en la longitud a', definida a continuación, y deben ser adecuadas para desarrollar el aporte de la platabanda a la resistencia de diseño de la viga a una distancia a' del extremo de la platabanda. (a) Cuando hay una soldadura continua en el extremo de la platabanda, igual o mayor que tres cuartos del espesor de la platabanda a' = w

(6.13-5)

donde: w = ancho de la platabanda

(b) Cuando hay una soldadura continua en el extremo de la platabanda, menor que tres cuartos del espesor de la platabanda a' = 1,5 w

81

(6.13-6)

PROYECTO DE NORMA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS

(c) Cuando no hay soldadura en el extremo de la platabanda a' = 2 w

(6.13-7)

Fig. 1. Vista en planta de platabanda soldada a viga metálica I

Fig. 2. Vista en elevación de platabanda soldada a viga metálica I 6.13.4

Vigas Armadas Cuando dos o más vigas o canales son usados lado a lado para formar un elemento en flexión, ellas deben ser conectadas de acuerdo con el numeral 5.6.2. Cuando hay cargas concentradas que son llevadas de una viga a la otra o distribuidas entre las vigas, se sueldan o empernarnan diafragmas con suficiente rigidez para distribuir la carga entre las vigas.

82

PROYECTO DE NORMA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS

CAPÍTULO 7 DISEÑO DE ELEMENTOS EN CORTE Este capítulo abarca el diseño de las almas de elementos con simetría doble o simple solicitados por corte en el plano del alma, ángulos simples y perfiles HSS, y corte en la dirección débil de perfiles de simetría doble o simple. El capítulo está organizado de la siguiente manera: 7.1. 7.2. 7.3. 7.4. 7.5. 7.6. 7.7.

Disposiciones Generales Elementos con Almas No Rigidizadas o Rigidizadas Campo de tensiones Ángulos simples Perfiles HSS Rectangulares y Sección Cajón Perfiles HSS Circulares Corte Respecto al Eje Menor en Perfiles con Simetría Simple y Doble 7.8. Vigas con Aberturas en el Alma 7.1

DISPOSICIONES GENERALES Se presentan dos métodos para calcular la resistencia en corte. El método presentado en el numeral 7.2 no utiliza la resistencia post pandeo del elemento (campo de tensiones). El método presentado en el numeral 7.3 utiliza el campo de tensiones. La resistencia de diseño en corte, vVn se determina de la siguiente manera: Para todas las disposiciones en este capítulo, excepto el numeral 7.2.1(a): ϕv = 0,90

7.2

ELEMENTOS CON ALMAS NO RIGIDIZADAS O RIGIDIZADAS

7.2.1

Resistencia en Corte Este numeral aplica para las almas de los elementos de simetría doble o simple y canales sujetos a corte en el plano del alma. La resistencia nominal en corte, Vn, de almas no rigidizadas o rigidizadas de acuerdo con los estados límites de fluencia en corte y pandeo en corte, es: Vn = 0,6 Fy Aw Cv

(7.2-1)

(a) Para almas de elementos laminados de Sección I con h t w  2,24 E Fy : ϕv = 1,00 y

83

PROYECTO DE NORMA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS

Cv = 1,0

(7.2-2)

(b) Para almas de todos los otros perfiles de simetría doble o simple y canales, excepto tubos HSS circulares, el coeficiente de corte del alma, Cv, se determina de la siguiente manera: (i) Cuando h t w  1,10 k v E Fy Cv = 1,0

(7.2-3)

(ii) Cuando 1,10 k v E Fy  h t w  1,37 k v E Fy Cv =

1,10 k v E Fy h tw

(7.2-4)

(iii) Cuando h t w  1,37 k v E Fy Cv =

1,51 E k v

(h t w )2 Fy

(7.2-5)

donde: Aw = área del alma, el peralte total d multiplicada por el espesor del alma tw h = para secciones laminadas, la distancia libre entre alas menos el filete o radio de esquina; para secciones armadas soldadas, la distancia libre entre alas; para secciones armadas empernadas, la distancia entre líneas de pernos; para secciones T, el peralte total tw = espesor del alma El coeficiente de pandeo por corte del alma, kv, se determina como se indica a continuación: (i) Para almas sin rigidizadores transversales y con h/tw < 260: kv = 5 excepto para el alma de perfiles T donde kv = 1,2. (ii) Para almas con rigidizadores transversales: kv = 5 +

5

(a h )2

= 5 cuando a/h > 3,0 ó a/h > [ donde: a = distancia libre entre rigidizadores transversales

84

(7.2-6) 260 2 ] (h⁄tw )

PROYECTO DE NORMA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS

7.2.2

Rigidizadores Transversales No se requiere rigidizadores transversales cuando h t w  2,46 E Fy , o cuando la resistencia disponible en corte de acuerdo con el numeral 7.2.1 para kv = 5 es mayor a la resistencia requerida en corte. Los rigidizadores transversales usados para desarrollar la resistencia de diseño al corte en el alma, como se dispone en el numeral 7.2.1 tienen un momento de inercia con respecto al plano medio del alma para pares de rigidizadores o con respecto a la cara de contacto con el alma para rigidizadores a un solo lado del alma, que debe cumplir con los siguientes requisitos:

Ist ≥ b t3w j

(7.2-7)

donde: j=

2,5

(a h )2

− 2  0,5

(7.2-8)

y b es la menor dimensión entre a y h Se permite que los rigidizadores transversales no lleguen hasta el ala en tracción, salvo que se necesiten para transmitir una carga concentrada o reacción. La soldadura de unión de los rigidizadores con el alma se termina a no menos de cuatro veces ni más de seis veces el espesor del alma desde el borde del filete más cercano de la soldadura alma-ala. Cuando se usan rigidizadores a un solo lado del alma, estos se conectan al ala en compresión, si consisten de una plancha rectangular, para resistir cualquier tendencia a su levantamiento por efecto de torsión en el ala. Cuando se usen pernos para conectar rigidizadores al alma, su espaciamiento no es mayor de 300 mm entre centros. Si se usan filetes intermitentes de soldadura la distancia libre entre filetes no es mayor que 16 veces el espesor del alma ni más de 250 mm. 7.3

CAMPO DE TENSIONES

7.3.1

Límites en el uso del Campo de Tensiones Se permite el uso del campo de tensiones en elementos con alas cuando la plancha del alma es soportada en sus cuatro lados por alas o rigidizadores. No se permite considerar esta acción en los siguientes casos: (a) Para paneles extremos en todos los elementos con rigidizadores transversales; (b) Cuando a/h es mayor que 3,0 ó [260/(h/tw)]2; (c) Cuando 2Aw /(Afc + Aft) > 2,5; ó (d) Cuando h/bfc > 6,0 ó h/bft > 6,0.

85

PROYECTO DE NORMA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS

donde: Afc Aft bfc bft

= = = =

área del ala en compresión área del ala en tracción ancho del ala en compresión ancho del ala en tracción

En estos casos, la resistencia nominal en corte, Vn, se determina de acuerdo con las disposiciones del artículo 7.2. 7.3.2

Resistencia en corte considerando el Campo de Tensiones Cuando el Campo de Tensiones es permitido de acuerdo con el numeral 7.3.1, la resistencia nominal en corte, Vn, con la acción del campo de tensiones para el estado límite de fluencia es: (a) Cuando h t w  1,10 k v E Fy (7.3-1)

Vn = 0,6 Fy Aw

(b) Cuando h t w  1,10 k v E Fy  1 − Cv Vn = 0,6 Fy Aw  Cv +  1,15 1 + (a h )2 

   

(7.3-2)

donde kv y Cv son definidas en el numeral 7.2.1. 7.3.3

Rigidizadores Transversales Los rigidizadores transversales sometidos a la acción del Campo de Tensiones cumplen los requisitos del numeral 7.2.2 y las siguientes limitaciones: (1) (b t )st  0,56

E Fyst

(7.3-3)

  (2) I st  I st1 + (I st 2 − I st1 )  Vr − Vc1  Vc 2 − Vc1 

(7.3-4)

donde: (b/t)st = relación ancho/espesor del rigidizador Fyst = esfuerzo de fluencia mínimo especificado del material del rigidizador Ist = momento de inercia del rigidizador transversal con respecto al plano medio del alma para pares de rigidizadores o con respecto a la cara de contacto con el alma para rigidizadores a un solo lado del alma Ist1 = momento de inercia mínimo del rigidizador transversal requerido para el desarrollo de la resistencia por pandeo de corte del alma en el numeral 7.2.2,

86

PROYECTO DE NORMA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS

Ist2

= momento de inercia mínimo del rigidizador transversal requerido para el desarrollo de la resistencia total por pandeo de corte del alma más la resistencia por Campo de Tensiones en el alma, Vr = Vc2 1,5

4 1,3 = h  st  Fyw 

40

Vr Vc1

Vc2 ρst Fyw 7.4

(7.3-5)

 E   

= La mayor de las resistencias requeridas en corte en los paneles adyacentes del alma, usando las combinaciones de carga = la menor de las resistencias disponibles en corte de los paneles adyacentes a la ubicación del rigidizador con Vn como se define en el numeral 7.2.1 = la menor de las resistencias disponibles en corte de los paneles adyacentes a la ubicación del rigidizador con Vn como se define en el numeral 7.3.2 = el mayor valor entre Fyw/ Fyst y 1,0 = esfuerzo de fluencia mínimo especificado para el material del alma

ÁNGULOS SIMPLES La resistencia nominal en corte, Vn, del lado de un ángulo simple se determina usando la Ecuación 7.2-1 y el numeral 7.2.1(b) con Aw = bt. donde: b = t = h/tw = kv =

7.5

ancho del lado que resiste la fuerza de corte espesor del lado b/t 1,2

PERFILES HSS RECTANGULARES Y SECCIONES CAJÓN La resistencia nominal en corte, Vn, de tubos HSS rectangulares y secciones cajón se determina usando las disposiciones del numeral 7.2.1 con Aw = 2ht . donde: h = la altura resistente a la fuerza de corte, tomada como la distancia libre entre alas menos el radio de esquina interior en cada lado. t = espesor de diseño de la pared, igual a 0,93 veces el espesor nominal de la pared para HSS soldados por resistencia eléctrica (ERW), o espesor nominal para HSS soldados mediante arcosumergido (SAW). tw = t kv = 5 Si el radio de esquina es desconocido, h se toma como la respectiva dimensión exterior menos tres veces el espesor.

87

PROYECTO DE NORMA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS

7.6

PERFILES HSS CIRCULARES La resistencia nominal en corte, Vn, de tubos HSS circulares, se determina de acuerdo con los estados límites de fluencia en corte y pandeo en corte: Vn = Fcr Ag / 2

(7.6-1)

donde: Fcr debe ser el mayor valor entre: 1,60 E

Fcr =

(7.6-2a)

5 D 4

Lv    D t 

y Fcr =

0,78E

(7.6-2b)

3 D 2

    t 

pero no debe exceder 0,6 Fy. Ag = D = Lv = t =

7.7

área bruta de la sección del elemento diámetro exterior la distancia entre la fuerza de corte máxima y la fuerza de corte cero espesor de diseño de la pared, igual a 0,93 veces el espesor nominal de la pared para HSS soldados por resistencia eléctrica (ERW), o espesor nominal para HSS soldados mediante arco-sumergido (SAW)

CORTE RESPECTO AL EJE MENOR EN PERFILES CON SIMETRÍA SIMPLE Y DOBLE Para perfiles con simetría doble y simple cargados en el eje menor sin torsión, la resistencia nominal en corte, Vn, para cada elemento resistente al corte se determina usando la Ecuación 7.2-1 y el literal 7.2.1(b) con Aw = bf tf, h/tw = b/tf, kv = 1,2 y b = para alas de secciones I, la mitad de la longitud completa del ala, bf; para las alas de canales, la dimensión nominal completa del ala

7.8

VIGAS CON ABERTURAS EN EL ALMA El efecto de las aberturas en el alma de vigas de acero y vigas compuestas se determina en la resistencia en corte. Cuando la resistencia requerida excede la resistencia disponible debe disponerse del refuerzo adecuado en la abertura.

88

PROYECTO DE NORMA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS

CAPÍTULO 8 ELEMENTOS SUJETOS A FUERZAS COMBINADAS Y TORSIÓN Este capítulo abarca el diseño de elementos sujetos a carga axial y flexión respecto a uno o dos ejes, con o sin torsión, y elementos sujetos solo a torsión. El capítulo está organizado de la siguiente manera: 8.1. Elementos con simetría simple y doble sujetos a flexión y carga axial. 8.2. Elementos asimétricos y otros sujetos a flexión y carga axial. 8.3. Elementos sujetos a torsión y combinación de torsión, flexión, corte, y/o carga axial. 8.4. Rotura de alas con perforación sujetas a tracción. Para elementos de sección compuesta, ver el capítulo 9. 8.1

ELEMENTOS CON SIMETRÍA SIMPLE Y DOBLE SUJETOS A FLEXIÓN Y CARGA AXIAL

8.1.1

Elementos con simetría simple y doble sujetos a flexión y compresión La interacción de flexión y compresión en elementos con simetría doble y elementos con simetría simple que cumplen 0,1 ≤ (Iyc / Iy) ≤ 0,9, y que solamente están sometidos a flexión respecto a un eje geométrico (x y/o y) satisfacen las ecuaciones 8.1-1a y 8.1-1b, donde Iyc es el momento de inercia del ala en compresión respecto al eje y. (a) Cuando Pu  0,2 c Pn

M uy Pu 8  M ux +  +  c Pn 9  b M nx b M ny

   1,0  

(8.1-1a)

   1,0  

(8.1-1b)

(b) Cuando Pu  0,2 c Pn

 M ux M uy Pu + +  2c Pn  b M nx b M ny

donde: Pu

= resistencia requerida de compresión axial usando las combinaciones de carga LRFD y las recomendaciones de los artículos 2.4 y 2.5. cPn = resistencia de diseño en compresión axial, determinada de acuerdo al Capítulo 5.

89

PROYECTO DE NORMA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS

Mu

bMn x y

c b

= resistencia requerida en flexión usando las combinaciones de carga LRFD y las recomendaciones de los artículos 2.4 y 2.5. = resistencia de diseño en flexión, determinada de acuerdo al Capítulo 6. = subíndice que indica flexión respecto al eje mayor. = subíndice que indica flexión respecto al eje menor. = factor de resistencia en compresión = 0,90 = factor de resistencia en flexión = 0,90

Se permite utilizar las disposiciones del artículo 8.2 en vez de las disposiciones del artículo 8.1. 8.1.2

Elementos con Simetría Simple y Doble sujetos a Flexión y Tracción La interacción de flexión y tracción en elementos con simetría doble y simple que están sometidos solamente a flexión respecto a un eje geométrico (x y/o y) satisfacen las ecuaciones 8.1-1a y 8.1-1b, donde: Pu

= resistencia requerida en tracción axial usando las combinaciones de carga LRFD. t Pn = resistencia de diseño en tracción axial, determinada de acuerdo con las disposiciones del artículo 4.2. Mu = resistencia requerida en flexión usando las combinaciones de carga LRFD. b Mn = resistencia de diseño en flexión, determinada de acuerdo al Capítulo 6. t = factor de resistencia en tracción (Ver artículo 4.2) b = factor de resistencia en flexión = 0,90 Para elementos con simetría doble, el factor Cb en el Capítulo 6 es multiplicado por 1 + Pu para tracción axial que actúa simultáneamente con flexión, Pey

donde: Pey =

 2E I y Lb2

Se permite un análisis más detallado de la interacción de la flexión y la tracción en vez de las ecuaciones 8.1-1a y 8.1-1b. 8.1.3

Elementos Laminados Compactos con Simetría Doble en Flexión y Compresión respecto a un eje Para elementos laminados compactos con simetría doble con (KL)z ≤ (KL)y, sometidos a flexión y compresión con momentos fundamentalmente respecto a su eje mayor, se permite considerar dos estados límites independientes, inestabilidad en el plano y pandeo fuera del plano o pandeo lateral-torsional, por separado en vez de la combinación dispuesta en el numeral 8.1.1. Para elementos con Muy / Mny ≥ 0,05, las disposiciones del numeral 8.1.1 deben cumplirse.

90

PROYECTO DE NORMA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS

(a) Para el estado límite de inestabilidad en el plano, las ecuaciones 8.1.1 se usan con ϕc Pn, Mux y Mcx determinados en el plano de flexión. (b) Para el estado límite de pandeo fuera del plano y pandeo lateral-torsional:

Pu c Pny

 1,5 − 0,5 Pu  c Pny 

  M ux +  C M   b cx

2

   1,0 

(8.1-2)

donde: (KL)y = longitud efectiva para pandeo por flexión respecto al eje y (KL)z = longitud efectiva para pandeo torsional ϕc Pny = resistencia de diseño en compresión axial fuera del plano de flexión Cb = factor de modificación por pandeo lateral-torsional determinado en el artículo 6.1. Mcx = resistencia de diseño lateral-torsional para flexión respecto al eje mayor, determinada de acuerdo con el Capítulo 6 usando Cb = 1,0 En la ecuación 8.1-2, Cb Mcx puede ser mayor que ϕb Mpx. La resistencia a la fluencia de la Viga-Columna es calculada con la ecuación 8.1-1. 8.2

ELEMENTOS ASIMÉTRICOS Y OTROS SUJETOS A FLEXIÓN Y CARGA AXIAL Este artículo abarca la interacción de flexión y esfuerzos axiales para perfiles no cubiertos en el artículo 8.1. Se permite utilizar las disposiciones de este artículo para cualquier perfil en vez de las disposiciones del artículo 8.1. f ra f f + rbw + rbz  1,0 Fca Fcbw Fcbz

(8.2-1)

donde: fra Fca frbw , frbz

= esfuerzo axial requerido en el punto considerado usando las combinaciones de carga LRFD = ϕc Fcr = esfuerzo axial de diseño, determinado de acuerdo al Capítulo 5 para compresión y del artículo 4.2 para tracción. = esfuerzo requerido en flexión en el punto considerado usando las combinaciones de carga LRFD

Fcbw, Fcbz =

ϕc ϕt ϕb w z

= = = = =

b Mn

= esfuerzo de diseño en flexión, determinado de acuerdo al Capítulo 6. Se usa el módulo de sección para la ubicación especifica en la sección transversal y se considera el signo del esfuerzo. factor de resistencia en compresión = 0,90 factor de resistencia en tracción (artículo 4.2) factor de resistencia en flexión = 0,90 subíndice que indica flexión respecto al eje principal mayor subíndice que indica flexión respecto al eje principal menor S

91

PROYECTO DE NORMA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS

La Ecuación 8.2-1 debe ser evaluada usando los ejes principales de flexión, considerando el sentido de los esfuerzos de flexión en los puntos críticos de la sección transversal. Los términos de flexión pueden ser sumados o restados del término axial según corresponda. Cuando la fuerza axial es de compresión, los efectos de segundo orden deben ser incluidos de acuerdo a las disposiciones del Capítulo 3. Se permite un análisis más detallado de la interacción de flexión y tracción en lugar de la Ecuación 8.2-1. 8.3

ELEMENTOS SUJETOS A TORSIÓN Y COMBINACIÓN TORSIÓN, FLEXIÓN, CORTE Y/O CARGA AXIAL

8.3.1

Perfiles HSS Redondos y Rectangulares Sujetos a Torsión

DE

La resistencia torsional de diseño, ϕT Tn, para perfiles HSS redondos o rectangulares de acuerdo con los estados límite de fluencia torsional y pandeo torsional, se determina como sigue: ϕT = 0,90 Tn = Fcr C

(8.3-1)

donde: C es la constante torsional para los perfiles HSS El esfuerzo crítico, Fcr, se determina como sigue: (a) Para perfiles HSS redondos, Fcr es el mayor de Fcr =

(i)

1,23E 5

(8.3-2a)

L  D 4   D t 

y (ii)

Fcr =

0,60 E 3 D 2

    t 

pero no excede de 0,6Fy, donde: L = longitud del elemento D = diámetro exterior

92

(8.3-2b)

PROYECTO DE NORMA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS

(b) Para perfiles HSS rectangulares (i) Cuando h t  2,45 E Fy Fcr = 0,6 Fy

(8.3-3)

(ii) Cuando 2,45 E Fy  h t  3,07 E Fy Fcr =

(

0,60 Fy 2,45 E Fy

)

h   t

(8.3-4)

(iii) Cuando 3,07 E Fy  h t  260 Fcr =

0,458 2 E h   t

(8.3-5)

2

donde: h = ancho de la parte plana del lado mayor como se define en el literal 2.5.3-(d) t = espesor de diseño para perfiles HSS como se define en el numeral 2.1.1 La constante torsional, C, puede ser tomada conservadoramente como: Para perfiles HSS redondos: C =

 (D − t )2 t 2

Para perfiles HSS rectangulares: C = 2(B – t)(H – t)t – 4,5(4 – )t3 8.3.2

Secciones tubulares sujetas a combinación de torsión, flexión, corte y/o carga axial Cuando la resistencia torsional requerida, Tr, es menor o igual que el 20% de la resistencia torsional disponible, Tc, la interacción de torsión, flexión, corte y/o carga axial para secciones tubulares se determina de acuerdo con el artículo 8.1 y los efectos torsionales son despreciados. Cuando Tr excede el 20% de Tc, la interacción de torsión, flexión, corte y/o carga axial se determina por: 2

 Pu M u   Vu Tu   +   1,0 + + M c   Vc Tc   Pc

(8.3-6)

donde: Pu Pc

= resistencia requerida axial usando las combinaciones de carga LRFD. = ϕPn = resistencia de diseño en tracción o compresión axial, determinada de acuerdo al Capítulo 4 ó 5 93

PROYECTO DE NORMA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS

Mu Mc Vu Vc Tu Tc 8.3.3

= resistencia requerida en flexión usando las combinaciones de carga LRFD. = ϕbMn = resistencia de diseño en flexión, determinada de acuerdo al Capítulo 6. = resistencia requerida de corte usando las combinaciones de carga LRFD = ϕvVn = resistencia de diseño en corte, determinada de acuerdo al Capítulo 7. = resistencia requerida en torsión usando las combinaciones de carga LRFD = ϕTTn = resistencia de diseño en torsión, determinada de acuerdo al numeral 8.3-1

Elementos No Tubulares Sujetos a Torsión y Esfuerzos Combinados La resistencia disponible en torsión para elementos no tubulares es el menor valor obtenido de acuerdo a los estados límites de fluencia bajo esfuerzo axial, fluencia bajo esfuerzo de corte, o pandeo, determinado como sigue: ϕT = 0,90 (a) Para el estado límite de fluencia bajo esfuerzo axial Fn = Fy

(8.3-7)

(b) para el estado límite de fluencia bajo esfuerzo de corte Fn = 0,6Fy

(8.3-8)

Fn = Fcr

(8.3-9)

(c) Para el estado límite de pandeo

donde: Fcr= Esfuerzo crítico de pandeo para la sección determinada por el análisis. Se permite alguna fluencia local restringida, adyacente a las áreas que permanecen elásticas. 8.4

ROTURA DE ALAS CON PERFORACIONES SUJETAS A TRACCIÓN En las ubicaciones de las perforaciones para pernos en alas sujetas a tracción bajo la combinación de carga axial y flexión en el eje principal, la resistencia a la rotura del ala en tracción esta limitada por la Ecuación 8.4-1. Cada ala sometida a tracción debido a la carga axial y la flexión es verificada por separado. Pu M ux +  1,0 Pc M cx

donde:

94

(8.4-1)

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Pu

Pc

Mux

Mcx

ϕt ϕb

= resistencia axial requerida del elemento en la ubicación de las perforaciones para los pernos, positiva en tracción, negativa en compresión = ϕtPn = resistencia de diseño axial para el estado límite de rotura en tracción de la sección neta en la ubicación de las perforaciones para los pernos, determinada de acuerdo al literal 4.2.(b) = resistencia requerida en flexión en la ubicación de las perforaciones para los pernos; positivo en tracción, negativo en compresión, para el ala en consideración = ϕbMn = resistencia de diseño en flexión respecto al eje x para el estado límite de rotura del ala en tracción, determinada de acuerdo con el numeral 6.13.1. Cuando el estado límite de rotura en tracción por flexión no se aplica, se usa el momento plástico de flexión, Mp, determinado sin considerar las perforaciones para los pernos. = factor de resistencia para rotura por tracción = 0,75 = factor de resistencia en flexión = 0,90

95

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CAPÍTULO 9 DISEÑO DE ELEMENTOS COMPUESTOS Este capítulo se aplica a elementos de sección compuesta, formados por perfiles de acero estructural laminados o armados o tubos HSS y concreto estructural actuando conjuntamente. También se aplica a vigas de acero que soportan una losa de concreto armado conectada de tal manera que actúan en conjunto para resistir la flexión. Se incluyen vigas compuestas simples y continúas con pernos con cabeza, así como también vigas embebidas y rellenas de concreto, construidas con o sin apuntalamiento temporal. El capítulo está organizado de la siguiente manera: 9.1. 9.2. 9.3. 9.4. 9.5. 9.6. 9.7. 9.8. 9.9. 9.1

Disposiciones generales Fuerza axial Flexión Corte Combinación de carga axial y flexión Transferencia de carga Diafragmas compuestos y vigas secundarias Anclajes de acero Casos especiales

DISPOSICIONES GENERALES Para determinar los efectos de carga en elementos y conexiones de una estructura que incluye elementos compuestos, se debe considerar las secciones efectivas al momento que se aplica cada incremento de carga.

9.1.1

Concreto y acero de refuerzo El diseño, detallado y propiedades de los materiales relacionados al concreto y acero de refuerzo en la construcción compuesta, deben cumplir con las especificaciones de diseño para concreto armado estipuladas por la Norma E.060 CONCRETO ARMADO y se aplican con las excepciones y limitaciones siguientes: (1) Los numerales 7.8.2 y 10.13, y el capítulo 21 de la Norma E.060 CONCRETO ARMADO son excluidos en su totalidad. (2) Las limitaciones del material concreto y acero de refuerzo son como se especifica en el numeral 9.1.3 de la presente norma. (3) Las limitaciones del refuerzo transversal son como se especifica en el numeral 9.2.1a.(2) de la presente norma, además de lo especificado en la norma E.060. (4) La cuantía mínima de refuerzo longitudinal para elementos compuestos embebidos, es la indicada en el numeral 9.2.1a.(3) de la presente norma. Los componentes de concreto y acero de refuerzo diseñados de acuerdo con la Norma E.060 CONCRETO ARMADO se basan en un nivel de carga correspondiente a combinaciones de carga de la presente norma y las limitaciones de la Norma E.020 CARGAS.

96

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9.1.2

Resistencia nominal de secciones compuestas La resistencia nominal de las secciones compuestas es determinada según el método de distribución de los esfuerzos plásticos o el método de compatibilidad de deformaciones tal como se define en este numeral. Para la determinación de la resistencia nominal de un elemento compuesto se desprecia la resistencia a tracción del concreto. Los efectos de pandeo local son considerados para elementos compuestos rellenos como se define en el numeral 9.1.4. Los efectos de pandeo local no se consideran para elementos compuestos embebidos.

9.1.2a. Método de distribución de los esfuerzos plásticos Para el método de distribución de los esfuerzos plásticos, la resistencia nominal es calculada suponiendo que los componentes de la sección de acero han alcanzado el esfuerzo de fluencia, Fy, ya sea en tracción o compresión, según corresponda y que los componentes de concreto en compresión han alcanzado un esfuerzo de 0,85 f’c. En el caso de tubos HSS redondos, rellenos de concreto, se permite usar un esfuerzo de 0,95 f’c para tomar en cuenta los efectos de confinamiento en los componentes de concreto sometidos a compresión debida a fuerza axial y flexión. 9.1.2b. Método de la compatibilidad de las deformaciones Para el método de compatibilidad de deformaciones, se supone una distribución lineal de deformaciones en la sección, con una deformación unitaria máxima en el concreto de 0,003. Las relaciones esfuerzo – deformación del acero y concreto se obtienen de ensayos o de resultados publicados para materiales similares. El método de compatibilidad de deformaciones se usa para determinar la resistencia nominal de las secciones irregulares y para casos en donde el acero no exhibe un comportamiento elasto – plástico. 9.1.3

Limitaciones del material El concreto, acero estructural y barras de refuerzo de acero en sistemas compuestos estan sometidos a las siguientes limitaciones, a menos que se justifique lo contrario mediante ensayos o análisis: (1) Para la determinación de la resistencia de diseño, el concreto debe tener una resistencia de compresión f’c no menor que 21 MPa (210 kgf/cm2) ni mayor que 55 MPa (550 kgf/cm2) en concreto de peso normal y no menor que 21 MPa (210 kgf/cm2) ni mayor que 35 MPa (350 kgf/cm2) en el caso de concreto ligero. (2) El esfuerzo de fluencia mínimo especificado del acero estructural, usado en el cálculo de la resistencia de elementos compuestos, no excede 525 MPa (5250 kgf/cm2). En el caso de las barras corrugadas de acero de refuerzo no se excede los 420 MPa (4200 kgf/cm2).

97

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9.1.4

Clasificación de secciones compuestas rellenas por pandeo local En compresión, las secciones compuestas rellenas son clasificadas como compactas, no compactas o esbeltas. Para clasificar una sección como compacta, la máxima relación ancho/espesor de los componentes de acero en compresión no excede la relación ancho/espesor límite, λp, de la Tabla 9.1.1a. Si la máxima relación ancho/espesor de uno o más componentes de acero en compresión excede λp, pero no excede λr de la Tabla 9.1.1a, la sección es no compacta. Si la máxima relación ancho/espesor de cualquier componente de acero en compresión excede λr, la sección es esbelta. La máxima relación ancho/espesor permitida debe ser como se especifica en la Tabla 9.1.1a. En flexión, las secciones compuestas rellenas son clasificadas como compactas, no compactas o esbeltas. Para clasificar una sección como compacta, la máxima relación ancho/espesor de los elementos de acero en compresión no excede la relación ancho/espesor límite, λp, de la Tabla 9.1.1b. Si la máxima relación ancho/espesor de uno o más elementos de acero en compresión excede, λp, pero no excede λr de la Tabla 9.1.1b, la sección es no compacta. Si la máxima relación ancho/espesor de cualquier elemento de acero en compresión excede λr, la sección es esbelta. La máxima relación ancho/espesor permitida debe ser como se especifica en la Tabla 9.1.1b. Consulte la Tabla 2.5.1 para las definiciones de ancho (b y D) y espesor (t) para los perfiles HSS rectangulares y redondos. TABLA 9.1.1a. Límites de relación ancho/espesor para componentes de acero en compresión en elementos compuestos sujetos a compresión axial. Para uso con el numeral 9.2.2 Descripción del componente Lados de perfiles HSS rectangulares y secciones cajón de espesor uniforme Perfiles HSS redondos

Relación ancho/espesor

λp compacto/ no compacto

b t

2,26

D t

0,15

98

E Fy E Fy

λr no compacto/ esbelto

3,00

0,19

E Fy E Fy

Máximo permitido

5,00

0,31

E Fy E Fy

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TABLA 9.1.1.b Límites de relación ancho/espesor para componente de acero en compresión en elementos compuestos sujetos a flexión. Para uso con el numeral 9.3.4 Descripción del Relación λp compacto/ λr no compacto / componente ancho/espesor no compacto esbelto Alas de perfiles HSS rectangulares E E b 3,00 2,26 y de secciones Fy Fy t cajón de espesor uniforme Almas de perfiles HSS rectangulares E E h 3,00 5,70 y de secciones F F t y y cajón de espesor uniforme E E Perfiles HSS D 0,09 0,31 Fy Fy redondos t

9.2

Máximo permitido 5,00

E Fy

5,70

E Fy

0,31

E Fy

FUERZA AXIAL Este numeral se aplica a dos tipos de elementos compuestos cargados axialmente: elementos embebidos y elementos rellenos.

9.2.1

Elementos compuestos embebidos

9.2.1a. Limitaciones Los elementos compuestos embebidos, deben estar sujetos a las siguientes limitaciones: (1) El área de la sección del núcleo de acero debe ser por lo menos el 1% del área de la sección compuesta total. (2) El encamisetado de concreto que rodea al núcleo de acero debe ser reforzado con barras longitudinales continuas y estribos o espirales. Donde se usen estribos, se usa como mínimo barras de 3/8” espaciadas a un máximo de 300 mm entre centros o barras de 1/2” o mayores espaciadas a un máximo de 400 mm entre centros. Se permite el uso de malla electrosoldada de área equivalente. El máximo espaciamiento entre los estribos no excede 0,5 veces la menor dimensión de la columna. (3) La cuantía mínima longitudinal, 𝜌𝑠𝑟 , es 0,004, donde 𝜌𝑠𝑟 es dado por:  sr =

Asr Ag

(9.2-1)

donde: Asr = área de barras de refuerzo continuo Ag = área bruta del elemento compuesto (4) Ver los artículos 7.10 y 10.9.3 de la Norma E.060 CONCRETO ARMADO para disposiciones adicionales sobre reforzamiento con estribos y en espiral.

99

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9.2.1b. Resistencia en Compresión La resistencia de diseño en compresión, c Pn, de elementos compuestos embebidos de doble simetría cargados axialmente, se determina para el estado límite de pandeo en flexión basado en la esbeltez del elemento como sigue:

c = 0,75 (a) Cuando

Pno  2,25 Pe

Pn = Pno [0,658

Pno Pe ]

(9.2-2)

(b) Cuando Pno  2,25 Pe

Pn = 0,877 Pe

(9.2-3)

donde: Pno = Pe = = Ac = As =

As Fy + Asr Fysr + 0,85 Ac f 'c (9.2-4) Carga crítica de pandeo elástico, determinada de acuerdo al Capítulo 3 π 2 (E Ieff )/(KL)2 (9.2-5) área de concreto área de la sección de acero

Ec = EIeff = = C1 =

módulo de elasticidad del concreto = 0,043 wc1,5 f ' c , MPa rigidez efectiva de la sección compuesta Es Is + 0,5 Es Isr +C1 Ec Ic Coeficiente para el cálculo de la rigidez efectiva de un elemento compuesto embebido en compresión 

As  Ac + As

= 0,1 + 2 Es = f 'c = Fy = Fysr = Ic = Is

=

Isr = K = L = wc =

   0,3 

módulo de elasticidad del acero = 200 000 MPa resistencia especificada en compresión del concreto esfuerzo mínimo de fluencia del perfil de acero esfuerzo mínimo de fluencia de las barras de refuerzo continuo momento de inercia de la sección de concreto respecto al eje neutro elástico de la sección compuesta momento de inercia del perfil de acero respecto al eje neutro elástico de la sección compuesta momento de inercia de las barras de refuerzo continuo respecto al eje neutro elástico de la sección compuesta factor de longitud efectiva longitud no arriostrada lateralmente del elemento peso del concreto por unidad de volumen (1500 ≤ wc ≤ 2500 kg⁄m3 )

La resistencia de diseño en compresión no necesita ser menor a la especificada para el elemento con solo perfiles de acero como es requerido por el Capítulo 5.

100

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9.2.1c. Resistencia en tracción La resistencia disponible en tracción en elementos compuestos embebidos se determina por el estado límite de fluencia como se muestra a continuación: Pn = As Fy + Asr Fysr

(9.2-8)

t = 0,90 9.2.1d. Transferencia de carga Los requisitos de transferencia de carga para elementos compuestos embebidos se determinan de acuerdo con el artículo 9.6. 9.2.1e. Requisitos para detalles La distancia libre entre el núcleo de acero y el refuerzo longitudinal continuo debe ser un mínimo de 1,5 veces el diámetro de la barra de refuerzo, pero no menor que 40 mm. Si la sección transversal compuesta es formada por dos o más perfiles de acero embebido, los perfiles deben ser interconectados con enlaces, planchas de unión, planchas de refuerzo o componentes similares para prevenir el pandeo de los perfiles individuales debido a cargas aplicadas previamente al endurecimiento del concreto. 9.2.2

Elementos compuestos rellenos de concreto

9.2.2a. Limitaciones Para elementos compuestos rellenos de concreto, el área de la sección de acero debe representar por lo menos el 1% del área de la sección compuesta total. Los elementos compuestos rellenos de concreto se clasifican por pandeo local de acuerdo al numeral 9.1.4. 9.2.2b. Resistencia en compresión La resistencia de diseño en compresión de elementos compuestos rellenos con concreto de doble simetría cargados axialmente se determina para el estado límite de pandeo en flexión de acuerdo al numeral 9.2.1b con las siguientes modificaciones: (a) Para secciones compactas Pno = Pp

(9.2-9a)

donde: E

Pp = As Fy + C2 f 'c (Ac + Asr Es ) c

(9.2-9b)

C2 = 0,85 para secciones rectangulares y 0,95 para secciones circulares. 101

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(b) Para secciones no compactas Pno = Pp -

Pp - Py (λr - λp )

2

(λ - λp )2

(9.2-9c)

donde: λ, λp y λr son relaciones de esbeltez determinados en la Tabla 9.1.1a 𝑃𝑝 es determinado por la ecuación 9.2-9b E

Py = As Fy + 0,7 f 'c (Ac + Asr Es )

(9.2-9d)

c

(c) Para secciones esbeltas E

Pno = As Fcr + 0,7 f 'c (Ac + Asr Es ) c

(9.2-9e)

donde: Fcr =

9Es

b 2 t

para secciones rectangulares rellenas

(9.2-10)

( )

Fcr =

0,72Fy 0,2

𝐷 Fy (( ) ) 𝑡 Es

para secciones circulares rellenas

(9.2-11)

La rigidez efectiva de la sección compuesta, 𝐸𝐼𝑒𝑓𝑓 , para todas las secciones debe ser: EIeff = Es Is + Es Isr + C3 Ec Ic

(9.2-12)

donde: C3 = Coeficiente para calcular la rigidez efectiva de elementos compuestos rellenos en compresión = 0,6 + 2 [

As ] ≤ 0,9 Ac + As

(9.2-13)

La resistencia de diseño en compresión no necesita ser menor a la especificada para el elemento con solo perfiles de acero como es requerido por el capítulo 5. 9.2.2c. Resistencia en tracción La resistencia de diseño en tracción de un elemento compuesto relleno cargado axialmente se determina para el estado límite de fluencia tal como sigue: Pn = As Fy + Asr Fysr

t = 0,90

102

(9.2-14)

PROYECTO DE NORMA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS

9.2.2d. Transferencia de carga Los requisitos de transferencia de carga para elementos compuestos rellenos se determinan de acuerdo con el artículo 9.6. 9.3

FLEXIÓN Este numeral aplica a tres tipos de elementos compuestos en flexión: 1) Vigas compuestas con anclajes de acero, siendo estos pernos con cabeza o canales de acero, 2) Elementos de acero embebidos en concreto, y 3) Elementos de acero rellenos de concreto.

9.3.1

General

9.3.1a. Ancho efectivo El ancho efectivo de la losa de concreto debe ser la suma de los anchos efectivos a cada lado del eje de la viga, cada uno de los cuales no debe exceder: (1) Un octavo de la luz de la viga, medida centro a centro de los apoyos; (2) Un medio de la distancia al eje de la viga adyacente; o (3) La distancia al borde de la losa, aplicable solo a las vigas de borde. 9.3.1b. Resistencia durante la construcción Cuando no se use apuntalamiento temporal durante la construcción, la sección de acero sola debe tener la resistencia suficiente para soportar todas las cargas aplicadas antes que el concreto alcance el 75% de su resistencia especificada f’c. La resistencia de diseño en flexión de la sección de acero se determina de acuerdo con el capítulo 6. 9.3.2

Vigas Compuestas con anclajes de acero

9.3.2a. Resistencia de diseño en flexión en zona de momento positivo La resistencia de diseño en flexión en zona de momento positivo, b Mn, se determina por el estado límite de fluencia tal como sigue:

b = 0,90 h

E

(a) Cuando: t ≤ 3,76√F w y Mn se determina a partir de la distribución de esfuerzos plásticos en la sección compuesta para el estado límite de fluencia (momento plástico) h

E

(b) Cuando: t > 3,76√F w y

103

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Mn se determina por la superposición de esfuerzos elásticos, considerando los efectos de apuntalamiento, para el estado límite de fluencia (momento de fluencia) 9.3.2b. Resistencia de diseño en flexión en zona de momento negativo La resistencia de diseño en flexión en zona de momento negativo se determina para la sección de acero sola, de acuerdo con los requisitos del capítulo 6. Alternativamente, la resistencia disponible a flexión negativa se determina de la distribución de esfuerzos plásticos en la sección compuesta, para el estado límite de fluencia (momento plástico), con:

b = 0,90 considerando las limitaciones siguientes: (1) La viga de acero es compacta y está debidamente arriostrada de acuerdo con el capítulo 6. (2) La losa está conectada a la viga de acero en la región de momento negativo mediante pernos con cabeza o canales de acero (3) El refuerzo de la losa paralelo a las vigas de acero, dentro del ancho efectivo de la losa, se desarrolla apropiadamente. 9.3.2c. Vigas compuestas con planchas colaborantes (1) General La resistencia de diseño en flexión de una construcción compuesta consistente en losas de concreto sobre planchas colaborantes conectadas a vigas de acero se determina por las disposiciones aplicables de los literales 9.3.2a y 9.3.2b, con los siguientes requisitos: (1) La altura nominal del nervio no debe ser mayor de 75 mm. El ancho promedio del nervio de concreto, wr, no debe ser menor que 50 mm, y para efectos de cálculo no mayor que el ancho libre en el borde superior de la plancha colaborante. (2) La losa de concreto se conecta a la viga de acero con pernos con cabeza, de 19 mm de diámetro o menos. Los pernos con cabeza se sueldan a través de la plancha colaborante o directamente a la sección de acero. Los pernos con cabeza, después de su instalación, deben extenderse no menos que 38 mm por sobre el borde superior de la plancha colaborante y debe haber por lo menos 15 mm de recubrimiento de concreto sobre el borde superior de los pernos con cabeza. (3) El espesor de la losa sobre la plancha colaborante no es menor que 50 mm. (4) La plancha colaborante debe quedar anclada en todos los elementos soportantes con un espaciamiento que no exceda a 450 mm. Tal anclaje debe ser provisto por pernos con cabeza, una combinación de pernos con cabeza y soldaduras de punto u otro dispositivo especificado por los documentos contractuales.

104

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(2) Nervios orientados perpendicularmente a la viga de acero En la determinación de las propiedades de la sección compuesta y al calcular Ac para nervios orientados perpendicularmente a las vigas de acero, se desprecia el concreto debajo del borde superior de la plancha colaborante. (3) Nervios orientados paralelamente a la viga de acero El concreto bajo el borde superior de la plancha colaborante puede incluirse en la determinación de las propiedades de la sección compuesta y se considera al calcular Ac. Los nervios de la plancha colaborante encima de las vigas portantes pueden cortarse y separarse longitudinalmente para formar un ensanche de concreto. Cuando el peralte nominal de la plancha colaborante es 38 mm o mayor, el ancho promedio, wr, del nervio o ensanche encima de la viga portante, para el primer perno con cabeza, no debe ser menor que 50 mm; se añade un ancho adicional de cuatro diámetros del conector por cada perno con cabeza adicional. 9.3.2d. Transferencia de carga entre viga de acero y losa de concreto (1) Transferencia de carga para momento positivo El corte horizontal total en la interfase entre la viga de acero y la losa de concreto se supone que es transferido por pernos con cabeza o anclajes de canal de acero, excepto para vigas embebidas en concreto como se define en el numeral 9.3.3. Para la acción compuesta con concreto sujeto a compresión por flexión, el corte horizontal nominal transferido entre la losa de concreto y la viga de acero por anclajes de acero, V' , entre el punto de máximo momento positivo y el punto de momento cero se determina como el menor valor de acuerdo a los estados límites de aplastamiento del concreto, fluencia en tracción de la sección de acero, o la resistencia en corte de los anclajes de acero: (a) Aplastamiento del concreto V' = 0,85 f 'c Ac

(9.3-1a)

(b) Fluencia en tracción de la sección de acero V' = Fy As

(9.3-1b)

(c) Resistencia de los pernos con cabeza o canales de acero V' = ∑ Qn

(9.3-1c)

donde: Ac = área de la losa de concreto dentro del ancho efectivo. As = área de la sección de acero. ΣQn = suma de las resistencias nominales en corte de los pernos con cabeza o canales de acero entre el punto de máximo momento positivo y el punto de momento cero.

105

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(2) Transferencia de carga para momento negativo En vigas compuestas continuas donde el refuerzo de acero longitudinal en las regiones de momento negativo se considera que actúa en colaboración con la viga de acero, el corte horizontal total entre el punto de máximo momento negativo y el punto de momento cero se determina como el menor valor de acuerdo con los siguientes estados límites: (a) Para el estado límite de fluencia en tracción del refuerzo de la losa V' = Asr Fysr

(9.3-2a)

donde: Asr = área de refuerzo de acero longitudinal debidamente desarrollado dentro del ancho efectivo de la losa de concreto. Fysr = esfuerzo de fluencia mínimo especificado del acero de refuerzo. (b) Para el estado límite de resistencia al corte del perno con cabeza o canales de acero: V' = ∑ Qn 9.3.3

(9.3-2b)

Elementos compuestos embebidos La resistencia de diseño en flexión de elementos embebidos en concreto se determina como sigue:

b = 0,90 La resistencia nominal en flexión, Mn, se determina usando uno de los siguientes métodos: (a) La superposición de esfuerzos elásticos en la sección compuesta, considerando los efectos de apuntalamiento para el estado límite de fluencia (momento de fluencia). (b) La distribución de los esfuerzos plásticos en la sección de acero sola, para el estado límite de fluencia (momento plástico) de la sección de acero.

(c) La distribución de los esfuerzos plásticos en la sección compuesta o el método de compatibilidad de deformaciones, para el estado límite de fluencia (momento plástico) en la sección compuesta. Para elementos embebidos en concreto, se proporcionan anclajes de acero. 9.3.4

Elementos compuestos rellenos

9.3.4a. Limitaciones Las secciones compuestas rellenas deben ser clasificadas para el pandeo local de acuerdo al numeral 9.1.4.

106

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9.3.4b. Resistencia en flexión La resistencia de diseño en flexión de elementos compuestos rellenos se determina como sigue:

b = 0,90 La resistencia nominal en flexión, Mn, se determina como sigue: (a) Para secciones compactas Mn = Mp

(9.3-3a)

donde: Mp = momento correspondiente a la distribución de esfuerzos plásticos sobre la sección transversal compuesta. (b) Para secciones no compactas λ - λp Mn = Mp - (Mp - My ) (λ - λ ) r

p

(9.3-3b)

donde:

, p y r son las relaciones de esbeltez determinadas en la Tabla 9.1.1b My = momento de fluencia correspondiente a la fluencia del ala en tracción y primera fluencia del ala en compresión. La capacidad en la primera fluencia se calcula asumiendo una distribución elástica lineal de esfuerzos con el esfuerzo máximo en compresión del concreto limitado a 0,7 f 'c y el máximo esfuerzo tracción del acero limitado a Fy .

(c) Para secciones esbeltas, Mn, se determina como el primer momento de fluencia. El esfuerzo de compresión del ala debe ser limitado al esfuerzo de pandeo local, Fcr, determinado usando la ecuación 9.2-10 o 9.2-11. La distribución de esfuerzos del concreto debe ser elástica lineal con el máximo esfuerzo de compresión limitado a 0,7 f 'c . 9.4

CORTE

9.4.1

Elementos compuestos rellenos y embebidos La resistencia de diseño en corte, v Vn, se determina en base a una de las siguientes resistencias: (a) La resistencia de diseño en corte de la sección de acero sola como lo especifica el Capítulo 7. (b) La resistencia de diseño en corte de la porción de concreto armado (concreto más acero de refuerzo) sola como lo define la Norma E.060 CONCRETO ARMADO con:

107

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v = 0,75 (c) La resistencia nominal en corte de la sección de acero como se define en el Capítulo 7 más la resistencia nominal del acero de refuerzo (barras corrugada) como lo define la Norma E.060 CONCRETO ARMADO, como una resistencia combinada con un factor de seguridad combinado de:

v = 0,75 9.4.2

Vigas compuestas con planchas colaborantes La resistencia disponible en corte de vigas compuestas con pernos con cabeza o anclajes de canal de acero se determina basada en las propiedades de la sección de acero sola de acuerdo con el Capítulo 7.

9.5

COMBINACIÓN DE FUERZA AXIAL Y FLEXIÓN La interacción entre las fuerzas axiales y flexión en elementos compuestos debe tomar en cuenta la estabilidad como lo requiere el Capítulo 3. La resistencia de diseño en compresión y la resistencia de diseño en flexión se determinan como se define en los artículos 9.2 y 9.3, respectivamente. Para tomar en cuenta la influencia de los efectos de longitud en la resistencia axial del elemento, la resistencia nominal axial del elemento deberá determinarse de acuerdo con el artículo 9.2. Para elementos compuestos embebidos y para elementos compuestos rellenos con secciones compactas, la interacción entre la fuerza axial y la flexión se determina en base a las ecuaciones de interacción del numeral 8.1.1 o uno de los métodos definidos en el numeral 9.1.2. Para elementos compuestos rellenos con secciones no compactas o esbeltas, la interacción entre las fuerzas axiales y la flexión se basan en las ecuaciones de interacción del numeral 8.1.1. Los métodos para determinar la capacidad de viga-columna compuesta pueden ser encontrados en los comentarios de la Especificación ANSI/AISC 360-10.

9.6

TRANSFERENCIA DE CARGA

9.6.1

Requisitos generales Cuando se aplican fuerzas externas a un elemento compuesto (embebido o relleno) cargado axialmente, la introducción de fuerzas al elemento y la transferencia de cortes longitudinales dentro del elemento se evaluan de acuerdo a los requisitos de asignación de carga presentados en este numeral. La resistencia de diseño, Rn, de los mecanismos de transferencia de fuerzas aplicables como lo determina el numeral 9.6.3 debe igualar o exceder la fuerza de corte longitudinal requerida a transferir, Vr ' , determinada de acuerdo con el numeral 9.6.2.

108

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9.6.2

Asignación de carga La asignación de carga se determina en base a la distribución de la carga externa de acuerdo a los requisitos siguientes:

9.6.2a. Carga externa aplicada a la sección de acero Cuando toda la carga externa es aplicada directamente a la sección de acero, la fuerza requerida a transferirse al concreto, Vr ' , se determina como: Vr ' = Pr (1 - As Fy / Pno )

(9.6-1)

donde: Pr = carga externa requerida aplicada al elemento compuesto. Pno = resistencia nominal en compresión axial sin consideración de los efectos de longitud, determinada por la ecuación 9.2-4 para elementos compuestos embebidos y la ecuación 9.2-9a para elementos compuestos rellenos. 9.6.2b. Carga externa aplicada al concreto Cuando toda la carga externa se aplica al concreto o al relleno de concreto, la fuerza requerida a transferir al acero, 𝑉𝑟′ , se determina como sigue: Vr ' = Pr (As Fy / Pno )

(9.6-2)

9.6.2c. Carga externa aplicada conjuntamente al acero y al concreto Cuando la carga externa se aplica conjuntamente a la sección del acero y al concreto o al relleno de concreto, 𝑉𝑟′ se determina como la fuerza requerida para establecer el equilibrio de la sección transversal. En este caso la fuerza de corte longitudinal a transferirse para alcanzar el equilibrio de la sección transversal puede tomarse como la diferencia entre la porción de carga externa aplicada directamente al concreto y la requerida por la ecuación 9.6-1 o la porción de carga externa aplicada directamente a la sección de acero y la requerida por la ecuación 9.6-2. 9.6.3

Mecanismos de transferencia de carga La resistencia nominal, Rn, de los mecanismos de transferencia de carga de la interacción por adherencia directa, la conexión de corte, y el aplastamiento directo se determinan de acuerdo con este numeral. Se permite el uso del mecanismo de transferencia de carga que proporciona la mayor resistencia nominal. No deben superponerse los mecanismos de transferencia de carga. El mecanismo de transferencia de carga de la interacción por adherencia directa no debe ser usado para elementos compuestos embebidos.

109

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9.6.3a. Aplastamiento directo Cuando en un elemento compuesto embebido o relleno la transferencia de cargas es por aplastamiento directo, a partir de mecanismos de soporte interno, como el empleo de planchas de acero internas dentro de un elemento compuesto relleno, la resistencia de diseño de aplastamiento del concreto para el estado límite de aplastamiento del concreto se determina como sigue: Rn = 1,7 f 'c A1

(9.6-3)

ϕB = 0,65 donde: A1 = área de concreto cargada. 9.6.3b. Conexión en corte Cuando en un elemento compuesto embebido o relleno la carga es transferida por conexión de corte, la resistencia disponible en corte de los pernos con cabeza o anclajes de canal de acero se determina como sigue: Rc = ∑ Qcv

(9.6-4)

donde: ∑ Qcv = suma de las resistencias disponibles en corte, ϕQnv , de los pernos con cabeza o anclajes de canal de acero, determinados según el literal 9.8.3a o el literal 9.8.3d, respectivamente, colocados dentro de la longitud de introducción de carga como se define en el numeral 9.6.4. 9.6.3c. Interacción por adherencia directa Cuando en un elemento compuesto relleno la carga es transferida por interacción de adherencia directa, la resistencia disponible por adherencia entre el acero y el concreto se determina como sigue: ϕ = 0,45 (a) Para secciones rectangulares de acero rellenas con concreto: Rn = B2 Cin Fin

(9.6-5)

(b) Para secciones circulares de acero rellenas con concreto: Rn = 0,25 π D2 Cin Fin donde:

110

(9.6-6)

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Cin = 2, si el elemento compuesto relleno se extiende a un lado del punto de transferencia de la carga = 4, si el elemento compuesto relleno se extiende ambos lados del punto de transferencia de la carga Rn = resistencia nominal de adherencia Fin = esfuerzo nominal de adherencia = 0,40 MPa B = ancho total de la sección rectangular de acero a lo largo de la cara de transferencia de la carga D = diámetro externo de la sección circular HSS 9.6.4

Requisitos para detalles

9.6.4a. Elementos compuestos embebidos Los anclajes de acero utilizados para la transferencia de corte longitudinal deben ser distribuidos dentro de la longitud de introducción de carga, la cual no debe exceder una distancia de dos veces la dimensión transversal mínima del elemento compuesto embebido, encima y debajo de la región de transferencia de carga. Los anclajes utilizados para la transferencia de corte longitudinal deben ser colocados sobre al menos dos caras del perfil de acero en una configuración generalmente simétrica respecto a los ejes del perfil de acero. El espaciamiento de los anclajes de acero, tanto dentro como fuera de la longitud de introducción de carga, será conforme a lo indicado en 9.8.3e 9.6.4b. Elementos compuestos rellenos Donde se requiera, los anclajes de acero que transfieren la fuerza de corte longitudinal requerida, deben ser distribuidos dentro de la longitud de introducción de carga, la cual no debe exceder una distancia de dos veces la dimensión transversal mínima del elemento rectangular de acero, o dos veces el diámetro del elemento circular de acero, tanto encima como debajo de la región de transferencia de carga. El espaciamiento de los anclajes de acero dentro de la longitud de introducción de carga debe ser conforme a lo indicado en 9.8.3e. 9.7

DIAFRAGMAS COMPUESTOS Y VIGAS COLECTORAS Los diafragmas horizontales de losas compuestas y vigas colectoras deben ser diseñados y detallados para transferir las cargas entre el diafragma horizontal, y las vigas colectoras hacia los elementos del sistema resistente a cargas laterales.

9.8

ANCLAJES DE ACERO

9.8.1

General Los anclajes de acero pueden ser pernos con cabeza, canales o elementos similares. El diámetro de un perno con cabeza no debe ser mayor a 2,5 veces el espesor del ala a la cual es soldado, a menos que sea soldado a un ala directamente encima del alma.

111

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El numeral 9.8.2 se aplica para un elemento compuesto en flexión donde los anclajes de acero están embebidos en una losa maciza de concreto o en una losa vaciada sobre plancha colaborante. El numeral 9.8.3 se aplica para todos los demás casos. 9.8.2

Anclajes de acero en vigas compuestas La longitud del perno de anclaje no debe ser menor que 4 veces su diámetro, medida desde su base hasta su parte superior después de la instalación.

9.8.2a. Resistencia de los pernos con cabeza La resistencia nominal en corte de un perno de anclaje embebido en una losa maciza de concreto o en una losa compuesta con plancha colaborante debe ser determinada como: Qn = 0,5 Asa

f

' c

Ec  Rg R p Asa Fu

(9.8-1)

donde: Asa = área de la sección transversal del perno con cabeza Ec = módulo de elasticidad del concreto (ver Norma E.060 CONCRETO ARMADO) Fu = resistencia mínima en tracción de un conector de corte Rg = 1,0 para: (a) un perno con cabeza soldado en un nervio de la plancha colaborante orientada perpendicularmente al perfil de acero; (b) cualquier número de pernos con cabeza, en una losa maciza de concreto, soldados en una fila directamente al perfil de acero. (c) cualquier número de pernos con cabeza soldados en una fila a través de la plancha colaborante orientada paralelamente al perfil de acero y con una relación ancho promedio a peralte del nervio ≥ 1,5. = 0,85 para: (a) dos pernos con cabeza soldados en un nervio de la plancha colaborante orientada perpendicularmente al perfil de acero; (b) un perno con cabeza soldado a través de la plancha colaborante orientada paralelamente al perfil de acero y con una relación ancho promedio a peralte del nervio < 1,5. = 0,7 para tres o más pernos con cabeza soldados en un nervio de la plancha colaborante orientada perpendicularmente al perfil de acero. Rp = 0,75 para: (a) pernos con cabeza, en una losa maciza de concreto, soldados directamente al perfil de acero;

112

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(b) pernos con cabeza soldados en una losa compuesta con plancha colaborante orientada perpendicularmente a la viga y con emid-ht ≥ 50 mm; (c) pernos con cabeza soldados a través de la plancha colaborante, o plancha de acero usada como material de relleno, y embebidas en una losa compuesta con plancha colaborante orientada paralelamente a la viga. = 0,6 para pernos con cabeza soldados en una losa compuesta con plancha colaborante orientada perpendicularmente a la viga y con emid-ht < 50 mm; emid-ht

= distancia desde el borde del perno con cabeza hasta el alma de la plancha colaborante, medida a media altura del nervio de la plancha, y en la dirección de la carga del perno con cabeza (ver figura Nº 1).

Figura Nº 1 Tabla Nº 9.8.2a Valores de Rg y Rp para varios casos Condición Rg Losa maciza, sin plancha colaborante 1,0 Plancha colaborante con el nervio orientado paralelamente al perfil de acero

Rp 0,75

wr  1,5 hr

1,0

0,75

wr  1,5 hr

0,85**

0,75

Plancha colaborante con el nervio orientado perpendicularmente al perfil de acero Número de pernos con cabeza ocupando el mismo nervio 1,0 0,6+ 1 0,85 0,6+ 2 0,7 0,6+ 3 o más hr = altura nominal del nervio wr = ancho promedio del nervio o ensanche de concreto (como se define en el literal 9.3.2c) ** Para un perno con cabeza individual + Este valor puede aumentar a 0,75 cuando emid-ht ≥ 50 mm 113

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9.8.2b. Resistencia de canales de acero La resistencia nominal en corte de un anclaje de canal de acero laminado en caliente embebido en una losa maciza de concreto se determina como sigue:

(

)

Qn = 0,3 t f + 0,5 t w l a

f

' c

Ec

(9.8-2)

donde: la = longitud del canal tf = espesor del ala del canal tw = espesor del alma del canal La resistencia del anclaje de canal de acero se desarrolla soldando el canal al ala de la viga para una fuerza igual a Qn, considerando la excentricidad en el anclaje. 9.8.2c. Número requerido de anclajes de acero El número de anclajes requeridos entre la sección de momento de flexión máximo (positivo o negativo) y la sección adyacente de momento cero debe ser igual al corte horizontal determinado de acuerdo a los numerales 9.3.2d(1) y 9.3.2d(2) dividido por la resistencia nominal en corte de un anclaje de acero como se determina en el literal 9.8.2a o en el literal 9.8.2b. El número de anclajes de acero requerido entre cualquier carga concentrada y el punto más cercano de momento cero será suficiente para desarrollar el momento máximo requerido en el punto de carga concentrada. 9.8.2d. Requisitos para detalles Los anclajes de acero requeridos a cada lado del punto de momento de flexión máximo (positivo o negativo) deben ser distribuidos uniformemente entre este punto y los puntos adyacentes de momento cero, a menos que se especifique de otra manera en los planos estructurales. Los anclajes de acero deben tener por lo menos 25 mm de recubrimiento lateral de concreto en la dirección perpendicular a la fuerza de corte, excepto para anclajes instalados en los nervios de las planchas colaborantes. La distancia mínima entre el centro de un anclaje a un borde libre en la dirección de la fuerza de corte debe ser 200 mm si se usa concreto de peso normal y 250 mm si se usa concreto liviano. En lugar de estos valores se pueden usar las disposiciones del Capítulo 17 de la Norma E.060 CONCRETO ARMADO. En losas macizas, el espaciamiento mínimo entre pernos con cabeza, medido centro a centro, debe ser seis diámetros a lo largo del eje longitudinal de la viga compuesta de apoyo y cuatro diámetros en la dirección transversal. Para planchas colaborantes, donde los nervios están orientados perpendicularmente a la viga de acero, el espaciamiento mínimo centro a centro será cuatro diámetros en cualquier dirección. El espaciamiento máximo centro a centro de los pernos con cabeza no debe exceder ocho veces el espesor total de la losa ni 900 mm.

114

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9.8.3

Anclajes de acero en elementos compuestos Este numeral se aplicará al diseño de pernos con cabeza y anclajes de canal de acero vaciados in situ en elementos compuestos. En lugar de lo indicado en este numeral se pueden usar las disposiciones del Capítulo 17 de la Norma E.060 CONCRETO ARMADO. Para concreto de peso normal: Los pernos con cabeza sujetos sólo a corte no pueden tener una longitud menor que cinco diámetros medida, después de la instalación, desde la base hasta la parte superior de la cabeza. La longitud de los pernos con cabeza sujetos a tracción o a interacción de corte y tracción no es inferior a 8 veces su diámetro medida, después de la instalación, desde la base hasta la parte superior de la cabeza. Para concretos livianos: Los pernos con cabeza sujetos sólo a corte no pueden tener una longitud menor que siete diámetros medida, después de la instalación, desde la base hasta la parte superior de la cabeza. La longitud de los pernos con cabeza sometidos a tracción no es menor que diez veces su diámetro medida, después de la instalación, desde la base hasta la parte superior de la cabeza. La resistencia nominal del perno con cabeza sujeto a la interacción de corte y tracción para concreto liviano, es determinada conforme a lo estipulado en el Capítulo 17 de la Norma E.060 CONCRETO ARMADO. Los pernos con cabeza sometidos a tracción o interacción de corte y tracción deben tener un diámetro de cabeza mayor o igual a 1,6 veces el diámetro del vástago. La siguiente Tabla resume los valores mínimos de la relación h/d para pernos con cabeza, para cada condición cubierta en este numeral: Condición de carga Corte Tracción Corte y tracción

Concreto de peso normal h/d ≥ 5 h/d ≥ 8 h/d ≥ 8

Concreto liviano h/d ≥ 7 h/d ≥ 10 N/A*

h/d = Relación de la longitud del vástago del conector al diámetro del vástago. * Refiérase al Capítulo 17 de la Norma E.060 CONCRETO ARMADO para el cálculo de los efectos de interacción de los conectores embebidos en el concreto liviano.

9.8.3a. Resistencia de diseño en corte de pernos con cabeza en elementos compuestos Donde la resistencia al arrancamiento por corte del concreto no sea un estado límite aplicable, la resistencia de diseño en corte, ϕv Qnv , de un perno con cabeza se determina de la siguiente manera: Qnv = Asa Fu

v = 0,65 donde: Qnv = resistencia nominal en corte del perno con cabeza 115

(9.8-3)

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Asa = área de la sección transversal del perno con cabeza Fu = resistencia a la tracción mínima especificada del perno con cabeza Donde la resistencia al arrancamiento por corte del concreto es un estado límite aplicable, la resistencia de diseño en corte de un perno con cabeza se determina por una de las siguientes maneras: 1. Donde las barras de refuerzo de confinamiento del anclaje son desarrolladas conforme al Capítulo 12 de la Norma E.060 CONCRETO ARMADO a ambos lados de la superficie de rotura por arrancamiento para pernos con cabeza, se usa el valor mínimo entre la resistencia nominal en corte de la ecuación 9.8-3 y la resistencia nominal de las barras de refuerzo del anclaje para determinar la resistencia en corte nominal, Qnv, del perno con cabeza. 2. Según lo estipulado por el Capítulo 17 de la Norma E.060 CONCRETO ARMADO. 9.8.3b. Resistencia de diseño en tracción de pernos con cabeza en elementos compuestos. Donde la distancia desde el centro de un anclaje a un borde libre del concreto en la dirección perpendicular al eje del perno con cabeza es mayor o igual a 1,5 veces la altura del perno con cabeza medida a la parte superior de la cabeza del conector, y donde el espaciamiento centro a centro entre los pernos con cabeza es mayor o igual a tres veces la altura del perno con cabeza medida a la parte superior de la cabeza del conector, la resistencia de diseño en tracción, ϕt Qnt , de un perno con cabeza se determina de la siguiente manera: Qnt = Fu Asa

(9.8-4)

t = 0,75 donde: Qnt = resistencia nominal en tracción para pernos con cabeza Donde la distancia desde el centro de un anclaje a un borde libre del concreto en la dirección perpendicular al eje del perno con cabeza es menor a 1,5 veces la altura del perno con cabeza medida a la parte superior de la cabeza del conector, o donde el espaciamiento centro a centro entre los pernos con cabeza es menor a tres veces la altura del perno con cabeza medida a la parte superior de la cabeza del conector, la resistencia de diseño en tracción de un perno con cabeza se determina de la siguiente manera: 1. Donde las barras de refuerzo de confinamiento del anclaje son desarrolladas conforme al capítulo 12 de la Norma E.060 CONCRETO ARMADO, a ambos lados de la superficie de rotura por arrancamiento para pernos con cabeza, se usa el valor mínimo entre la resistencia nominal en corte de la ecuación 9.8-4 y la resistencia nominal de las barras de refuerzo del anclaje para determinar la resistencia de corte nominal, Qnt, del perno con cabeza. 2. Según lo estipulado por el Capítulo 17 de la Norma E.060 CONCRETO ARMADO.

116

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9.8.3c. Resistencia de diseño de pernos con cabeza para la interacción de tracción y corte en componentes compuestos Donde la resistencia al arrancamiento por corte del concreto no es un estado limite que controla, y donde la distancia del centro de un anclaje a un borde libre del concreto en la dirección perpendicular al eje del perno con cabeza es mayor o igual a 1,5 veces la altura del perno con cabeza medida a la parte superior de la cabeza del conector, y donde el espaciamiento centro a centro entre los pernos con cabeza es mayor o igual a tres veces la altura del perno con cabeza medida a la parte superior de la cabeza del conector, la resistencia nominal para la interacción de tracción y corte de un perno con cabeza se determina de la siguiente manera:  Q rt   t Qnt 

  

53

 Qrv +    v Qnv

  

5 3

  1,0  

(9.8.5)

donde: Qrt = resistencia requerida en tracción t Qnt = resistencia de diseño en tracción, determinado de acuerdo con el numeral 9.8.3b Qrv = resistencia requerida en corte v Qnv = resistencia de diseño en corte, determinado de acuerdo con el numeral 9.8.3a t = factor de resistencia por tracción = 0,75 v = factor de resistencia por corte = 0,65 Donde la resistencia al arrancamiento por corte del concreto es un estado limite que controla, o donde la distancia del centro de un anclaje hasta el borde libre del concreto en la dirección perpendicular al eje del perno con cabeza es menor a 1,5 veces la altura del perno con cabeza medida a la parte superior de la cabeza del conector, o donde el espaciamiento centro a centro entre los pernos con cabeza es menor que tres veces la altura del perno con cabeza medida a la parte superior de la cabeza del conector, la resistencia nominal de interacción de tracción y corte de un perno con cabeza se determina de la siguiente manera: 1) Donde las barras de refuerzo de confinamiento del anclaje son desarrolladas conforme al capítulo 12 de la Norma E.060 CONCRETO ARMADO, a ambos lados de la superficie de rotura por arrancamiento para pernos con cabeza, se usa el valor mínimo entre la resistencia nominal en corte de la ecuación 9.8-3 y la resistencia nominal de las barras de refuerzo del anclaje para determinar la resistencia nominal en corte, Qnv, del perno con cabeza, y el valor máximo entre la resistencia nominal de la ecuación 9.8-4 y la resistencia nominal de las barras de refuerzo del anclaje se usa para determinar la resistencia a la tracción nominal, Qnt, del perno con cabeza para usarse en la ecuación 9.8-5. 2) Según lo estipulado por el Capítulo 17 de la Norma E.060 CONCRETO ARMADO.

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9.8.3d. Resistencia al corte en anclajes tipo canal de acero en componentes compuestos La resistencia de diseño en corte de los anclajes tipo canal de acero estará basada en las disposiciones del numeral 9.8.2b con el factor de resistencia que se especifica continuación.

 t = 0,75 9.8.3e. Requisitos de detalles en componentes compuestos Los anclajes de acero tendrán por lo menos 25 mm de recubrimiento lateral de concreto. El espaciamiento mínimo centro a centro de pernos con cabeza es de cuatro diámetros en cualquier dirección. El máximo espaciamiento centro a centro de pernos con cabeza no excede de 32 veces el diámetro del vástago. La distancia máxima centro a centro de los anclajes tipo canal de acero es de 600 mm. Los requisitos detallados en este numeral son límites absolutos. Vea los literales 9.8.3a, 9.8.3b y 9.8.3c para limitaciones adicionales necesarias en el efecto de borde y consideraciones de grupo. 9.9

CASOS ESPECIALES Cuando la construcción compuesta no satisface los requisitos de los artículos 9.1 a 9.8, la resistencia de los pernos con cabeza y los detalles para la construcción son establecidos mediante ensayos.

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CAPÍTULO 10 DISEÑO DE CONEXIONES Este capítulo se refiere al diseño de los elementos de conexión, conectores y los componentes que afectan a los elementos de las secciones conectadas que no se encuentran sujetos a cargas de fatiga. El capítulo está organizado de la siguiente manera: 10.1. 10.2. 10.3. 10.4. 10.5. 10.6. 10.7. 10.8. 10.9. 10.10.

Disposiciones Generales Soldaduras Pernos y Piezas Roscadas Componentes Afectados de Elementos y Componentes de Conexiones Planchas de Relleno Empalmes Resistencia al Aplastamiento Bases de Columna y aplastamiento en concreto Pernos de anclaje Alas y Almas con cargas concentradas

10.1

DISPOSICIONES GENERALES

10.1.1

Bases de diseño La resistencia de diseño, Rn, de las conexiones se determina de acuerdo con las disposiciones de este Capítulo y las disposiciones del Capítulo 2. La resistencia requerida de las conexiones se determina mediante análisis estructural para las cargas de diseño especificadas, consistente con el tipo de construcción especificada, o es en proporción a la resistencia requerida de los elementos conectados cuando así se especifica. Se consideran los efectos de excentricidad cuando los ejes centroidales de los elementos cargados axialmente no se interceptan en un mismo punto.

10.1.2

Conexiones Simples Las conexiones simples de vigas y armaduras se diseñan como conexiones flexibles para resistir solamente las reacciones de corte, excepto que se indique lo contrario en los documentos de diseño. Las conexiones flexibles de vigas simples deben permitir rotaciones en los extremos de estas vigas. Se permite una deformación inelástica pero auto-limitada en la conexión, para que se desarrolle la rotación de la viga simplemente apoyada.

10.1.3

Conexiones de Momento Las conexiones de vigas o armaduras restringidas en sus extremos, deben diseñarse para el efecto combinado de las fuerzas resultantes de corte y

119

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momentos inducidos por la rigidez de las conexiones. Los criterios de respuesta para los momentos en las conexiones del Tipo 1 y 3 se presentan en el numeral 1.2.2. 10.1.4

Elementos en Compresión con Juntas de Aplastamiento Los elementos en compresión que realicen la transferencia de carga mediante aplastamiento deben cumplir los siguientes requisitos: (1) Cuando las columnas se apoyan sobre planchas de base o están acabadas para apoyarse por aplastamiento, debe haber suficientes conectores de manera de asegurar todas las partes en su lugar. (2) Cuando los elementos en compresión que no sean columnas son acabados para apoyarse por contacto, el material de empalme y sus conectores deben ser distribuidos para mantener alineadas todas las partes y su resistencia es la menor de: i. Una tracción axial de 50% de la resistencia requerida en compresión del elemento; o ii. El momento y corte resultantes de una carga transversal igual a 2% de la resistencia requerida en compresión del elemento. La carga transversal debe ser aplicada en la ubicación del empalme independientemente de otras cargas que actúan en el elemento. El elemento debe considerarse como articulado para la determinación de los cortes y momentos en el empalme.

10.1.5

Empalmes en Secciones Pesadas Cuando las fuerzas de tracción debidas a tracción o flexión aplicadas, son transmitidas a través de empalmes en secciones pesadas, tal como se define en el numeral 1.3.1.3, por soldadura acanalada de penetración total (CJP), se aplican las siguientes disposiciones: (1) Requisitos de tenacidad del material indicados en el numeral 1.3.1.3, (2) detalles de agujeros de acceso a soldaduras como se indica en el numeral 10.1.6; (3) requisitos de metal del electrodo tal como se indica en el numeral 10.2.6, y (4) los requisitos de preparación e inspección de las superficies cortadas con soplete como figura en el numeral 14.2.2. La disposición anterior no es aplicable a los empalmes de los elementos armados que se sueldan antes de ensamblar la estructura.

10.1.6

Agujeros de Acceso a la Soldadura Todos los agujeros de acceso a la soldadura que se necesiten para facilitar las operaciones de soldadura deben ser detalladas de forma tal que se proporcione espacio para la soldadura de respaldo según sea necesario. El agujero de acceso deberá tener una longitud desde el talón de preparación de la soldadura no menor de 1,5 veces el espesor del material en el cual se hace la perforación, ni menor de 40 mm. El agujero de acceso debe tener una altura no menor que el espesor del material donde se hace la perforación, ni menos que 20 mm, ni mayor que 50 mm.

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Para las secciones laminadas o soldadas antes de su corte, el borde del alma es inclinado o curvo, desde la superficie del ala hasta la superficie reentrante del agujero de acceso. En perfiles laminados en caliente, y perfiles armados con soldadura acanalada de penetración total (CJP) que unen el alma al ala, los agujeros de acceso de soldadura deben estar libres de entalladuras y esquinas agudas reentrantes. No hay arcos de los agujeros de acceso de la soldadura con un radio menor de 10 mm. (Ver Figura 10.1)

Figura 10.1 En elementos armados con soldadura de filete o soldadura acanalada de penetración parcial (PJP) que unen el alma al ala, los agujeros de acceso de soldadura deben estar libres de entalladuras y esquinas agudas reentrantes. Se permite que los agujeros de acceso terminen perpendicularmente al ala, cumpliéndose que la soldadura termine antes de alcanzar el agujero de acceso por lo menos a una distancia igual al tamaño de la soldadura. Para perfiles pesados como se definen en el numeral 1.3.1.3, las superficies cortadas térmicamente en los agujeros de acceso deben pulirse hasta alcanzar el metal brillante y deben ser inspeccionados por métodos de partículas magnéticas o líquidos penetrantes, previa a la colocación de las soldaduras de empalme. Si la parte de transición curva de los agujeros de acceso de soldadura está hecha con pretaladrado o por agujeros aserrados, no necesita ser pulida. Los agujeros de acceso a soldadura en otros perfiles no necesitan pulirse ni ser inspeccionados por métodos de partículas magnéticas o líquidos penetrantes.

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10.1.7

Colocación de Soldaduras y Pernos Los grupos de soldaduras o pernos en los extremos de cualquier elemento que transmite carga axial deben ser dimensionados de manera tal que el centro de gravedad del grupo coincida con el centro de gravedad del elemento, a no ser que se considere la excentricidad. La disposición anterior no es aplicable a las conexiones extremas de ángulos simples, ángulos dobles y elementos similares cargados estáticamente.

10.1.8

Pernos en Combinación con Soldaduras No se considera que los pernos comparten las cargas en combinación con soldaduras, excepto que las conexiones de corte con pernos de cualquier grado permitidos por el numeral 1.3.3, instalados en agujeros estándar o de ranura corta transversal a la dirección de la carga, se permite considerar que comparten la carga con soldaduras de filete cargadas longitudinalmente. En tales conexiones la resistencia disponible de los pernos no se toma como mayor al 50% de la resistencia de diseño de los pernos del tipo aplastamiento en la conexión. Cuando se hagan modificaciones con soldadura a estructuras, los remaches y pernos de alta resistencia, ajustados con los requisitos de conexiones de deslizamiento crítico, que existan en la estructura, se permite que sean utilizados para la transferencia de las cargas existentes en el momento de la modificación y la soldadura solo necesita proporcionar la resistencia adicional requerida.

10.1.9

Pernos de Alta Resistencia en Combinación con Remaches Tanto en trabajos nuevos como en modificaciones realizadas en conexiones de deslizamiento crítico, diseñadas de acuerdo con las disposiciones del numeral 10.3, se permite que los pernos de alta resistencia compartan las cargas con los remaches existentes.

10.1.10 Limitaciones en Conexiones Empernadas y Soldadas Uniones con pernos requintados (ajustados sobre el torque mínimo especificado) o con soldaduras deben ser utilizadas para las siguientes conexiones: (1) Empalmes de columnas en todas las estructuras de varios pisos de más de 40 m de altura. (2) Las conexiones de todas las vigas a columnas y cualquier otra viga de las que depende el arriostramiento de las columnas en estructuras de más de 40 m de altura. (3) En todas las estructuras que soporten grúas de más de 50 kN de capacidad: empalmes en armaduras de techos y conexiones de armaduras a columnas, empalmes de columnas, arriostramiento de columnas, arriostramientos en esquina, y soportes de grúas. (4) Conexiones para el apoyo de maquinaria y cualquier otra carga viva que produzca impacto o esfuerzos reversibles. Se permiten las juntas empernadas sin requintar (ajustado al esfuerzo máximo del operario) o juntas con pernos ASTM A307 en todas las otras conexiones, excepto donde se especifique lo contrario.

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10.2

SOLDADURAS En esta especificación se aplican todas las disposiciones de la AWS D1.1/D1.1M, con la excepción de los numerales o tablas, que forman parte de esta Especificación y que sé que aplican en lugar de las disposiciones AWS citadas a continuación: (1) (2) (3) (4)

10.2.1

Numeral 10.1.6, en vez del numeral 5.17.1, AWS D1.1/D1.1M Numeral 10.2.2a, en vez del numeral 2.3.2, AWS D1.1/D1.1M Tabla 10.2.2, en vez de la Tabla 2.1, AWS D1.1/D1.1M Tabla 10.2.5, en vez de la Tabla 2.3, AWS D1.1/D1.1M

Soldaduras Acanaladas

10.2.1a. Área Efectiva El área efectiva de las soldaduras acanaladas se considera como la longitud de la soldadura multiplicada por el espesor de la garganta efectiva. El espesor de la garganta efectiva de una soldadura acanalada con junta de penetración total (CJP) es el espesor de la parte más delgada a unir. El espesor de la garganta efectiva de una soldadura acanalada con junta de penetración parcial (PJP) es como se muestra en la Tabla 10.2.1. TABLA 10.2.1 Garganta Efectiva de Soldaduras acanaladas Con Junta de Penetración Parcial

Proceso de Soldadura

Posición de Soldadura F (plana), H (horizontal), V (vertical), OH (sobre cabeza)

Tipo de acanalado

Arco metálico protegido (SMAW) Arco metálico con gas (GMAW) Arco con alambre tubular (FCAW)

Todos

Junta en J o U 60° V

F

Junta en J o U 60° bisel o V

F, H

45° bisel

Arco sumergido (SAW) Arco metálico con gas (GMAW) Arco con alambre tubular (FCAW) Arco metálico protegido (SMAW) Arco metálico con gas (GMAW) Arco con alambre tubular (FCAW)

Todos V, OH

45° bisel

Garganta Efectiva

Profundidad de acanalado Profundidad de acanalado Profundidad de acanalado menos 3 mm

La garganta efectiva de la soldadura acanalada con junta de penetración parcial depende del proceso utilizado y de la posición de la soldadura. Los planos de diseño deben indicar la garganta efectiva requerida o la resistencia de la soldadura requerida y el fabricante debe detallar la junta basándose en el proceso de soldadura y posición a ser usado para la soldadura de la junta.

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El espesor de la soldadura efectiva para soldaduras acanaladas abocinadas cuando se nivela a la superficie de una barra redonda o a un doblez de 90° en una sección armada o un tubo rectangular HSS, es como se muestra en la Tabla 10.2.2 a menos que otros valores de garganta efectiva sean demostrados por ensayos. El espesor efectivo para soldaduras acanaladas abocinadas cuando no se nivela a la superficie es como se muestra en la Tabla 10.2.2, menos la mayor dimensión perpendicular medida desde la línea de nivelado de la superficie del metal base hasta la superficie de la soldadura. Se permiten mayores espesores de garganta efectiva que los mostrados en la Tabla 10.2.2, para un procedimiento de soldadura especificado (WPS), siempre que el fabricante pueda garantizar por calificación consistente tales espesores mayores de garganta efectiva. La calificación consistirá en el seccionamiento de la soldadura normal a su eje, en la mitad de la longitud y en los extremos terminales. Tal seccionamiento debe ser realizado en un número de combinaciones de tamaños de material representativo de la gama de tamaños que va a ser utilizado en la fabricación. TABLA 10.2.2 Espesor de Garganta Efectiva de Soldadura Acanalada Abocinada Proceso de Soldadura

Acanalado de Bisel Abocinado (*)

GMAW y FCAW-G (**) SMAW y FCAW-S (**) SAW

5/8 R 5/16 R 5/16 R

Acanalado V Abocinado 3/4 R 5/8 R 1/2 R

(*) Para soldaduras acanaladas biseladas abocinadas con R < 10 mm usar solamente soldadura de filete como refuerzo en juntas llenadas al ras. (**) FCAW-G Arco con alambre tubular protegido con gas FCAW-S Arco con alambre tubular auto protegido Nota general: R = radio de la superficie de junta (se puede suponer igual a 2t para perfiles HSS).

10.2.1b. Limitaciones El espesor mínimo de la garganta efectiva de una soldadura acanalada de penetración parcial no es menor que el tamaño requerido para transmitir las fuerzas calculadas ni menor que el tamaño mostrado en la Tabla 10.2.3. El tamaño de soldadura mínima se determina por la más delgada de las dos partes unidas. TABLA 10.2.3 Espesor Mínimo de Garganta Efectiva de Soldaduras Acanaladas de Penetración Parcial Espesor de material de la parte unida más delgada Hasta 6 inclusive Sobre 6 a 13 Sobre 13 a 20 Sobre 20 a 40 Sobre 40 a 57 Sobre 57 a 150 Sobre 150 [a] Ver Tabla 10.2.1 124

Espesor mínimo de la garganta efectiva [a] 3 5 6 8 10 13 16

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10.2.2

Soldadura de Filete

10.2.2a Área efectiva El área efectiva de una soldadura de filete es la longitud efectiva multiplicada por la garganta efectiva. La garganta efectiva de una soldadura de filete es la menor distancia desde la raíz hasta la cara teórica de la soldadura. Se permite un aumento en la garganta efectiva si se demuestra una penetración consistente más allá de la raíz de la soldadura teórica mediante ensayos que usen el proceso de producción y las variables de procedimiento. Para soldadura de filete en agujeros y ranuras, la longitud efectiva es la longitud de la línea central de la soldadura a lo largo del centro del plano a través de la garganta. En el caso de filetes traslapados, el área efectiva no debe exceder la sección transversal nominal del agujero o ranura, en el plano de la superficie de contacto. 10.2.2b Limitaciones El tamaño mínimo de las soldaduras de filete no es menor que el tamaño requerido para transmitir las fuerzas calculadas, ni menor que el tamaño que se muestra en la Tabla 10.2.4. Estas disposiciones no se aplican a soldaduras de filete de refuerzo de soldaduras acanaladas de penetración parcial o total. TABLA 10.2.4 Tamaño Mínimo de Soldadura de Filete Espesor de parte unida más delgada Hasta 6 inclusive Sobre 6 a 13 Sobre 13 a 20 Mayor que 20

Tamaño mínimo de Soldadura de filete[a] 3 5 6 8

[a]

Dimensión del lado de la soldadura de filete. Se deben utilizar soldaduras de pasada simple. Nota: Ver el numeral 10.2.2.b para el tamaño máximo de soldaduras de filete.

El tamaño máximo de las soldaduras de filete de las partes conectadas es: (a) A lo largo de bordes con material de espesor menor a 6 mm, no es mayor que el espesor del material. (b) A lo largo de bordes con material de espesor igual o mayor a 6 mm, no es mayor que el espesor del material menos 2 mm, a menos que la soldadura tenga indicaciones especiales en los planos para obtener el espesor de toda la garganta. En la soldadura ya ejecutada se permite que la distancia entre el borde del metal de base y el borde de la soldadura sea menor que 2 mm siempre que el tamaño de la soldadura (ver figura 14.2.4.2) se pueda verificar claramente.

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La longitud efectiva mínima de las soldaduras de filete diseñadas sobre la base de resistencia no es menor a cuatro veces el tamaño nominal, en todo caso el tamaño efectivo de la soldadura se considera que no excede 1/4 de su longitud efectiva. Si se emplea sólo soldadura de filetes longitudinales en una conexión de extremo de una platina en tracción, la longitud de cada filete longitudinal no es menor que la distancia perpendicular entre ellos. Ver el numeral 4.3 para efecto de la longitud de soldadura de filete longitudinal en conexiones extremas que consideran el área efectiva del elemento conectado. Para soldaduras de filete cargadas en el extremo con una longitud de hasta 100 veces el tamaño de la soldadura, se permite tomar la longitud efectiva igual a la longitud real. Cuando la longitud de la soldadura de filete cargada en el extremo excede 100 veces el tamaño de soldadura, la longitud efectiva es determinada multiplicando la longitud real por el factor de reducción, β, determinado como sigue: β = 1,2 - 0,002 (l/w) ≤ 1,0

(10.2-1)

donde: l = w =

Longitud real de la soldadura cargada en el extremo tamaño de la soldadura

Cuando la longitud de la soldadura excede de 300 veces el tamaño de la soldadura, w, la longitud efectiva es 180w. Las soldaduras de filete intermitentes se permite que se usen para transferir esfuerzos calculados a través de una junta o superficies en contacto y para unir componentes de elementos armados. La longitud de cualquier segmento de la soldadura de filete intermitente no es menor de cuatro veces el tamaño de la soldadura, con un mínimo de 40 mm. En juntas traslapadas, la cantidad mínima de traslape es de cinco veces el espesor de la parte unida más delgada, pero no menos de 25 mm. Las juntas de traslape que unen planchas o barras sometidas a esfuerzo axial, y que solamente utilizan soldadura de filete transversal, deben ser soldadas a lo largo del extremo de ambas partes traslapadas, excepto donde la deflexión de las partes traslapadas este suficientemente restringida para prevenir una apertura de la junta bajo condiciones de carga máxima. Se permite que durante el proceso de soldadura, los terminales de soldadura de filete sean cortos o extendidos a los extremos o lados de las partes, o sean cerrados, excepto por las limitaciones presentadas a continuación: (1) Para los componentes traslapados de los elementos en que una parte conectada se extiende más allá del borde de otra parte conectada que es solicitada por la tracción calculada, las soldaduras de filete deben terminar a una distancia no menor que el tamaño de la soldadura medido desde el borde. (2) Para conexiones donde se requiere de flexibilidad de los elementos sobresalientes, cuando se utilizan retornos extremos, la longitud del retorno no debe exceder cuatro veces el tamaño nominal de la soldadura ni la mitad del ancho de la parte. 126

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(3) Las soldaduras de filete que conectan rigidizadores transversales a las almas de vigas de plancha de 20 mm de espesor o menos, deben terminar a una distancia no menor que cuatro veces ni mayor que seis veces el espesor del alma medida desde el extremo de la soldadura de la unión alma-ala, excepto donde los extremos de rigidizadores sean soldados al ala. (4) Soldaduras de filete que ocurren en lados opuestos en un plano común deben ser interrumpidas en la esquina común de ambas soldaduras. Las soldaduras de filete en los agujeros y ranuras pueden utilizarse para transmitir corte y resistir cargas perpendiculares a la superficie de contacto en juntas de traslape o para prevenir el pandeo o separación de partes traslapadas y para unir las partes que componen a los elementos armados. Estas soldaduras de filete pueden traslaparse, sujetas a las disposiciones del numeral 10.2. Las soldaduras de filete en los agujeros o ranuras no deben considerarse como soldaduras de ranura o tapón. 10.2.3

Soldadura de Ranura y Tapón

10.2.3a Área efectiva El área efectiva de corte de soldaduras de ranura y tapón se considera como el área nominal de la sección transversal de la ranura o tapón en el plano de la superficie de contacto. 10.2.3b Limitaciones Se permite que las soldaduras de ranura o tapón sean utilizadas para transmitir el corte en las juntas traslapadas o para prevenir la separación de las partes traslapadas y para unir las partes que componen a los elementos armados. El diámetro de los agujeros para una soldadura de tapón no es menor que el espesor de la parte que lo contiene más 8 mm redondeado al siguiente valor en milímetros, ni mayor que el diámetro mínimo más 3 mm o 2 1/4 veces el espesor de la soldadura. El espaciamiento mínimo centro a centro de soldaduras de tapón es igual a cuatro veces el diámetro del agujero. La longitud de la ranura para una soldadura de ranura no excede de 10 veces el espesor de la soldadura. El ancho de la ranura no es menor que el espesor de la parte que lo contiene más 8 mm redondeado al siguiente valor en milímetros, y no es mayor que 2 1/4 veces el espesor de la soldadura. Los extremos de la ranura son semicirculares o tienen esquinas redondeadas con un radio no menor que el espesor de la parte que lo contiene, excepto aquellos extremos que se extienden hasta el borde de la parte. El espaciamiento mínimo de líneas de soldadura de ranura en la dirección transversal a su longitud es cuatro veces el ancho de la ranura. El espaciamiento mínimo centro a centro en la dirección longitudinal de cualquier línea es dos veces la longitud de la ranura.

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El espesor de las soldaduras de tapón o de ranura en un material de espesor de 16 mm o menos, es igual al espesor del material. En materiales con espesores mayores a 16 mm, el espesor de la soldadura es por lo menos la mitad del espesor del material pero no menos que 16 mm. 10.2.4

Resistencia La resistencia de diseño, Rn , de juntas soldadas es el menor valor entre la resistencia del material base determinada de acuerdo con los estados límite de rotura en tracción, rotura en corte y la resistencia del metal de la soldadura determinada de acuerdo con el estado límite de rotura. Estas resistencias se determinan como sigue: Para el metal base Rn = FnBM ABM

(10.2-2)

Rn = Fnw Awe

(10.2-3)

Para el metal del electrodo

donde: FnBM Fnw ABM Awe

= = = =

Esfuerzo nominal del metal base Esfuerzo nominal del metal del electrodo Área de la sección recta del metal base Área efectiva de la soldadura

Los valores y las limitaciones de ϕ, FnBM y Fnw se muestran en la Tabla 10.2.5.

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TABLA 10.2.5 Resistencia de Diseño de Juntas Soldadas Tipo de Carga y Dirección Relativa al Eje de Soldadura

Esfuerzo Nominal Área Efectiva ϕ (FnBM o (ABM o Awe) Fnw) Soldaduras acanaladas de penetración total

Metal Pertinente

Nivel de Resistencia Requerida del Metal de Aporte [a] [b]

La resistencia de la junta es controlada por el metal base

Se debe usar metal de aporte compatible con el metal base. Para juntas T y de esquina sin remoción de soporte, se requiere de metal de aporte con tenacidad especificada. Ver el numeral 10.2.6

Compresión Normal al eje de soldadura

La resistencia de la junta es controlada por el metal base

Se permite metal de aporte con un nivel de resistencia igual o menor que la del metal base.

Tracción o Compresión Paralelo al eje de soldadura

La tracción o compresión en partes unidas paralelas a una soldadura no necesitan ser consideradas en el diseño de esa soldadura

Se permite metal de aporte con un nivel de resistencia igual o menor que la del metal base.

Tracción Normal al eje soldadura

Se debe usar metal de aporte compatible con el metal base.[c] Soldaduras acanaladas de penetración parcial incluyendo soldaduras abocinadas, acanaladas en V y biseladas Ver el literal Base ϕ = 0,75 Fu Tracción 10.4 Normal al eje de la Ver el literal soldadura Soldadura ϕ = 0,80 0,60 FEXX 10.2.1a Corte

Compresión Columna a plancha de base y empalmes de columna diseñados según el numeral 10.1.4(1) Compresión Conexiones de los elementos diseñados por aplastamiento distintos a las columnas que se describen en el numeral 10.1.4(2) Compresión Conexiones no acabadas para aplastamiento Tracción o compresión Paralelo al eje de soldadura

La resistencia de la junta es controlada por el metal base

El esfuerzo de compresión no necesita ser considerado en el diseño de las soldaduras que unen las partes.

Base

ϕ = 0,90

Fy

Ver el literal 10.4

Soldadura

ϕ = 0,80

0,60 FEXX

Ver el literal 10.2.1a

Base

ϕ = 0,90

Fy

Ver el literal 10.4

Soldadura

ϕ = 0,80

0,90 FEXX

Ver el literal 10.2.1a

La tracción o compresión en partes unidas paralelas a una soldadura no necesita ser considerada en el diseño de esa soldadura. Base

Corte Soldadura

Gobernado por 10.4

ϕ = 0,75

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0,60 FEXX

Ver el literal 10.2.1a

Se permite metal de aporte con un nivel de resistencia igual o menor que la del metal de aporte compatible permitido.

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TABLA 10.2.5 (continuación) Resistencia Disponible de Juntas Soldadas Esfuerzo Nivel de Resistencia Nominal Área Efectiva ϕ Requerida del Metal (FnBM o (ABM o Awe) de Aporte [a] [b] Fnw) Soldaduras de filete incluyendo los filetes en agujeros y ranuras y juntas T sesgadas

Tipo de Carga y Dirección Relativa al Eje de Soldadura

Metal Pertinente

Base

Gobernado por 10.4

Corte Soldadura Tracción o compresión Paralelo al eje de soldadura

ϕ = 0,75

0,60 FEXX

[d]

Ver el literal 10.2.2a

La tracción o compresión en partes unidas paralelas a una soldadura no necesitan ser consideradas en el diseño de esa soldadura.

Se permite metal de aporte con un nivel de resistencia igual o menor que la del metal de aporte compatible permitido.

Soldaduras de tapón y ranura Se permite metal de aporte con un nivel de resistencia igual o menor que la del metal Ver el literal Soldadura ϕ = 0,75 0,60 FEXX de aporte compatible 10.2.3a permitido. Para metal de soldadura compatible con metal base ver el articulo 3.3 de AWS D1.1/D1.1M Se permite un metal de aporte con una resistencia un nivel mayor que el compatible con el metal base. Metales de aporte con un nivel de resistencia menor que el compatible con metal base pueden usarse para soldaduras acanaladas entre las almas y alas de secciones armadas transfiriendo las cargas de corte, o en aplicaciones donde un alto grado de restricción es una preocupación. En estas aplicaciones la junta soldada debe detallarse y la soldadura debe diseñarse usando el espesor del material como la garganta efectiva, con ϕ = 0,80 y la resistencia nominal igual a 0,60 FEXX. Alternativamente, se permiten las disposiciones del literal 10.2.4(a) cuando se considera la compatibilidad de deformaciones en los distintos elementos de soldadura. Los literales 10.2.4 (b) y (c) son aplicaciones especiales del literal 10.2.4(a) que proveen la compatibilidad de deformación.

Corte Paralelo a la superficie de contacto en la superficie del área de contacto [a] [b] [c]

[d]

Base

Gobernado por 10.4

Alternativamente, para soldaduras de filete se permite determinar la resistencia de diseño de la siguiente manera: ϕ = 0,75 (a) Para un grupo lineal de soldaduras, aquel en que todos sus elementos están en una línea o son paralelos, con un tamaño de ala uniforme, cargado a través del centro de gravedad: Rn = Fnw Awe

(10.2-4)

Fnw = 0,60 FEXX (1,0 + 0,50 sen1,5 θ )

(10.2-5)

donde:

y FEXX = resistencia de clasificación del metal del electrodo θ = Ángulo de carga medido desde el eje longitudinal de la soldadura, en grados

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(b) Para elementos de soldadura dentro de un grupo de soldaduras que son analizados utilizando el método del centro instantáneo de rotación, se permite determinar los componentes de la resistencia nominal, Rnx y Rny, y la capacidad nominal de momento, Mn, de acuerdo a lo siguiente: Rnx = ∑ Fnwix Awei

(10.2-6a)

Rny = ∑ Fnwiy Awei

(10.2-6b)

Mn = ∑ [Fnwiy Awei (xi ) - Fnwix Awei (yi )]

(10.2-7)

donde: Awei = área efectiva de garganta de soldadura del elemento i-ésimo de soldadura Fnwi = 0,60 FEXX (1,0 + 0,50 sen1,5 θi ) f (pi ) (10.2-8) 0,3 f ( pi ) = [pi (1,9 - 0,9 pi )] (10.2-9) Fnwi = esfuerzo nominal del elemento i-ésimo de soldadura Fnwix = componente x del esfuerzo nominal, Fnwi Fnwiy = componente y del esfuerzo nominal, Fnwi pi = ∆i /∆mi , relación entre la deformación y la deformación por máximo esfuerzo para el elemento i-ésimo. rcr = distancia desde el centro instantáneo de rotación hasta el elemento de soldadura con un valor mínimo de ∆ui /ri ri = distancia desde el centro instantáneo de rotación hasta el i-ésimo elemento de soldadura. xi = componente x de ri yi = componente y de ri Δi = ri Δucr /rcr = deformación del i-ésimo elemento de soldadura en un nivel intermedio de esfuerzo, linealmente proporcional a la deformación crítica basada en la distancia desde el centro instantáneo de rotación, ri Δmi = 0,209(θi + 2)-0,32w, deformación del i-ésimo elemento de soldadura en esfuerzo máximo. Δucr = deformación del elemento de soldadura con relación mínima Δui /ri en esfuerzo ultimo (rotura), usualmente en el elemento más alejado del centro instantáneo de rotación. Δui = 1,087(θi + 6)-0,65w ≤ 0,17w, deformación del i-ésimo elemento de soldadura en esfuerzo ultimo (rotura). θi = ángulo entre el eje longitudinal del i-ésimo elemento de soldadura y la dirección de la fuerza resultante actuando en el elemento, grados. (c) Para grupos de soldadura de filete cargados concéntricamente y consistentes de elementos con un largo de ala uniforme que están orientados tanto longitudinal como transversalmente en la dirección de aplicación de la carga, la resistencia combinada, Rn, del grupo de soldaduras de filete debe ser determinado como el mayor valor entre:

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Rn = Rnwl + Rnwt

(10.2-10a)

Rn = 0,85Rnwl + 1,5Rnwt

(10.2-10b)

(i) o (ii) donde:

Rnwl = la resistencia nominal total de las soldaduras de filete cargadas longitudinalmente, determinadas de acuerdo con la Tabla 10.2.5. Rnwt = la resistencia nominal total de las soldaduras de filete cargadas transversalmente, determinadas de acuerdo con la Tabla 10.2.5 sin la alternativa del literal 10.2.4(a). 10.2.5

Combinación de Soldaduras Si dos o más de los tipos generales de soldadura (acanalada, filete, tapón, ranura) son combinadas en una misma junta, la resistencia de cada una se calcula por separado con referencia al eje del grupo a fin de poder determinar la resistencia de la combinación.

10.2.6

Requisitos del Metal del Electrodo La elección del metal del electrodo para ser usado en soldaduras acanaladas con junta de penetración total solicitada a tracción normal al área efectiva debe cumplir con los requisitos para metales de aporte compatibles dados en la Tabla 10.2.6.

Metal Base

TABLA 10.2.6 Metal de Aporte Compatible

NTP 350.400 (A36), espesor ≤ 19 mm NTP 350.400 (A36), espesor > 19 mm NTP 350.407 (A572(Gr. 50 y 55)) ASTM A588* ASTM A913(Gr.50) ASTM A1011 NTP 350.414 (A992) ASTM A1018

Electrodos E60xx y E70xx

ASTM A913 (Gr. 60 y 65)

Electrodos E80xx

SMAW: E7015, E7016, E7018, E7028 Otros procesos: Electrodos E70xx

La referencia entre paréntesis corresponde a la Norma ASTM similar. *Para resistencia a la corrosión y color similar al metal base ver la Sección 3.7.3 de AWS D1.1/D1.1M. Notas: 1. Los metales del electrodo deben cumplir con los requisitos de los artículos A5.1, A5.5, A5.17, A5.18, A5.20, A5.23, A5.28, y A5.29 de AWS. 2. En juntas con metales base de diferente resistencia, se debe utilizar cualquiera de los metales de aporte compatibles con la mayor resistencia del metal base o un metal de aporte compatible con la menor resistencia y produzca un depósito de bajo contenido de hidrógeno.

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Esta Tabla resume las disposiciones de la AWS D1.1/D1.1M para metales del electrodo compatible. Existen otras restricciones también. Para una lista completa de los metales base y metales del electrodo compatibles precalificados ver la Tabla 3.1 de AWS D1.1/ D1.1M. Un metal del electrodo con un valor mínimo especificado del ensayo de impacto Charpy de entalle en V de 27J a 4°C o menor, se usa en las siguientes juntas: (1) Juntas T y de esquina con soldadura acanalada de penetración total, con respaldo de acero dejado en sitio, sometidas a tracción normal al área efectiva, a no ser que las juntas sean diseñadas utilizando la resistencia nominal y el factor de resistencia que sea aplicable para soldaduras con junta de penetración parcial. (2) Empalmes soldados acanalados con junta de penetración total sometidos a tracción normal al área efectiva en secciones pesadas como se define en el numeral 1.3.1.3. La evidencia de conformidad del producto se expresara con resultados de ensayos realizados en el país, en organismos de evaluación de la conformidad acreditados por el Instituto Nacional de Calidad (INACAL), reportados en un Informe de Ensayo (NTP-ISO/IEC 17025), o en un Informe de Inspección (NTP-ISO/IEC 17020), o en un Certificado de Conformidad de Producto (NTP-ISO/IEC 17065). En el caso de que tales organismos de evaluación de conformidad no existan en el país, la certificación del fabricante constituirá suficiente evidencia de conformidad con los estándares. 10.2.7

Metal de Soldadura Mezclado Cuando la dureza Charpy de entalle en V se especifica, los materiales utilizados en el proceso para todos los metales de soldadura, soldaduras de punto, pasadas de raíz y pasadas subsecuentes depositadas en una junta, deben ser compatibles para asegurar la dureza del metal de acero compuesto.

10.3

PERNOS Y PIEZAS ROSCADAS

10.3.1

Pernos de Alta Resistencia Los pernos de alta resistencia en esta norma, son agrupados de acuerdo con la resistencia del material según lo siguiente: Grupo A—ASTM A325, A325M, F1852, A354 Grado BC y A449 Grupo B—ASTM A490, A490M, F2280, A354 Grado BD Cuando esta ensamblada, todas las superficies de la junta, incluyendo aquellas adyacentes a las arandelas, deben quedar libres de escamas, excepto las escamas de fabricación adheridas fuertemente.

133

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Se permite que los pernos se instalen en la condición de sin requintar cuando se usan en: (a) Conexiones de tipo aplastamiento, con las excepciones descritas en el numeral 5.6 o en el numeral 10.1.10. (b) Aplicaciones en tracción o combinación de corte y tracción, solamente para pernos del Grupo A, donde el aflojamiento o fatiga debido a vibración o fluctuaciones de la carga no se consideran en el diseño. La condición de ajuste sin requintar se define como el ajuste necesario para llevar los elementos conectados a un contacto firme. Los pernos ajustados a una condición de contacto diferente del ajuste sin requintar deben ser claramente identificados en los planos de diseño. Todos los pernos de alta resistencia especificados en los planos de diseño para ser usados en juntas requintadas o de deslizamiento crítico deben ser ajustadas para una tracción en el perno no menor que las indicadas en las Tablas 10.3.1 o 10.3.1M. La instalación es realizada por cualquiera de los métodos siguientes: método del giro de la tuerca, indicador de tracción directa, pernos de tracción controlada por giro, llave calibrada o por algún diseño alternativo de los pernos. No hay requisitos mínimos o máximos de tracción específicos para pernos sin requintar. Pernos completamente requintados como los ASTM F1852 o F2280 son permitidos a menos que sean específicamente prohibidos en los planos de diseño. Cuando los requisitos para pernos no se pueden cumplir debido a que los requisitos de longitud exceden de 12 diámetros o los diámetros exceden de 38 mm, se permite utilizar pernos o barras roscadas de material conforme al Grupo A o al Grupo B, de acuerdo con las disposiciones para partes roscadas en la Tabla 10.3.2. TABLA 10.3.1 Pretensión Mínima de Pernos, KN* Diámetro Perno, pulg. Grupo A (ej. Pernos A325) 1

Grupo B (ej. Pernos A490)

/2 53 67 /8 84 106 3 /4 125 158 7 /8 173 217 1 226 285 1 1/ 8 250 359 1 1/ 4 317 456 1 3/ 8 378 544 1 1 /2 459 662 * Igual a 0,70 veces la resistencia mínima a la tracción de los pernos, tal como lo especifican las Especificaciones ASTM para pernos A325 y A490 con hilo UNC. 5

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TABLA 10.3.1M Pretensión Mínima de Pernos, kN* Diámetro de Perno, mm Grupo A (ej. Pernos A325M) Grupo B (ej. Pernos A490M) 16 91 114 20 142 179 22 176 221 24 205 257 27 267 334 30 326 408 36 475 595 * Igual a 0,70 veces la resistencia mínima a la tracción de los pernos, redondeada al valor entero más cercano, tal como lo especifican las Especificaciones ASTM para pernos A325M y A490M con hilo UNC.

Cuando los pernos según ASTM A354 Grado BC, A354 Grado BD o A449 y varillas roscadas, se utilizan en conexiones de deslizamiento crítico, la geometría del perno incluyendo el paso de rosca, longitud de rosca, la cabeza y la tuerca (s) deben ser iguales o proporcionales (si es mayor en diámetro) a la de los pernos estándar. TABLA 10.3.2 Resistencia Nominal de Conectores y Partes Roscadas MPa Descripción de los Conectores

Resistencia Nominal en Resistencia Nominal Corte en Conexiones de en Tracción, Fnt, Aplastamiento, Fnv , MPa[a] MPa [b] 310 188 [c][d]

Pernos A307 Pernos del Grupo A (ej. A325), cuando la rosca está incluida en el 620 372 plano de corte Pernos del Grupo A (ej. A325), cuando la rosca está excluida del 620 457 plano de corte Pernos del Grupo B (ej. A490), cuando la rosca está incluida en el 780 457 plano de corte Pernos del Grupo B (ej. A490), cuando la rosca está excluida del 780 579 plano de corte Partes roscadas que cumplen los requisitos del numeral 1.3.4, cuando 0,75Fu 0,45Fu la rosca está incluida en el plano de corte Partes roscadas que cumplen los requisitos del numeral 1.3.4, cuando 0,75Fu 0,563Fu la rosca está excluida del plano de corte [a] Para pernos de alta resistencia sujetos a fatiga por cargas de tracción, ver artículo 2.10. [b] Para conexiones en los extremos cargados con un patrón de conectores con una longitud mayor a 965 mm, Fnv debe ser reducido a un 83,3% de los valores tabulados. La longitud del patrón de conectores es la máxima distancia paralela a la línea de fuerzas entre la línea central de los pernos que conectan dos partes con una superficie de contacto. [c] Para pernos A307 los valores tabulados deben ser reducidos en 1% por cada 2 mm sobre 5 diámetros de longitud en el agarre. [d] Rosca permitida en los planos de corte.

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10.3.2

Tamaño y Uso de los agujeros Los tamaños máximos de los agujeros para pernos se presentan en la Tabla 10.3.3 o Tabla 10.3.3.M, excepto en el caso de detalles de planchas de base de columnas, en los cuales se permite agujeros más grandes, pues se requieren una mayor tolerancia, para la ubicación de los pernos de anclaje en las cimentación de concreto. Se deben proveer agujeros estándar o agujeros de ranura corta transversal a la dirección de la carga, de acuerdo con las disposiciones de esta norma, a menos que el Proyectista apruebe por escrito a la Supervisión el empleo de agujeros agrandados, agujeros de ranura corta paralelo a la dirección de carga, o agujeros de ranura larga. Se permiten lainas ranuradas tipo peine de hasta 6 mm en conexiones de deslizamiento crítico diseñadas en base a agujeros estándar sin reducción de la resistencia de corte nominal del conector a aquella especificada para los agujeros ranurados. Se permiten agujeros agrandados en cualquiera o todas las piezas de conexiones de deslizamiento crítico, sin embargo, estas no deben ser utilizadas en conexiones de tipo aplastamiento. Se deben instalar arandelas endurecidas en agujeros agrandados en la pieza exterior, cumpliendo con ASTM F436. Se permiten agujeros de ranura corta en cualquiera o en todas las piezas de conexiones de deslizamiento crítico o de tipo aplastamiento. Se permiten las ranuras sin consideración de la dirección de carga en conexiones de deslizamiento crítico, pero en conexiones tipo aplastamiento la longitud debe ser normal a la dirección de carga. Las arandelas deben ser instaladas sobre los agujeros de ranura corta en la pieza exterior; cuando se utilizan pernos de alta resistencia tales arandelas deben ser endurecidas cumpliendo con ASTM F436. Cuando los pernos del Grupo B de diámetro mayor a 25 mm son usados en agujeros de ranura o en agujeros agrandados en piezas exteriores, debe emplearse una única arandela endurecida conforme a ASTM F436 en lugar de la arandela estándar, con la excepción de que 8 mm sea el espesor mínimo. TABLA 10.3.3 Dimensión Nominal de Agujeros, pulg Diámetro Perno, pulg ½ 5 /8 ¾ 7 /8 1 ≥ 1 1/8

Estándar (Dia.) 9 /16 11 /16 13 /16 15 /16 1 1/16 d + 1/16

Dimensiones por tipo de Agujero Agrandado Ranura Corta Ranura Larga (Dia.) (Ancho x Largo) (Ancho x Largo) 5 9 9 /8 /16 x 11/16 /16 x 1 1/4 13 11 7 11 /16 /16 x /8 /16 x 1 9/16 15 13 13 /16 /16 x 1 /16 x 1 7/8 1 15 1 15 1 /16 /16 x 1 /8 /16 x 2 3/16 1 5 1¼ 1 /16 x 1 /16 1 1/16 x 2 ½ 5 1 3 d + /16 (d + /16) x (d + /8) (d + 1/16) x (2,5 x d)

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TABLA 10.3.3M Dimensión Nominal de Agujeros, mm Dimensiones por tipo de Agujero Diámetro de Estándar Agrandado Ranura Corta Ranura Larga Perno, mm (Dia.) (Dia.) (Ancho x Largo) (Ancho x Largo) 16 18 20 18 x 22 18 x 40 20 22 24 22 x 26 22 x 50 22 24 28 24 x 30 24 x 55 24 27[a] 30 27 x 32 27 x 60 27 30 35 30 x 37 30 x 67 30 33 38 33 x 40 33 x 75 ≥ 36 d+3 d+8 (d + 3) x (d + 10) (d + 3) x 2,5d [a] El espacio provisto permite el uso de un perno de una (1) pulgada si se desea

Se permiten agujeros de ranura larga solamente en una de las partes conectadas tanto de conexión de deslizamiento crítico o de tipo aplastamiento en una superficie de contacto individual. Se permiten agujeros de ranura larga sin consideración de la dirección de carga en conexiones de deslizamiento crítico, pero deben ser normales a la dirección de carga en conexiones de tipo aplastamiento. Cuando se utilizan agujeros de ranura larga en una pieza exterior, se debe colocar arandelas de planchas o una barra continua con agujeros estándar, que tenga un tamaño suficiente para cubrir completamente la ranura después de la instalación. En conexiones con pernos de alta resistencia, tales arandelas planas o barras continuas deben tener un espesor no menor que 8 mm y deben ser de un material con grado estructural, pero no necesitan ser endurecidas. Si se necesitan arandelas endurecidas para ser utilizadas con pernos de alta resistencia, deben ser ubicadas sobre la superficie exterior de la arandela de plancha o barra. 10.3.3

Espaciamiento Mínimo La distancia entre centros de agujeros estándar, agrandados, o ranurados, no debe ser menor que 2-2/3 veces el diámetro nominal, d, del conector; se prefiere una distancia de 3d.

10.3.4

Distancia Mínima al Borde La distancia desde el centro de un agujero estándar hasta el borde de una parte conectada en cualquier dirección no debe ser menor que el valor aplicable de la Tabla 10.3.4 o 10.3.4M, o el requerido en el numeral 10.3.10. La distancia desde el centro de un agujero agrandado o ranurado hasta el borde de una parte conectada no debe ser menor que el requerido para un agujero estándar hasta el borde de una parte conectada más el incremento aplicable C2 que se obtiene de la Tabla 10.3.5 o 10.3.5M.

137

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TABLA 10.3.4 Distancia Mínima al Borde[a], pulg, desde el Centro del Agujero Estándar[b] hasta el Borde de la Parte Conectada

[a]

[b]

Diámetro Perno (pulg) Distancia Mínima al Borde ½ ¾ 5 7 /8 /8 ¾ 1 7 /8 1 1/8 1 1¼ 1 1/ 8 1½ 1¼ 1 5/8 Sobre 1 1/4 1 1/4 x d De ser necesario, se permite utilizar distancias de borde menores siempre que se satisfagan las disposiciones del numeral 10.3.10 y de 10.4, sin embargo distancias al borde menores que un diámetro del perno no son permitidas sin aprobación del ingeniero estructural responsable del diseño. Para agujeros agrandados y ranurados, ver la Tabla 10.3.5.

TABLA 10.3.4M Distancia Mínima al Borde[a], mm, desde el Centro del Agujero Estándar[b] hasta el Borde de la Parte Conectada

[a]

[b]

Diámetro Perno (mm) Distancia Mínima al Borde 16 22 20 26 22 28 24 30 27 34 30 38 36 46 Sobre 36 1,25d De ser necesario, se permite utilizar distancias de borde menores siempre que se satisfagan las disposiciones del numeral 10.3.10 y de 10.4, sin embargo distancias al borde menores que un diámetro del perno no son permitidas sin aprobación del ingeniero estructural responsable del diseño. Para agujeros agrandados y ranurados, ver la Tabla 10.3.5M.

TABLA 10.3.5 Valores del Incremento de Distancia de Borde C2, pulg. Agujeros Ranurados Diámetro Nominal del Agujero Eje Largo Eje Largo Perpendicular al Borde Conector Agrandado Paralelo al Ranura Corta Ranura Larga[a] (pulg.) Borde 7 1 1 ≤ /8 /16 /8 1 1 3 1 /8 /8 /4 d 0 1 1 3 ≥ 1 /8 /8 /16 [a] Cuando la longitud de la ranura es menor que el máximo admisible (ver Tabla 10.3.3), se permite que C2 sea reducido por la mitad de la diferencia entre las longitudes de ranura máxima y actual.

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TABLA 10.3.5M Valores del Incremento de Distancia de Borde C2, mm Diámetro Agujero Nominal del Agrandado Conector (mm)

[a]

10.3.5

Agujeros Ranurados Eje Largo Perpendicular al Borde Ranura Corta

Ranura Larga[a]

Eje Largo Paralelo al Borde

≤ 22 2 3 24 3 3 0,75 d 0 ≥ 27 3 5 Cuando la longitud de la ranura es menor que el máximo admisible (ver Tabla 10.3.3M), se permite que C2 sea reducido por la mitad de la diferencia entre las longitudes de ranura máxima y actual.

Distancia Máxima a los Bordes y Espaciamiento Máximo La distancia máxima desde el centro de cualquier perno hasta el borde más cercano de las partes en contacto debe ser 12 veces el espesor de la parte conectada bajo consideración, pero no debe exceder de 150 mm. El espaciamiento longitudinal de los conectores entre elementos consistentes de una plancha y un perfil o dos planchas en contacto continuo debe ser la siguiente: (a) Para elementos pintados o sin pintar no sujetos a corrosión, el espaciamiento no debe exceder de 24 veces el espesor de la plancha más delgada o 300 mm. (b) Para elementos sin pintar de acero resistente a la intemperie sometido a la corrosión atmosférica, el espaciamiento no debe exceder de 14 veces el espesor de la plancha más delgada o 180 mm.

10.3.6

Resistencia en Tracción y Corte de Pernos y Elementos Roscados La resistencia de diseño en tracción o en corte, Rn, de un perno de alta resistencia con ajuste requintado o sin requintar, o de un elemento roscado debe ser determinada de acuerdo con los estados límites de rotura en tracción y rotura en corte como se indica a continuación: Rn = Fn Ab

(10.3-1)

 = 0,75 donde: Fn = esfuerzo de tracción nominal, Fnt, o esfuerzo de corte nominal, Fnv, según la Tabla 10.3.2 Ab = área bruta no roscada nominal del perno o elemento roscado La resistencia requerida de tracción debe incluir cualquier tracción resultante por la acción de palanca producida por la deformación de las partes conectadas.

139

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10.3.7

Combinación de Tracción y Corte en Conexiones Tipo Aplastamiento La resistencia de diseño en tracción de un perno sometido a una combinación de tracción y corte se determina con los estados límites de rotura en tracción y en corte de acuerdo con lo siguiente: Rn = F´nt Ab

(10.3-2)

 = 0,75 donde: F´nt = esfuerzo nominal en tracción modificado para incluir los efectos de los esfuerzos de corte F

F´nt = 1,3 Fnt - Fnt frv ≤ Fnt nv Fnt = esfuerzo nominal en tracción según la Tabla 10.3.2 Fnv = esfuerzo nominal en corte según la Tabla 10.3.2 frv = esfuerzo requerido de corte

(10.3-3)

El esfuerzo de diseño en corte del conector debe ser igual o mayor que el esfuerzo requerido por corte, frv. Cuando el esfuerzo requerido, f, tanto en corte o tracción, es menor o igual que el 30% del esfuerzo de diseño correspondiente, los efectos de tensiones combinadas no necesitan ser investigados. 10.3.8

Pernos de Alta Resistencia en Conexiones de Deslizamiento Crítico Las conexiones de deslizamiento crítico se diseñan para prevenir el deslizamiento y para los estados límites de conexiones tipo aplastamiento. Cuando los pernos de deslizamiento crítico pasen a través de planchas de relleno, todas las superficies sujetas al deslizamiento deben estar preparadas para alcanzar la resistencia de deslizamiento de diseño. La resistencia de disño de deslizamiento para el estado límite de deslizamiento se determina como sigue: Rn = μ Du hf Tb ns

(10.3-4)

(a) Para agujeros de tamaño estándar y de ranura corta, perpendiculares a la

dirección de la carga:

 = 1,00 (b) Para agujeros agrandados y de ranura corta, paralelos a la dirección de la

carga:

 = 0,85

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(c) Para agujeros de ranura larga:

 = 0,70 donde: μ = coeficiente promedio de deslizamiento para superficies Clase A o B, como sea aplicable, y determinado como sigue o mediante ensayos. (i) para superficies Clase A (superficies de acero sin pintar, limpias, con escamas de laminación o superficies con recubrimiento Clase A en acero arenado o superficies galvanizadas en caliente y superficies rugosas) µ = 0,30 (ii) para superficies Clase B (superficies de acero sin pintar, arenadas o superficies con recubrimiento Clase B en acero arenado). µ = 0,50 Du = 1,13; multiplicador que refleja la relación entre la pretensión media del perno instalado y la pretensión mínima especificada del perno; el uso de otros valores deben ser aprobados por el ingeniero estructural responsable del diseño Tb = tracción mínima del conector entregada en la Tabla 10.3.1 o en la Tabla 10.3.1M hf = factor para planchas de relleno, determinado según se indica a continuación: (i) Cuando no hay planchas de relleno o cuando se han agregado pernos para distribuir las cargas en las planchas de relleno: hf = 1,00 (ii) Cuando no se han agregado pernos para distribuir la carga en las planchas de relleno: (a) Para una plancha de relleno entre las partes conectadas. hf = 1,00 (b) Para dos o más planchas de relleno entre las partes conectadas. hf = 0,85 ns = número de planos de deslizamiento requeridos para permitir que la conexión se deslice

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10.3.9

Tracción y Corte Combinados en Conexiones de Deslizamiento Crítico Cuando una conexión de deslizamiento crítico está sujeta a una tracción aplicada que disminuye la fuerza de ajuste neta, la resistencia disponible en deslizamiento por perno, del numeral 10.3.8, debe ser multiplicada por el factor, ksc, como se muestra a continuación: T

ksc = 1 - D Tu n u b b

(10.3-5)

donde: Tu = Fuerza de tracción requerida nb = número de pernos que transmiten la tracción aplicada 10.3.10 Resistencia al Aplastamiento en Agujeros de Pernos La resistencia de diseño en aplastamiento, Rn, en agujeros de pernos se determina para el estado límite de aplastamiento como se muestra a continuación:

 = 0,75 La resistencia nominal de aplastamiento del material conectado, Rn, es determinada como sigue: (a) Para un perno en una conexión con agujeros estándar, agrandados y de

ranura corta, independiente de la dirección de carga, o en agujeros de ranura larga con la ranura paralela a la dirección de la fuerza de aplastamiento (i) Cuando la deformación en el agujero del perno bajo cargas de servicio es una consideración de diseño. Rn = 1,2 lc t Fu ≤ 2,4 d t Fu

(10.3-6a)

(ii) Cuando la deformación en el agujero del perno bajo cargas de servicio no es una consideración de diseño. Rn = 1,5 lc t Fu ≤ 3,0 d t Fu

(10.3-6b)

(b) Para un perno en una conexión con agujeros de ranura larga con la ranura

perpendicular a la dirección de la fuerza Rn = 1,0 lc t Fu ≤ 2,0 d t Fu

(10.3-6c)

(c) Para conexiones hechas utilizando pernos que pasan completamente a través

de un elemento cajón no rigidizado o perfiles HSS, ver el numeral 10.7 y la Ecuación 10.7-1. donde: Fu = resistencia mínima en tracción del material conectado d = diámetro nominal del perno. 142

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lc t

= distancia libre, en la dirección de la fuerza, entre el borde del agujero y el borde del agujero adyacente o borde del material. = espesor del material conectado

Para las conexiones, la resistencia al aplastamiento es tomada como la suma de las resistencias al aplastamiento de los pernos individuales. La resistencia al aplastamiento debe ser revisada tanto para las conexiones de tipo aplastamiento como para las de deslizamiento crítico. El uso de agujeros agrandados y agujeros de ranura corta y larga paralelos a la línea de carga se restringe a conexiones de deslizamiento crítico, según se indica en el numeral 10.3.2. 10.3.11 Conectores Especiales La resistencia nominal de conectores especiales distintos a los presentados en la Tabla 10.3.2 se verifica mediante ensayos. 10.3.12 Conectores en Tracción Cuando pernos u otros conectores en tracción se emplean en un elemento cajón no rigidizado o en la pared de perfiles HSS, la resistencia de la pared se determina mediante un análisis racional. 10.4

COMPONENTES AFECTADOS DE ELEMENTOS Y COMPONENTES DE CONEXIONES Este numeral se aplica a los componentes de elementos en las conexiones y componentes de conexiones, tales como planchas, cartelas, ángulos y braquetes.

10.4.1

Resistencia de Componentes en Tracción La resistencia de diseño, ϕRn, de elementos de conexiones y elementos afectados cargados en tracción es el menor valor obtenido de acuerdo con los estados límite de fluencia en tracción y rotura en tracción. (a) Resistencia en fluencia en tracción de elementos conectados: Rn = Fy Ag

(10.4-1)

ϕ = 0,90 (b) Rotura en tracción de elementos conectados: Rn = Fu Ae

(10.4-2)

ϕ = 0,75 donde: Ae = área neta efectiva como se define en el artículo 4.3; para planchas de empalme empernadas, Ae = An ≤ 0,85 Ag.

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10.4.2

Resistencia de Componentes en Corte La resistencia de diseño en corte de componentes de conexiones y elementos afectados en corte es el menor valor obtenido de acuerdo con los estados límites de fluencia en corte y rotura en corte: (a) Para fluencia en corte del elemento: Rn = 0,6 Fy Agv

(10.4-3)

ϕ = 1,00 donde: Agv = área bruta sujeta a corte. (b) Para rotura en corte del elemento: Rn = 0,6 Fu Anv

(10.4-3)

ϕ = 0,75 donde: Anv = área neta sujeta a corte. 10.4.3

Resistencia de Bloque de Cortante La resistencia de diseño para el estado límite de rotura de bloque de cortante a lo largo de una línea o líneas de falla por corte y una línea de falla perpendicular por tracción es: Rn = 0,6 Fu Anv + Ubs Fu Ant ≤ 0,60 Fy Agv + Ubs Fu Ant

(10.4-5)

ϕ = 0,75 donde: Ant = área neta sujeta a tracción. Cuando el esfuerzo de tracción es uniforme, Ubs = 1; cuando el esfuerzo de tracción no es uniforme, Ubs = 0,5. 10.4.4

Resistencia de Componentes en Compresión La resistencia de diseño de componentes conectados en compresión para los estados límites de fluencia y pandeo es:

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(a) Cuando KL/r ≤ 25: Pn = Fy Ag

(10.4-6)

ϕ = 0,90 (b) Cuando KL/r > 25, aplicar las disposiciones del Capítulo 5. 10.4.5

Resistencia de Componentes en Flexión La resistencia de diseño en flexión de componentes afectados es el menor valor obtenido de acuerdo a los estados límites de fluencia por flexión, pandeo local, pandeo lateral-torsional en flexión y rotura por flexión.

10.5

PLANCHAS DE RELLENO

10.5.1

Planchas de Relleno en Conexiones Soldadas Cuando es necesario el uso de planchas de relleno en juntas requeridas para transmitir la fuerza aplicada, las planchas de relleno y las soldaduras de conexión deben cumplir con los requisitos del numeral 10.5.1a o del numeral 10.5.1b, según corresponde.

10.5.1a Planchas de Relleno Delgadas Las planchas de relleno con espesores menores a 6 mm no se usan para transferir esfuerzos. Cuando el espesor de la plancha de relleno es menor que 6 mm, o cuando el espesor de la plancha de relleno es de 6 mm o mayor pero no adecuado para transferir cargas aplicadas entre las partes conectadas, la plancha de relleno debe ser mantenida al ras con el borde de la parte exterior conectada, y el tamaño de la soldadura debe ser aumentado sobre el tamaño requerido por una cantidad igual al espesor de la plancha de relleno. 10.5.1b Planchas de Relleno Gruesas Cuando el espesor de la plancha de relleno es adecuado para transferir las cargas aplicadas entre las partes conectadas, la plancha de relleno se extiende más allá de los bordes externos del metal base conectado. Las soldaduras que unen el exterior del metal base conectado a la plancha de relleno deben ser suficientes para transmitir la fuerza a la plancha de relleno y el área sujeta a la fuerza aplicada en la plancha de relleno debe ser adecuada para evitar esfuerzos excesivos en dicha plancha. Las soldaduras que unen la plancha de relleno al interior de la base metálica conectada deben ser adecuadas para transmitir la fuerza aplicada. 10.5.2

Planchas de Relleno en Conexiones Empernadas Cuando un perno que soporta cargas pasa a través de planchas de relleno que son de espesor igual o menor a 6 mm, la resistencia de corte se usa sin reducción. Cuando un perno que soporta cargas pasa a través de planchas de relleno con un espesor mayor a 6 mm, se aplica uno de los siguientes requisitos:

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(a) La resistencia en corte de los pernos se multiplica por el factor: 1 - 0,0154 (t - 6) pero no menor a 0,85, donde t (mm) es el espesor total de las planchas de relleno. (b) Las planchas de relleno se extienden más allá de la junta y la extensión de la plancha de relleno debe asegurarse con suficientes pernos para distribuir uniformemente la carga total en el elemento conectado a través de la sección transversal combinada del elemento conectado y las planchas de relleno. (c) El tamaño de la junta se incrementa para acomodar un número de pernos que sea equivalente al número total requerido en el punto (b) anterior; o (d) La junta se diseña para prevenir el deslizamiento de acuerdo con el numeral 10.3.8 usando superficies ya sea Clase B o Clase A con un ajuste según el método del giro de la tuerca. 10.6

EMPALMES La resistencia requerida en los empalmes es mayor que la resistencia de los elementos empalmados. Los empalmes pueden ser empernados o soldados, o soldados a un elemento y empernados al otro. Cuando se utilicen empalmes soldados se usa soldaduras de penetración total en las almas y en las alas

10.6.1

Vigas Los empalmes con soldadura acanalada en vigas desarrollan la resistencia nominal de la menor sección empalmada. Otros tipos de empalmes en secciones transversales de vigas desarrollan la resistencia requerida por las cargas en el punto de empalme.

10.6.2

Columnas Los empalmes de columna se ubican como mínimo a 1,2 m de las alas de la conexión viga columna. Si la altura libre de la columna es menor a 2,4 m el empalme se coloca a la mitad de la altura libre. Cuando se usan soldaduras acanaladas para el empalme estas son de penetración total. La resistencia requerida al corte de los empalmes en la columna, en ambas direcciones ortogonales, debe ser al menos ∑ Mpc/H, donde ∑ Mpc es la suma de las resistencias nominales en flexión encima y debajo del empalme, y H es la altura libre del entrepiso.

146

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10.7

RESISTENCIA AL APLASTAMIENTO La resistencia de diseño al aplastamiento,  Rn, de superficies en contacto se determina para el estado límite al aplastamiento (fluencia por compresión local) como se muestra a continuación:

 = 0,75 La resistencia nominal al aplastamiento, Rn, se determina como sigue: (a) Para superficies acabadas, pasadores en agujeros taladrados o perforados, y los extremos de atiesadores de aplastamiento ajustados. Rn = 1,8 Fy Apb

(10.7-1)

donde: Apb = área proyectada en aplastamiento. Fy = esfuerzo de fluencia mínimo especificado. (b) Para los rodillos de apoyos deslizantes y balancines. (i) Cuando d ≤ 635 mm Rn = 1,2 (Fy - 90)lb d / 20

(10.7-2)

Rn = 30,2 (Fy - 90)lb √d / 20

(10.7-3)

(ii) Cuando d > 635 mm

donde: d = diámetro. lb = longitud del aplastamiento. 10.8

BASES DE COLUMNA Y APLASTAMIENTO EN CONCRETO Se deben tomar disposiciones apropiadas para transferir las cargas y momentos de las columnas a las zapatas y cimentaciones. De acuerdo con la Norma E.060 CONCRETO ARMADO, la resistencia de diseño al aplastamiento, ϕc Pp , para el estado límite de aplastamiento del concreto se permite que se tome de la siguiente manera: ϕc = 0,70 La resistencia nominal al aplastamiento, Pp, se determina como se indica a continuación:

147

PROYECTO DE NORMA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS

(a) En el área total de un apoyo de concreto: PP = 0,85 fc' A1

(10.8-1)

(b) En un área menor que el área total de un apoyo de concreto: PP = 0,85 fc' A1 √A2 ⁄A1 ≤ 1,7 fc' A1

(10.8-2)

donde: A1 = área concéntrica del acero en aplastamiento sobre un apoyo de concreto. A2 = área de la base inferior del tronco mayor de la pirámide, cono o cuña ahusada, contenida en su totalidad dentro del apoyo y que tenga por base superior el área cargada y pendientes laterales de un vertical por dos horizontal. ' fc = resistencia especificada en compresión del concreto. 10.9

PERNOS DE ANCLAJE Los pernos de anclaje se diseñan para proveer la resistencia requerida a las cargas de la estructura completa hasta la base de las columnas incluyendo las componentes de tracción neta de cualquier momento de flexión que resulten por las combinaciones de carga indicadas en el artículo 1.4. Los pernos de anclaje se diseñan de acuerdo con los requisitos para partes roscadas dados en la Tabla 10.3.2. El diseño de las bases de columnas y pernos de anclaje para la transferencia de fuerzas a la cimentación de concreto incluyendo el aplastamiento sobre los elementos de concreto deben satisfacer los requisitos de la Norma E.060 CONCRETO ARMADO. Cuando los pernos de anclaje se utilizan para resistir fuerzas horizontales, se considera en el diseño el tamaño de los agujeros, la tolerancia de colocación de los pernos de anclaje y el movimiento horizontal de la columna. Se permiten agujeros agrandados de mayor tamaño y agujeros ranurados en planchas de base, ver Tabla 10.9 o Tabla 10.9M, cuando se provee un adecuado aplastamiento para la tuerca por medio del uso de arandelas según ASTM F884 o mediante arandelas de planchas para cubrir el agujero.

148

PROYECTO DE NORMA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS

TABLA 10.9 Agujeros para pernos de anclaje (pulg.) Diámetro de perno de anclaje ½ 5 /8 ¾ 7 /8 1 1¼ 1½ 1¾ ≥2

diámetro del agujero 1 1/16 1 3/16 1 5/16 1 9/16 1 13/16 2 1/16 2 5/16 2¾ db + 1 1/4

TABLA 10.9M Agujeros para pernos de anclaje (mm) Diámetro de perno de anclaje 18 22 24 27 30 33 36 39 42

10.10

diámetro del agujero 32 40 44 48 51 53 56 60 74

ALAS Y ALMAS CON CARGAS CONCENTRADAS Este artículo aplica a las cargas concentradas simples y dobles aplicadas en sentido perpendicular al ala(s) de perfiles de ala ancha y secciones armadas similares. Una carga concentrada simple puede ser tanto de tracción como de compresión. Cargas concentradas dobles corresponden a una en tracción y la otra en compresión y forman un momento en el mismo lado del elemento cargado. Cuando la resistencia requerida excede a la resistencia de diseño determinada por los estados límites mencionados en este numeral, rigidizadores y/o refuerzos del alma se colocan y dimensionan para la diferencia entre la resistencia requerida y la resistencia disponible para el estado límite aplicable. Los rigidizadores también deben cumplir con los requisitos de diseño del numeral 10.10.8. Los refuerzos del alma también deben cumplir los requisitos de diseño del numeral 10.10.9. Se necesitan rigidizadores en los extremos de vigas que no forman parte de un pórtico, de acuerdo con los requisitos del numeral 10.10.7.

10.10.1 Flexión Local del Ala Este numeral se aplica para cargas de tracción concentradas simples y a la componente de tracción de las cargas concentradas dobles.

149

PROYECTO DE NORMA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS

La resistencia de diseño, ϕRn, para el estado límite de flexión local del ala se determina como se indica a continuación: Rn = 6,25 Fyf tf2

(10.10-1)

ϕ = 0,90 donde: Fyf = esfuerzo de fluencia mínimo especificado del ala. tf = espesor del ala cargada Si la longitud de carga a través del ala del elemento es menor que 0,15 bf, donde bf es el ancho del ala del elemento, la Ecuación 10.10-1 no necesita ser verificada. Cuando la carga concentrada a ser resistida es aplicada a una distancia desde el extremo del elemento que es menor que 10 tf, el valor Rn debe ser reducido en 50%. Cuando se requiere, se debe proporcionar un par de rigidizadores transversales. 10.10.2 Fluencia Local del Alma Este numeral se aplica para cargas concentradas simples y ambos componentes de cargas concentradas dobles. La resistencia de diseño para el estado límite de fluencia local del alma se determina como se indica a continuación: ϕ = 1,00 La resistencia nominal, Rn, se determina como se muestra a continuación: (a) Cuando la carga concentrada a ser resistida es aplicada a una distancia desde el extremo del elemento que es mayor que el peralte del elemento, d, Rn = Fyw tw (5k + lb )

(10.10-2)

(b) Cuando la carga concentrada a ser resistida es aplicada a una distancia desde el extremo del elemento que es menor o igual al peralte del elemento, d, Rn = Fyw tw (2,5k + lb )

(10.10-3)

donde: Fyw = esfuerzo de fluencia mínimo especificado del alma. k = distancia de la cara exterior del ala hasta el pie del filete del alma. lb = longitud del apoyo (no menor que k para las reacciones extremas de la viga). tw = espesor del alma.

150

PROYECTO DE NORMA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS

Cuando se requiere, se debe disponer de un par de rigidizadores transversales o una plancha de refuerzo del alma. 10.10.3 Aplastamiento Local del Alma Este numeral se aplica para las cargas concentradas simples en compresión o la componente de compresión de cargas concentradas dobles. La resistencia disponible para el estado límite de aplastamiento local del alma se determina como se muestra a continuación: ϕ = 0,75 La resistencia nominal, Rn, se determina como se muestra a continuación: (a) Cuando la carga concentrada de compresión a ser resistida es aplicada a una distancia desde el extremo del elemento que es mayor o igual a d/2: Rn = 0,80

tw2 [1

l t + 3 ( db ) ( tw) f

1,5

]√

E Fyw tf tw

(10.10-4)

(b) Cuando la carga concentrada de compresión a ser resistida es aplicada a una distancia desde el extremo del elemento que es menor a d/2: (i) Para lb / d ≤ 0,2 1,5

Rn = 0,40

tw2 [1

l t + 3 ( db ) ( tw ) f

]√

E Fyw tf tw

(10.10-5a)

(ii) Para lb / d > 0,2 Rn = 0,40

tw2 [1

4l t + ( db - 0,2) ( tw) f

1,5

]√

E Fyw tf (10.10-5b) tw

donde: d = peralte nominal total de la sección. Cuando se requiere, se debe disponer de un rigidizador transversal, un par de rigidizadores transversales, o una plancha de refuerzo del alma que se extienda por lo menos la mitad del peralte del alma. 10.10.4 Pandeo Lateral del Alma Este numeral se aplica solamente para las cargas concentradas simples de compresión aplicadas a los elementos donde el movimiento lateral relativo entre el ala cargada en compresión y el ala en tracción no está restringido en el punto de aplicación de la fuerza concentrada.

151

PROYECTO DE NORMA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS

La resistencia de diseño del alma para el estado límite de pandeo lateral se determina como se muestra a continuación: ϕ = 0,85 La resistencia nominal, Rn, se determina como sigue: (a) Si el ala en compresión está restringida contra la rotación: (i) Cuando (h⁄tw )⁄(Lb ⁄bf ) ≤ 2,3 Rn =

Cr tw3 tf 2

h

3

h⁄t [1 + 0,4 (L ⁄wb ) ] b f

(10.10-6)

(ii) Cuando (h⁄tw )⁄(Lb ⁄bf ) >2,3, no aplica el estado límite de pandeo lateral del alma. Cuando la resistencia requerida del alma excede la resistencia de diseño, se puede disponer de arriostramiento lateral de forma local en el ala en tracción o también un par de rigidizadores transversales o de una plancha de refuerzo del alma. (b) Si el ala en compresión no está restringida contra la rotación: (i) Cuando (h⁄tw )⁄(Lb ⁄bf ) ≤ 1,7 Rn =

Cr tw3 tf h

2

3

h⁄t [0,4 (L ⁄wb ) ] b f

(10.10-7)

(ii) Cuando (h⁄tw )⁄(Lb ⁄bf ) >1,7, no aplica el estado límite de pandeo lateral del alma. Cuando la resistencia requerida del alma excede la resistencia disponible, se dispone arriostramiento lateral de forma local en ambas alas en el punto de aplicación de las cargas concentradas. En las Ecuaciones 10.10-6 y 10.10-7, se aplican las siguientes definiciones: Cr = 6,62 x 106 MPa, cuando Mu < My en la ubicación de la carga. = 3,31 x 106 MPa, cuando Mu ≥ My en la ubicación de la carga. Lb = La mayor longitud no arriostrada lateralmente a lo largo de cualquier ala en el punto de carga. Mu = resistencia requerida en flexión. bf = Ancho del ala. h = distancia libre entre alas menos el filete o radio de la esquina para perfiles laminados; la distancia entre líneas adyacentes de conectores o la distancia libre entre alas cuando se utilizan soldaduras para secciones armadas.

152

PROYECTO DE NORMA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS

10.10.5 Pandeo en Compresión del Alma Este numeral se aplica para un par de fuerzas concentradas simples en compresión o las componentes en compresión de un par de cargas concentradas dobles, aplicadas en ambas alas del elemento en la misma ubicación. La resistencia de diseño para el estado límite de pandeo local del alma se determina como se muestra a continuación: Rn =

24 t w3 E Fyw

(10.10-8)

h

ϕ = 0,90 Cuando el par de cargas concentradas de compresión a ser resistidas es aplicada a una distancia desde el extremo del elemento menor que d/2, Rn es reducido por 50%. Cuando se requiera, se debe proveer un rigidizador transversal simple, un par de rigidizadores transversales, o una plancha de refuerzo del alma que se extienda en todo el peralte del alma. 10.10.6 Corte en la Zona Panel del Alma Este numeral se aplica para las cargas concentradas dobles aplicadas a una o ambas alas de un elemento en la misma ubicación. La resistencia de diseño de la zona panel del alma para el estado límite de fluencia en corte se determina como se menciona a continuación: ϕ = 0,90 La resistencia nominal, Rn, se determina como sigue: (a) Cuando no se considera en el análisis el efecto de la deformación de la zona panel en la estabilidad del pórtico: (i) Para Pr ≤ 0,4 Py Rn = 0,60 Fy dc tw

(10.10-9)

(ii) Para Pr > 0,4 Py P

Rn = 0,60 Fy dc tw (1,4 - Pr ) y

(10.10-10)

(b) Cuando se considera en el análisis la estabilidad del pórtico, incluyendo la deformación plástica de la zona panel: (i) Para Pr ≤ 0,75 Py 3 bcf tcf2

Rn = 0,60 Fy dc tw (1 + d d t ) b c w 153

(10.10-11)

PROYECTO DE NORMA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS

(ii) Para Pr > 0,75 Py 3 bcf tcf2

Rn = 0,60 Fy dc tw (1 + d d t ) (1,9 b c w

1,2 Pr ) (10.10-12) Py

En las ecuaciones 10.10-9 hasta 10.10-12, se aplican las siguientes definiciones: Ag bcf db dc Fy Pr Py tcf tw

= = = = = = = = =

área bruta de la sección transversal del elemento. ancho del ala de la columna. peralte de la viga. peralte de la columna. esfuerzo de fluencia mínimo especificado del alma de la columna. resistencia axial requerida Fy Ag, resistencia axial de fluencia de la columna espesor del ala de la columna espesor del alma de la columna

Se debe disponer cada vez que se requiera, plancha(s) de refuerzo del alma o un par de rigidizadores diagonales dentro de los límites de la conexión rígida cuyas almas yacen en un plano común. Ver el numeral 10.10.9 para los requisitos de diseño de las planchas de refuerzo del alma. 10.10.7 Extremos no Aporticados de Vigas En extremos no aporticados de vigas no restringidos contra la rotación respecto a su eje longitudinal, se dispone de un par de rigidizadores transversales, que se extienden en todo el peralte del alma. 10.10.8 Requisitos Adicionales de los Rigidizadores para Cargas Concentradas Los rigidizadores requeridos para resistir las cargas concentradas de tracción deben ser diseñados de acuerdo con los requisitos del numeral 10.4.1 y deben ser soldados al ala cargada y al alma. Las soldaduras al ala se dimensionan para la diferencia entre la resistencia requerida y la resistencia de diseño. Las soldaduras del rigidizador al alma se dimensionan para transferir al alma la diferencia algebraica de la fuerza de tracción en los extremos del rigidizador. Los rigidizadores requeridos para resistir las cargas concentradas de compresión se diseñan de acuerdo con los requisitos del numeral 10.4.4, y ya sea deben apoyarse por aplastamiento o ser soldados al ala cargada y soldados al alma. Las soldaduras para el ala se dimensionan para la diferencia entre la resistencia requerida y la resistencia del estado límite aplicable. La soldadura del alma se dimensiona para transferir al alma la diferencia algebraica de carga de compresión en los extremos del rigidizador. Para rigidizadores de apoyo por aplastamiento en superficies cepilladas, ver el numeral 10.7.

154

PROYECTO DE NORMA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS

Los rigidizadores transversales de peralte total utilizados para las cargas de compresión aplicada a las alas de una viga laminada o armada se diseñan como elementos en compresión axial (columnas) de acuerdo con los requisitos de los numerales 5.6.2 y 10.4.4. Las propiedades de los elementos se determinan utilizando una longitud efectiva de 0,75 h y una sección transversal compuesta de dos rigidizadores y una franja del alma de ancho igual a 25 tw en rigidizadores interiores y de 12 tw en los extremos de los elementos. La soldadura que conecta los rigidizadores de apoyo de peralte total al alma se dimensiona para transmitir la diferencia de carga de compresión en cada uno de los rigidizadores al alma. Los rigidizadores transversales y diagonales deben cumplir con los siguientes requisitos adicionales: (1) El ancho de cada rigidizador más la mitad del espesor de alma de columna no debe ser menor que un tercio del ancho del ala o plancha de conexión de momento que produce la carga concentrada. (2) El espesor de un rigidizador no debe ser menor que la mitad del espesor del ala o plancha de conexión de momento que produce la carga concentrada, ni menos que el ancho divido entre 16. (3) Los rigidizadores transversales deben extenderse por lo menos a la mitad del peralte del elemento excepto como se requiere en los numerales 10.10.5 y 10.10.7. 10.10.9 Requisitos Adicionales para las Planchas de Refuerzo del Alma para Cargas Concentradas Las planchas de refuerzo del alma que se requieren para la resistencia en compresión se diseñan de acuerdo con los requisitos del Capítulo 5. Las planchas de refuerzo del alma que se requieren para la resistencia en tracción se diseñan de acuerdo con los requisitos del Capítulo 4. Las planchas de refuerzo del alma que se requieren para la resistencia al corte (ver el numeral 10.10.6) se diseñan de acuerdo con las disposiciones del Capítulo 7. Las planchas de refuerzo del alma deben cumplir con los siguientes requisitos adicionales: (1) El espesor y la extensión de la plancha de refuerzo del alma debe proporcionar el material adicional necesario para igualar o exceder los requisitos de resistencia. (2) La plancha de refuerzo del alma debe ser soldada para desarrollar la proporción de la carga total transmitida a la plancha de refuerzo del alma.

155

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CAPÍTULO 11 DISEÑO DE CONEXIONES DE ELEMENTOS TUBULARES Este Capítulo trata de las conexiones de elementos tubulares (HSS) de espesor uniforme. Ver también el Capítulo 10 para requisitos adicionales para el empernado a elementos tubulares. Ver el numeral 10.3.10(c) para pernos pasantes. El capítulo está organizado de la siguiente manera: 11.1 11.2 11.3 11.4 11.1

Fuerzas concentradas en elementos tubulares Conexiones de armaduras HSS a HSS Conexiones de momento HSS a HSS Soldadura de planchas y ramas a HSS rectangulares

FUERZAS CONCENTRADAS EN ELEMENTOS TUBULARES La resistencia de diseño, ϕRn, de las conexiones se determina de acuerdo con lo indicado en este capítulo y en el artículo 2.3.

11.1.1

Definición de Parámetros Ag = área total de la sección transversal del elemento, mm2. B = ancho total del elemento HSS rectangular, medido a 90o del plano de la conexión, mm. Bp = ancho de la plancha, medido a 90o del plano de la conexión, mm. D = diámetro exterior del elemento HSS redondo, mm. Fy = esfuerzo de fluencia mínimo especificado para el material del elemento HSS, MPa. Fyp = esfuerzo de fluencia mínimo especificado para el material de la plancha, MPa. Fu = valor mínimo especificado de la resistencia máxima del material del elemento HSS, MPa. H = altura total del elemento HSS rectangular, medido en el plano de la conexión, mm. S = módulo de sección, mm3. lb = longitud de aplastamiento de la carga, medida paralelamente al eje del elemento HSS (ó medida a lo largo del ancho en el caso de una plancha de tapa cargada en el extremo del elemento HSS), mm. t = espesor de diseño de la pared del tubo, mm. tp = espesor de la plancha, mm.

11.1.2

HSS Redondos La resistencia disponible de conexiones con cargas concentradas y dentro de los límites de la Tabla 11.1.2A se toma como se muestra en la Tabla 11.1.2

156

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TABLA 11.1.2 Resistencia de Diseño de Conexiones de Plancha a HSS Redondos Tipo de Conexión

Resistencia de Diseño de la Conexión

Flexión de la Plancha En el Fuera del Plano plano

Estado Límite: Fluencia Local en HSS Carga axial en la Plancha Rn senθ = Fy t2 [

5,5

B ] Qf (11.1-1) 1 - 0,81 Dp

-

Mn = 0,5Bp Rn

Mn = 0,8 lb Rn

-

-

-

-

-

 = 0,90

Plancha longitudinal Conexiones en T, Y y en cruz

Estado Límite: Plastificación en HSS Carga axial en la Plancha l Rn senθ = 5,5 Fy t2 [1 + 0,25 b ] Qf D

(11.1-2)

Φ = 0,90

Estados Límites: Todos los Estados Límites en la Plancha y Corte por Punzonamiento en HSS Fuerza de Corte en la Plancha Para Rn ver el Capítulo 10 Adicionalmente, se debe cumplir la siguiente relación: tp ≤

Fu t Fyp

(11.1-3)

Estado Límite: Fluencia Local en HSS Carga Axial Rn = 2 Fy t [5tp + lb ] ≤ Fy A

(11.1-3)

 = 1,00

FUNCIONES Qf = 1 para HSS (superficie de conexión) en tracción = 1,0 – 0,3U(1+U) para HSS (superficie de conexión) en compresión  P M  U =  u + u  donde Pu y Mu se determinan en el lado de la junta que F A F cS   c g 

tiene el menor esfuerzo de compresión. Pu y Mu son las resistencias de diseño en el HSS.

157

(11.1-5)

(11.1-6)

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TABLA 11.1.2A Límites de Aplicación de la Tabla 11.1.2 Angulo de la plancha de carga: ≥ 30o  D/t

≤

D/t

≤

D/t

≤

D/t

≤

Relación de ancho:

0,2


0,85 Pn = Fyb tb (2Hb + 2beoi - 4tb ) (11.2-12)  = 0,95 donde beoi =

10 Fy t ( ) B ≤ Bb B/t Fyb tb b

(11.2-13)

Estado Límite: Corte de las paredes laterales de la brida. Para conexiones en cruz con  < 90º y donde se crea una garganta proyectada (ver figura), determinar Pn sen de acuerdo con el numeral 7.5

164

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TABLA 11.2.3 (continuación) Resistencia de Diseño de Conexiones de Armaduras de HSS a HSS rectangulares Tipo de Conexión Resistencia Axial de Diseño de la Conexión Estado Límite: Plastificación de la pared de la brida, para todo β Pn sen = Fy t 2 (9,8βeff γ0,5 ) Qf

(11.2-14)

 = 0,90 Estado Límite: Fluencia en corte (Punzonamiento), cuando Bb < B - 2t No verificar para ramas cuadradas Pn sen = 0,6 Fy t B (2η + β + βeop ) (11.2-15)

 = 0,95 Estado Límite: Corte de las paredes laterales de la brida, en la región de la garganta. Determinar Pn sen de acuerdo con el numeral 7.5. No verificar para bridas cuadradas Estado Límite: Fluencia local de la rama/ramas debido a distribución desigual de las cargas. No verificar para ramas cuadradas o si B/t ≥ 15. Pn = Fyb tb (2Hb + Bb + beoi - 4tb ) (11.2-16)

 = 0,95 Donde beoi =

Fy t 10 ( ) B ≤ Bb B/t Fyb tb b

(11.2-13)

Estado Límite: Fluencia local de la rama/ramas debido a distribución desigual de las cargas.

 = 0,95 Cuando 25% ≤ Ov < 50%: Pn,i = Fybi tbi [

Ov (2Hbi - 4tbi ) + beoi + beov ] 50 (11.2-17)

Cuando 50% ≤ Ov < 80%: Pn,i = Fybi tbi (2Hbi - 4tbi + beoi + beov ) (11.2-18) Cuando 80% ≤ Ov < 100%: Pn,i = Fybi tbi (2Hbi - 4tbi + Bbi + beov ) (11.2-19) 10 Fy t ( ) B ≤ Bbi B/t Fybi tbi bi Fybj tbj 10 beov = ( ) B ≤ Bbi Bbj /tbj Fybi tbi bi

beoi =

(11.2-20) (11.2-21)

El subíndice i se refiere a la rama que se superpone El subíndice j se refiere a la rama superpuesta Fybj Abj ) Fybi Abi

Pn,j = Pn,i (

165

(11.2-22)

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TABLA 11.2.3 (continuación) Resistencia de Diseño de Conexiones de Armaduras de HSS a HSS rectangulares FUNCIONES Qf = 1 para la brida (superficie de conexión) en tracción

U = 1,3 - 0,4 β ≤ 1 para la brida (superficie de conexión) en compresión, para conexiones

(11.1-5a)

en cruz, en T y en Y.

(11.1-16)

en K con garganta

(11.2-23)

U = 1,3 - 0,4 β ≤ 1 para la brida (superficie de conexión) en compresión, para conexiones eff P M U = | u + u | , donde Pu y Mu se determinan en el lado de la junta que tiene el mayor Fc Ag Fc S

esfuerzo de compresión. Pu y Mu son las resistencias requeridas en el HSS. (11.1-6) βeff = [(Bb + Hb )rama en compresión + (Bb + Hb )rama en tracción ]/4B βeop =

5β ≤β γ

(11.2-24) (11.2-25)

TABLA 11.2.3A Límites de Aplicación de la Tabla 11.2.3 Excentricidad de la junta: Angulo de la rama: Esbeltez de la pared de la brida:

-0,55

Esbeltez de la pared de la rama:

B/t H/t Bb/tb y Hb/tb



B/t y H/t

≤ e/H ≤ 0,25 para conexiones en K ≥ 30º ≤ 35 para conexiones en K con garganta y conexiones en cruz, en T y en Y ≤ 30 para conexiones en K traslapadas ≤ 35 para conexiones en K traslapadas ≤ 35 para rama en tracción E ≤ 1,25 para rama en compresión de Fyb conexiones con garganta en cruz, en T, en K y en Y ≤ 35 para rama en compresión de conexiones con garganta en cruz, en T, en K y en Y E ≤ 1,1 para rama en compresión de Fyb

Relación de anchos:

Bb/B y Hb/B

Relación de aspecto: Traslape: Relación de ancho de la rama:

0,5 25% Bbi/Bbj

Relación de espesor de la rama:

tbi/tbj

Resistencia del material Fy y Fyb Ductilidad Fy/Fu y Fyb/Fub Nota: ASTM A500 grado C es aceptable

conexiones en K traslapadas ≥ 0,25 para conexiones en K traslapadas y para conexiones en cruz, en T y en Y ≤ Hb/Bb ≤ 2,0 y 0,5 ≤ H/B ≤ 2,0 ≤ Ov ≤ 100% para conexiones en K traslapadas ≥ 0,75 para conexiones en K traslapadas, donde el subíndice i se refiere a la rama que se superpone y el subíndice j se refiere a la rama superpuesta ≤ 1,0 para conexiones en K traslapadas, donde el subíndice i se refiere a la rama que se superpone y el subíndice j se refiere a la rama superpuesta ≤ 360 MPa ≤ 0,8

LÍMITES ADICIONALES PARA CONEXIONES EN K CON GARGANTA Relación de anchos:

Relación de garganta: Garganta: Tamaño de la rama

Bb H y b B B

≥ 0,1 +

βeff

≥ 0,35

 = g/B g menor Bb

≥ 0,5(1 - βeff) ≥ tb rama en compresión + tb rama en tracción ≥ 0,63 (mayor Bb), si ambas ramas son cuadradas

γ 50

Nota: el tamaño máximo de la garganta será controlado por el e/H límite. Si la garganta es grande, considérela como dos conexiones en Y.

166

PROYECTO DE NORMA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS

11.3

CONEXIONES DE MOMENTO HSS a HSS La resistencia de diseño, ϕMn, de las conexiones se determina de acuerdo con lo indicado en este capítulo y en el numeral 2.3. Las conexiones de momento HSS a HSS se definen como las conexiones que consisten en una ó dos ramas que están directamente soldadas a una brida continua que pasa a través de la conexión, con la rama ó ramas cargadas por momentos de flexión. Una conexión se clasifica como: (a) Una conexión en T cuando hay una rama y es perpendicular a la brida y una conexión en Y cuando hay una rama pero no es perpendicular a la brida (b) Una conexión en cruz cuando hay una rama en cada lado opuesto de la brida Para los efectos de esta Especificación, los ejes de las ramas y brida deben hallarse en un mismo plano.

11.3.1

Definición de Parámetros Ag = área total de la sección transversal del elemento, mm2. B = ancho total de la brida HSS rectangular, medida a 90o del plano de la conexión, mm. Bb = ancho total de la rama HSS rectangular, medida a 90o del plano de la conexión, mm. D = diámetro exterior de la brida HSS redonda, mm. Db = diámetro exterior de la rama HSS redonda, mm. Fy = esfuerzo de fluencia mínimo especificado para el material de la brida HSS, MPa. Fyb = esfuerzo de fluencia mínimo especificado para el material de la rama HSS, MPa. Fu = valor mínimo especificado de la resistencia máxima del material del elemento HSS, MPa. H = peralte total de la brida HSS rectangular, medida en el plano de la conexión, mm. Hb = peralte total de la rama HSS rectangular, medida en el plano de la conexión, mm. S = módulo de la sección, mm3. Zb = módulo de sección plástico de la rama alrededor del eje de flexión, mm3. t = espesor de diseño de la pared de la brida HSS, mm. tb = espesor de diseño de la pared de la rama HSS, mm. β = relación de ancho; Db/D para HSS redondos; Bb/B para HSS rectangulares. γ = relación de esbeltez de la brida; D/2t para HSS redondos; B/2t para HSS rectangulares. η = parámetro de longitud cargada, aplicable sólo a HSS rectangulares = lb/B, donde lb = Hb/sen  = ángulo agudo entre la rama y la brida (grados)

167

PROYECTO DE NORMA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS

11.3.2

HSS Redondos La resistencia disponible de conexiones de momento dentro de los límites de la Tabla 11.3.2A se toma como el menor valor de los estados límites aplicables mostrados en la Tabla 11.3.2. TABLA 11.3.2 Resistencia de Diseño de Conexiones de Momento de HSS a HSS Redondos Resistencia en Flexión de Diseño de la Tipo de Conexión Conexión Estado Límite: Plastificación de la brida Mn sen = 5,39 Fy t 2 γ 0,5 β Db Qf (11.3-1)

 = 0,90 Estado Límite: Fluencia en corte (Punzonamiento), cuando Db < (D - 2t) Mn = 0,6 Fy t Db2 (

1 + 3sen ) 4sen 2

(11.3-2)

 = 0,95 Estado Límite: Plastificación de la brida Mn sen = Fy t 2 Db (

3,0 )Q 1 - 0,81β f

(11.3-3)

 = 0,90 Estado Límite: Fluencia en corte (Punzonamiento), cuando Db < (D - 2t) Mn = 0,6 Fy t Db2 (

3 + sen ) 4sen2

(11.3-4)

 = 0,95 Para conexiones en T, en Y y en cruz, con rama(s) bajo carga axial, flexión en el plano y flexión fuera del plano, o cualquier combinación de estas cargas: Mr-ip 2 Mr-op Pr +( ) +( ) ≤ 1,0 Pc Mc-ip Mc-op

Mc-ip Mc-op Mr-ip Mr-op Pc Pr Qf = = U =

(11.3-5)

= ϕMn = resistencia de diseño en flexión en el plano de Tabla 11.3.2, N-mm = ϕMn = resistencia de diseño en flexión fuera del plano de Tabla 11.3.2, N-mm = resistencia requerida en flexión en el plano, N-mm = resistencia requerida en flexión fuera del plano, N-mm = ϕPn = resistencia axial disponible de Tabla 11.2.2, N = resistencia axial requerida, N FUNCIONES 1 para la brida (superficie de conexión) en tracción 1,0 – 0,3U (1 + U) para HSS (superficie de conexión) en compresión (11.1-5) Pu Mu donde Pu y Mu se determinan en el lado de la junta que | + | tiene el menor esfuerzo de compresión. (11.1-6) Fc A g Fc S

TABLA 11.3.2A Límites de Aplicación de la Tabla 11.3.2 ≥ 30o 

Ángulo de la rama: Esbelteces de la pared de la brida: Esbelteces de la pared de la rama:

Relación de diámetros: Resistencia del material: Ductilidad: Nota: ASTM A500 grado C es aceptable

D/t D/t Db/tb Db/tb 0,2 Fy y Fyb Fy/Fu y Fyb/Fub

168

≤ 50 para conexiones en Y, en T y K ≤ 40 para conexiones en cruz ≤ 50 ≤ 0,05E/Fyb < Db/D ≤ 1,0 ≤ 360 MPa ≤ 0,8

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11.3.3

HSS Rectangulares La resistencia de Diseño de conexiones de momento dentro de los límites de la Tabla 11.3.3A se toma como el menor valor de los estados límites aplicables mostrados en la Tabla 11.3.3. TABLA 11.3.3 Resistencia de Diseño de Conexiones de Momento De HSS a HSS Rectangulares Resistencia en Flexión de Diseño de la Conexión

Tipo de Conexión

Estado Límite: Plastificación de la pared de la brida, cuando β ≤ 0,85 Mn = Fy t 2 Hb [

1 2 η + + ] Qf 2η √1 - β (1 - β)

(11.3-6)

 = 1,00 Estado Límite: Fluencia local de los lados, cuando β > 0,85 Mn = 0,5 F*y t(Hb + 5t) 2

(11.3-7)

 = 1,00 Estado Límite: Fluencia local de la rama(s) debido a una distribución desigual de cargas, cuando β > 0,85 Mn = Fyb [Zb - (1 -

beoi ) Bb Hb tb ] (11.3-8) Bb

 = 0,95 Estado Límite: Plastificación de la pared de la brida, cuando β ≤ 0,85 Mn = Fy t 2 [

0,5Hb(1 + β) 2 B Bb (1 + β) +√ ] Qf (11.3-9) (1 - β) (1 - β)

 = 1,00 Estado Límite: Fluencia local de los lados, cuando β > 0,85 Mn = F*y t (B - t)(Hb + 5t)

(11.3-10)

 = 1,00 Estado Límite: Fluencia local de la rama(s) debido a una distribución desigual de cargas, cuando β > 0,85 Mn = Fyb [Zb - 0,5 (1 -

beoi 2 2 ) Bb tb ] (11.3-11) Bb

 = 0,95 Estado Límite: Falla por distorsión de la brida, para conexiones en T y conexiones en cruz no equilibradas Mn = 2 Fy t [Hb t + √B H t (B + H)]

 = 1,00

169

(11.3-12)

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TABLA 11.3.3 (Continuación) Resistencia de Diseño de Conexiones de Momento de HSS a HSS Rectangulares Para conexiones en T y en cruz, con rama(s) bajo carga axial, flexión en el plano y flexión fuera del plano, o cualquier combinación de estas cargas: Mr-ip Mr-op Pr +( )+( ) ≤ 1,0 Pc Mc-ip Mc-op

Mc-ip Mc-op Mr-ip Mr-op Pc Pr

(11.3-13)

= ϕMn = resistencia de diseño en flexión en el plano de Tabla 11.3.3, N-mm = ϕMn = resistencia de diseño en flexión fuera del plano de Tabla 11.3.3, N-mm = resistencia requerida en flexión en el plano, N-mm = resistencia requerida en flexión fuera del plano, N-mm = ϕPn = resistencia axial disponible de Tabla 11.3.3, N = resistencia axial requerida, N

FUNCIONES Qf

U F*y

=

1 para la brida (superficie de conexión) en tracción

=

U 1,3 – 0,4 ≤ 1,0 para la brida (superficie de conexión) en compresión β

=

Pu Mu donde Pu y Mu se determinan en el lado de la junta que | + | tiene el menor esfuerzo de compresión. Fc Ag Fc S Fy para conexiones en T, y = 0,8 Fy para conexiones en cruz

= beoi =

10 Fy t ( ) B ≤ Bb B/t Fyb tb b

(11.1-15) (11.1-16) (11.1-6)

(11.2-13)

TABLA 11.3.3A Límites de Aplicación de la Tabla 11.3.3 ≅ 90o 

Angulo de la rama: Esbelteces de la pared de la brida: Esbelteces de la pared de la rama:

B/t y H/t Bb/tb y Hb/tb

≤ 35 ≤ 35 E Fyb

≤ 1,25√ Relación de anchos: Bb/B Relación de aspecto: 0,5 Resistencia del material: Fy y Fyb Ductilidad: Fy/Fu y Fyb/Fub Nota: ASTM A500 grado C es aceptable

11.4

≥ 0,25 ≤ Hb/Bb ≤ 2,0 y 0,5 ≤ H/B ≤ 2,0 ≤ 360 MPa ≤ 0,8

SOLDADURA DE PLANCHAS Y RAMAS A HSS RECTANGULARES La resistencia de diseño, ϕRn, ϕMn y ϕPn, de las conexiones se determina de acuerdo con lo indicado en este capítulo y en el numeral 2.3. La resistencia de diseño de conexiones de ramas se determina para el estado límite de no uniformidad de transferencia de carga a lo largo de la línea de soldadura, debido a diferencias en rigidez relativa de las paredes de HSS en conexiones HSS-a-HSS y entre elementos en conexiones transversales planchaa HSS, como sigue: Rn ó Pn = Fnw tw le Mn-ip = Fnw Sip Mn-op = Fnw Sop Para interacción, ver la ecuación 11.3-13.

170

(11.4-1) (11.4-2) (11.4-3)

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(a) Para soldaduras de filete

 = 0,75 (b) Para soldaduras acanaladas de penetración parcial

 = 0,80 donde: Fnw = esfuerzo nominal del metal de la soldadura (capítulo 10) sin incremento de la resistencia debido a la direccionalidad de la carga, MPa. Sip = módulo de sección elástico efectivo de soldaduras para flexión en el plano (Tabla 11.4.1), mm3. Sop = módulo de sección elástico efectivo de soldaduras para flexión fuera del plano (Tabla 11.4.1), mm3. le = longitud total efectiva de soldadura acanalada y de filete a HSS rectangulares para cálculos de resistencia de soldaduras, mm. tw = la menor garganta de la soldadura efectiva alrededor del perímetro de la rama ó plancha, mm.

171

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TABLA 11.4.1 Propiedades de la Soldadura Efectiva para Conexiones a HSS Rectangulares Resistencia de la Soldadura en la Tipo de Conexión Conexión Propiedades de la Soldadura Efectiva le = 2 (

Fy t 10 )( ) B ≤ 2 Bp (11.4-4) B/t Fyp tp p

donde le = longitud total de soldadura efectiva para soldaduras en ambos lados de la plancha transversal

Propiedades de la Soldadura Efectiva le =

2Hb + 2beoi sen

(11.4-5)

H 2 H t Sip = w ( b ) + tw beoi ( b ) (11.4-6) 3 sen sen 3 H (tw /3)(Bb - beoi ) t Sop = tw ( b ) Bb + w (Bb2 ) sen 3 Bb

(11.4-7) 10 Fy t beoi = ( ) B ≤ Bb B/t Fyb tb b

(11.2-13)

Cuando β > 0,85 ó  > 50º, beoi/2 no debe exceder de 2t.

Propiedades de la Soldadura Efectiva Cuando  ≤ 50º: le =

2(Hb - 1,2tb) + 2(Bb - 1,2tb ) (11.4-8) sen

Cuando  ≥ 60º: le =

2(Hb - 1,2tb) + (Bb - 1,2tb ) (11.4-9) sen

Cuando 50º <  < 60º, el valor de le se calculará interpolando linealmente entre los valores anteriores.

172

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TABLA 11.4.1 (continuación) Propiedades de la Soldadura Efectiva para Conexiones a HSS Rectangulares Tipo de Conexión

Resistencia de la Soldadura en la Conexión

Propiedades de la Soldadura Efectiva para elementos que se superponen (todas las dimensiones son para la rama que se superpone, i) Cuando 25% ≤ Ov < 50% le,i =

2 Ov Ov Hbi Ov Hbi )( )+ [(1 ( )] + beoi +beov 50 100 seni 100 sen(i + j )

(11.4-10) Cuando 50% ≤ Ov < 80% le,i = 2 [(1 -

H Hbi Ov O ) ( bi ) + v ( )] + beoi + beov 100 seni 100 sen(i + j)

(11.4-11) Cuando 80% ≤ Ov ≤ 100% le,i = 2 [(1 -

H Hbi Ov O ) ( bi ) + v ( )] + Bbi + beov 100 seni 100 sen(i + j )

10 Fy t beoi = ( ) B ≤ Bbi B/t Fybi tbi bi 10 Fybj tbj beov = ( ) B ≤ Bbi Bbj/tbj Fybi tbi bi

(11.4-12) (11.2-20) (11.2-21)

cuando Bbi/Bb > 0,85 ó i > 50º, beoi/2 no debe exceder de 2t y cuando Bbi/Bbj > 0,85 ó (180o - i - j) > 50º, beov/2 no debe exceder de 2tbj El subíndice i se refiere a la rama que se superpone El subíndice j se refiere a la rama superpuesta 2Hbj +2beoj senj 10 Fy t beoj = ( ) B ≤ Bbj B/t Fybj tbj bj

le,j =

Cuando Bbj/B > 0,85 ó j > 50º, le,j = 2(Hbj - 1,2tbj ) / senj

173

(11.4-13) (11.4-14)

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Cuando una conexión en K traslapada ha sido diseñada de acuerdo con la Tabla 11.2.3 de este capítulo, y las componentes de las fuerzas de las ramas normales a las bridas son 80% “balanceadas” (esto es, las fuerzas en las ramas normales a la cara de la brida difieren en no más de 20%), la soldadura “escondida” bajo una rama que se superpone puede omitirse si el total de las soldaduras restantes en la rama superpuesta desarrollan toda la capacidad de las paredes de la rama superpuesta. Las verificaciones de la soldadura en la Tabla 11.4.1 no son necesarias si las soldaduras son capaces de desarrollar la resistencia total de la pared de la rama a lo largo de todo su perímetro (o una plancha a lo largo de toda su longitud). Se ha asumido en este capítulo que hay un tamaño constante de soldadura alrededor de todo el perímetro de la rama HSS. Se requiere una especial atención para las conexiones de elementos de un ancho igual ó casi igual, que combinan soldaduras acanaladas de penetración parcial a lo largo de los bordes coincidentes de la conexión con soldaduras de filete a través de la cara de la brida.

174

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CAPÍTULO 12 DISEÑO PARA CONDICIONES DE SERVICIO Este Capítulo provee recomendaciones de diseño para condiciones de servicio. El capítulo está organizado de la siguiente manera: 12.1 12.2 12.3 12.4 12.5 12.6 12.7 12.8 12.1

General Contraflecha Deflexiones Desplazamientos laterales Vibraciones Movimiento inducido por el viento Expansión y contracción Deslizamiento en las conexiones

GENERAL Condición de Servicio es un estado en el que la función de la edificación, su apariencia, su facilidad para darle mantenimiento, su durabilidad y la comodidad de su uso por parte de sus ocupantes, se conservan bajo condiciones de uso normal. Los valores límites de comportamiento estructural para asegurar las condiciones de servicio (deflexiones máximas, vibraciones excesivas, etc.) se escogen en función del uso de la estructura. Las condiciones de servicio se evaluan usando la combinación de cargas apropiada, listadas en (1.4-7) al (1.411), para el estado límite de servicio identificado.

12.2

CONTRAFLECHA Debe considerarse contraflechas cuando las deflexiones por cargas permanentes, uso normal, son un problema para las condiciones de servicio. Se recomienda que el valor de la contraflecha sea calculado a partir de las cargas permanentes. La magnitud, dirección y ubicación de las contraflechas debe indicarse en los planos de diseño. Las vigas y armaduras detalladas sin especificaciones de contraflecha deben fabricarse para que después del montaje, cualquier deflexión debido al rolado o ensamble en taller quede en sentido ascendente. Si la contraflecha implica el montaje de cualquier elemento con una precarga, esto debe indicarse en los planos de diseño.

12.3

DEFLEXIONES Las deflexiones en elementos y sistemas estructurales debido a cargas de servicio no deben afectar las condiciones de servicio de la estructura.

175

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12.4

DESPLAZAMIENTOS LATERALES Los desplazamientos laterales de las estructuras se evaluan con la combinación de cargas apropiada para las condiciones de servicio, incluyendo la verificación en la integridad de la tabiquería interior y los cerramientos exteriores. Los desplazamientos laterales debido a cargas de sismo o viento no deben causar choques con estructuras adyacentes; choques de vidrios de mamparas, ventanas o similares con la estructura del edificio y no deben exceder los valores límites especificados en las normas técnicas del Reglamento Nacional de Edificaciones.

12.5

VIBRACIONES El efecto de las vibraciones en vigas que soportan grandes áreas sin tabiques, debe considerarse cuando afecta la función de la estructura o la comodidad de su uso por parte de sus ocupantes. Las fuentes de vibración a ser consideradas en el diseño incluyen tráfico peatonal, maquinaria vibratoria u otros identificados para la estructura.

12.6

MOVIMIENTO INDUCIDO POR EL VIENTO El efecto de movimientos, debidos a la acción del viento, en la comodidad del uso de la estructura por parte de sus ocupantes, deberá ser considerado en el diseño.

12.7

EXPANSIÓN Y CONTRACCIÓN Deberán considerarse detalles que permitan una adecuada expansión y contracción para las condiciones de servicio de la estructura.

12.8

DESLIZAMIENTO EN LAS CONEXIONES El efecto del deslizamiento en las conexiones empernadas debe incluirse en el diseño cuando este pueda causar deformaciones que afecten la condición de servicio de la estructura. Donde sea apropiado, las conexiones deben ser diseñadas para excluir la posibilidad de deslizamiento. Para el diseño de conexiones de deslizamiento crítico, véase 10.3.8 y 10.3.9.

176

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CAPÍTULO 13 DISEÑO SÍSMICO Este capítulo establece los requisitos en el ámbito del diseño sísmico. El capítulo está organizado de la siguiente manera 13.1 13.2 13.3 13.4 13.5 13.6 13.7 13.1

Materiales Fuerza esperada en el material Material de aporte para soldadura Requisitos generales de diseño Sistemas estructurales Pórticos resistentes a momento Pórticos arriostrados (BMF)

MATERIALES El acero estructural usado en los sistemas resistentes a fuerza sísmica (SFRS) debe satisfacer los requisitos de estas recomendaciones y de la Norma E.030 DISEÑO SISMORRESISTENTE. El esfuerzo mínimo de fluencia especificado para el acero a ser usado en elementos en donde se espera un comportamiento inelástico no debe exceder 345 MPa para los sistemas definidos en este capítulo. La excepción se da en el caso de columnas en donde el esfuerzo mínimo de fluencia del acero estructural no debe exceder 450 MPa. El acero estructural a utilizarse bajo estas recomendaciones debe cumplir las especificaciones del Capítulo 1, numeral 1.3.1. En el caso de las uniones, las soldaduras sismorresistentes deben ser de penetración total con electrodos de tenacidad mínima de 27 Joules a – 18 °C en el ensayo de Charpy según NTP 350.416.

13.2

RESISTENCIA ESPERADA EN EL MATERIAL Cuando sea requerido en este capítulo, la resistencia requerida en el elemento (un elemento o una conexión a un elemento) se determinan a partir del esfuerzo de fluencia esperado, Ry Fy, del elemento o elemento que se le conecta, el que sea aplicable, donde Fy es el esfuerzo de fluencia mínimo especificado a usarse en el elemento y Ry es la relación entre el esfuerzo de fluencia esperado al esfuerzo de fluencia mínimo especificado, Fy, del material. Cuando se requiere determinar la fuerza nominal, Rn, para los estados límites en un elemento en donde la fuerza requerida es determinada, el esfuerzo de fluencia esperado Ry Fy, y el esfuerzo de rotura esperado Rt Fu, se permite que sean usados en lugar de Fy y Fu respectivamente, donde Fu es el mínimo esfuerzo de rotura en tracción y Rt es la relación entre esfuerzo de rotura por tracción esperada y el mínimo esfuerzo de rotura, Fu del material.

177

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TABLA 13.2 Valores Ry y Rt para material de acero estructural Aplicación Perfiles y barras laminadas NTP 350.400 (Gr. 250 [36]) NTP 350.407 (Gr. 345 [50]) NTP 350.407 (Gr. 380 [55]) Secciones tubulares estructurales (HSS) NTP 241.108 (Gr. A, B o C) Tubos ASTM A53 Planchas, Flejes y Platinas NTP 350.400 NTP 350.407 (Gr. 345 [50] y 380 [55]) Acero de Refuerzo NTP 341.031 (Gr. 420 [60]) NTP 339.186 (Gr. 420 [60])

Ry

Rt

1,6 1,3 1,1

1,2 1,2 1,1

1,3

1,25

1,6

1,2

1,6 1,3

1,2 1,2

1,25 1,25

1,25 1,25

Nota 1: El acero de refuerzo NTP 341.031 y NTP 339.186 corresponden a elementos de concreto armado que son parte de una estructura metalica. Ver numeral 1.3.1.1.

13.3

MATERIAL DE APORTE PARA SOLDADURA

13.3.1

Soldaduras para sistemas resistentes a sismo Todas las soldaduras usadas en elementos y conexiones de los SFRS deben hacerse con materiales de aporte que cumplan con lo especificado en el cuadro siguiente: Tabla 13.3.1 Propiedades mecánicas para Soldaduras de Sistemas Resistentes a Sismos Propiedad Clasificación 480 MPa (70 ksi) 550 MPa (80 ksi) Esfuerzo de fluencia 400 MPa min. 470 MPa min. Esfuerzo de rotura 480 MPa min. 550 MPa min. Alargamiento 22% min. 19% min. Tenacidad CVN 27 J min. @ - 18 ºC a a

13.3.2

Materiales de aporte que cumplan con 27 J mínimo, a una temperatura menor de - 18 ºC también cumplen este requisito.

Soldaduras de demanda crítica Se designan soldaduras de demanda crítica aquellas hechas con material de relleno que cumplan con lo especificado en el cuadro siguiente:

178

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Tabla 13.3.2 Propiedades mecánicas para las Soldaduras de Demanda Crítica Propiedad Clasificación 480 MPa (70 ksi) 550 MPa (80 ksi) Esfuerzo de fluencia 400 MPa min. 470 MPa min. Esfuerzo de rotura 480 MPa min. 550 MPa min. Alargamiento 22% min. 19% min. Tenacidad CVN 54 J min. @ 20 ºC b, c b

c

Para Temperatura mínima de servicio esperada (LAST) de + 10 ºC. Para LAST menor que + 10 ºC ver AWS D1.8/D1.8M numeral 6.3.6. Ensayos ejecutados de acuerdo con AWS D1.8/D1.8M anexo A que cumplen con 54 J mínimo, a una temperatura menor de + 20 ºC también cumplen este requisito.

13.4

REQUISITOS GENERALES DE DISEÑO

13.4.1

Tipos de sistemas estructurales Los sistemas resistentes a fuerza sísmica (SFRS) pueden estar formados por uno o más pórticos resistentes a momento y/o pórticos arriostrados que cumplan los requisitos de los artículos 13.6 y 13.7. En el caso de estructuras de acero no incluidas en los artículos 13.6 y 13.7, donde las solicitaciones sísmicas no controlan el diseño, y de emplearse un análisis sísmico se debe considerar un valor del coeficiente de reducción de la Norma E.030 DISEÑO SISMORRESISTENTE R = 4, y además el diseño debe cumplir solo las exigencias de los otros capítulos de la presente norma.

13.4.2

Requisitos Generales El proceso de análisis debe realizarse de acuerdo a la normatividad vigente de las normas E.020 CARGAS y E.030 DISEÑO SISMORRESISTENTE en lo aplicable a cada sistema. Cuando el diseño este basado en un análisis elástico, las propiedades de rigidez de los elementos componentes del sistema se basan en las secciones elásticas y los de sistemas compuestos deben incluir los efectos de secciónes fisuradas. Las zonas protegidas son las zonas de elemento o de conexiones de elementos en los cuales se tienen limitaciones que aplican a la fabricación y fijación de accesorios.

13.4.3

Requisitos Adicionales Análisis adicionales deben llevarse a cabo de acuerdo a lo que se especifique en los artículos 13.6, y 13.7.

179

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13.4.4

Análisis No Lineal Un análisis no lineal puede ser usado en ciertas situaciones, y en tales casos se usa lo indicado en el Capítulo 16 de la Norma ASCE/SEI 7, a menos que un análisis más racional pueda ser justificado. Para el desarrollo de un análisis no lineal debe usarse por lo menos cinco registros de aceleraciones, correspondientes a sismos reales o artificiales desarrollando un análisis dinámico tiempo-historia que considere el comportamiento inelástico de los elementos de la estructura, considerando un modelo bilineal en término de la capacidad por flexión (formación de rótulas plásticas) en los encuentros entre elementos, usando programas de cómputo que consideren la degradación del material y la idealización matemática de modelos bilineales.

13.5

SISTEMAS ESTRUCTURALES Los sistemas estructurales pueden ser sistemas de pórticos resistentes a momento y sistemas de pórticos arriostrados.

13.5.1

Sistemas de Pórticos y clasificación de ductilidad Los elementos de pórticos resistentes a momentos (MRF) y pórticos arriostrados (BMF) del sistema resistente a la fuerza sísmica (SFRS) deberán cumplir las recomendaciones de esta sección. Algunos elementos del SFRS que experimenten deformaciones inelásticas debidas al sismo de diseño son denominados elementos de ductilidad moderada o elementos de ductilidad alta. Los elementos diseñados para desarrollar una ductilidad moderada o alta, deben cumplir las recomendaciones del numeral 13.4. Las secciones que desarrollen durante un sismo ductilidad moderada o alta, deben tener alas continuamente conectadas al alma o almas. En el caso de las secciones compuestas, adicionalmente a los requisitos de esta norma, deben cumplir los requisitos de la Norma E.060 CONCRETO ARMADO.

13.5.2

Relación Ancho/Espesor en compresión Los elementos de sistemas sismorresistentes que trabajan en compresión, deben de satisfacer las relaciones ancho/espesor menores que λhd o λmd según Tabla 13.5.2.

180

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Componentes rigidizados

Componentes no rigidizados

TABLA 13.5.2 Relaciones limite ancho/espesor para elementos en compresión de moderada y alta ductilidad Descripción del componente

Relación anchoespesor

Las alas de secciones laminadas o armadas en forma de I, canales y secciones T; lados de ángulos simples o de ángulos dobles con separadores; lados volados de pares de ángulos en contacto continuo

b/t

almas de secciones T

d /t

Paredes de tubos HSS rectangulares

b/t

Alas de secciones cajón formadas a partir de perfiles I y secciones cajón armadas

b/t

Las planchas laterales de las secciones cajón formadas a partir de perfiles I y paredes de secciones cajón armadas usadas como arriostramientos diagonales

h/t

Almas de secciones laminadas o secciones I armadas usadas como arriostramientos diagonales

h/tw

Relación limite ancho-espesor λhd Elementos de ductilidad alta

λmd Elementos de ductilidad moderada

0,30 √E⁄Fy

0,38 √E⁄Fy

[a]

0,38 √E⁄Fy

0,30 √E⁄Fy

[b]

0,55 √E⁄Fy

1,49 √E⁄Fy

181

[c]

0,64 √E⁄Fy

1,49 √E⁄Fy

Ejemplos

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Componentes compuestos

Componentes rigidizados

TABLA 13.5.2 (Continuación) Relaciones limite ancho/espesor para elementos en compresión de moderada y alta ductilidad

[a]

Descripción del componente

Relación anchoespesor

Almas de secciones laminadas o secciones I armadas usadas como vigas o columnas [d].

h/tw

Relación ancho-espesor Limitado λhd Elementos de λmd Elementos de ductilidad alta ductilidad moderada Para Ca ≤ 0,125

Para Ca ≤ 0,125

2,45√E⁄Fy (1 - 0,93Ca )

3,76√E⁄Fy (1 - 2,75Ca )

Para Ca > 0,125

Para Ca > 0,125

0,77√E⁄Fy (2,93 - Ca )

1,12√E⁄Fy (2,33 - Ca )

≥ 1,49 √E⁄Fy

≥ 1,49 √E⁄Fy

donde

donde

Las planchas laterales de las secciones cajón formadas a partir de perfiles I usadas como vigas o columnas

h/t

Almas de secciones cajón armadas usadas como vigas o columnas

h/t

Pu Ca = c Py

Almas de secciones I para pilotes

h/tw

0,94 √E⁄Fy

No aplicable

Paredes de tubos HSS redondos

D/t

0,038 E⁄Fy

0,044 E⁄Fy

Paredes de elementos compuestos rectangulares rellenos de concreto

b/t

1,4 √E⁄Fy

2,26√E⁄Fy

Paredes de elementos compuestos redondos rellenos de concreto

D/t

0,076 E / Fy

0,15 E⁄Fy

Ca =

Ejemplos

Pu c Py

[e]

La relación limite ancho-espesor para el alma de secciones T en compresion, en elementos de dúctilidad alta se puede aumentar a 0,38 √E⁄Fy si se satisface alguna de las siguientes condiciones: (1) El pandeo del elemento en compresión se produce sobre el plano del alma. (2) La carga de compresión axial en las conexiones de extremo se transfiere solo a la cara exterior del ala de la T, resultando en una conexión excentrica que reduce los esfuerzos de compresión en el extremo del alma.

[b]

La relación limite ancho-espesor de las alas de las secciones cajón formadas a partir de perfiles I y secciones cajon armadas de columnas en los sistemas SMF no excede 0,6√E⁄Fy. [c] La relación limite ancho-espesor de paredes de elementos rectangulares HSS, alas de secciones cajón formadas a partir de perfiles I, y alas de secciones cajón armadas usadas como vigas o columnas, no excede de 1,12 √E⁄Fy . [d] Para vigas de perfiles I en los sistemas SMF, donde C es menor o igual a 0,125, la relación limite h/t no a w excede 2,45√E⁄Fy. Para vigas de perfiles I en los sistemas IMF, donde Ca es menor o igual a 0,125, la relación limite ancho-espesor no excede 3,76 √E⁄Fy. [e] La relación limite diametro-espesor de los elementos redondos HSS usados como vigas o columnas no excede 0,07 E/Fy.

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13.5.3

Sistemas de arriostramiento para vigas No deben de utilizarse configuraciones con arriostres en diagonal que sólo trabajen en tracción, excepto en los casos de las cubiertas de naves industriales livianas que deben ser diseñadas de acuerdo con 13.5.3.1 y 13.5.3.2, debiéndose amplificar las fuerzas en los arriostres en 1,5 para cualquiera de los criterios de diseño. En una línea resistente cualquiera de un pórtico, debe existir arriostres diagonales que trabajen en tracción y compresión, sujetos a inversiones de esfuerzo debido a la carga de sismo. La resistencia disponible de las diagonales en tracción, para cada sentido de la acción sísmica, debe ser como mínimo el 30% del cortante de la línea resistente en el nivel correspondiente.

13.5.3.1 Elementos de ductilidad moderada Los arriostres de vigas de ductilidad moderada deben satisfacer los siguientes requisitos: a. Ambas alas de las vigas deben ser arriostradas lateralmente o la sección debe ser arriostrada torsionalmente. b. El arriostramiento en vigas debe cumplir los requisitos descritos en el artículo 3.3 para arriostramiento lateral o torsional de las vigas, donde la resistencia requerida en flexión del elemento es: Mr = Ry Fy Z

(13.5.3.1-1)

donde: Cd = 1,0 Ry = relación entre el esfuerzo de fluencia esperado al mínimo esfuerzo de fluencia especificado, Fy. Z = módulo de sección plástico. c. El espaciamiento máximo entre arriostres es: Lb = 0,17 ry E/Fy

(13.5.3.1-2)

13.5.3.2 Elementos de ductilidad alta Adicionalmente a los requisitos del numeral 13.5.3.1, el máximo espaciamiento de los arriostramientos en vigas de ductilidad alta es: Lb = 0,086 ry E/Fy

(13.5.3.2-1)

13.5.3.3 Arriostramiento especial para lugares de posible desarrollo de rotulas plásticas En aquellos lugares donde se espera el desarrollo de rotulas plásticas debe ubicarse arriostramientos especiales para este propósito que satisfagan los artículos 13.6 y 13.7 de este capítulo y deben satisfacer los siguientes requisitos:

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a. Ambas alas del elemento deben ser arriostradas o la sección debe poseer arriostramiento torsional. b. La resistencia axial requerida en los arriostres laterales de cada ala adyacentes a las rotulas plásticas debe ser: Pu = 0,06 Ry Fy Z/ho

(13.5.3.3-1)

donde: ho = distancia entre centroides de las alas. La resistencia torsional requerida en los arriostres torsionales adyacentes a las rotulas plásticas debe ser: Mu = 0,06 Ry Fy Z

(13.5.3.3-2)

c. La rigidez requerida de los arriostres debe satisfacer lo indicado en el artículo 3.3 de esta norma con Cd = 1, y la resistencia por flexión es: Mr = Mu = Ry Fy Z

(13.5.3.3-3)

13.5.3.4 Zonas Protegidas Una zona protegida diseñada de acuerdo con este numeral o siguiendo las recomendaciones del AISC 358, debe cumplir con los siguientes requisitos: a. Dentro de la zona protegida, orificios, puntos de soldadura, ayudas de fabricación, corte térmico no especificado de operaciones de fabricación o montaje deben ser reparadas según informe aprobado por la Supervisión. b. Los pernos con cabeza y accesorios de planchas colaborantes que penetran en el ala de la viga no deben ser colocados en el ala de la viga dentro de la zona protegida. Puntos de soldadura de arco deben permitir asegurar las planchas colaborantes en esta zona. c. Soldadura, pernos, ángulos del borde del perímetro exterior, fachadas, particiones, conductos, tuberías u otra construcción no se deben colocar dentro de la zona protegida. 13.5.3.5 Columnas Las columnas en pórticos de momento y pórticos arriostrados deben satisfacer los requisitos de este numeral. Resistencia requerida La resistencia requerida en columnas en los sistemas resistentes a fuerza sísmica (SFRS) debe determinarse a partir de los siguientes procedimientos: 1) El efecto de carga resultante de los requisitos de análisis para el sistema aplicable a partir de los artículos 13.6 y 13.7.

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2) La fuerza axial de compresión o tracción determinada usando las combinaciones de carga estipuladas en esta norma. Se permite despreciar los momentos en esta determinación a menos que los momentos resultantes provengan de una carga aplicada entre los puntos de soporte lateral. El diseño de la columna se hace considerándola doblemente articulada con K = 1. La carga axial en compresión o tracción requerida no debe exceder a: • La máxima carga transferida a la columna por el sistema, incluido los efectos del sobreesfuerzo en el material y el endurecimiento por deformación en aquellos elementos donde es esperada la fluencia. • Las fuerzas correspondientes a la resistencia de volteo de la cimentación. 13.5.3.6 Conexiones a. Generalidades Las conexiones, las juntas y los conectores que son parte de los SFRS deben cumplir con el Capítulo 10 y los requisitos adicionales de este numeral. Los empalmes y bases de columnas que no son diseñados como parte del SFRS deben cumplir con los requisitos de los numerales 10.6.2 y 10.8. Las zonas protegidas designadas en conexiones de elementos deben satisfacer el numeral 13.5.3.4. b. Conexiones empernadas Las conexiones empernadas deben satisfacer los siguientes requisitos: 1) La fuerza de corte de diseño en las conexiones empernadas usando agujeros estándar se calculan como conexiones de aplastamiento de acuerdo a los numerales 10.3.6 y 10.7. La fuerza nominal de contacto en los agujeros de pernos no es menor que 2,4dtFu. 2) Pernos y soldaduras no deben ser diseñados para compartir fuerzas en la unión o la misma componente de fuerza en la conexión. En el caso de una conexión de un arriostre diagonal, la fuerza axial debe ser resistida toda por la soldadura o toda por los pernos. En el caso de una conexión de momento, las soldaduras transmiten la flexión y los pernos del alma transmiten el corte, en este caso no se considera que se comparte las fuerzas. 3) Los agujeros de los pernos deben ser estándar o de ranura corta, perpendiculares a la dirección de carga. En el caso de arriostres diagonales se permite el uso de agujeros agrandados cuando la conexión se diseña como de deslizamiento crítico. 4) Todos los pernos deben instalarse con la pretensión especificada para pernos de alta resistencia. Las superficies de contacto deben satisfacer los requisitos de conexiones de deslizamiento crítico, de acuerdo a lo especificado en el numeral 10.3.8. c. Conexiones soldadas Las conexiones soldadas deben ser diseñadas de acuerdo al numeral 10.6.2.

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13.5.4

Clasificación de sistemas estructurales Los sistemas de pórticos resistentes a momento se clasifican en: a. Pórticos ordinarios resistentes a momentos (OMF). Son aquellos que pueden proveer una mínima deformación inelástica a sus elementos y conexiones. Este tipo de pórtico no tiene limitaciones en su relación ancho/espesor de sus elementos. Asimismo, no posee limitaciones para zonas protegidas. En este tipo de sistema las conexiones pueden ser rígidas o semirrígidas. b. Pórticos intermedios resistentes a momentos (IMF). Son pórticos que proporcionan una limitada capacidad de deformación inelástica producida por una fluencia por flexión en vigas y columnas, produciendo falla por corte en las zonas de panel. El diseño de conexiones entre vigas y columnas, incluidas las zonas de paneles y planchas de continuidad, se basa en ensayos de conexiones que proporcionan la capacidad mencionada. Las conexiones viga - columna usadas en el SFRS deben ser capaces de desarrollar una distorsión angular de entrepiso de 0,02 radianes. La resistencia por flexión en la cara de la columna debe ser al menos 0,80 Mp de la viga conectada para un ángulo de distorsión de entrepiso de 0,02 radianes. c. Pórticos especiales resistentes a momento (SMF). Este tipo de pórtico debe de proveer una significativa deformación inelástica a través de la fluencia por flexión de las vigas y limitar la fluencia en la zona del panel de la columna. Las columnas deben ser diseñadas para ser más fuertes que las vigas, esperando una fluencia total en las vigas. Se permite que ocurra fluencia en las bases de las columnas. Los sistemas de pórticos arriostrados se clasifican en: a. Pórticos ordinarios con arriostres concéntricos (OCBF). Son aquellos pórticos arriostrados diagonalmente que cumplen los requisitos del numeral 13.7.1 en los que todos los elementos del sistema del pórtico arriostrado están sometidos principalmente a fuerzas axiales. b. Pórticos especiales con arriostres concéntricos (SCBF). Son aquellos pórticos arriostrados diagonalmente que cumplen los requisitos del numeral 13.7.2 en los que todos los elementos del sistema del pórtico arriostrado están sometidos principalmente a fuerzas axiales. c. Pórticos con Arriostres Excéntricos (EBF). Son aquellos pórticos arriostrados diagonalmente que cumplen los requisitos del numeral 13.7.3 que tienen al menos un extremo de cada arriostramiento diagonal conectado a una viga con una excentricidad definida respecto a otra conexión viga - arriostramiento o viga - columna. De acuerdo a la categoría de una edificación y la zona donde se ubique, ésta debe proyectarse empleando el sistema estructural que se indica en la Tabla 13.5.4.

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Tabla 13.5.4 Categoría de la edificación

Zona

Sistema Estructural

4y3 A1

A2 B C 13.6

2 1 4y3 2 1 4, 3 y 2 1 4, 3, 2 y 1

Aislamiento sísmico con cualquier sistema estructural OCBF, SCBF, EBF OCBF, SCBF, EBF OCBF, SCBF, EBF OCBF, SCBF, EBF SMF, IMF, OMF, OCBF, SCBF, EBF SMF, IMF, OCBF, SCBF, EBF SMF, IMF, OMF, OCBF, SCBF, EBF SMF, IMF, OMF, OCBF, SCBF, EBF

PÓRTICOS RESISTENTES A MOMENTO Se incluye en este numeral los pórticos ordinarios, intermedios y especiales.

13.6.1

Pórticos Ordinarios Resistentes a Momento (OMF) Los OMF deben ser diseñados de acuerdo a este numeral, para poder desarrollar una mínima capacidad de deformación inelástica en sus elementos y conexiones. Para los OMF no existen limitaciones en la relación ancho/espesor de sus elementos, solo deben cumplir con lo especificado en el Capítulo 2. Asimismo no existen zonas protegidas para los OMF.

13.6.1.1 Conexiones en OMF Las conexiones viga - columna deben ser rígidas (FR) o semirrígidas (PR). Cuando se utilice soldaduras de penetración total (CJP), en la unión de alas de vigas a columnas, estas deben ser soldaduras de demanda crítica y satisfacer los requisitos de los numerales 13.3.2 y 14.2.4. a. Conexiones Rígidas FR Las conexiones del tipo FR que forman parte del SFRS deben ser diseñadas para una resistencia requerida a flexión determinada por 1,1 Ry Mp. La resistencia requerida por corte de la conexión, Vu, debe calcularse con las combinaciones de carga que incluyan sismo. En la determinación de la fuerza sísmica, se deberá incluir el efecto de la sobre resistencia definido por: Emh = donde: Lcf = Mp = Ry =

2 (1,1 Ry Mp ) Lcf

(13.6.1.1-1)

luz libre de la viga. Fy · Z relación del punto de fluencia esperado al punto de fluencia mínimo Fy, ver tabla 13.2. 187

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b. Conexiones Semirrígidas PR Las conexiones del tipo PR deben satisfacer los siguientes requisitos: 1) La conexión se diseña para la máxima demanda de corte y momento de las combinaciones de cargas. 2) La rigidez, resistencia y capacidad de deformación de las conexiones PR se considera en el diseño, incluyendo sus efectos en la estabilidad global de la estructura. 3) La conexión se diseña para una resistencia a flexión requerida no menor a 50% del Mp de la viga conectada; excepto para estructuras de un piso en las cuales la resistencia de flexión requerida no debe ser menor a 50% del Mp de la columna y de la viga. Tanto para las conexiones FR y PR deben utilizarse planchas de continuidad, como se detalla en el Capítulo 10. El momento flector utilizado para la verificación de las planchas de continuidad debe ser el mismo que se usó en el diseño de la unión viga - columna, 1,1 Ry Mp. 13.6.2

Pórticos Intermedios Resistentes a Momento (IMF) Los pórticos IMF, deben ser diseñados siguiendo los requisitos de esta sección. Se espera que en este tipo de pórtico se desarrolle una limitada capacidad de deformación inelástica a través de una fluencia en flexión en vigas y columnas y fluencia por corte en la zona de panel del nudo viga - columna. El diseño de los nudos viga - columna y sus planchas de conexión debe basarse en resultados de ensayos que demuestren la capacidad de la unión.

13.6.2.1 Arriostramiento para estabilidad de vigas Las vigas deben arriostrarse de manera que cumplan los requisitos para los elementos moderadamente dúctiles del numeral 13.5.3.1. Adicionalmente deben colocarse arriostramiento cerca de los puntos de aplicación de fuerzas concentradas, cambios de sección, y otras ubicaciones donde el análisis indique la posible formación de una rótula plástica debido a la deformación inelástica del IMF. La resistencia requerida del arriostramiento, adyacente a las rótulas plásticas, debe cumplir el numeral 13.5.3.3. 13.6.2.2 Requisitos básicos de los elementos Los elementos de los IMF deberán satisfacer las recomendaciones del artículo 13.4 para elementos de ductilidad moderada. 13.6.2.3 Alas de Vigas Los cambios abruptos en el área de las alas de vigas no se permiten en las zonas donde se pueden presentar rotulas plásticas, ni tampoco se permite en estas zonas agujeros, desbastes o recortes.

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13.6.2.4 Zonas Protegidas Las regiones en cada extremo de las vigas sujetas a deformaciones inelásticas se diseñan como zonas protegidas y deben satisfacer los requisitos del numeral 13.5.3.4. 13.6.2.5 Soldaduras de Demanda Crítica en IMF Las siguientes soldaduras son soldaduras de demanda crítica y deben satisfacer los requisitos del Capítulo 10 y del numeral 13.3.2: a. Soldaduras de penetración en los empalmes de columna. b. Soldaduras en conexión plancha de base - columna. c. Soldadura de penetración total entre el ala y alma de viga con las columnas, a menos que se diseñen usando el AISC 358. 13.6.2.6 Requisitos en Conexiones Viga-Columna Las conexiones viga - columna usadas en los SFRS deben satisfacer los siguientes requisitos: a. La conexión debe ser capaz de permitir una distorsión de entrepiso de al menos 0,02 radianes. b. La resistencia medida en flexión de la conexión, determinada en la cara de la columna, debe ser al menos 0,8 Mp de la viga conectada bajo una distorsión de entrepiso de 0,02 radianes. 13.6.2.7 Resistencia en Corte Requerida de la Conexión La resistencia en corte requerida en la conexión debe basarse en las combinaciones de carga indicadas por la presente norma. En la determinación de la carga de sismo el efecto de fuerzas horizontales incluyendo la sobreresistencia, Emh, debe tomarse como: Emh = 2 (1,1Ry Mp)/Lh

(13.6.2.7-1)

donde: Lh = Distancia entre las ubicaciones de posibles rotulas plásticas. Mp = Fy Z = Momento plástico. Ry = relación del esfuerzo de fluencia esperado al esfuerzo de fluencia especificado Fy. En lugar de Emh podrá usarse la resistencia requerida en corte siguiendo lo indicado en AISC 358. 13.6.2.8 Zona de Panel No hay requisitos adicionales para la zona de panel.

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13.6.2.9 Planchas de Conexión Deben proveerse planchas de conexión de acuerdo al Capítulo 10. 13.6.2.10 Empalmes de Columna Los empalmes de columna deben cumplir los requisitos del numeral 10.6.2. Donde las columnas puedan ser sometidas a tracción los empalmes soldados deben cumplir lo siguiente: a. La resistencia de diseño de una soldadura de penetración parcial (PJP), si se usase, debe ser al menos 200% de la resistencia requerida. b. La resistencia de diseño de los empalmes de cada ala debe ser al menos 0,5 Ry Fy bf tf, donde Ry Fy es el esfuerzo de fluencia esperado del material de la columna y bf tf es el área de la menor ala conectada. c. Donde las soldaduras de los empalmes de columna son de penetración total (CJP) cuando los esfuerzos de tracción en cualquier ubicación del ala más pequeña excede 0,30 Fy se requiere transiciones de sección variable entre anchos o espesores de ala desiguales. Las planchas de empalme usadas en almas de columnas deben ser colocadas a ambos lados del alma. 13.6.2.11 Planchas de Base Las planchas de base deben diseñarse para resistir 1,1 veces el momento disponible de la columna en su base. 13.6.3

Pórticos Especiales Resistentes a Momento (SMF) Los pórticos SMF deben ser diseñados de acuerdo a los requisitos de este numeral. Estos pórticos deben proveer significativa capacidad de deformación inelástica a través de la fluencia por flexión de las vigas y limitada fluencia en las zonas de panel de las columnas. Las columnas deben ser diseñadas para tener una resistencia mayor que las vigas cuando estas incursionan en la zona de endurecimiento por deformación. Se permite que las bases de las columnas alcancen la fluencia en flexión. Para el diseño de las conexiones de vigas y columnas se usan las conexiones precalificadas del AISC 358 o resultados de ensayos a fin de demostrar las capacidades requeridas.

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13.6.3.1 Requisitos del sistema a. Relación de momentos La siguiente relación debe ser satisfecha por las conexiones viga - columna: M*pc / M*pb > 1,0

(13.6.3.1-1)

donde: M*pc = suma de las proyecciones hacia la línea central de la viga, de las resistencias nominales a flexión de las columnas (incluyendo cartelas si hubiese) arriba y abajo del nudo, con una reducción por carga axial. Se permite calcular M*pc como sigue: M*pc =  Zc (Fyc - Puc / Ag)

(13.6.3.1-2)

Cuando las líneas centrales de las vigas opuestas en el mismo nudo no coinciden, se debe usar la línea central entre las líneas centrales de las vigas. M*pb = suma de las proyecciones hacia la línea central de la columna, de las resistencias esperadas a flexión de las vigas en la ubicación de las rotulas plásticas. Se permite calcular M*pb como sigue: M*pb =  (1,1 Ry Fyb Zb + Muv)

(13.6.3.1-3)

donde: Ag = área de la columna Fyb = mínimo esfuerzo de fluencia especificado en la viga Fyc = mínimo esfuerzo de fluencia especificado en la columna Muv = momento adicional debido a la amplificación por corte transmitida desde la ubicación de la rótula plástica al eje de la columna. Puc = resistencia requerida de compresión que incluye la amplificación por sismo. Zb = Módulo de sección plástico de la viga. Zc = Módulo de sección plástico de la columna. Este requisito no es aplicable si las siguientes condiciones son satisfechas: 1) Columnas con Puc < 0,3 Pc para todas las combinaciones que no incluyan carga sísmica y que satisfagan una de las siguientes condiciones: i. Columnas usadas en edificios de un piso o en el último piso de un edificio de muchos pisos. ii. Columnas donde: (1) la suma de las resistencias de diseño al corte de todas las columnas exceptuadas en el piso sean menores al 20% de la suma de la resistencia disponible en corte de todas las columnas de los pórticos de momento en el piso actuando en la misma dirección. (2) la suma de las resistencias disponibles al corte de todas las columnas exceptuadas en cada línea de columnas de pórticos de momentos dentro

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de ese piso es menor del 33% de la resistencia disponible en corte de las columnas de pórticos de momento en esa línea de columnas. La resistencia nominal en compresión será: Pc = Fyc Ag

(13.6.3.1-4)

2) Columnas en cualquier piso que posean una relación entre la resistencia disponible al corte y la resistencia requerida al corte, que sea mayor al 50% que la del piso superior. b. Sistemas de arriostramientos para vigas Las vigas deben estar arriostradas y seguir los requisitos para elementos de ductilidad alta de acuerdo a 13.5.3.2. Adicionalmente, los arriostramientos en vigas deben ser ubicados en los lugares de fuerzas concentradas, cambios de sección y otras ubicaciones donde el análisis indique la posibilidad de formación de rotulas plásticas durante la deformación inelástica de los SMF. La resistencia requerida del arriostramiento adyacente a zonas de rotula plástica debe cumplir lo indicado en 13.5.3.3. c. Sistemas de arriostramiento en la conexión viga – columna 1) Conexión arriostrada Una conexión viga – columna arriostrada tiene en la conexión un elemento de arriostre transversal al pórtico sísmico. Cuando las almas de las vigas y las columnas son coplanares las alas de la columna deben ser lateralmente arriostradas al nivel superior e inferior de las alas de las vigas. El arriostramiento de cada ala de columna debe diseñarse para una resistencia requerida que es igual al 2% de la resistencia disponible del ala de la viga Fybf tbf. 2) Conexión no arriostrada Una conexión viga – columna no arriostrada no tiene en la conexión un elemento de arriostre transversal al pórtico sísmico. La columna debe ser diseñada usando la distancia no arriostrada como altura de la columna para el pandeo transversal por carga de sismo y usando el Capítulo 8, con excepción de: i. La resistencia requerida de la columna debe determinarse usando la combinación de cargas que incluya sismo. Deberá incluirse la sobre resistencia, Emh, que no deberá exceder del 125% de la resistencia disponible del pórtico, calculado a partir de la resistencia disponible en flexión de la viga o la resistencia disponible en corte de la zona del panel.

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ii. La esbeltez L/r de la columna no debe exceder 60, tal que L es la longitud de la columna y r el radio de giro que gobierna. iii. La resistencia requerida en flexión de la columna, transversal al pórtico sísmico, debe incluir el momento causado por la aplicación de la fuerza en el ala de la viga especificado en el numeral 13.6.3.1.c(1), adicional a los momentos por segundo orden debido al desplazamiento lateral resultante del ala de la columna. d. Elementos Los elementos de las vigas y columnas deben satisfacer los requisitos del artículo 13.4 para ductilidad alta. Se permite que las vigas de los SMF sean compuestas utilizando losas de concreto o planchas colaborantes que resistan las cargas de gravedad. Se prohíben los cambios abruptos en las alas de vigas en las regiones donde se localizarían las rotulas plásticas. Asimismo no se permite tener orificios ni pases en estas secciones. Debe tenerse conexiones precalificadas para estas zonas, según AISC 358. e. Zonas protegidas Las regiones en cada extremo de la viga sujeta a deformaciones inelásticas deben ser designadas como zona protegida y deben satisfacer los requisitos del numeral 13.5.3.4. La extensión de la zona protegida debe designarse de acuerdo con la Norma AISC 358. En general estas regiones se extienden desde la cara de la columna hasta una longitud igual a la mitad del peralte de la viga, más allá del punto de la rótula plástica. f. Conexiones 1) Soldaduras de Demanda Crítica Las siguientes soldaduras son soldaduras de demanda crítica, y deben satisfacer los requisitos de los numerales 13.3.2 y 14.2.4. i. Soldadura de penetración en empalmes de columnas. ii. Soldaduras en la conexión columna a plancha de base. iii. Soldadura de penetración total en alas de vigas y almas de vigas a columnas, a menos que se hayan diseñado con la Norma AISC 358. 2) Conexión Viga - Columna Las conexiones viga - columna usadas en el sistema de fuerza resistente a sismo (SFRS) deben satisfacer los siguientes requisitos: i. La conexión debe ser capaz de desarrollar un ángulo de distorsión de entrepiso de por lo menos de 0,04 radianes. ii. La resistencia medida en flexión de la conexión, determinada en la cara de la columna, debe ser de al menos 0,80 Mp de la viga conectada, para un ángulo de distorsión de entrepiso de 0,04 radianes.

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3) Demostración de Conformidad Las conexiones viga - columna usadas en los SFRS deben satisfacer uno de los siguientes requisitos: i. Uso de conexiones de SMF diseñadas de acuerdo al AISC 358. ii. Uso de conexiones precalificadas para SMF. 4) Resistencia en Corte Requerida La resistencia en corte requerida en la conexión, debe basarse en las combinaciones de carga de esta norma que incluyan la carga sísmica. En la determinación de la carga sísmica el efecto de las fuerzas horizontales debe incluir la sobrerresistencia, Emh, que debe ser calculada como: Emh = 2 (1,1 Ry Mp )/Lh

(13.6.3.1-5)

donde: Lh = distancia entre las ubicaciones de las rótulas plásticas como se define en la Norma AISC-358. Mp = momento plástico nominal Ry = relación del esfuerzo de fluencia esperado al esfuerzo mínimo de fluencia. En lugar de la ecuación (13.6.3.1-5), la resistencia en corte requerida en la conexión puede ser calculada de acuerdo con la Norma AISC-358, o como se determine de una conexión precalificada. g. Zona de Panel 1) Resistencia en Corte Requerida La resistencia en corte requerida de una zona de panel debe determinarse a partir de la suma de los momentos en la cara de la columna determinados por la proyección de los momentos esperados en los puntos de la rótula plástica a la cara de la columna. La resistencia en corte de diseño es ϕvRn donde ϕv = 1 y la resistencia nominal en corte se determina como está especificado en el numeral 10.10.6. 2) Espesor de la Zona de Panel El espesor individual, t, de las almas de columnas y las planchas dobles si se usan, deben cumplir los siguientes requisitos: t ≥ (dz + wz )⁄ 90

(13.6.3.1-6)

donde: dz = d – 2tf de la viga más peraltada en la conexión t = el espesor del alma de columna o de las planchas dobles wz = ancho de la zona de panel entre alas de columna

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3) Zona de Panel con planchas dobles Las planchas dobles deben colocarse pegadas al alma de la columna cuando el alma no cumple con el numeral 13.6.3.1g(2). De lo contrario las planchas dobles se permiten colocar pegadas al alma de la columna o alejadas del alma. i. Planchas dobles en contacto con el alma. Las planchas dobles deben ser soldadas al alma de la columna para desarrollar la resistencia disponible del espesor completo de la plancha doble, usando soldadura de penetración completa o soldadura de filete. Cuando no se usan planchas de continuidad la plancha doble debe ser soldada en la parte superior e inferior para desarrollar la proporción de la fuerza total que es transmitida a la plancha doble, a menos que la plancha doble y el alma cumplan el numeral 13.6.3.1g(2). ii. Planchas dobles espaciadas Las planchas dobles deben ser soldadas a las alas de las columnas para desarrollar la resistencia disponible de todo el espesor de las planchas dobles usando soldadura acanalada de penetración total. Las planchas deben ser colocadas simétricamente en pares y ubicadas entre 1/3 y 2/3 de la distancia entre el extremo del ala de la viga y el eje de la columna. iii. Planchas dobles usadas con planchas de continuidad Cada plancha doble debe ser soldada a la plancha de continuidad para desarrollar la proporción de la fuerza total que es trasmitida a la plancha doble. iv. Planchas dobles usadas sin planchas de continuidad Cuando no se usen planchas de continuidad las planchas dobles deben ser extendidas un mínimo de 150 mm arriba y debajo de la parte superior e inferior de la viga más peraltada del pórtico de momento. h. Planchas de continuidad 1) Requisito de planchas de continuidad Siempre se debe proveer planchas de continuidad en el alma de la columna, a la altura del ala superior e inferior de la viga. 2) Espesor de las planchas de continuidad El espesor de las planchas de continuidad se determina como sigue: i. Para conexiones de un solo lado, el espesor de la plancha de continuidad debe ser mayor o igual a la mitad del espesor del ala de la viga. ii. Para conexiones de dos lados, el espesor de la plancha de continuidad debe ser mayor o igual al mayor espesor de las alas de las vigas en cualquier lado de la columna. 3) Soldadura de planchas de continuidad Las planchas de continuidad deben ser soldadas a las alas de la columna usando soldaduras acanaladas de penetración total. Las planchas de continuidad deben ser soldadas a las almas de la columna usando soldaduras acanaladas o de filete.

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i. Empalmes de columna Los empalmes de columna deben cumplir los requisitos del numeral 10.6.2 13.7

PÓRTICOS ARRIOSTRADOS (BMF) En este artículo se presentan las recomendaciones para el diseño de elementos de pórticos arriostrados, de los cuales se tratan los siguientes. a. Pórticos ordinarios con arriostres concéntricos (OCBF) b. Pórticos especiales con arriostres concéntricos (SCBF) c. Pórticos con Arriostres Excéntricos (EBF)

13.7.1

Pórticos Ordinarios con Arriostres Concéntricos (OCBF) Los pórticos OCBF, en caso de estructuras sísmicamente aisladas, se diseñan por encima de los sistemas de aislamiento cumpliendo los requisitos de los numerales 13.7.1.1(b), 13.7.1.2, 13.7.1.3 y 13.7.1.4 y no necesitan cumplir los requisitos del numeral 13.7.1.1(a). Este numeral es aplicable a pórticos arriostrados consistentes en elementos conectados con arriostres concéntricos. En este tipo de pórtico se permite excentricidades menores al peralte de la viga, si son tomados en cuenta en el diseño del elemento y en la determinación de momentos usando las combinaciones de carga que incluyen sismo. Los OCBF diseñados de acuerdo a estas recomendación tienen una limitada capacidad inelástica de deformación en sus elementos y conexiones.

13.7.1.1 Requisitos del Sistema a. Pórticos con Arriostres en V y en V invertida Las vigas en pórticos OCBF con arriostres en V y V invertida deben ser continuas en la conexión con el arriostre, la que debe estar fuera de la conexión viga-columna. Estas vigas deben satisfacer lo siguiente: 1) La resistencia requerida en la viga debe ser determinada basada en las combinaciones de carga de esta norma, asumiendo que los arriostres no proveen soporte a las cargas muertas y vivas. Para las combinaciones que incluyan carga de sismo, el efecto sísmico en la viga debe ser calculado considerando el aporte de los arriostres como sigue: i. Las fuerzas en los arriostres en tracción deben ser asumidas como el menor valor de los siguientes: o La fuerza esperada de fluencia en el arriostre en tracción, Ry Fy Ag. o La reacción en el elemento debido al efecto de cargas sísmicas. o La máxima fuerza que pueda ser desarrollada por el sistema. ii. Las fuerzas de compresión en los arriostres deben ser asumida como 0,3 Pn (Pn, resistencia nominal en compresión del arriostre).

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2) Como mínimo, un juego de arriostres laterales es requerido en los puntos de intersección de los arriostres, a menos que el elemento tenga suficiente capacidad y rigidez fuera de su plano que asegure la estabilidad entre los puntos de arriostre adyacentes. b. Pórticos con Arriostres en K Los pórticos con arriostre en K no son permitidos para OCBF. 13.7.1.2 Elementos Los arriostres deben satisfacer los requisitos de elementos de moderada ductilidad especificados en el numeral 13.5.1. La esbeltez de los arriostres en V o V invertida debe ser KL/r ≤ 4 √E/𝐹𝑦 . 13.7.1.3 Conexiones Conexión de arriostre diagonal: debe considerarse que existe una fuerza requerida basada en la amplificación sísmica y considerando efectos de segundo orden. 13.7.1.4 Porticos ordinarios concéntricamente arriostrados sobre sistemas de aislamiento sísmico a. Requisitos del sistema Las vigas en pórticos arriostrados tipo V y V invertida son continuas entre columnas. b. Elementos La esbeltez de los arriostres en V o V invertida debe ser KL/r ≤ 4 √E/𝐹𝑦 . 13.7.2

Pórticos Especiales con Arriostres Concéntricos (SCBF) Los pórticos especiales con arriostres concéntricos (SCBF) de acero estructural deben ser diseñados conforme a este numeral. Este numeral es aplicable a pórticos arriostrados que consisten en elementos conectados concéntricamente. Excentricidades menores al peralte de la viga son permitidas si las fuerzas en los elementos y sus conexiones no cambian el comportamiento esperado ni la capacidad de deformación inelástica. Se espera que los SCBF diseñados con este capítulo, desarrollen una significativa deformación inelástica a través del pandeo del arriostre y la fluencia del arriostre en tracción.

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13.7.2.1 Análisis La resistencia requerida en las columnas, vigas y conexiones de los pórticos SCBF, se basa en las combinaciones de carga de esta norma. Las cargas sísmicas amplificadas incluyendo un factor de sobrerresistencia, Emh, son el mayor valor obtenido de: a. Un análisis en donde se asume que todos los arriostres resisten fuerzas correspondientes a su resistencia esperada en compresión o en tracción. b. Un análisis en donde se asume que todos los arriostres en tracción resisten las fuerzas correspondientes a su resistencia esperada, y que todos los arriostres en compresión resisten su capacidad esperada post-pandeo. Debe determinarse si los arriostres están en compresión o tracción despreciando los efectos de la carga de gravedad. El análisis debe ser considerado en ambas direcciones. La resistencia requerida del arriostre en tracción es Ry Fy Ag. La resistencia esperada del arriostre en compresión es determinada por el menor valor entre Ry Fy Ag y 1,14 Fcre Ag donde Fcre es el esfuerzo crítico de pandeo determinado de acuerdo al Capítulo 5 usando la ecuación para Fcr, con la excepción que se usa la resistencia esperada en fluencia Ry Fy en vez de Fy. La longitud del arriostre usada en la determinación de Fcre no debe exceder la longitud del elemento. La resistencia esperada post-pandeo de los arriostres tiene un valor máximo de 0,3 veces la resistencia esperada en compresión. Excepciones: (1)Se permite despreciar los efectos de flexión debido a la deriva sísmica en la determinación de Emh . Los momentos que resulten de las cargas aplicadas a columnas entre puntos de soporte lateral deben ser considerados. (2)La resistencia requerida en columnas no debe exceder el menor valor determinado como sigue: (a) Las fuerzas determinadas usando las combinaciones de carga de la norma, incluida la carga de sismo, en un modelo de edificio donde los arriostres en compresión han sido removidos. (b)Las fuerzas correspondientes a la resistencia por volteo de la cimentación. (c) Las fuerzas determinadas mediante un análisis no lineal. 13.7.2.2 Requisitos del Sistema Estructural a. Distribución de Fuerzas laterales A lo largo de cualquier línea de arriostres, los arriostres se deberán disponer en direcciones alternas tal que, para una dirección de fuerza horizontal paralela a los arriostres, el 30% pero no más del 70% de esta fuerza horizontal en esta línea es resistida por los arriostres en tracción, a menos que la

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resistencia disponible por cada arriostre en compresión sea mayor que la resistencia requerida. Se entiende una línea de arriostres como una línea simple o líneas paralelas, con un desfase en planta no mayor al 10% de la dimensión del edificio perpendicular a la línea de arriostres. b. Pórticos con arriostres en V y V invertida Las vigas que son intersectadas por los arriostres lejos de la conexión vigacolumna, deberán satisfacer los siguientes requisitos: (1)Las vigas son continuas entre las columnas. (2)Las vigas son arriostradas para satisfacer los requisitos de elementos de ductilidad moderada. La viga debe tener como mínimo un par de arriostres laterales en el punto de intersección con los arriostres tipo V (o tipo V invertida), a menos que la viga asegure suficiente rigidez y resistencia fuera de su plano. c. Pórticos con arriostres en K Los pórticos con arriostres en K no son permitidos en los SCBF. d. Pórticos solamente con arriostres en tracción Los pórticos solamente con arriostres en tracción no son permitidos en los SCBF. 13.7.2.3 Elementos a. Requisitos básicos Las columnas y arriostres deben satisfacer los requisitos del artículo 13.5 para elementos de ductilidad alta. Las vigas deben satisfacer los requisitos del artículo 13.5 para elementos de ductilidad moderada. b. Arriostres en diagonal Los arriostres deben cumplir los siguientes requisitos: (1)Esbeltez. Los arriostres deben tener relación de esbeltez KL/r < 200 (2)Los arriostres armados. El espaciamiento entre conectores debe ser tal que la relación de esbeltez a/ri de los elementos individuales entre conectores no debe exceder 0,4 veces la relación de esbeltez del elemento armado. La suma de la resistencia disponible al corte de los conectores debe ser mayor o igual a la resistencia disponible en tracción de cada elemento. El espaciamiento entre conectores debe ser uniforme. No debe usarse menos de dos conectores en un elemento armado. Los conectores no deben ubicarse en el cuarto central de la longitud libre del arriostre. (3)El área neta efectiva del arriostre no debe ser menor al área bruta del arriostre. Cuando se refuerce los arriostres, se deben cumplir los siguientes requisitos:

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i. El esfuerzo mínimo especificado por fluencia del refuerzo debe ser al menos el esfuerzo mínimo especificado por fluencia del arriostre. ii. Las conexiones del refuerzo a los arriostres deben tener la suficiente resistencia para desarrollar la resistencia esperada del refuerzo a cada lado de la sección reducida. c. Zonas Protegidas Las zonas protegidas de los SCBF deben satisfacer los requisitos del literal 13.6.d. e incluir lo siguiente: 1) Para arriostres, se considera zona protegida el cuarto central de la longitud del arriostre y las zonas adyacentes a cada lado de las conexiones en una longitud igual al peralte del arriostre en el plano de pandeo. 2) Elementos que conectan arriostres a vigas y columnas. 13.7.2.4 Conexiones a. Soldaduras de Demanda Crítica Las siguientes soldaduras son consideradas de demanda crítica, y deben satisfacer los requisitos del literal 13.3.b y las recomendaciones de fabricación, montaje y control de calidad (capitulo 14): 1) Soldaduras acanaladas en empalmes de columnas. 2) Soldaduras en las conexiones columnas – planchas de base. 3) Soldaduras en las conexiones viga – columna de acuerdo al numeral 13.7.2.4.b.2. b. Conexiones Viga – Columna Cuando un arriostre o cartela se conecta a ambos elementos en una conexión viga - columna, la conexión debe adecuarse a uno de los siguientes casos: 1) La conexión es una conexión simple que cumple los requisitos del numeral 1.2.2 donde la rotación requerida es tomada como 0,025 radianes ó 2) La conexión es diseñada para resistir un momento igual al menor valor entre los siguientes: i. Un momento correspondiente a la resistencia esperada de la viga en flexión multiplicada por 1,1. La resistencia esperada de la viga en flexión debe ser igual a Ry Mp. ii. Un momento correspondiente a la suma de las resistencias esperadas de la columna en flexión multiplicado por 1,1. La suma de las resistencias esperadas de las columnas en flexión debe ser igual a Σ (Ry Fy Z). Este momento se considera en combinación con la resistencia requerida en la conexión con el arriostre y conexión con la viga, incluyendo las fuerzas provenientes del diafragma.

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c. Resistencia Requerida de Conexiones de Arriostre La resistencia requerida en tracción, compresión y flexión de las conexiones de arriostres (incluyendo las conexiones viga - columna si son parte del sistema del pórtico arriostrado) se determina como se muestra a continuación. Estas resistencias requeridas se permite que se consideren independientemente sin la interacción. 1) Resistencia Requerida en Tracción Se considera el menor valor de los siguientes: a) La fluencia esperada en tracción del arriostre, determinada como Ry Fy Ag. Los arriostramientos no necesitan cumplir con los requisitos de la ecuación 10.4-1 y 10.4-2 para este tipo de carga. b) El valor máximo proveniente del análisis de carga, que pueda ser transferida al arriostre por el sistema estructural. 2) Resistencia Requerida en Compresión Las conexiones de los arriostres deben diseñarse para una resistencia requerida en compresión basada en los estados límite de pandeo, que al menos será igual a 1,1 veces la resistencia esperada en compresión, donde la resistencia esperada del arriostramiento en compresión es determinada de acuerdo al requisito de análisis del numeral 13.7.2.1. 3) Reacomodo de los arriostres debido al pandeo Las conexiones de los arriostres deben diseñarse para resistir las fuerzas de flexión o rotaciones impuestas por el pandeo de los arriostres. Las conexiones que satisfagan cualquiera de las siguientes disposiciones se considera que cumplen este requisito: i. Resistencia requerida en flexión: las conexiones de los arriostres diseñadas para soportar las fuerzas de flexión impuestas por el pandeo de los arriostres tienen una resistencia disponible en flexión de al menos la resistencia esperada en flexión del arriostre multiplicada por 1,1. La resistencia esperada en flexión del arriostre se determina como Ry Mp respecto al eje crítico de pandeo. ii. Capacidad de Rotación: las conexiones de los arriostres diseñadas para soportar las rotaciones impuestas por el pandeo del arriostre tienen la capacidad de rotación suficiente para acomodarse a la rotación requerida debido a la deriva máxima del piso. Se permite la rotación inelástica de la conexión. d. Empalmes de columna Los empalmes de columnas deben cumplir los requisitos del numeral 13.5.3.6. 13.7.3

Pórticos con Arriostres Excéntricos (EBF)

13.7.3.1 Alcances Los pórticos con arriostres excéntricos (EBF) de acero estructural deben ser diseñados de acuerdo a los requisitos de este numeral.

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13.7.3.2 Bases del Diseño Este numeral es aplicable a pórticos arriostrados en donde un extremo de cada arriostre intersecta una viga con una excentricidad desde el eje de la sección de la viga al arriostre o columna adyacente, formando un enlace que está sujeto a corte y flexión. Excentricidades menores que el peralte de la viga son permitidas en la conexión del arriostre alejada del enlace, si las fuerzas resultantes del elemento y las fuerzas de la conexión son consideradas en el diseño y no existiera cambio en la capacidad esperada de la fuente de deformación inelástica. Los EBF diseñados de acuerdo a estas recomendaciones se espera que provean una significativa capacidad de deformación inelástica principalmente a través del corte o la fluencia por flexión del enlace. En donde los enlaces se conecten directamente a las columnas, el diseño de sus conexiones a las columnas debe asegurar una performance como la especificada por el numeral 13.7.3.6e(1) y demostrar su conformidad como lo exige el numeral 13.7.3.6e(2). 13.7.3.3 Análisis La resistencia requerida de los arriostres diagonales y sus conexiones, vigas fuera de las zonas de los enlaces y columnas se basa en las combinaciones de carga de esta norma. En la determinación de la carga sísmica, el efecto de las fuerzas horizontales incluyendo la sobre resistencia, Emh, se toma como las fuerzas desarrolladas en el elemento suponiendo que las fuerzas en los extremos de los enlaces corresponden a la resistencia ajustada al corte del enlace. La resistencia ajustada al corte del enlace será tomado como Ry veces la resistencia nominal al corte del enlace, Vn, dada en el numeral 13.7.3.5b (2) multiplicado por 1,25 para los enlaces en forma de I y 1,4 para los enlaces de sección cajón. Excepciones a. El efecto de las fuerzas horizontales incluyendo las sobre resistencia Emh, se permite que se tome para el diseño como 0,88 veces el valor de las fuerzas determinadas en el párrafo anterior, para el diseño de los elementos siguientes: 1) Las porciones de viga fuera de los enlaces. 2) Columnas en pórticos de tres o más pisos arriostrados. b. Se permite despreciar las fuerzas de flexión resultantes de la distorsión por sismo en esta determinación. Los momentos resultantes a partir de una carga aplicada en la columna entre dos puntos lateralmente soportados, debe ser considerada. c. La resistencia requerida de las columnas no debe exceder el menor de los siguientes valores: 1) Fuerzas correspondientes a la resistencia por volteo de la cimentación. 2) Las fuerzas determinadas a partir de un análisis no lineal, como se define en el numeral 13.4.4.

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El ángulo de rotación inelástica del enlace debe ser determinado a partir de la porción inelástica de la distorsión de entrepiso de diseño. Alternativamente, el ángulo de rotación inelástica del enlace se permite que se determine a partir de un análisis no lineal como se define en el numeral 13.4.4. 13.7.3.4 Requisitos del Sistema a. Angulo de rotación del enlace El ángulo de rotación del enlace es el ángulo inelástico entre el enlace y la viga fuera de la zona del enlace cuando la distorsión de entrepiso es igual a la distorsión de diseño del entrepiso, . Este ángulo de rotación no debe exceder los siguientes valores: 1) Para enlaces con longitud menor o igual a 1,6 Mp/Vp: 0,08 radianes. 2) Para enlaces con longitud mayor o igual a 2,6 Mp/Vp: 0,02 radianes. donde:

Mp = Resistencia nominal plástica en flexión Vp = Resistencia nominal en corte en el enlace activo.

Para enlaces cuyas longitudes se encuentren entre 1,6 Mp/Vp y 2,6 Mp/Vp, puede emplearse una interpolación lineal entre los valores anteriores para determinar el ángulo de rotación del enlace. b. Arrostramiento del enlace Cuando se utilice secciones en forma de I, deben arriostrarse ambas alas del enlace (superior e inferior). El arriostre debe tener una rigidez y resistencia disponible como la requerida en las zonas de ubicación de rotulas plásticas, tal como se especifica en el numeral 13.5.3.3. 13.7.3.5 Elementos a. Requisitos básicos Los elementos de arriostre deben satisfacer las limitaciones de relación ancho - espesor del numeral 13.5.1 para elementos de ductilidad moderada. Las columnas deben satisfacer las limitaciones de relación ancho - espesor del numeral 13.5.1 para elementos de ductilidad alta. En el caso de que la viga fuera de la zona del enlace sea una sección diferente a la del enlace, la viga debe satisfacer las limitaciones de relación ancho espesor del numeral 13.5.1 para elementos de ductilidad moderada. El arriostre diagonal y el segmento de viga fuera del enlace se trata de que permanezcan esencialmente elásticos bajo las fuerzas generadas por la fluencia total y deformaciones del enlace que ha incursionado en la zona de endurecimiento del material. Ambos, el arriostre diagonal y el segmento de viga fuera del enlace suelen estar sometidos a una combinación de una gran fuerza axial y un momento de flexión, y por lo tanto deben ser tratados como vigas - columnas en el diseño, donde su fuerza disponible es definida por el Capítulo 8 de esta norma.

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En el caso de que la viga fuera de la zona del enlace sea la misma sección a la del enlace, su resistencia puede ser determinada utilizando las propiedades esperadas del material según lo permitido por el artículo 13.2. b. Enlaces Deben proveerse enlaces sujetos a corte y flexión, debido a la excentricidad existente entre las intersecciones de los ejes de los arriostres y el eje de la viga (o entre la intersección del arriostre y el eje de la viga y el eje de la columna, para enlaces unidos a las columnas). El enlace se considera que se extiende desde la conexión del arriostre a la conexión del arriostre para enlaces centrados o de la conexión del arriostre a la cara del enlace con la columna para enlaces unidos a las columnas con excepción de lo permitido por el numeral 13.7.3.6.e. 1) Limitaciones Los enlaces deben ser perfiles I o cajón (laminados o soldados). Los perfiles HSS no deben usarse como enlaces. Los enlaces deben satisfacer los requisitos del numeral 13.5.1 para elementos de ductilidad alta. Excepciones: Para el caso de alas de enlaces de sección I con longitud del enlace, e ≤ 1,6 Mp/Vp, se permite que satisfagan los requisitos de elementos de ductilidad moderada. El alma o almas de un enlace deben tener un solo espesor. No se permite el uso de doble plancha o penetraciones en el alma. Para los enlaces hechos de secciones armadas se debe usar soldadura acanalada de penetración total para la conexión entre alas y almas. Los enlaces hechos de secciones cajón armadas, deben tener un momento de inercia alrededor del eje débil Iy en el plano del EBF limitado a Iy > 0,67 Ix, donde Ix es el momento de inercia perpendicular al plano del EBF. 2) Resistencia al corte La resistencia de diseño al corte, Vn, debe ser el menor valor obtenido de acuerdo al estado límite de fluencia por corte en el alma y fluencia por flexión en la sección bruta. En ambos límites se considera  = 0,9. i. Para fluencia por corte en el alma Vn = Vp donde: Vp = 0,6 Fy Alw para Pu/Py ≤ 0,15 2

Vp = 0,6 Fy Alw √1 - (Pu ⁄Py ) para Pu/Py > 0,15 Alw = (d - 2tf) tw para secciones en I = 2(d - 2tf) para secciones cajón

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(13.7.3.5-1)

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Pu = carga axial requerida Py = carga axial de fluencia = Fy Ag ii. Para fluencia por flexión en la sección bruta Vn = 2Mp/e

(13.7.3.5-2)

donde: Mp = Fy Z para Pu/Py ≤ 0,15 Mp = Fy Z (1 - Pu/Py)/0,85 para Pu/Py > 0,15 e = longitud del enlace, definido como la distancia libre entre dos arriostres diagonales o entre el arriostre diagonal y la cara de la columna. 3) Longitud del enlace Si Pr/Pc > 0,15 la longitud del enlace debe ser limitada como sigue: cuando ´≤ 0,5

e ≤ 1,6 Mp/Vp

cuando ´> 0,5 e ≤ 1,6 Mp/Vp(1,15 – 0,3´) donde: ´= (Pu/Py) / (Vu/Vy) Vu= corte requerido Vy= corte nominal de fluencia

(13.7.3.5-1) (13.7.3.5-1)

Para enlaces con una carga axial pequeña no se considera un límite superior para la longitud del enlace. La limitación en el ángulo de rotación del enlace del numeral 13.7.3.4 da como resultado práctico el límite inferior para la longitud del enlace. 4) Rigidizadores del enlace en secciones I El alma del enlace debe ser rigidizada en toda su altura con planchas rigidizadoras en ambos lados del alma en los extremos de los arriostres diagonales en los extremos del enlace. Estos rigidizadores deben tener un ancho no menor a (bf - 2tw) y un espesor no menor a 0,75 tw o 10 mm, donde bf es el ancho del ala y tw el espesor del alma del enlace. Los enlaces deben tener rigidizadores intermedios de alma, como sigue: i. Enlaces con longitudes de 1,6 Mp/Vp ó menos, deben tener rigidizadores intermedios espaciados con un intervalo no mayor a (30tw - d/5) para un ángulo de rotación del enlace de 0,08 radianes ó (52tw - d/5) para un ángulo de rotación del enlace de 0,02 radianes ó menos. Debe realizarse una interpolación lineal para valores de ángulos de rotación entre 0,08 a 0,02 radianes. ii. Enlaces con longitudes mayores a 2,6 Mp / Vp y menores a 5Mp /Vp, deben tener rigidizadores intermedios espaciados una distancia de 1,5 bf de cada extremo del enlace. iii. Enlaces con longitudes entre 1,6 Mp/Vp y 2,6 Mp/Vp , deben tener rigidizadores intermedios que cumplan los requisitos de (i) y (ii) anteriores.

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No es necesario colocar rigidizadores de alma, cuando la longitud del enlace es mayor a 5Mp/Vp. Los rigidizadores intermedios deben tener toda la altura del alma. Para enlaces con peralte de alma menor a 635 mm, se requieren rigidizadores solo a un lado del alma del enlace. El espesor en este caso no debe ser menor a tw ó 10 mm, el que sea mayor, y el ancho del rigidizador no es menor que (bf / 2 - tw). Para enlaces de peralte mayor o igual a 635 mm, debe colocarse rigidizadores intermedios similares en ambos lados del alma del enlace. 5) Rigidizadores del enlace en secciones cajón Se deben colocar rigidizadores de una altura igual a todo el peralte del alma, en un lado de cada alma, en la conexión con el arriostre diagonal. Se permite que estos rigidizadores sean soldados a la cara exterior o interior de las almas del enlace. El ancho de estos rigidizadores no debe ser menor a b/2 donde b es el ancho interior de la sección cajón. Estos rigidizadores no deben tener un espesor menor que el mayor valor entre 0,75 tw o 13 mm. Los enlaces en secciones cajón deben poseer rigidizadores de alma intermedios según lo siguiente: i. Para enlaces de longitud 1,6Mp/Vp o menores y con relación altura del alma a espesor, h/tw, mayor o igual a 0,64 ( E / Fy ) , debe proveerse de rigidizadores de toda la altura del alma, en un lado de cada alma del enlace, espaciado a intervalos que no excedan 20tw - (d - 2tf)/8. ii. Para enlaces de longitud 1,6Mp/Vp o menores y con relación altura del alma a espesor, h/tw, menor que 0,64 ( E / Fy ) , no es necesario el uso de rigidizadores intermedios del alma. iii. Para enlaces con longitud mayor a 1,6Mp/Vp, no se requiere el uso de rigidizadores intermedios del alma. Se permite que los rigidizadores intermedios sean soldados a la cara exterior o interior de las almas del enlace. La resistencia requerida de las soldaduras de filete conectando el rigidizador al alma del enlace es Fy Ast, donde Ast es el área de la sección transversal horizontal del rigidizador del enlace. Los rigidizadores en enlaces de secciones cajón no necesitan soldarse a las alas del enlace. c. Zonas Protegidas Los enlaces en EBF son considerados zonas protegidas que deben satisfacer el requisito del numeral 13.5.3.4.

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13.7.3.6 Conexiones a. Soldaduras de Demanda Crítica Las siguientes soldaduras son consideradas de demanda crítica y deben satisfacer los requisitos del numeral 13.3.2 y del capitulo 14. 1) Soldaduras de penetración en empalmes de columnas. 2) Soldaduras en la conexión columna a plancha de base. Excepción: donde se pueda demostrar que la rotulación de la columna en o cerca a la plancha de base puede evitarse por condiciones de restricción, y en ausencia de una tracción neta bajo las combinaciones de carga que incluyan el efecto sísmico, las soldaduras de demanda crítica no son requeridas. 3) Soldaduras de conexiones viga a columna de conformidad con el literal 13.7.3.6b. 4) Soldaduras uniendo las alas del enlace y las almas del enlace a la columna cuando el enlace se conecta a la columna. 5) Soldaduras conectando las almas a las alas en vigas armadas dentro del enlace. b. Conexiones viga a columna Cuando el arriostre o la plancha de nudo conecta a ambos elementos en una conexión viga a columna, la conexión debe estar de acuerdo a uno de los siguientes ítems: 1) La conexión debe ser una conexión simple que cumpla los requisitos del numeral 10.1.2 donde el requisito de rotación deberá ser 0,025 radianes ó 2) La conexión debe ser diseñada para resistir un momento igual al menor de los siguientes: i. Un momento correspondiente a la resistencia de flexión esperada en la viga, multiplicada por 1,1. La resistencia esperada se determina como Ry Mp. ii. El momento correspondiente a la suma de las resistencias esperadas en flexión de las columnas, multiplicadas por 1,1. La suma de las resistencias esperadas en flexión de las columnas se calcula como ∑ (Ry Fy Z). Este momento debe estar considerado en combinación con la resistencia requerida de la conexión del arriostre y la conexión de la viga, incluyendo las fuerzas amplificadas provenientes del diafragma. c. Conexiones del arriostre diagonal Cuando se usan agujeros agrandados, la resistencia requerida para el estado límite del perno por deslizamiento, no debe exceder el efecto de la carga calculada en base a las combinaciones estipuladas por esta norma, que incluya la carga sísmica. Las conexiones del arriostre diseñadas para resistir una porción del momento en el extremo del enlace, deben diseñarse como conexiones rígidas.

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d. Empalmes de columna Los empalmes de columna deben cumplir los requisitos del numeral 10.6.2. Cuando se usan soldaduras acanaladas para hacer el empalme éstas deben ser de penetración total. Los empalmes de columna deben ser diseñados para desarrollar como mínimo el 50% de la menor resistencia en flexión disponible de los elementos conectados. La resistencia requerida en corte debe ser ∑ Mpc/Hc, donde: Hc

= La altura libre de la columna entre vigas, incluyendo la losa si corresponde. ∑Mpc = Suma de los momentos nominales plásticos Fyc Zc de la columna, arriba y debajo del empalme. e. Conexión enlace - columna 1) Requisitos La conexión enlace - columna debe ser una conexión rígida (FR) de momento que satisfaga lo siguiente: i. La conexión debe ser capaz de desarrollar el ángulo de rotación especificado en el literal 13.7.3.4a. ii. La resistencia al corte de la conexión, medida para el ángulo de rotación que requiere el enlace, debe ser al menos igual a la resistencia al corte especificada para el enlace, Ry Vn como se define en el literal 13.7.3.5b. iii. La resistencia a flexión de la conexión, medida para la rotación requerida del enlace, debe ser como mínimo igual al momento correspondiente a la resistencia nominal de corte del enlace, Vn, como se define en el literal 13.7.3.5b. 2) Demostración de conformidad Las conexiones de enlace - columna deben satisfacer los requisitos arriba expuestos por alguno de los siguientes ítems: i. Usar una conexión precalificada para EBF de acuerdo con la sección K1 de la Norma AISC 341, ii. Proveer los resultados de calificación de un ensayo cíclico de acuerdo a la sección K2 de la Norma AISC 341. Se deben proveer resultados de ensayos con al menos dos ciclos y que estén basados en uno de los siguientes criterios: • Ensayos reportados in la literatura o documentación de la ejecución del ensayo, desarrollados por otros proyectos que represente las condiciones del proyecto actual entre los límites especificados por K2 de la Norma AISC 341. • Ensayos que son ejecutados especialmente para el proyecto y son representativos de los elementos usados en el proyecto en tamaño, resistencia del material, configuración de la conexión y que se ajuste a las propiedades del material entre los limites especificaos por la sección K2 de la Norma AISC 341.

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Excepción: Los ensayos cíclicos de la conexión no son requeridos si se cumplen las condiciones siguientes: • El refuerzo de la conexión viga - columna en el extremo del enlace evita la fluencia de la viga sobre la longitud reforzada. • La resistencia disponible de la sección reforzada y la conexión es igual o excede la resistencia requerida calculada basada en la resistencia en corte descrita en 13.7.3.5b. • La longitud del enlace (tomada como el segmento de viga desde el extremo del refuerzo hasta la conexión del arriostre) no exceda 1,6 Mp/Vp. • Rigidizadores en todo el peralte son requeridos de acuerdo al literal 13.7.3.5b y colocados en la interface reforzada.

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CAPÍTULO 14 FABRICACIÓN, PROTECCION ANTICORROSIVA, MONTAJE Y CONTROL DE CALIDAD Este Capítulo proporciona requisitos para los planos de taller, fabricación, pintado en el taller, montaje y control de calidad. El capítulo está organizado de la siguiente manera: 14.1 14.2 14.3 14.4 14.5 14.1

Planos de taller Fabricación Protección anticorrosiva Montaje Control de calidad

PLANOS DE TALLER La elaboración de los planos de taller es responsabilidad del fabricante de la estructura metálica. Los planos de taller deben de ser sometidos a la verificación del proyectista, para determinar que incluyen toda la información requerida en el diseño. Los planos de taller se elaboran con la debida anticipación a la fabricación, con la información completa y necesaria para la fabricación de todos los componentes de la estructura, incluyendo la ubicación, tipo y tamaño de todas las soldaduras y pernos. Estos planos deben distinguir claramente entre pernos y soldaduras, de taller y de campo, y deben identificar claramente las conexiones empernadas de alta resistencia de deslizamiento crítico. Los planos de taller deben ser hechos de conformidad con las buenas prácticas de ingeniería y con la debida consideración a la velocidad y economía en la fabricación y montaje. En los planos de taller se deben indicar las “marcas” correspondientes a cada elemento para facilitar su identificación y montaje en obra.

14.2

FABRICACIÓN

14.2.1

Contraflecha, Curvado y Enderezado Se permite la aplicación localizada de calor o medios mecánicos para introducir ó corregir las contraflechas, curvaturas y enderezados. La temperatura de las áreas calentadas, medida por métodos apropiados, no deberá exceder 600 °C para los aceros ASTM A514 y ASTM A852, ni 650 °C para otros aceros.

14.2.2

Corte Térmico El corte por arco eléctrico, el proceso de ranurado y el proceso de corte con oxígeno son reconocidos bajo esta norma para usarse en la preparación, cortado o desbaste de materiales.

210

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La calidad de una superficie cortada con oxígeno depende de varias variables: • • • • • •

Condición del material y de la superficie. Habilidad del operador. Condición y diseño de las cañas, boquillas y máquinas de corte. Pureza del oxígeno. Vibración del equipo. Movimiento del elemento de trabajo debido a la expansión y contracción térmica.

Los niveles de aceptación de una superficie con corte térmico deben ser establecidos por el usuario, teniendo en cuenta los requisitos de superficie del elemento de trabajo. Es recomendable que se incorporen los criterios pertinentes a estos niveles de aceptación en los planos de taller. Exactitud del Perfil. El acero y el material de soldadura pueden ser cortados térmicamente, si se asegura una superficie lisa, regular, libre de grietas y entalladuras, y si se asegura un perfil perfecto por el uso de guías mecánicas. Para estructuras cargadas cíclicamente, el corte térmico manual será hecho sólo donde sea aprobado por el ingeniero supervisor. Requisitos de Rugosidad. En el cortado térmico, el equipo debe de ser ajustado y manipulado de manera de evitar cortar más allá de las líneas especificadas. La rugosidad de todas las superficies cortadas térmicamente no debe ser mayor que 25 micrones (m) para materiales hasta 100 mm de espesor y 50 micrones para materiales de 100 mm a 200 mm de espesor, con la siguiente excepción: los extremos de los elementos no sujetos a esfuerzo calculado en los extremos no deben exceder valores de rugosidad superficial de 50 micrones. La Fig. 14.2.2.1 indica los criterios para la descripción de las superficies cortadas con oxígeno y puede ser usado como una guía para evaluar la rugosidad superficial de los bordes. Limitaciones en las Ranuras y Entalladuras. Las rugosidades que exceden los valores del párrafo anterior y ranuras o entalladuras no mayores que 5 mm de profundidad sobre superficies que en lo demás son ampliamente satisfactorias deben removerse por maquinado ó esmerilado. Las ranuras o entalladuras que excedan 5 mm de profundidad pueden ser reparadas por esmerilado si el área de la sección recta nominal no es reducida por más de 2%. Las superficies esmeriladas o maquinadas deben aproximarse a la superficie original con una pendiente no mayor que uno en diez. Las superficies cortadas y los bordes adyacentes deben de ser dejados libres de escoria. En superficies cortadas térmicamente, las estrías o entalladuras ocasionales pueden, con aprobación del supervisor, ser reparadas por soldadura. Bordes Reentrantes. Los bordes reentrantes, excepto los de vigas destajadas, y los agujeros de acceso de soldadura deben cumplir los siguientes requisitos:

211

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• Los bordes reentrantes de material cortado se preparan de manera de proveer una transición gradual, con un radio no menor de 25 mm. • Las superficies adyacentes deben alcanzar sin rebajos el punto de tangencia. • Los bordes reentrantes pueden ser formados por corte térmico, seguido por esmerilado, si es necesario, para cumplir los requisitos de superficie cortados térmicamente indicados anteriormente. Si se especifica otro contorno, este debe ser mostrado en los planos.

LÍNEAS DE CORTE (D): Líneas que aparecen en la superficie de corte con oxígeno. Su contorno y dirección no afectan la calidad de la superficie.

RUGOSIDAD (R): La rugosidad consiste de picos y valles periódicos en la superficie cortada con oxígeno. Esta puede ser determinada por muestras de calidad aceptable.

ENTALLES (N): Canales en una superficie cortada con oxígeno significativamente más profunda que la rugosidad superficial en general.

REDONDEO DEL BORDE (T): Fusión del borde superior de una superficie cortada con oxígeno.

ESCORIA (S): Depósitos originados en el proceso de corte con oxígeno que se adhieren al metal base o superficie cortada.

Fig. 14.2.2.1 212

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Los bordes reentrantes se forman con una transición curvada. Se necesita que el radio no exceda lo requerido para encajar la conexión. La superficie resultante de la unión de dos cortes rectos con soplete que se unen en un punto no se considera que sea curvado. Se permiten bordes discontinuos donde el material de ambos lados del borde reentrante discontinuo está conectado a una pieza de unión para prever la formación y concentración de tensiones asociadas al borde.

Los destajes de las vigas y los orificios de acceso de soldadura deben cumplir los requisitos geométricos del numeral 10.1.6. Los destajes de la viga y los orificios de acceso de soldadura en perfiles que van a ser galvanizados deben de ser esmerilados para tener una superficie en metal blanco. Para perfiles con un espesor de ala menor ó igual que 50 mm, la rugosidad de la superficie cortada térmicamente de los destajes no será mayor de 50 µm como se define en el ASME B46.1 o AWS C4.1-77. Para los destajes de las vigas y orificios de acceso de soldaduras en la cual la parte curvada del orificio es cortada térmicamente, en perfiles laminados en caliente NTP 350.416 con espesores de alma mayor que 50 mm y en perfiles soldados con materiales de espesores mayores que 50 mm, se aplicará una temperatura de precalentamiento no menor de 66°C antes del corte térmico. La superficie cortada térmicamente de los orificios de acceso en perfiles laminados en caliente NTP 350.416 con un espesor de ala mayor de 50 mm y de los perfiles soldados con materiales de espesor mayor de 50 mm debe de ser esmerilada e inspeccionada por grietas usando la inspección con partículas magnéticas de acuerdo con el ASTM E709 ó líquidos penetrantes de acuerdo con ASTM E165. Cualquier grieta es inaceptable cualquiera que sea su tamaño ó localización. 14.2.3

Alisado de Bordes El alisado o acabado de bordes cizallados o cortados térmicamente de planchas o perfiles no es requerido a menos que sea específicamente establecido en los documentos de diseño o incluido en un procedimiento de preparación de borde para soldadura.

213

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14.2.4

Construcción Soldada La técnica de soldadura, la mano de obra, la apariencia y la calidad de la soldadura y los métodos usados en la corrección de trabajos no conformes deben estar de acuerdo a la Norma AWS D1.1 que incluye lo siguiente, excepto lo modificado en el artículo 10.2. a) Especificación del Metal Base. Los planos y especificaciones deben de designar la especificación y clasificación del metal base que se debe emplear. Cuando se involucre la soldadura en la estructura, se debe usar los materiales base aprobados indicados en el numeral 10.2.6, cuando sea posible. b) Requisito de Electrodos y Consumibles de Soldadura • Certificaciones para Electrodos o Combinaciones de ElectrodosFundentes. Cuando sea requerido por el ingeniero supervisor, el contratista o el fabricante debe de suministrar una certificación de que el electrodo ó la combinación electrodo–fundente cumple los requisitos de la clasificación. • Criterios para la Clasificación. La clasificación y tamaño de electrodo, la longitud del arco, el voltaje y el amperaje deben ser los adecuados para el espesor del material, tipo de canal, posición de soldadura y otras circunstancias relacionadas con el trabajo. La corriente de soldadura debe de estar dentro del rango recomendado por el fabricante de electrodos. • Gas Protector. El gas ó mezcla de gases para protección debe de ser de un tipo adecuado para la soldadura y debe tener un punto de rocío igual o menor que – 40 °C. Cuando sea solicitado por el ingeniero supervisor, el contratista ó fabricante debe de suministrar la certificación del fabricante de gas, de que el gas o la mezcla de gases cumplen los requisitos del punto de rocío del AWS A5.32. • Almacenamiento. Los electrodos de soldadura que hayan sido removidos de su envase original debe de ser protegidos y almacenados de manera que no se afecten las propiedades de soldadura. • Condición. Los electrodos debe estar secos y en condiciones adecuadas para su uso. • Electrodos para el proceso de Arco Metálico Protegido (SMAW). Los electrodos para SMAW deben cumplir los requisitos del AWS A5.1, “Especificación para electrodos de acero al carbono para soldadura de Arco Metálico Protegido”, o los requisitos del AWS A5.5, “Especificación para electrodos de baja aleación para soldadura de Arco Metálico Protegido”. − Condiciones de Almacenamiento de Electrodos de Bajo Hidrógeno. Todos los electrodos que tengan el recubrimiento de bajo hidrógeno conforme al AWS A5.1 y AWS A5.5, deben de ser adquiridos en envases sellados herméticamente ó deben ser resecados en hornos o 214

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estufas antes de su uso. Los electrodos, inmediatamente después de abrir el envase sellado herméticamente, deben de ser almacenados en hornos o estufas mantenidos a una temperatura de 120 °C como mínimo. Los electrodos pueden ser resecados solo una vez. Los electrodos que han sido mojados no deben de ser usados. − Periodos Aprobados de Tiempo de Exposición de los Electrodos al Medio Ambiente. Después de que se abran los envases herméticamente sellados o después de que los electrodos sean removidos del horno de secado o de almacenamiento, su exposición al medio ambiente no debe exceder los valores indicados en la columna A de la Tabla 14.2.4.1. Los electrodos expuestos a la atmósfera por periodos menores que aquellos permitidos por la columna A de la Tabla 14.2.4.1, pueden ser retornados al horno de almacenamiento y mantenidos a 120 °C como mínimo; después de un periodo de mantenimiento mínimo de 4 horas a 120 °C como mínimo, los electrodos pueden ser despachados para su uso. Tabla 14.2.4.1 Exposición Permisible al Medio Ambiente de Electrodos de Bajo Hidrógeno. Columna A (horas máximas)

Electrodo AWS A5.1: E70XX E70XXR E70XXHZR E7018 M

4 9 9 9 AWS A 5.5:

E70XX-X E80XX-X E90XX-X E100XX-X E110XX-X

4 2 1 ½ ½

NOTA: Los electrodos expuestos a la atmósfera por periodos mayores que los permitidos en la Tabla 14.2.4.1 deberán de ser resecados de la siguiente forma: (1) Todos los electrodos que tengan revestimiento de bajo hidrógeno de acuerdo al AWS A5.1, véase Tabla 14.2.4.1, deberán de ser secados durante 2 horas como mínimo entre 260°C y 430 °C. (2) Todos los electrodos que tengan revestimiento de bajo hidrógeno de acuerdo al AWS A5.5, véase Tabla 14.2.4.1, deberán de ser secados durante una hora como mínimo a temperaturas entre 370°C y 430 °C. Todos los electrodos deben colocarse en un horno o estufa adecuados a una temperatura que no exceda la mitad de la temperatura final de resecado, por un período mínimo de media hora antes de incrementar la temperatura del horno o estufa a la temperatura final de resecado. El tiempo del resecado comienza cuando el horno o estufa alcance su temperatura final de resecado.

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• Electrodos para Arco Sumergido y Fundentes. La soldadura por arco sumergido (SAW) puede ser realizada con uno o más electrodos individuales con uno o más electrodos paralelos, o con combinaciones de electrodos individuales y paralelos. Las distancias entre arcos deben ser tales que la cobertura de escoria sobre el metal de soldadura producido por un arco guía no se enfrie suficientemente para evitar el adecuado depósito de soldadura de un siguiente electrodo. c) Variables de la Especificación del Procedimiento de Soldadura (WPS) Para realizar una soldadura se debe de contar con un procedimiento de soldadura, también conocido como WPS (Welding Procedure Specification), que es un documento que define las principales variables a usarse en la soldadura de una junta determinada. Se adjunta un formato recomendado (Figura 14.2.4) que por lo menos debe tener las siguientes variables: -

Tipo de material a soldar. Electrodo. Preparación de junta. Tipo de corriente eléctrica. Proceso de soldadura a usar. Amperaje. Voltaje. Temperatura de precalentamiento. Calificación, fecha e institución calificadora del soldador

Para que un procedimiento de soldadura (WPS) pueda ser usado en obra debe de ser aprobado mediante un proceso llamado Calificación de Procedimiento de Soldadura. Este proceso consiste en soldar una probeta con las variables definidas en el procedimiento a ser calificado y luego someter esta probeta a los ensayos de tracción, doblado, impacto, etc. que se especifican. Si los ensayos realizados cumplen las especificaciones establecidas, entonces se considera que el procedimiento de soldadura (WPS) esta calificado y apto para su uso. Actualmente también se puede usar procedimientos Precalificados. Estos procedimientos ya fueron calificados y están descritos en el Manual of Steel Construction del AISC. El procedimiento de soldadura debe ser ejecutado por un soldador calificado. Esta calificación es realizada por una institución autorizada para realizar este tipo de certificación. La calificación autoriza al soldador para ejecutar un determinado tipo de junta soldada. Todos los supervisores, soldadores y apuntaladores deben de ser informados en el uso apropiado de los procedimientos escritos de soldadura y debe seguirse el WPS aplicable durante la ejecución de la soldadura.

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WPS

ESPECIFICACION DE PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA (WPS)

HOJA:

(De acuerdo a AWS D1.1)

217 de 253

EMISION:

………….

REVISION:

1

ESPECIFICACIÓN DE PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA (WPS) PRECALIFICADO X CALIFICADO POR PRUEBA _____ Nombre de la Compañía: Proceso(s) de soldadura: Soporte PQR N°(s):

1

Identificación #: D.1 WPS – 01 Revisión 1 Fecha Operador D.2 Entidad calificadora Fecha de calificación

SMAW Pre-calificado

DISEÑO DE LA JUNTA USADA

Tipo:

Tipo:

Manual  Semi-automático  Máquina  Automático 

B-U2a; a tope con bisel

Simple  Doble  Respaldo: Sí  No  Material de respaldo:

POSICIÓN ASTM A36

Abertura de raíz: ¼” Dimensión cara raíz: Ángulo de bisel: 45º Radios (J-U): Soldadura de respaldo Sí  No Método: D.4 --2 METAL BASE Especificación del material: Tipo o Grado: Espesor: A tope 5/16” a 5/8”

-----

---

Especificación AWS: Clasificación AWS:

---

Gas: Composición

Fundente-electrodo (clase):

-----

--Ratio de alimentación: Tamaño de la copa:

PRECALENTAMIENTO Temperatura de precalentamiento, mínima Temperatura entre pases, mínima

---

Modo de transferencia (GMAW) Cortocircuito  Globular  Pulverizado  Corriente: CA CCEP  CCEN  Pulsado 

-----

Arrastre u oscilación: Pase 1: arrastre, resto: oscilación Pasada simple o múltiple (por cara): Múltiple Número de electrodos: 1 Espaciado de electrodos:

D.6 A5.1 E7018

PROTECCIÓN Fundente:

Filete: Descendente 

Otro --Electrodo de Tungsteno (GTAW): Tamaño: Tipo: TÉCNICA

D.5 ASTM A36 --Filete: ---

Diámetro (tubo): 3 METAL DE APORTE

Posición a tope: D.3 3G Progresión vertical: Ascendente  CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS

---------

Longitudinal: --Lateral: --Ángulo: --Distancia de contacto del tubo al elemento de trabajo: --Forjado: --Limpieza entre pasadas: Escobillado y/o esmerilado TRATAMIENTO TÉRMICO POST SOLDADURA Temperatura: --Tiempo: ---

PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA Pase o Proceso capa (s) 1-n

SMAW

Metal de aporte Diám. Clase (mm) E7018 3,2

Corriente Tipo y Amperaje polaridad (A) CC E(+) 110 – 140

Voltaje (V) 22 – 27

Velocidad de avance (cm/min) 6 – 11

Detalles de la Junta

45° T

T = 5/16” a 5/8”

Figura 14.2.4: Modelo de especificación de procedimiento de soldadura

217

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d) Temperaturas de Precalentamiento y de Interpase. La temperatura de precalentamiento y de interpase debe de ser suficiente para prevenir el agrietamiento. En la Tabla 14.2.4.2 se indica las temperaturas mínimas de precalentamiento y de interpases a usar en los aceros comúnmente empleados. La temperatura mínima de precalentamiento y de interpase aplicada a una junta compuesta de metales base con diferentes precalentamientos mínimos de la Tabla 14.2.4.2 debe de ser la más alta de estos precalentamientos mínimos. Este precalentamiento y todas las temperaturas mínimas de interpase subsiguientes se mantienen durante la operación de soldadura en una distancia como mínimo igual al espesor de la parte soldada más gruesa (pero no menor que 75 mm) en todas las direcciones desde el punto de soldadura. Los requisitos mínimos de temperatura de interpase son considerados iguales a los requisitos de precalentamiento, a menos que se indique otra cosa en el procedimiento (WPS). Las temperaturas de precalentamiento e interpase deben de ser verificadas justo antes de iniciar el arco para cada pase.

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TABLA 14.2.4.2 TEMPERATURA MÍNIMA DE PRECALENTAMIENTO E INTERPASE PRECALIFICADA C A T E G O R Í A

ESPECIFICACIÓN DEL ACERO

NTP 350.400 (A36) ASTM A53 Grado B NTP 350.404 GA (A500 Grado A) NTP 350.404 GB (A500 Grado B) A ASTM A501 NTP 350.408 (A709 Grado 36) ASTM A1011SS Grado 40 (*) ASTM A1011SS Grado 45(*) ASTM A1011SS Grado 50(*) Todos los de la Categoría A más: ASTM A529 Grado 50 ASTM A529 Grado 55 NTP 350.407 G42 (A572 Grado 42) NTP 350.407 G50 (A572 Grado 50) ASTM A606 B ASTM A618 Grado Ib, II, III NTP 350.408 G50 (A709 Grado 50) NTP 350.408 G50W (A709 Grado 50W) ASTM A1008 HSLAS Grado 45 (**) ASTM A1008 HSLAS Grado 50 (**) ASTM A1008 HSLAS Grado 55 (**)

C

NTP 350.407 G60 (A572 Grado 60) NTP 350.407 G65 (A572 Grado 65)

ESPESOR DE PROCESO LA PARTE TEMPERATURA DE MAS GRUESA MÍNIMA DE SOLDADU EN EL PUNTO PRECALENTAMIENTO RA DE E INTERPASE SOLDADURA

SMAW con electrodos distintos a los de bajo hidrógeno

3 a 20 mm

0°C

Sobre 20 a 38 mm

65ºC

Sobre 38 a 65 mm

110ºC

Sobre 65 mm

150ºC

SMAW con 3 a 20 mm electrodo de bajo Sobre 20 a 38 mm hidrógeno, SAW, Sobre 38 a 65 mm GMAW, FCAW Sobre 65 mm

SMAW con electrodo de bajo hidrógeno, SAW, GMAW, FCAW

0°C 10ºC 65ºC 110ºC

3 a 20 mm

10ºC

Sobre 20 a 38 mm

65ºC

Sobre 38a 65 mm

110ºC

Sobre 65 mm

150ºC

(*) Esta norma ha reemplazado a la Norma A 570 (**) Esta norma ha reemplazado a la Norma A 607

e) Requisitos Mínimos de Ejecución de la Soldadura Los requisitos mínimos a ser considerados para una buena ejecución de la soldadura son los siguientes: • Las soldaduras GMAW, GTAW, EGW, FCAW-G, no se llevan a cabo cuando haya una corriente de viento, a menos que la soldadura esté protegida. Tal protección debe de ser de un material y forma apropiada para reducir la velocidad del viento en las proximidades de la soldadura a un máximo de 8 km/h. • La soldadura no debe realizarse: (1) Cuando la temperatura del medio ambiente sea menor de - 20°C.

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(2) Cuando la superficie está húmeda o expuesta a la lluvia, nieve o altas velocidades de viento, o (3) Cuando el personal que la ejecuta esté expuesto a condiciones inclementes. • Los tamaños y las longitudes de las soldaduras no deben ser menores a lo especificado en los planos, excepto como está indicado en la Tabla 14.5.3. La ubicación de las soldaduras no debe ser cambiada sin aprobación del ingeniero proyectista. • El tamaño mínimo de la soldadura de filete, excepto para la soldadura de filete empleada para reforzar soldaduras por canal, es como está indicado en la Tabla 10.2.4. En ambos casos el tamaño mínimo se aplica si es suficiente para satisfacer los requisitos del diseño. • Cada pase debe tener una fusión completa con el metal base adyacente, y de tal manera allí no debe haber depresión ó un indebido socavamiento de la raíz de la soldadura. La excesiva concavidad de los primeros pases debe ser evitada para evitar el agrietamiento de las raíces de la junta restringida. • Preparación del Metal Base. La superficie en la que se va a depositar el metal de soldadura debe de estar lisa, uniforme y libre de exfoliaciones, salpicadura de soldadura, grietas y otras discontinuidades que puedan afectar adversamente la calidad o la resistencia de la soldadura. Las superficies a soldarse y las superficies adyacentes a la soldadura deben de estar sin cascarilla de laminación libre o adherida, escoria, óxido, humedad, grasas y otros materiales extraños que puedan impedir una soldadura apropiada o producir gases perjudiciales. La cascarilla de laminación que se mantiene adherida a pesar de una limpieza con escobilla de alambre o el revestimiento delgado de un inhibidor de corrosión, pueden permanecer con la siguiente excepción: para vigas en estructuras cargadas cíclicamente, toda la cascarilla de laminación debe ser removida de la superficie en las cuales se va a soldar las alas y el alma. • Reparación del Metal Base. En la reparación y determinación de los límites de las discontinuidades observadas visualmente en superficies cortadas, la cantidad de metal removido debe de ser el mínimo necesario para remover las discontinuidades o para determinar que no se excedan los límites de la Tabla 14.2.4.3. Sin embargo, si se requiere una reparación con soldadura, se debe remover suficiente metal base para proporcionar acceso para la soldadura. Todas las reparaciones por soldadura de las discontinuidades debe de ser realizadas con: (1) Preparación adecuada del área de reparación. (2) Soldadura con un proceso aprobado de bajo hidrógeno. (3) Esmerilado de las soldaduras terminadas y enrasado con las superficies adyacentes.

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TABLA 14.2.4.3 Límites de Aceptación y Reparación de Discontinuidades Laminares Producidos en el Taller en Superficies Cortadas DESCRIPCIÓN DE LA DISCONTINUIDAD Cualquier discontinuidad con longitud hasta de 25 mm. Cualquier discontinuidad con longitud mayor que 25 mm y profundidad máxima de 3 mm. Cualquier discontinuidad con longitud mayor que 25 mm con profundidad mayor que 3 mm pero no mayor que 6 mm. Cualquier discontinuidad con longitud mayor que 25 mm con profundidad mayor que 6 mm pero no mayor que 25 mm. Cualquier discontinuidad con longitud mayor que 25 mm con profundidad mayor que 25 mm.

REPARACIÓN REQUERIDA Ninguna, no requiere ser explorada Ninguna, pero la profundidad debe ser explorada*.

Remover, no necesita soldadura

Remover completamente y soldar El elemento será reparado ó rechazado a criterio del ingeniero proyectista. (véase 5.15.1.1 de AWS D1.1)

* El 10% de las discontinuidades presentes en la superficie cortada en cuestión deben ser exploradas por esmerilado para determinar su profundidad. Si la profundidad de cualquiera de las discontinuidades exploradas excede 3 mm, entonces todas las discontinuidades con longitud mayor que 25 mm que quedan en la superficie cortada deben de ser exploradas por esmerilado para determinar su profundidad. Si ninguna de las discontinuidades comprendidas en el 10% explorado tiene una profundidad mayor que 3 mm, entonces las discontinuidades remanentes sobre la superficie cortada no necesitan ser exploradas.

• Preparación de las Juntas. El maquinado, el cortado térmico, el esmerilado (incluido el cortado o ranurado con plasma) el cincelado, pueden ser usados para la preparación de las juntas, o para remover metal o trabajos no conformes, excepto que no se usa el ranurado con oxígeno en aceros laminados en caliente que son pedidos con tratamiento térmico. • Tolerancias Dimensionales de las Juntas. Las partes que van a ser unidas por soldadura de filete, deben de ser llevadas a un contacto tan cercano como sea posible. La abertura de la raíz no debe exceder los 5 mm excepto en los casos que involucre ya sea perfiles o planchas con espesores de 75 mm o mayores y no se puede cerrar la abertura de la raíz lo suficiente para alcanzar esta tolerancia después del enderezado en el ensamblaje. En tales casos, se acepta una abertura máxima de la raíz de 8 mm, si se usa un respaldo adecuado. El respaldo puede ser fundente, polvo de hierro, o materiales similares, o soldadura usando un proceso de bajo hidrógeno compatible con el metal de llenado depositado. Si la separación es mayor que 1,6 mm se debe de incrementar el cateto de la soldadura por la cantidad de la abertura en la raíz, o el fabricante debe demostrar que la garganta efectiva requerida ha sido obtenida.

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• Ensamblaje con Soldadura por Canal de Penetración Parcial. Las partes a ser unidas por soldadura de canal de penetración parcial paralela a la longitud del elemento deben de ser llevadas a un contacto tan cercano como sea posible. La abertura de la raíz entre las partes no debe de exceder 5 mm excepto en los casos que involucre perfiles laminados o planchas de espesor de 75 mm o mayores si, después de su enderezado y en el ensamblado, la abertura de la raíz no puede ser cerrada suficientemente para alcanzar esta tolerancia. En tales casos se acepta una abertura máxima de la raíz de 8 mm, si se usa un respaldo adecuado y la soldadura final cumple los requisitos para el tamaño de la soldadura. Las tolerancias de las juntas de aplastamiento deben de estar de acuerdo con las especificaciones del contrato. • Alineamiento de la Junta a Tope. Las partes a ser unidas por soldadura de junta a tope deben de ser cuidadosamente alineadas. Donde las partes son efectivamente restringidas contra la flexión debida a la excentricidad en el alineamiento, se permite una desviación que no exceda el 10% del espesor de la parte unida más delgada, pero en ningún caso se permite una desviación mayor que 3 mm del alineamiento teórico. • Variaciones en la Sección Recta no tubulares de Soldadura por Canal. Si las dimensiones de la sección recta de las juntas soldadas por canal varían respecto a las mostradas en los planos por un valor mayor que las tolerancias indicadas en la Fig. 14.2.4.1, debe informarse al ingeniero proyectista para su aprobación o corrección.

a) Soldadura acanalada sin respaldo – Fondo no ranurado por la parte posterior

b) Soldadura acanalada con respaldo – Fondo no ranurado por la parte posterior

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c) Soldadura por canal sin respaldo – Fondo ranurado por la parte posterior Fig. 14.2.4.1 • Correcciones. Aberturas de la raíz mayores que aquellas permitidas en el párrafo anterior, pero no mayores que dos veces el espesor de la parte más delgada o 19 mm, lo que sea menor, puede ser corregida por soldadura a las dimensiones aceptables antes de la unión de las partes. • Tolerancias Dimensiónales de los Elementos Estructurales Soldados. Las dimensiones de los elementos estructurales soldados deben estar de acuerdo a las siguientes tolerancias: - Rectitud de Columnas y Armaduras Para columnas y elementos principales de armaduras, soldadas, para cualquier sección transversal, la variación de rectitud permisible es: Para longitud de menos de 9 m: 1 mm x número de metros de longitud total Para longitudes de 10 metros a 15 metros: 10 mm Para longitudes mayores de 15 m: 10 mm + 3 mm x (número de metros de longitud total – 15) 3 - Rectitud de Vigas Para vigas soldadas, para cualquier sección transversal, donde no se ha especificado contraflecha, la variación permisible de rectitud es: 1 mm x número de metros de la longitud total - Contraflechas de las Vigas Para vigas soldadas, diferentes de aquellas cuya ala superior esta embebida en concreto, para cualquier sección transversal, la variación permisible de la contraflecha requerida en el ensamblado en taller (para agujeros taladrados para empalmes en el campo o preparación de los empalmes soldados en el campo) es:

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A la mitad de la luz: 20 mm para luces mayores o iguales que 30 m. 10 mm para luces menores que 30 m. En los apoyos: 0 mm para los apoyos extremos, + 3 mm para los apoyos interiores. En los puntos intermedios: -0 , +

4 (a) b (1 - a⁄s)

s

donde: a = distancia en metros desde el punto de inspección al apoyo más cercano. s = longitud de la luz en metros. b = 20 mm para luces mayores o iguales que 30 m y 10 mm para luces menores que 30 m. • Perfiles de la Soldadura Todas las soldaduras, excepto como está permitido a continuación, deben de estar libres de grietas, pliegues, y las discontinuidades de perfiles no conformes. Perfiles de Soldadura Conformes e Inaceptables

A) Perfiles de Soldadura de Filete Deseables

B) Perfiles de Soldadura de Filete Aceptables

Fig. 14.2.4.2 NOTA.-

La convexidad c, de una soldadura o glóbulos de superficie individual con dimensiones w no debe exceder el valor de la Tabla 14.2.4.4: TABLA 14.2.4.4

Ancho de la Cara de Soldadura o de Glóbulos de Superficie Individual, W W  8 mm W  8 mm hasta  25 mm W  25 mm

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Máxima Convexidad, C 1,6 mm 3 mm 5 mm

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Insuficiente Garganta

Excesiva Convexidad

Excesiva Socavación

Metal de Aporte Cateto Derramado Insuficiente

Fusión Incompleta

A)Perfiles de Soldadura de Filete Inaceptables

Unión a Tope – Planchas de igual espesor

Unión a Tope (Transición) Planchas de espesores desiguales

NOTA.- R no deberá exceder de 3 mm.

B)Perfiles de Soldadura Acanalada Aceptables en Juntas a Tope

Excesiva Convexidad

Insuficiente Garganta

Excesiva Socavación

Metal de Aporte Derramado

C)Perfiles de Soldadura Acanalada Inaceptables en Juntas a Tope Fig. 14.2.4.3 • Soldadura de Filete. Las caras de la soldadura de filete pueden ser ligeramente convexas, planas o ligeramente cóncavas, como esta mostrado en la figura anterior. La figura 14.2.4.3A muestra los perfiles típicos de soldaduras de filete inaceptables. • Convexidad. Con excepción de la soldadura exterior en junta de extremos, la convexidad C de una soldadura o un glóbulo de superficie individual no debe exceder los valores dados en la tabla 14.2.4.4. • Soldadura a Tope ó Acanalada. La soldadura acanalada debe de ser hecha con un reforzamiento mínimo de la cara a menos que se especifique otra cosa. En el caso de juntas a tope y extremos, el refuerzo de la cara no debe exceder 3 mm en altura.

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• Superficies Emparejadas. Las soldaduras a tope que requieran ser emparejadas se deben acabar de tal manera de no reducir el espesor del metal base más delgado o del metal soldado por más de 1 mm ó 5% del espesor del material, la que sea menor. El refuerzo remanente no debe exceder 1 mm de altura. Sin embargo, todos los refuerzos deben de ser removidos donde la soldadura forme parte de la superficie de contacto o unión. Todos los refuerzos deben de ser unidos formando una superficie lisa con la plancha, con áreas de transición libres de socavación. • Métodos y Valores de Acabado. Para el acabado se puede usar el cincelado y el ranurado, seguidos por un esmerilado. Donde se requiera acabado superficial, los valores de rugosidad no deben exceder los 6,3 micrones. Los acabados superficiales con rugosidades mayores de 3,2 micrones hasta 6,3 micrones deberán de tener el acabado paralelo a la dirección del esfuerzo principal. Las superficies acabadas con rugosidades menores ó iguales que 3,2 micrones pueden ser acabadas en cualquier dirección. f) Reparaciones La remoción del metal de aporte o porciones del metal base puede ser hecha por maquinado, esmerilado o ranurado. Esto debe ser hecho de tal manera que el metal de aporte adyacente o el metal base no se vea afectado. El acanalado con oxígeno no debe ser usado en aceros templados y revenidos. Las porciones de soldadura no conformes deben de ser eliminadas sin una remoción sustancial del metal base. La superficie debe limpiarse totalmente antes de la soldadura. El metal de aporte debe depositarse para compensar cualquier diferencia en tamaños. • Opción del Contratista. El contratista tiene la opción de reparar una soldadura no conforme o remover y reemplazar la soldadura total, excepto como sea modificado por el ingeniero supervisor. La soldadura reparada o reemplazada debe de ser reensayada por el método originalmente usado, y se aplica el mismo criterio de aceptación técnica y de calidad. Si el contratista elige reparar la soldadura, esta debe de ser corregida de la siguiente manera: - Derrames, Excesiva Convexidad, o Excesivo Reforzamiento. El metal de aporte en exceso debe de ser removido. - Excesiva Concavidad o Depresiones de Soldadura, Soldadura con Menores Dimensiones y Soldaduras Socavadas. Las superficies deben de ser preparadas y rellenadas con material de aporte adicional. - Fusión Incompleta, Excesiva Porosidad de la Soldadura o Presencia de Inclusiones de Escoria. Las porciones no conformes deben de ser removidos y resoldadas.

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- Grietas en la Soldadura o Metal Base. La extensión de la grieta debe ser evaluada por el empleo de ácidos, inspección con partículas magnéticas, radiografías, ultrasonidos u otro medio que sea adecuado. Deben removerse las grietas y metal sano hasta 50 mm de cada borde de las grietas y se vuelve a soldar. - Limitaciones de Temperaturas en la Reparación por Calor Localizado. Los elementos estructurales distorsionados por la soldadura deben ser enderezados por medios mecánicos o por aplicaciones de cantidades limitadas de calor localizado. La temperatura de las áreas calentadas, medida por métodos aprobados, no debe exceder 600°C para aceros templados y revenidos ni 650°C para otros aceros. La parte a ser calentada para el enderezado debe de estar sustancialmente libre de tensiones y fuerzas externas, excepto aquellas tensiones que resultan del método de enderezado mecánico usado en conjunto con la aplicación del calor. - Inaccesibilidad de Soldaduras no Conformes. Si, después que se ha hecho una soldadura no conforme, se realizan trabajos que han originado que la soldadura sea inaccesible o se han creado nuevas condiciones que hacen que las correcciones de la soldadura no conforme sean peligrosas, entonces se debe restaurar las condiciones originales por medio de la remoción de las soldaduras o elementos, ambos antes de que se haga la corrección. Si esto no es hecho, la deficiencia debe de ser compensada por trabajo adicional realizado de acuerdo a un diseño revisado y aprobado. g) Limpieza de la Soldadura • Limpieza en el Proceso. Antes de soldar sobre un metal depositado previamente, o después de cualquier interrupción de la soldadura, se debe remover toda la escoria y se debe de limpiar con una escobilla de alambre la soldadura y el metal base adyacente. • Limpieza de Soldaduras Terminadas. La escoria debe de ser removida de todas las soldaduras terminadas. Las soldaduras y el metal base adyacente deben ser limpiados con escobilla de alambre de acero ú otros medios adecuados. Las salpicaduras de metal adheridas fuertemente y remanentes después de la operación de limpieza son aceptables a menos que se requiera su remoción para realizar los ensayos no destructivos. Las juntas soldadas no se deben pintar hasta que se termine la soldadura y esta haya sido aceptada. 14.2.5

Construcciones Empernadas Todas las partes de los elementos empernados debe de estar sujetas con pines o empernadas y mantenidas rígidamente unidas durante el ensamblaje. El uso de pines en los agujeros para pernos no debe distorsionar el metal o agrandar los agujeros. El inadecuado centrado de los agujeros debe ser causa de rechazo.

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Si el espesor del material no es mayor que el diámetro nominal del perno más 3 mm, se permite que los agujeros sean obtenidos por punzonado. Si el espesor del material es mayor que el diámetro nominal del perno más 3 mm los agujeros pueden ser obtenidos ya sea por taladrado o subpunzonado y ensanchado. La matriz para todos los agujeros subpunzonados, y las brocas para los agujeros, pretaladrados, deben de ser como mínimo 2 mm más pequeño del diámetro nominal del perno, los agujeros en planchas de acero ASTM A514/A514M con espesores mayores que 13 mm deben de ser taladrados. Lainas tipo dedo insertadas completamente, con un espesor total de no más de 6 mm dentro de una unión, son permitidas en juntas sin cambiar los esfuerzos de diseño (basadas en el tipo de agujero) para el diseño de conexiones. La orientación de dichas lainas es independiente de la dirección de aplicación de la carga. El uso de pernos de alta resistencia debe de cumplir los siguientes requisitos: • Las dimensiones de los pernos deben cumplir lo indicado en la Norma ANSI B18.2.1 • Todo el material que se halle dentro de la longitud de fijación del perno debe ser de acero, no debiendo existir materiales compresibles. La pendiente de las superficies de contacto con la cabeza del perno o la tuerca no debe exceder de 1:20 respecto a un plano normal al eje del perno. • Cuando se ensamble la junta, todas las superficies en contacto, incluyendo las superficies adyacentes a la cabeza del perno y la tuerca, deben estar libres de escamas de óxido, suciedad y cualquier otro material extraño. Las rebabas que puedan reducir el apoyo de las partes conectadas deben eliminarse. 14.2.6

Juntas de Compresión Las juntas de compresión que dependen de la superficie de contacto, como parte de la resistencia del empalme deben tener la superficie de contacto de las piezas fabricadas individualmente, preparadas por cepillado, cortado con sierra, u otros medios adecuados.

14.2.7

Tolerancias Dimensiónales Las tolerancias dimensiónales deben ser como sigue y se indica en la Tabla 14.2.7: • Es permisible una variación de 1,0 mm en la longitud total de elementos con ambos extremos acabados para apoyo de contacto. Las superficies denotadas como "acabadas" en los planos se definen como aquellas que tienen un valor máximo de altura de rugosidad de 12,6 micrones. Cualquier técnica de fabricación, como corte de fricción, corte frío, cepillado, etc que produzca el acabado arriba indicado puede ser usada. • Los elementos sin extremos acabados para apoyo de contacto, que deben ser conectados a otras partes de acero de la estructura, pueden tener una variación de la longitud detallada no mayor que 2,0 mm para elementos de 9,0 m de

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longitud ó menos, y no mayor que 3,0 mm para elementos con longitudes mayores de 9,0 m. • A menos que se especifique de otro modo, elementos estructurales, sean perfiles laminados o armados, pueden variar su rectitud dentro de las tolerancias permitidas para los perfiles de ala ancha según lo especificado en NTP 350.416, excepto que la tolerancia sobre la desviación de la rectitud de elementos en compresión es 1/1000 de la longitud axial entre puntos con soporte lateral. • Los elementos completos deben estar libres de torcimientos, dobleces y juntas abiertas. Muescas agudas o dobleces son causa de rechazo del material. • Las vigas y armaduras detalladas sin especificación de contraflecha deben fabricarse de manera que, después del montaje, cualquier contraflecha debida al laminado o fabricación de taller quede hacia arriba. • Cuando los elementos son especificados en los planos o especificaciones con contraflecha, la tolerancia de fabricación en taller será -0/+13 mm para elementos de 15,0 m o menos de longitud, ó –0 / +(13 mm + 3,2 mm por cada 3,0 m o fracción de esto, en exceso de 15,0 m) para los elementos sobre los 15,0 m. Los elementos laminados recibidos de la planta de laminación con 75% de la contraflecha especificada no requieren contraflecha adicional. Para propósitos de inspección la contraflecha debe ser medida en el taller de fabricación en la condición sin esfuerzo. • Cualquier desviación permisible en el peralte de las vigas, puede resultar en un cambio abrupto en el peralte en las zonas de empalmes. Tal diferencia en el peralte en una junta empernada, dentro de las tolerancias prescritas, es compensada con planchas de relleno. En juntas soldadas, el perfil de la soldadura, puede ser ajustado conforme a la variación en altura, siempre y cuando se proporcione la sección mínima requerida de soldadura y la pendiente de la superficie de la soldadura cumpla con los requisitos de la Norma AWS. TABLA 14.2.7

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VARIACIONES PERMISIBLES EN LA SECCIÓN RECTA SECCIÓN NOMINAL (mm)

A, PERALTE (mm)

3,0

6,0

5,0

6,0

5,0

C Peralte máxima de cualquier sección recta mayor que el peralte nominal (mm) 6,0

3,0

6,0

5,0

8,0

5,0

6,0

Mayor que Menor que la nominal la nominal

Hasta 305

3,0

Más de 305

3,0

B, ANCHO DEL ALA (mm)

Mayor que la nominal

T + TI Menor Alas que la inclinadas nominal máximo (mm)

E(a) Almas inclinadas máximo (mm)

VARIACIONES PERMISIBLES EN LONGITUD PERFILES W

Variaciones de la longitud especificada (mm) Menor o igual a 9 m Mayores a 9 m

Mayor Menor Mayor Vigas de 610 mm y 10,0 + 1,6 por cada 1,5 m 10,0 10,0 menor en peralte nominal adicionales o una fracción de este Vigas de más de 610 mm 13,0 + 1,6 por cada 1,5 m de peralte nominal; todas 13,0 13,0 adicionales o una fracción de este las columnas (a)Variación en 8,0 mm (máx.) para secciones con peso mayor que 6400 N/m

Menor 10,0 13,0

OTRAS VARIACIONES PERMISIBLES Variaciones en área y peso: +/- 2,5% de la cantidad nominal ó especificada Extremos desalineados: 0,4 mm por cada 25,0 mm de peralte, ó de ancho de ala si ésta es mayor que el peralte CONTRAFLECHA Y RECTITUD Variaciones permisibles en mm Tamaños Longitud Contraflecha Rectitud Tamaños con ancho de alas igual o mayor que Todas 3,2 mm x ( longitud total en metros ) / 3,0 150 mm Tamaños con ancho de 3,2 mm x (longitud total en 3,2 mm x (longitud total en alas menores que 150 Todas metros) /3,0 metros) /1,5 mm Hasta 3,2 mm x (longitud total en metros) / 3,0; con 10,0 mm (máx.) 14,0 m Ciertas secciones con el ancho de ala aproximadamente igual Sobre 10,0 mm +[3,2 mm x (longitud total en metros -14) / 3,0] al peralte y especificado 14,0 m en el pedido como columna (b) (b) Aplicable sólo para W8x31 y más pesadas W12x65 y más pesadas, W14x90 y más pesadas. Si las otras secciones son especificadas como columnas, las tolerancias deben estar sujetas a negociación con el fabricante.

14.2.8

Acabado de Bases de Columna Las bases de columnas y las planchas de base deben de ser acabadas de acuerdo con los siguientes requisitos: 1) Se permite las planchas de base con espesores de 50 mm o menos sin cepillado si se obtiene un apoyo de contacto satisfactorio. Se permite que las planchas de base con espesores mayores de 50 mm hasta 100 mm sean enderezadas por prensado o, si no se dispone de prensas, por el cepillado de todas las superficies de apoyo (excepto como se indica en el subpárrafo N° 2 y 3 de este numeral), para tener un contacto satisfactorio.

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2) La superficie inferior de las planchas de base que son fijadas con mortero predosificado sin contracción (grout), para asegurar un contacto de apoyo total a la cimentación, no necesita ser cepillada. 3) La superficie superior de las planchas de base no necesitan ser cepilladas si se usa soldaduras de penetración total entre la columna y la plancha de base. 14.3

PROTECCION ANTICORROSIVA Y CONTRA EL FUEGO

14.3.1

REQUISITOS GENERALES

14.3.1.1 Los requisitos de este numeral se refieren a los sistemas de protección del acero contra la corrosión y contra el fuego, mediante pinturas aplicadas sobre superficies desnudas. No cubre sistemas de protección del acero contra microorganismos (bacterias, hongos, etc.), agentes químicos (ácidos, álcalis, solventes orgánicos, gases). 14.3.1.2 Para otras situaciones no previstas por el presente numeral, se sugiere utilizar las recomendaciones dadas por la Sociedad para Recubrimientos Protectores (SSPC) o la Norma ISO 12944 – “Paints and varnishes”. 14.3.1.3 Dado que el período, durante el cual la protección proporcionada por los sistemas anticorrosivos es efectivo, es generalmente más corto que la vida útil esperada de la estructura; en la fase de planificación y diseño se debe considerar la posibilidad de mantenimiento o renovación del sistema. 14.3.1.4 Considerando que podrán haber elementos estructurales que estén expuestos a la corrosión y que después del montaje ya no van a ser accesibles para el mantenimiento y/o renovación; el proyectista debe dar pautas en el diseño para prever un sistema de protección que siga siendo eficaz durante toda la vida útil de los elementos, y así asegurar la estabilidad de la estructura. En caso esto no sea posible, se recomienda considerar en el diseño otro sistema de protección o cambiar este tipo de junta. 14.3.1.5 En la elección del sistema de protección anticorrosivo, se debe evaluar mediante un análisis costo – beneficio, el costo de inversión del sistema seleccionado, más el tiempo de protección efectivo del sistema, más los costos de mantenimiento y/o reposición requeridos durante la vida útil de la estructura. 14.3.1.6 La durabilidad del sistema de protección anticorrosivo antes del primer trabajo de mantenimiento y/o reposición, debe ser acordada por las partes interesadas. En la presente norma se definen tres rangos de durabilidad en términos de años: - Bajo (L), desde dos (2) hasta cinco (5) años - Medio (M), desde cinco (5) hasta quince (15) años - Alto (H) mayor a quince (15) años. La durabilidad no es un “período de garantía”. La durabilidad es una consideración técnica que puede ayudar al propietario a establecer un programa de mantenimiento. El período de garantía tiene una consideración jurídica, objeto de cláusulas en la parte administrativa de los contratos. El período de garantía es usualmente más corto que la durabilidad. No existen reglas que relacionen los dos períodos de tiempo.

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14.3.2

CLASIFICACIÓN DE AMBIENTES

14.3.2.1 Corrosión Atmosférica La corrosión atmosférica es un proceso que tiene lugar en una delgada capa de humedad depositada sobre la superficie metálica. Esta capa es tan delgada, que puede no ser visible a simple vista. El proceso de corrosión puede acelerarse por: - Un incremento de la humedad relativa - La condensación superficial, que ocurre cuando la superficie estructural se encuentra a una temperatura correspondiente al punto de rocío o inferior. - Un incremento en la contaminación atmosférica. En este caso los contaminantes pueden depositarse y reaccionar con la superficie, formando productos de reacción. La experiencia demuestra que una corrosión significativa ocurre cuando la humedad relativa es superior al 80% y la temperatura se encuentra alrededor de 0 °C. Sin embargo si se encuentran contaminantes o sales higroscópicas, la corrosión puede empezar a menores niveles de humedad. 14.3.2.2 Corrosión en el Agua y Suelo Consideraciones especiales se deben tomar cuando se consideren estructuras parcialmente o totalmente sumergidas en agua. La tasa de corrosión en tales condiciones puede ser alta. Para estas situaciones considerar lo indicado en el numeral 14.3.1.2. No se debe permitir que las estructuras metálicas estén en contacto con el suelo. 14.3.2.3 Categorías de Agresividad del Medio Ambiente Para fines de esta norma, el nivel de agresividad del medio ambiente atmosférico se clasifica según las categorías indicadas en la siguiente tabla, tomándose la condición más desfavorable entre los entornos exterior e interior:

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Tabla 14.3.2.3 Categorías de Agresividad del Medio Ambiente Categoría

14.3.3

Ejemplos de entornos típicos

Nivel de Agresividad

Exterior

C1

Muy bajo

-

C2

Bajo

C3

Medio

Ambientes urbanos e industriales con moderada contaminación debido al dióxido de azufre. Áreas costeras con baja salinidad.

C4

Alto

Áreas industriales y áreas costeras con moderada salinidad.

C5

Muy alto (Industrial o Marino)

Áreas industriales con alta humedad y ambiente agresivo. Áreas costeras y sobre el mar con elevada salinidad.

Ambientes con contaminación, áreas rurales.

bajo nivel de principalmente

Interior Edificios climatizados o no, con atmósferas limpias, tales como; establecimientos de salud, locales municipales, centrales de comunicaciones, estaciones de bomberos, cuarteles de las fuerzas armadas o policiales, centros comerciales, hoteles, terminales de pasajeros, centros educativos, etc. Edificios climatizados o no, donde puede ocurrir condensación, tales como; depósitos, áreas de estacionamiento, coliseos deportivos, etc. Áreas de producción con alta humedad y algún contaminante en el aire, tales como; plantas procesadoras de alimentos, lavanderías, cervecerías, lecherías, etc. Plantas químicas, piscinas, y estructuras sobre muelles ubicados al borde del mar Edificios o áreas con casi permanente condensación y/o alta contaminación.

CONSIDERACIONES DE DISEÑO

14.3.3.1 OBJETIVOS El objetivo del diseño del sistema anticorrosivo de una estructura es asegurar que esta cumpla adecuadamente su función y contribuir a que tenga adecuada estabilidad, resistencia y durabilidad a un costo adecuado y en el plazo determinado por las partes interesadas. 14.3.3.2 GALVANIZADO Cuando se determine que la protección anticorrosiva de una estructura debe ser por galvanizado en caliente, se deben seguir las recomendaciones indicadas en ASTM A123. 14.3.3.3 CRITERIOS DE DISEÑO Las superficies de las estructuras de acero expuestas a corrosión deben ser minimizadas. La estructura debe tener la menor cantidad posible de irregularidades (por ejemplo; en traslapes, esquinas, bordes), para lograr superficies continuas. Soldaduras discontinuas y de tapón deben ser usadas solo en donde el riesgo de corrosión sea despreciable. En el diseño del sistema anticorrosivo se debe considerar lo siguiente:

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-

-

14.3.4

Accesibilidad Tratamiento de espacios libres dejados por los perfiles y/o planchas. Precauciones para prevenir retención de agua Tratamiento de los bordes En conexiones de deslizamiento crítico, la preparación de la superficie. En conexiones empernadas, los pernos, tuercas y arandelas deben tener, por lo menos, la misma protección anticorrosiva que la estructura principal. En los perfiles y elementos tubulares, se debe considerar sellar los espacios vacíos al medio ambiente, mediante soldaduras continuas teniendo cuidado que durante tales operaciones no penetre agua en el interior a ser sellado. El proyectista debe evaluar y definir en el proyecto, si el sistema de protección completo es aplicado en taller o es parcialmente aplicado en taller y luego completado en la obra, tomando en cuenta la naturaleza del sistema de protección seleccionado.

PREPARACION SUPERFICIAL Los grados de preparación superficial a aplicar a las superficies descubiertas o accesibles son los siguientes: Tabla 14.3.4 Preparación de superficies Norma Americana SSPC – SP1 SSPC – SP2 SSPC – SP3 SSPC – SP5 SSPC – SP6 SSPC – SP7 SSPC – SP10 SSPC – SP11 SSPC – SP12 SSPC – SP14 SSPC – SP15

14.3.5

Descripción Limpieza con solvente Limpieza con herramientas manuales Limpieza con herramienta motriz Arenado / Granallado al metal blanco Arenado / Granallado comercial Arenado / Granallado ligero Arenado / Granallado cercano al metal blanco Limpieza con herramienta motriz al metal desnudo Preparación y Limpieza de metales con chorro de agua (Wáter Jetting) Limpieza con chorro de grado Industrial Limpieza con herramienta motriz de grado comercial

SISTEMAS DE PINTURAS Considerando las propiedades que cada tipo de pintura posee, las cuales están indicadas en la tabla 14.3.5.a, la durabilidad requerida, la agresividad del medio ambiente y los requisitos del diseño; la presente norma recomienda los siguientes tipos de protección anticorrosiva mediante pinturas, indicados en las tablas 14.3.5.b y 14.3.5.c.

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Tabla 14.3.5.a Propiedades Generales de los diferentes tipos de pinturas Propiedades de los diferentes tipos de pinturas

Acrílicas

Alquídicas

Poliuretano aromático

Poliuretano alifáticos

Epóxicas

Silicato de Zinc

Fenólicos - Epóxicos

Poliéster/ Esteres vinílicos

E: Excelente B: Buena M: Mala - : No relevante

Retención del brillo Retención del color

E E

B B

M M

E E

M M

-

M M

B/M B/M

Resistencia a: Inmersión en agua Condensación / Lluvia Solventes Solventes (salpicaduras) Ácidos Ácidos (salpicaduras) Álcalis Álcalis (salpicaduras)

M E M M M B M B

M B M B M M M M

B E B B B B B B

M B M B M M M B

E E E E B B E E

B E E E M M M M

B E E E E E E E

E E E E E E E E

E B

E B

E E

E

E E

E E

B B

M M

M M

M M

M M

E E

E B

M M

Las propiedades pueden variar para diferentes formulaciones del mismo tipo de pintura (1)

Resistencia a secado mediante calor: 60° a 70° C E 70° a 120° C E/B M 120° a 150° C M Mayor a 150°C M Propiedades físicas Resistencia a la abrasión Resistencia al impacto Flexibilidad Dureza

M B B B

B M E E

B B B B

E E E B

E B E/B E/B

E M M E

M M M M

E B M M

Aplicación por: Brocha Rodillo Equipos de rociado

B M E

B E E

B B E

B B E

B B E

M M E

B B E

M M E

Los sistemas de pinturas indicados en las tablas 14.3.5.b y 14.3.5.c son ejemplos típicos de sistemas de pinturas a ser aplicados de acuerdo a la agresividad del ambiente indicada en 14.3.2.3. No se requiere protección contra la corrosión para la categoría C1, a no ser que se necesite pintar por razones estéticas, en cuyo caso se pueden usar los sistemas para categoría C2 considerando una preparación superficial SSPC - SP6 en lugar de la SSPC - SP10.

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En las tablas 14.3.5.b y 14.3.5.c se da información del tipo de imprimante a ser usado y se indica si es rico en zinc o basado en otros pigmentos. Para los imprimantes ricos en zinc, el contenido mínimo de pigmento de polvo de zinc de la porción no volátil debe ser mayor a 80% en peso, tanto para los tipos orgánicos (contienen de 50 a 75% de polvo de zinc en la película seca según la SSPC – paint 20) como para los inorgánicos (contienen de 75 a 95% de polvo de zinc en la película seca según la SSPC – paint 20). El Espesor de Película Seca (EPS) indicado en las tablas 14.3.5.b y 14.3.5.c es el Espesor de Película Seca Nominal (EPSN), y se debe verificar sobre el sistema de pintura completado así como también en forma separada para cada capa. No se aceptarán EPS menores al 80% del EPSN, medido según Norma ISO 2808, o SSPC-PA 2. El EPS promedio debe ser mayor o igual al EPSN para el sistema de pintura completo así como para cada capa. El Proyectista debe definir si la aplicación de la pintura se hará en taller o en campo, considerando las ventajas y desventajas de cada una. Las ventajas de aplicar la pintura en taller son: mejor control de aplicación, temperatura controlada, humedad relativa controlada, fácil reparación de daños, mayores rendimientos, mejor control de contaminación. Las desventajas son: posible limitación del tamaño de los componentes de la estructura, daños debido al manipuleo, transporte y montaje, el tiempo de exposición entra capas de pintura puede ser excedido y posible contaminación de la última capa. Después de que la estructura ha sido montada, cualquier daño al sistema de protección anticorrosivo debe ser reparado y la pintura de acabado debe ser retocada con el sistema de pintura de acabado de la estructura.

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Tabla 14.3.5.b: Sistemas de pintura para categorías C2, C3 y C4 Sistema de Preparación Pintura Superficial(1) No. SP2 S1.01 S1.02 S1.03 S1.04 S1.05 S1.06 S1.07 S1.08 S1.09 S1.10 S1.11 S1.12 S1.13 S1.14 S1.15 S1.16 S1.17 S1.18 S1.19 S1.20 S1.21 S1.22 S1.23 S1.24 S1.25 S1.26 S1.27 S1.28 S1.29 S1.30 S1.31 S1.32 S1.33 S1.34 S1.35 S1.36 S1.37 S1.38 S1.39 S1.40 S1.41 S1.42

SP10 x x x

x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x

Resinas para capa(s) imprimante(s) AK = Alquidico CR = Caucho clorado AY = Acrilico PVC = Vinílica EP = Epóxica ESI = Etil Silicato PUR = Poliuretano

Capa Imprimante

Capa de acabado incluyendo capas intermedias

Tipo de No. de EPSN(4) No. de EPSN(4) Resina(2) (3) (11) (11) imprimante manos µm manos µm AK, AY 1-2 100 EP, PUR Zn (R) 1-2 80 ESI Zn (R) 1 80 1 40 1 40 1 40 1 40 2 80 1 40 1-2 80 1 40 AK AK 2 80 1-2 80 1-2 80 1-2 80 1-2 80 2-3 120 1-2 80 2-3 120 AY 1 80 1 40 AY EP 1 160 1 40 2 80 1-2 80 AK, AY, CR 1-2 80 1-2 80 EP, PUR(7) 1 40 1-2 120 Zn (R) ESI(5) 1 80 1-2 80 AK, AY, CR 1-2 80 2-3 120 AY ESI(5) 1 80 CR 2-3 120 Zn (R) PVC(6) EP, PUR(7) 1 40 2-3 160 AK, AY, CR 1-2 80 2-3 160 ESI(5) 1 80 2-3 160 Zn (R) EP, PUR(7) 1 40 2-3 200 EP 1 160 1 120 1-2 80 2 160 AK, AY, CR BIT(6) 1-2 80 2-3 200 1-2 80 1 40 EP 1-2 80 1-2 80 EP, PUR(7) 1 40 1-2 120 Zn (R) ESI(5) 1 80 1-2 80 EP 1-2 80 2-3 120 EP, PUR(7) 1 40 2-3 160 Zn (R) ESI(5) 1 80 2-3 120 EP 1-2 80 2-3 160 EP PUR(8) EP, PUR(7) 1 40 2-3 200 Zn (R) ESI(5) 1 80 2-3 160 EP 1-2 80 2-3 200 EP, PUR(7) 1 40 2-3 240 Zn (R) ESI(5) 1 80 2-3 200 EP 1-2 80 3-4 240 EP, PUR(7) 1 40 3-4 280 Zn (R) ESI(5) 1 80 3-4 240 Pintura (líquida) Número de componentes Posible a base de agua Monocomponente Bicomponente X x X X x X x x X x X x Resina(2)

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Tabla 14.3.5.b Sistema de Sistema de Pintura Pintura No. Completo No. de EPSN(4) manos µm S1.01 1-2 100 S1.02 1-2 80 S1.03 1 80 S1.04 2 80 S1.05 2 80 S1.06 3 120 S1.07 2-3 120 S1.08 3-4 160 S1.09 2-4 160 S1.10 3-5 200 S1.11 3-5 200 S1.12 2 120 S1.13 2 200 S1.14 3-4 160 S1.15 2-4 160 S1.16 2-3 160 S1.17 2-3 160 S1.18 3-5 200 S1.19 3-4 200 S1.20 3-4 200 S1.21 3-5 240 S1.22 3-4 240 S1.23 3-4 240 S1.24 2 280 S1.25 3-4 240 S1.26 3-5 280 S1.27 2-3 120 S1.28 2-4 160 S1.29 2-3 160 S1.30 2-3 160 S1.31 3-5 200 S1.32 3-4 200 S1.33 3-4 200 S1.34 3-5 240 S1.35 3-4 240 S1.36 3-4 240 S1.37 3-5 280 S1.38 3-4 280 S1.39 3-4 280 S1.40 4-6 320 S1.41 4-5 320 S1.42 4-5 320

Durabilidad Esperada (9) (10) C3

C2 L

M

H

L

M

X X X X X X X X X X

X X X

X X

X X

X X

X X X X X X

X X X

X

X

X

X X

X

X

X X X X

X X X X

X X X X X X

X X

X X X

X X X X X X X X X

X X X

X X

X

X X X X X X X X

X X X X X X X

X

X X X X X X X

H

C4 L

M

H

X

X X X X

X

X X X X X X

X X X X X X X X X X X

X X X X X X X X

X X X X X X X X X X X X X X

X X X X X X X X X X X

X X X X

X X X X X X X X

Notas 1) Preparación Superficial de acuerdo a SSPC 2) Para explicación de abreviaturas ver pie de tabla 3) Zn (R) = Pintura de imprimación rica en zinc 4) EPSN = Espesor de Película Seca Nominal 5) Se recomienda que una de las capas intermedias sea usada como liga. 6) Se recomienda que su compatibilidad sea chequeada con el fabricante. 7) También es posible trabajar con EPSN de 80um considerando que la elección del imprimante rico en zinc del EP o PUR sea adecuada para tal EPSN. En este caso, el EPSN de todo el sistema debe ser ajustado en las capas subsiguientes 8) Si se requiere como característica retención de brillo y color, se recomienda que la última capa sea basada en un PUR alifático. 9) Hay pinturas que normalmente se usan para categorías de corrosión exclusivas a pesar de que pueden funcionar para categorías menos exigentes pero no es usual su uso. 10) L = Bajo, M = Medio, H = Alto 11) El número de “manos” y el EPS están basados considerando que la pintura se va a aplicar con Pistola Air Less (sin aire)

238

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Tabla 14.3.5.c: Sistemas de pintura para categoría C5 Sistema de Preparación Pintura No. Superficial(1) SP2 S5.01

SP10 Resina(2) x

Capa de acabado incluyendo capas intermedias

Capa Imprimante Tipo de No. de imprimante(3) manos

CR

EPSN(4) µm

1-2

80

2

120

Resina(2)

No. de EPSN(4) manos µm 2

120

1-2

-80

Misc. S5.02

x

EP, PUR(5)

AY, CR, PVC S5.03

x

1

80

3

200

1

80

4

240

1

40

2

200

1

40

3-4

280

1

40

2

120

1

80

2

120

1

40

3

200

1

80

2-4

160

1

80

3

200

1

80

3

200

ESI(6) S5.04

x

S5.05

x

S5.06

x

S5.07

x

S5.08

x

EP, PUR

S5.09

x

EP, PUR(5)

Zn (R) EP, PUR(5)

Misc.

EP+CR(10)

Zn (R) S5.10

x

ESI(6)

S5.11

x

EP, PUR

Misc.

S5.12

x ESI(6)

Zn (R)

EP, PUR(7)

S5.13

x

1

80

2-4

240

S5.14

x

1

150

1

150

S5.15

x

1-2

80

3-4

240

S5.16

x

1

250

1

250

S5.17

x

ESI(6)

Zn (R)

1

80

EP+CTE(9,10)

2

200

S5.18

x

CTV(9)

Al(8)

1

100

CTV(9)

2

200

S5.19

x

EP, PUR

Misc.

1

400

-

-

-

S5.20

x

EP, PUR(5)

Zn (R)

1

40

CTV(9)

3

360

S5.21

x

CTE(9)

Misc.

1

100

2

200

3

360

EP, PUR

Misc.

CTE(9) S5.22

x

Resinas para capa(s) imprimante(s) CR = Caucho clorado EP = Epóxica PUR = Poliuretano ESI = Etil Silicato CTV = Vinílica Coal Tar CTE = Epóxica Coal Tar

EP, PUR(5)

Zn (R)

1

40

Pintura (líquida) Número de componentes Monocomponente Bicomponente X X X X x X x

239

Posible a base de agua x

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Tabla 14.3.5.c Sistema de Pintura No.

Durabilidad Esperada (11)

Sistema de Pintura Completo No. de manos

EPSN µm

C5 (4)

L

M

H

S5.01

3-4

200

X

S5.02

3-4

200

X

S5.03

4

280

X

X

S5.04

5

320

X

X

S5.05

3

240

X

X

S5.06

4-5

320

X

X

S5.07

3

160

X

X

S5.08

3

200

X

S5.09

4

240

X

X

X

S5.10

3-5

240

X

X

X

S5.11

4

280

X

X

X

S5.12

4

280

X

X

X

S5.13

3-5

320

X

X

X

S5.14

2

300

X

X

X

S5.15

4-6

320

X

X

X

S5.16

2

500

X

X

X

S5.17

3

280

X

X

X

S5.18

3

300

X

X

X

S5.19

1

400

X

X

X

S5.20

4

400

X

X

X

S5.21

3

300

X

X

X

S5.22

4

400

X

X

X

X

Notas 1) 2) 3) 4) 5)

6) 7) 8) 9) 10) 11)

Preparación Superficial de acuerdo a SSPC Para explicación de abreviaturas ver pie de tabla Zn (R) = Pintura de imprimación rica en zinc EPSN = Espesor de Película Seca Nominal También es posible trabajar con EPSN de 80 µm considerando que la elección del imprimante rico en zinc del EP o PUR sea adecuada para tal EPSN. En este caso, el EPSN de todo el sistema debe ser ajustado en las capas subsiguientes. Se recomienda que una de las capas intermedias sea usada como liga. Si se requiere como característica retención de brillo y color, se recomienda que la última capa sea basada en un PUR alifático Al = Imprimante pigmentado de aluminio. Alternativas para Coal Tar están disponibles. La primera abreviatura se refiere a la capa intermedia y la segunda a la capa superior L = Bajo, M = Medio, H = Alto

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En ausencia de otros requisitos en los planos o especificaciones, debe limpiarse a mano el acero de residuos de oxidación, escamas de laminación, suciedad y otras sustancias extrañas, antes del pintado, con un cepillo de alambre o por otros métodos elegidos por el fabricante conforme a los requisitos del fabricante de la pintura. A menos que sea específicamente excluida, la pintura debe aplicarse con brocha, pulverizador, rodillo o inmersión, a elección del fabricante. Cuando se use el término recubrimiento de taller o pintura de taller, sin un sistema de pintura especificado, debe aplicarse una pintura estándar con un mínimo de película seca de 25 micrones. El acero que no requiera pintado en taller debe limpiarse de aceite o grasa con solventes limpiadores y debe eliminarse la suciedad y otras sustancias extrañas, con escobilla de alambre u otros sistemas adecuados. Se esperan abrasiones causadas por el manipuleo después del pintado. El retocado de estas áreas es responsabilidad del contratista, quien debe repararlas en el lugar de la obra. No se requiere el pintado en el taller a menos que esté especificado en los planos y especificaciones. 14.3.6

Superficies Inaccesibles Excepto para superficies en contacto, las superficies inaccesibles después del ensamblado en el taller deben ser limpiadas y pintadas antes del ensamblaje, si es requerido en los planos o especificaciones.

14.3.7

Superficies en Contacto El pintado es permitido incondicionalmente en las conexiones tipo aplastamiento. Para conexiones críticas de deslizamiento, las superficies en contacto deberán cumplir los siguientes requisitos: • En juntas que no se pinten, debe dejarse sin pintar un área que esté a 25 mm o un diámetro del perno del borde de cualquier hueco y además el área dentro del grupo de pernos. • En juntas especificadas como pintadas, las superficies en contacto serán arenadas y cubiertas con una pintura calificada como Clase A ó B mediante ensayos que cumplan el "Test Method to Determine the Slip Coefficient for Coatings Used in Bolted Joints" del Research Council on Structural Connections. El fabricante de la pintura debe entregar un copia certificada de estos ensayos. • Las juntas pintadas no deben ensamblarse antes que la pintura se haya curado por un tiempo mínimo igual al empleado en los ensayos de calificación.

241

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• Las superficies de contacto especificadas como galvanizadas, deben serlo por inmersión en caliente de acuerdo con la Norma ASTM A123 y deben ser posteriormente rasqueteadas manualmente con escobillas de alambre. No se permitirá el uso de rasqueteadoras eléctricas. • No se permite el empleo de pernos usados A490 y galvanizados A325. Otros pernos A325 puedan volverse a usar si está autorizado por el Proyectista. El reajustado de pernos que se puedan haber aflojado no se considera como un nuevo uso. 14.3.8

Superficies Acabadas por Maquinado Las superficies acabadas por maquinado deben de ser protegidas contra la corrosión por un revestimiento inhibidor de corrosión que pueda ser removido antes del montaje, o que tenga las características que hacen que su remoción antes del montaje sea innecesaria.

14.3.9

Superficies Adyacentes a las Soldaduras en Obra A menos que se especifique otra cosa en los planos y especificaciones, las superficies dentro de los 50 mm de cualquier punto de soldadura en obra deberán de estar libre de materiales que pueden impedir una soldadura apropiada ó producir humos o gases perjudiciales durante la soldadura.

14.3.10 Protección contra el fuego Las estructuras de acero, deben cumplir con los requisitos de seguridad y protección contra el fuego, requeridos en la Norma A.130 REQUISITOS DE SEGURIDAD del Reglamento Nacional de Edificaciones. Cuando no hayan sistemas de protección activa en la edificación o se haya determinado un requerimiento de resistencia al fuego de la estructura de acero o parte de esta, se debe proveer de la protección adecuada, pudiéndose adoptar sistemas de protección pasivos, tales como: revestimientos con planchas cortafuego, revestimiento de concreto, aplicación de un sistema de pinturas intumescentes, etc. La elección del sistema debe estar acorde con la exigencia de resistencia al fuego, determinada en horas, requerida por el proyecto. Cuando se use un sistema de protección a base de pinturas ignifugas o intumescentes, se debe requerir del fabricante, la certificación correspondiente de que el sistema cumple la resistencia al fuego, en horas, requerida por el proyecto. Debe tomarse en consideración que si la elección del sistema de protección pasiva, es a base de un sistema de pinturas ignifugas o intumescentes, este sistema debe ser adicional y compatible con el sistema de protección anticorrosiva propuesto.

242

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14.4

MONTAJE

14.4.1

Método de Montaje El ejecutor del montaje debe usar el método más eficiente y económico de montaje, así como una secuencia de montaje, consistente con los planos y especificaciones.

14.4.2

Condiciones del Lugar de la Obra De acuerdo al contrato, se debe proporcionar y mantener acceso al lugar de la obra y a través de la misma para el movimiento seguro de los equipos de montaje y las estructuras a montarse. Especial cuidado se debe tener con la remoción o reubicación de líneas de energía eléctrica, teléfono, gas, agua, desagüe y otras, de forma de tener un área de trabajo segura. El estricto cumplimiento de la Norma G.050 SEGURIDAD DURANTE LA CONSTRUCCIÓN, es de vital importancia para el montaje seguro de las estructuras.

14.4.3

Cimentaciones El ejecutor de la obra civil es responsable de la ubicación precisa, resistencia y accesibilidad a todas las cimentaciones de las estructuras metálicas.

14.4.4

Ejes de Edificación y Puntos de Nivel de Referencia Es responsabilidad del ejecutor de la obra civil seguir la ubicación precisa de los ejes de edificación y puntos de nivel de referencia en el lugar de ubicación de la estructura. El ejecutor del montaje debe contar con un plano de obra que incluya toda la información descrita.

14.4.5

Instalación de Pernos de Anclaje y Otros

14.4.5.1 La ubicación de los pernos de anclaje es de responsabilidad del contratista de la obra civil conforme a un plano aprobado; su ubicación no debe variar de las dimensiones mostradas en los planos de montaje en más de las siguientes tolerancias de montaje: a) 3,0 mm centro a centro de dos pernos cualquiera dentro de un grupo de pernos de anclaje, donde un grupo de pernos de anclaje se define como un conjunto de pernos, que reciben un elemento individual de acero. b) 6,0 mm centro a centro de grupos de pernos de anclaje adyacentes. c) Elevación de la cabeza del perno: ± 13 mm. d) Una acumulación de 6,0 mm en 30 m a lo largo del eje de columnas establecido con múltiples grupos de pernos de anclaje, pero no debe exceder un total de 25 mm, donde el eje de columna establecido es el eje real de obra más representativo de los centros de los grupos de pernos como han sido instalados a lo largo del eje de columnas. e) 6,0 mm desde el centro de cualquier grupo de pernos de anclaje al eje de columnas establecido para el grupo.

243

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f) Las tolerancias de los párrafos b, c y d se aplican a las dimensiones desplazadas mostrados en los planos, medidas paralelamente y perpendicularmente al eje de columna establecido más cercano a las columnas individuales mostradas en los planos a ser desplazados de los ejes establecidos de las columnas. 14.4.5.2 A menos que se indique de otra forma los pernos de anclaje se colocan perpendiculares a la superficie teórica de apoyo. 14.4.5.3 Dispositivos de apoyo El contratista de la obra civil, coloca en los ejes y niveles todas las planchas de nivelación, tuercas de nivelación y planchas de apoyo, que pueden ser manipuladas sin plumas o grúas de izaje. Todos los otros dispositivos de apoyo de las estructuras son colocados y acuñados, enlainados o ajustados con pernos de nivelación por el ejecutor del montaje conforme a los ejes y niveles establecidos en los planos. El fabricante de la estructura metálica proporciona las cuñas, lainas y pernos de nivelación que son requeridas y describe claramente los dispositivos de anclaje con los ejes de trabajo para facilitar su adecuado alineamiento. A la brevedad luego de la instalación de los dispositivos de apoyo, el contratista de la obra civil verifica los ejes, niveles y la inyección del mortero de relleno conforme se requiera. La ubicación final y la adecuada inyección del mortero de relleno son de responsabilidad del contratista de la obra civil. Las tolerancias de elevación relativas a los niveles establecidos de los dispositivos de apoyo instalados por el contratista de la obra civil son ± 3,0 mm. 14.4.6

Material de Conexión de Campo

14.4.6.1 El fabricante proporciona detalles de las conexiones de acuerdo con las exigencias de los planos y especificaciones técnicas. 14.4.6.2 Cuando el fabricante se encarga del montaje de la estructura metálica, debe suministrar todos los materiales requeridos para las conexiones temporales y permanentes de los elementos estructurales que componen la estructura. 14.4.6.3 Cuando el montaje no es realizado por el fabricante, este debe suministrar el siguiente material para las conexiones de obra: a) Los pernos en el tamaño requerido y en cantidad suficiente para todas las conexiones de obra que sean permanentemente empernados. A menos que se especifiquen pernos de alta resistencia, se suministrarán pernos comunes ASTM A307. Se debe suministrar un 2% adicional de cada tamaño de perno. b) Las planchas de relleno mostradas como necesarias para la presentación de las conexiones permanentes de los elementos estructurales. c) Las barras o platinas de respaldo que puedan requerirse para la soldadura de obra.

244

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14.4.6.4 El contratista de montaje debe proporcionar todos los electrodos de soldadura, pernos de ajuste y pasadores que se usen en el montaje de la estructura metálica. 14.4.7

Apoyos Temporales de la Estructura de Acero

14.4.7.1 El ejecutor del montaje debe determinar, proporcionar e instalar los apoyos temporales tales como: tirantes temporales, arriostres, obra falsa y otros elementos requeridos para las operaciones de montaje. Estos apoyos temporales deben asegurarar a la estructura metálica o a cualquiera de sus partes contra cargas comparables a aquellas para las cuales la estructura fue diseñada, resultantes de la acción del viento, sismos y operaciones de montaje. 14.4.7.2 Estructuras autosoportantes Una estructura autosoportante es aquella que proporciona la estabilidad y resistencia requerida para soportar las cargas de gravedad, de viento y de sismo sin interactuar con otros elementos estructurales. El ejecutor del montaje debe suministrar e instalar solamente aquellos soportes temporales que son necesarios para asegurar cualquier elemento de la estructura metálica hasta que sean estables sin apoyos externos. 14.4.7.3 Estructuras no autosoportantes Una estructura no autosoportante es aquella que, cuando está totalmente ensamblada y conectada, requiere interactuar con otros elementos que no forman parte de la estructura de acero, para tener estabilidad y resistencia para resistir las cargas para las cuales la estructura ha sido diseñada. Tales estructuras serán designadas claramente como estructuras no autosoportantes. Los elementos mayores que no forman parte de la estructura de acero, tales como diafragmas metálicos, muros de corte de albañilería y/o concreto armado, deben ser identificados en los planos y especificaciones técnicas. Cuando los elementos que no son de acero estructural interactúan con los elementos de la estructura de acero para proporcionar estabilidad y/o resistencia para soportar las cargas, el contratista de la obra civil es responsable de la adecuación estructural y de la instalación a tiempo de tales elementos. 14.4.7.4 Condiciones especiales de montaje Cuando el concepto de diseño de una estructura depende del uso de andamios, gatas o cargas, las cuales deben ser ajustadas conforme el montaje progresa para instalar o mantener contraflechas o presfuerzo, tal requisito debe estar indicado en los planos y especificaciones técnicas.

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14.4.8

Tolerancias de la Estructura

14.4.8.1 Dimensiones generales Se aceptan variaciones en las dimensiones generales terminadas de las estructuras. Tales variaciones se considera que están dentro de los límites de una buena práctica de montaje cuando ellas no exceden los efectos acumulados de las tolerancias de laminación, tolerancias de fabricación y tolerancias de montaje. 14.4.8.2 Puntos y ejes de trabajo Las tolerancias de montaje se definen con relación a los puntos de trabajo del elemento y a ejes de trabajo como sigue: a) Para elementos distintos a elementos horizontales, el punto de trabajo del elemento es el eje centroidal en cada extremo del elemento. b) Para elementos horizontales, el punto de trabajo es el eje centroidal del ala superior en cada extremo. c) Estos puntos de trabajo pueden ser substituidos por otros por facilidad de referencia, siempre que estén basados en estas definiciones. d) El eje de trabajo de un elemento es una línea recta que conecta los puntos de trabajo del elemento. 14.4.8.3 Posición y alineamiento Las tolerancias de posición y alineamiento de los puntos y ejes de trabajo de los elementos son como sigue: 14.4.8.3.1 Las columnas individuales se consideran aplomadas si la desviación del eje de trabajo no excede 1:500, sujeta a las siguientes limitaciones: a) Los puntos de trabajo de columnas adyacentes a las cajas de ascensores pueden estar desplazados no más de 25 mm del eje de columnas establecido, en los primeros 20 pisos; encima de este nivel el desplazamiento puede ser incrementado en 0,75 mm por cada piso individual hasta un máximo de 50 mm. b) Los puntos de trabajo de columnas exteriores pueden ser desplazados del eje de columnas establecido no más de 25 mm hacia adentro, ni más de 50 mm hacia fuera del eje del edificio en los primeros 20 pisos; por encima de este piso el desplazamiento puede ser incrementado 1,5 mm por cada piso adicional pero no puede exceder un total desplazado de 50 mm hacia adentro ni 75 mm hacia fuera del eje de la edificación. c) Los puntos de trabajo de columnas exteriores en cualquier nivel de empalme para edificios de múltiples pisos y en lo alto de columnas de edificios de un piso no pueden caer fuera de una envolvente horizontal paralela al eje del edificio de 40 mm de ancho para edificios de hasta 90 metros de longitud. El ancho de la envolvente puede ser incrementado en 13 mm por cada 30 metros adicionales en longitud, pero no puede exceder 75 mm.

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d) Los puntos de trabajo de columnas exteriores pueden estar desplazados del eje de columnas establecido en una dirección paralela al eje del edificio no más de 50 mm en los primeros 20 pisos, encima de este piso el desplazamiento puede ser incrementado en 1,5 mm por cada piso adicional, pero no pueden exceder un desplazamiento total de 75 mm paralelo al eje del edificio. 14.4.8.3.2 Elementos diferentes a columnas a) El alineamiento de elementos consistentes de una sola pieza recta sin empalmes de obra, excepto elementos en volado, es considerado aceptable si la variación en alineamiento es causada solamente por la variación del alineamiento de columnas y/o por el alineamiento de elementos soportantes principales dentro de los límites permisibles para la fabricación y montaje de tales elementos. b) La elevación de elementos conectados a columnas es considerada aceptable si la distancia desde el punto de trabajo del elemento a la línea superior de empalme de la columna no se desvía más de 5 mm hacia arriba, o menos de 8 mm hacia abajo de la distancia especificada en los planos. c) La elevación de elementos distintos a los conectados a columnas, los cuales consisten de piezas individuales, se considera aceptable si la variación en la elevación real es causada solamente por la variación en elevación de los elementos de soporte, los cuales están dentro de los límites permisibles para la fabricación y montaje de tales elementos. d) Piezas individuales, las que son partes de unidades ensambladas en obra y contienen empalmes de obra entre puntos de apoyo, se consideran aplomadas, niveladas y alineadas si la variación angular del eje de trabajo de cada pieza relativa al plano de alineamiento no excede 1: 500. e) La elevación y alineamiento de elementos en volado será considerada aplomada, nivelada y alineada si la variación angular del eje de trabajo desde una línea recta extendida en la dirección plana desde el punto de trabajo a su extremo de apoyo no excede 1: 500. f) La elevación y alineamiento de elementos de forma irregular será considerada aplomada, nivelada y alineada si los elementos fabricados están dentro de sus tolerancias y sus elementos de apoyo o elementos están dentro de las tolerancias especificadas en esta norma. 14.4.8.3.3 Elementos anexados Las tolerancias en posición y alineamiento de elementos anexados como dinteles, apoyo de muros, ángulos de borde y similares serán como sigue: a) Los elementos anexados se consideran propiamente ubicados en su posición vertical cuando su ubicación está dentro de 9 mm de la ubicación establecida desde la línea superior de empalme de la columna más cercana a la ubicación del apoyo como se especifique en los planos. b) Los elementos anexados se consideran propiamente ubicados en su posición horizontal cuando su ubicación está dentro de 9 mm de la correcta ubicación relativa al eje de acabado establecido en cualquier piso particular.

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c) Los extremos de elementos anexados se consideran propiamente ubicados cuando están alineados dentro de 5 mm entre uno y otro vertical y horizontalmente. 14.4.9

Corrección de Errores Las operaciones normales de montaje incluyen la corrección de defectos menores con moderadas operaciones de agrandado de agujeros, recortes, soldadura o corte y el posicionado de elementos mediante el uso de punzones. Los errores que no puedan ser corregidos con las operaciones mencionadas o aquellos que requieran cambios mayores en la configuración de los elementos deben reportarse inmediatamente al supervisor de obra y al fabricante por parte del ejecutor del montaje para establecer la responsabilidad en la corrección del error o para aprobar el método más adecuado de corrección a ser empleado.

14.4.10 Manipulación y Almacenamiento El ejecutor del montaje debe tomar un cuidado razonable en la adecuada manipulación y almacenamiento del acero durante las operaciones de montaje para eliminar la acumulación de suciedad y sustancias extrañas. 14.5

CONTROL DE CALIDAD El fabricante debe proporcionar procedimientos de control de calidad hasta un nivel que considere necesario para asegurar que todo el trabajo se realice de acuerdo con esta especificación. Además de los procedimientos de control de calidad del fabricante, el material y la mano de obra pueden ser sujetos a inspección en cualquier momento por inspectores calificados que representen al propietario. Si se requiere que tales inspecciones sean realizadas por representantes del propietario, esto deberá estar establecido en los documentos de diseño o contrato.

14.5.1

Cooperación En lo posible, toda inspección realizada por representantes del propietario debe de ser hecha en la planta del fabricante. El fabricante debe cooperar con el inspector, permitiendo el acceso a todos los lugares donde se está haciendo el trabajo. El inspector debe programar su trabajo de manera de interferir en lo mínimo el trabajo del fabricante.

14.5.2

Rechazos El material o mano de obra que no cumpla con las disposiciones de esta norma puede ser rechazado en cualquier momento durante el avance del trabajo. El fabricante debe recibir copia de todos los reportes suministrados al propietario por el inspector.

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14.5.3

Inspección de la Soldadura. Requisitos Generales • Alcance a) Inspección y Estipulaciones del Contrato. La inspección y ensayo durante la fabricación deben realizarse antes del ensamblaje, durante el ensamblaje, durante la soldadura y después de la soldadura para asegurar que los materiales y la mano de obra cumplan los requisitos de los planos y especificaciones técnicas. La inspección y los ensayos de verificación deben realizarse y los resultados deben informarse al propietario y al contratista de una manera oportuna para evitar retrasos en el trabajo. La inspección y ensayos durante la fabricación y montaje son de responsabilidad del contratista, a menos que se establezca otra cosa en los documentos del contrato. b) Requisito de Calificación del Inspector. Bases para la Calificación. Los inspectores responsables de la aceptación o rechazo del material y la mano de obra empleada deben de ser calificados. La base para la calificación del inspector debe ser documentada. Si el ingeniero proyectista elige especificar las bases para la calificación del inspector, estas deben aparecer en los planos o especificaciones técnicas o documentos del contrato. Las bases de calificación aceptables son las siguientes: 1) Inspector de soldadura certificado por el AWS. 2) Inspector de soldadura certificado por una institución autorizada para realizar este tipo de certificación. Examen de la Vista. Los inspectores deben pasar un examen de la vista, con o sin lentes correctores cada 3 años o menos para probar que tienen una agudeza de visión adecuada. c) Inspección de Materiales. El inspector debe asegurar que se use sólo materiales que cumplan los requisitos de esta norma. • Inspección de los Procedimientos de Soldadura (WPS) y de los Equipos El inspector debe revisar todos los procedimientos a ser usados para el trabajo y debe asegurarse que ellos cumplan los requisitos de esta norma.

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El inspector debe inspeccionar los equipos de soldadura a usarse en el trabajo para asegurar que cumplan los requisitos de esta norma. • Inspección de la Calificación del Soldador El inspector sólo debe permitir que la soldadura sea realizada por soldadores, operadores de soldadura y soldadores provisionales que sean calificados o debe de asegurarse que cada uno de ellos haya demostrado previamente tal calificación bajo otra supervisión aceptable. • Inspección del Trabajo y los Registros El inspector debe asegurar que el tamaño, la longitud y ubicación de todas las soldaduras cumplan los requisitos establecidos en los planos y que no se haya añadido soldaduras no especificadas sin aprobación. El inspector debe asegurarse que se haya empleado sólo procedimientos que cumplan las provisiones de esta norma. El inspector debe asegurarse que los electrodos se usen sólo en la posición y con el tipo de corriente y polaridad para los cuales están clasificados. El inspector debe, a intervalos adecuados, observar la preparación de juntas, las prácticas de ensamblaje, las técnicas de soldadura y los rendimientos de cada soldador, para asegurarse que se cumpla los requisitos de esta norma. El inspector debe mantener un registro de calificaciones de todos los soldadores, así como de todas las calificaciones de los procedimientos de soldadura (WPS) u otros ensayos realizados y otras informaciones que se puedan requerir. El inspector debe examinar el trabajo para asegurarse que cumpla los requisitos de esta norma. Otros criterios de aceptación, diferentes de aquellos especificados en la norma, pueden ser usados cuando sean aprobados por el ingeniero proyectista. El tamaño y el contorno de la soldadura deben de ser medidos con calibradores adecuados. El examen visual de grietas en soldaduras y en el metal base y otras discontinuidades deberá de ser realizado con luz potente y lunas de aumento u otros dispositivos que pueden ayudar. d) Criterios de Aceptación • Alcance. La extensión del examen y los criterios de aceptación deben de estar especificados en los planos o especificaciones técnicas o documentos de contrato. • Inspección visual Todas las soldaduras deben de ser inspeccionadas visualmente y son aceptables si satisfacen los criterios de la Tabla 14.5.3. Cuando se requiera que la inspección visual sea realizada por inspectores de soldadura certificados, esto debe de ser especificada en los planos ó especificaciones técnicas o documentos de contrato.

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TABLA 14.5.3 CRITERIOS DE ACEPTACIÓN EN LA INSPECCIÓN VISUAL

Categoría de Discontinuidad y Criterio de Inspección

Conexiones de Conexiones de Conexiones de Elementos No elementos No Elementos Tubulares Tubulares Tubulares Cargadas Cargadas (Todas las Estáticamente Cíclicamente Cargas)

1)

Prohibición de Grietas La soldadura no debe tener grietas.

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2)

Fusión de la Soldadura/Metal de Base Debe existir una completa fusión entre los diferentes cordones de soldadura y entre la soldadura y el metal base.

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Sección Recta del Cráter Todas las cavidades deben ser llenadas a la sección recta completa, excepto en los extremos de las soldaduras de filete intermitentes fuera de su longitud efectiva.

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(4) Perfil de Soldadura Los perfiles de soldadura deben de estar de acuerdo con 14.2.4.e

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(5) Tiempo de Inspección La inspección visual de las soldaduras en todos los aceros puede empezar inmediatamente después que la soldadura completa se haya enfriado a temperatura ambiente. Los criterios de inspección para los aceros ASTM A514, A517 deben estar basados en la inspección visual realizada a no menos de 48 horas después de finalizada la soldadura.

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(6) Menor Tamaño de Soldadura Una soldadura de filete en cualquier soldadura continua simple, puede tener un menor tamaño, que el tamaño nominal del filete especificado por 1,6 mm sin corrección, si la porción de menor tamaño de la soldadura no excede el 10% de la longitud de la soldadura. En la soldadura de alma a ala en vigas, no se permite el menor tamaño de soldadura, en los extremos, para una longitud igual a 2 veces el ancho del ala.

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3)

7)

Socavación (a) Para materiales menores que 25 mm de espesor, la socavación no debe exceder 1 mm con la excepción que se permite un máximo de 1,6 mm para una longitud acumulada de 50 mm en cualquier tramo de 300 mm. Para materiales iguales o mayores que 25 mm de espesor, la socavación no debe exceder 1,6 mm para cualquier longitud de soldadura. (b) En elementos principales, la socavación no debe ser mayor que 0,25 mm de profundidad cuando la soldadura es transversal al esfuerzo de tracción bajo cualquier condición de carga de diseño y menor de 1 mm de profundidad para todos los otros casos.

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TABLA 14.5.3 (Continuación) CRITERIOS DE ACEPTACIÓN EN LA INSPECCIÓN VISUAL

Categoría de Discontinuidad y Criterio de Inspección

8)

Conexiones de Conexiones de Conexiones Elementos No Elementos No Tubulares Tubulares Tubulares Cargadas Cargadas (Todas las Estáticamente Cíclicamente Cargas)

Porosidad (a) la soldadura acanalada de penetración total en uniones a tope transversales a la dirección del esfuerzo calculado de tracción no debe tener porosidad alargada visible. Para todas las otras soldaduras acanaladas y para soldaduras de filete, la suma de la porosidad alargada visible con diámetros de 1 mm y mayores no debe exceder 10 mm en cualquier tramo de 25 mm de soldadura y no debe exceder 19 mm en cualquier tramo de 300 mm de longitud de soldadura. (b) La frecuencia de la porosidad alargada en soldaduras de filete no debe exceder una en 100 mm de longitud de soldadura y el diámetro máximo no debe exceder 2 mm. Excepción: para soldaduras de filete conectando rigidizadores al alma, la suma de los diámetros de porosidad alargada no debe exceder 10 mm en cualquier tramo lineal de 25 mm y no debe exceder 19 mm en cualquier tramo de 300 mm de longitud de soldadura. (c) La soldadura acanalada de penetración total en conexiones a tope transversales a la dirección del esfuerzo calculado de tracción, no debe tener porosidad alargada. Para todas las otras soldaduras acanaladas, la frecuencia de la porosidad alargada no debe exceder de una en 100 mm de longitud y el diámetro máximo no debe exceder 2 mm.

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• Ensayo de partículas magnéticas y líquidos penetrantes Las soldaduras que están sujetas a ensayos de partículas magnéticas y líquidos penetrantes, en adición a la inspección visual, deben ser evaluadas sobre la base de los requisitos para la inspección visual. Los ensayos deben ser realizados de acuerdo con la Norma ASTM E709, y los criterios de aceptación deben estar de acuerdo con la Sección 6, parte C de la Norma ANSI/AWS D1.1, lo que sea aplicable. • Ensayos no Destructivos Excepto para conexiones de elementos tubulares, todos los métodos de ensayos no destructivos, incluyendo requisitos y calificaciones de equipo, calificación del personal, métodos operativos de equipo y los criterios de aceptación, deben estar de acuerdo con la Sección 6, Inspección de la Norma ANSI/AWS D1.1. Las Soldaduras sujetas a ensayos no destructivos deben de ser aceptables por la inspección visual de acuerdo con la Tabla 14.5.3 252

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Los ensayos de soldaduras sujetas a ensayos no destructivos pueden empezar inmediatamente después que la soldadura terminada se haya enfriado a temperatura ambiente. Cuando se requiera ensayos no destructivos, el proceso, la extensión y los criterios de aceptación deben estar claramente definidos en los planos o especificaciones técnicas o documentos de contrato. 14.5.4

Inspección de Conexiones con Pernos de Alta Resistencia de Deslizamiento Crítico. La inspección de las conexiones empernadas de alta resistencia de deslizamiento crítico debe cumplir los siguientes requisitos: • Todas las conexiones deben inspeccionarse para asegurar que las distintas superficies de los elementos conectados tengan un contacto pleno. En todas las conexiones, el inspector debe observar la instalación y el ajuste de los pernos para asegurar que se hagan de acuerdo con uno de los procedimientos indicados en 10.3.1. • Si se ha especificado o se considera la verificación de la tracción aplicada a los pernos, el inspector debe verificar el torque aplicado a los pernos mediante una llave de torsión manual con un indicador de torque. No se aceptan relaciones torque a tracción obtenidas de tablas o fórmulas. La relación se debe determinar en un ensayo con un aparato medidor de tracciones por un Laboratorio de Ensayos de Materiales competente. La llave de torsión debe calibrarse diariamente con este aparato. En este caso debe inspeccionarse el 10% de los pernos pero no menos de dos, seleccionados al azar. Si se encuentra algún perno incorrectamente ajustado, se deben verificar todos los pernos.

14.5.5

Identificación de la Calidad del Material El fabricante de la estructura es responsable de contar con los resultados de inspección y ensayos, de los materiales o productos, realizados en el Perú, antes de su utilización. La evidencia de conformidad del producto se debe expresar con resultados de inspección y ensayos realizados en el Perú, por organismos de evaluación de la conformidad acreditados por el Instituto Nacional de Calidad (INACAL), reportados en un Informe de Ensayo (NTP-ISO/IEC 17025), o en un Certificado/Informe de Inspección (NTP-ISO/IEC 17020), o en un Certificado de Conformidad de Producto (NTP-ISO/IEC 17065) De no existir organismos de evaluación de la conformidad acreditados en el país para un ensayo especifico, se aceptan los reportes emitidos por laboratorios acreditados en otros países que tengan un acuerdo multilateral con el INACAL, adjuntando un documento emitido por el INACAL indicando que tales organismos de evaluación de la conformidad no existen en el Perú.

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