Manual de Perfiles 1

Transcripción

1 Manua de Perfies 1

2 Contenido 1 Generaidades Descripción de os perfies de acero formados en frío Ventajas Procesos de fabricación Materia prima Gavanización Formación en frío Perfies perforados Perfies recubiertos con anticorrosivo Perfies estructuraes Tipos de perfies Características de os materiaes Apicaciones 7 2 Diseño estructura Bases de diseño Diseño con Coeficientes de Carga y Resistencia, DCCR (Load and Resistance Factor Design, LRFD) Combinaciones de carga, coeficientes de resistencia y factores de seguridad Combinaciones de carga Coeficientes de resistencia Cácuo de esfuerzos y diseño de miembros estructuraes Miembros en tensión Miembros a compresión cargados concéntricamente Secciones sencias y cajón sometidas a compresión Resistencia de diseño a a compresión por pandeo distorsiona Cortante Miembros a feión Resistencia de diseño a feión de a sección Resistencia de diseño a pandeo atera torsiona de secciones abiertas (secciones C, I y Z) Resistencia de diseño a pandeo atera y torsiona de secciones cajón Miembros en feión con un aa sujeta a un sistema de cubierta tipo junta continua (teja sin trasapo) Resistencia de diseño a a feión por pandeo distorsiona Miembros a feión conformados por dos secciones C espada con espada Arrugamiento de ama Esfuerzos combinados Feión y cortante Feión y arrugamiento de ama Feocompresión Diseño de coneiones Coneiones sodadas Tipos de sodadura Materiaes y procedimientos de sodaduras en perfies Acesco Apicaciones de os eectrodos, designación de a sodadura y preparación de bordes Ecuaciones de diseño de coneiones sodadas Coneiones pernadas y atorniadas Área de esfuerzo de eementos roscados Espaciamiento y distancia Tensión en a parte conectada Fuerza cortante en a parte conectada Resistencia a apastamiento Fuerza cortante y tensión en pernos Combinación de cortante y desgarramiento de miembro que está en contacto con a cabeza de tornio (Puover) en tornios Ruptura por cortante en tornios Ancajes a concreto Resistencia de os ancajes Resistencia a tensión Resistencia a cortante Tensión y corte combinados 27 3 Ejempos Ejempo de diseño correas Luz simpe Ejempo de diseño correas Luz continua Ejempo de apicación miembro sometido a feo compresión Ejempo de apicación de sodadura de fiete Ejempo de apicación de diseño de pacas pernadas Ejempo de apicación de diseño de ancajes 38 4 Apendices Apéndice 1. Propiedades mecánicas y de diseño Apéndice 2. Tensión y compresión Apéndice 3. Feión Apéndice 4. Cortante Apéndice 5. Chequeo a arrugamiento de ama Apéndice 6. Diagramas de momento y cortante Apéndice 7. Detaes constructivos

3 1Generaidades 1.1 Descripción de os perfies de acero formados en frío Los perfies de acero formados en frío son eementos cuyo espesor varía entre.4 mm y 6.4 mm, empeados en a industria banca, industria automotriz, equipos contenedores, drenajes y, también, en e sector de a construcción para a fabricación de estructuras metáicas, como correas de cubiertas y como viguetas para sistemas de entrepiso. E uso y desarroo de estos perfies están reguados por e Regamento Coombiano de Construcción Sismorresistente NSR1 (capítuo F.4), acorde con as disposiciones de Instituto Americano de Acero y e Hierro (AISI American Iron and Stee Institute). 1.2 Ventajas Los perfies de acero formados en frío fabricados en ACESCO presentan una serie de ventajas respecto a os otros tipos de perfies de acero empeados para a construcción, taes como: Economía de materia con eficientes reaciones pesoresistencia para diversos tipos de carga (eementos ivianos), o cua genera feibiidad y versatiidad en os diseños Fabricación masiva y en serie Eceente acabado para estructuras a a vista Faciidad y rapidez en a instaación Compemento para cuaquier sistema estructura debido a su compatibiidad con cuaquier materia o sistema constructivo Economía y faciidad en e transporte con gran manejabiidad en a obra Materia recicabe, recuperabe, no combustibe y resistente a ataque de hongos Eementos formados con gran eactitud Mantenimientos mínimos Faciidad y senciez de efectuar uniones en os miembros que conforman a estructura empeándose sodaduras por cordones, remaches en frío, grapas, ancajes, etc. 1.3 Procesos de fabricación Materia prima E materia de trabajo para este proceso son os roos de acero aminados en caiente, os cuaes egan con impurezas en a superficie (óidos). Previo a proceso de formación o de gavanización se reaiza un proceso de decapado superficia para eiminar esta condición desfavorabe, en e cua a as áminas se es apica una soución de ácido corhídrico a presión, para finamente ser enjuagadas con agua Gavanización Los roos de acero para a formación de perfies ACESCO pueden ser gavanizados o no. En e proceso de gavanización as áminas se sumergen en un baño de zinc fundido ogrando os recubrimientos deseados, según as condiciones estabecidas por as normas ICONTEC NTC 411 (ASTM A653). Se inicia e proceso removiendo a capa de aceite, grasa superficia y óidos que trae e materia aminado y empacado en roos. E desengrasante se prepara haciendo una mezca de agua de agentes humectantes, surfactantes y tensoactivos. Posteriormente, a ámina es impiada por acción mecánica de rodios recubiertos con cerdas que giran para eiminar toda partícua sóida que se encuentre adherida a as caras de a ámina. Las etapas de desengrase y cepiado se hacen en forma dua (dobe) para asegurar a impieza de materia. Después se apica agua impia a presión sobre as dos caras de a ámina para eiminar os residuos y entregar e materia impio antes de entrar a horno de precaentamiento, donde se apica gran cantidad de aire caiente para eiminar a humedad de materia. Se sumerge a ámina en a cuba con zinc fundido, e cua se adhiere, y a continuación se e apica aire en gran cantidad en ambas caras mediante mecanismos especiaes hasta conseguir e espesor de capa deseado. Este cambio brusco de temperatura mediante chorros de aire aceera e secado de a capa de zinc y evita imperfecciones a momento de contacto con e primer rodio. Finamente, se empea una soución pasivante para prevenir a presencia de óido banco y dar una mayor resistencia a a corrosión Formación en frío E proceso de formado en frío reaizado en ACESCO se presta para a producción de una gran variedad de secciones. Las operaciones de formado de as áminas se hacen en frío, a temperatura ambiente mediante trenes de configuración predefinida. En este proceso primero se desenroa a ámina y se pasa por un rodio de cuchias ajustabes que as cortan en tiras con e ancho deseado, e cua corresponde a a ongitud de desarroo de a sección transversa. Posteriormente estas tiras entran a una serie de bastidores con parejas de rodios compementarios que poco a poco transforman as tiras panas en os perfies deseados Perfies perforados Puede soicitar os perfies ACESCO con as perforaciones requeridas para reaizar as coneiones atorniadas de acuerdo a diseño estructura, disminuyendo a mano de obra y optimizando e tiempo de ejecución de os trabajos en taer u obra. 4 5

4 E patrón de perforaciones reaizado por ACESCO permite a utiización de pernos de 1/2 en as coneiones de acuerdo a una configuración predeterminada de as perforaciones en os perfies en C y Z. En e apéndice 7 puede encontrar e patrón de perforaciones de os perfies ACESCO o puede consutar con nuestro departamento técnico e patrón de perforaciones disponibe más adecuado a sus necesidades Perfies recubiertos con anticorrosivo Los perfies ACESCO pueden soicitarse recubiertos con anticorrosivo brindando protección durante e transporte y amacenamiento en campo bajo techo, y su instaación fina. Después de a formación en frío, os perfies se pueden recubrir con anticorrosivo aquídico modificado y curados a horno resutando con un espesor de pintura entre os 2 μm y os 25 μm (espesores de peícua seca) en coor rojo granate. Los perfies recubiertos ACESCO mejoran a rentabiidad en os proyectos disminuyendo a mano de obra, tiempo, espacio y os costos de preparación de superficie a pintar. Brinda protección anticorrosiva recubriendo todas as superficies, bordes de as perforaciones y cortes que vienen de fábrica. E sistema de recubrimiento anticorrosivo aquídico modificado de ACESCO Taba 1. Casificación de os perfies fabricados por ACESCO es compatibe con pinturas de acabado tipo acríicas base agua, aquídicas base sovente, acríicas base agua de secado rápido, aquídicas base sovente de secado rápido, epóicas base sovente de dos componentes y pinturas de poiuretano base sovente de dos componentes. Una vez tenga disponibes os perfies en obra, se apican e resto de capas de pinturas de acabado hasta acanzar os espesores de peícua de recubrimiento especificados para cada proyecto. Si se requiere mayor espesor de capa anticorrosiva se puede apicar un producto de secado a aire. Perfi C Perfi Z Perfi Cajón Perfi I Perfi C Perfi Z Perfi Cajón Perfi I Figura 1. Geometrías producidas por ACESCO y posibes combinaciones CLASIFICACIÓN DE LOS PERFILES FABRICADOS POR ACESCO Según su geometría Perfies C Perfies Z Según e acabado R c Perfi negro o pintado (PHR) Perfi gavanizado (PAG) A Según sus dimensiones, A B C cm B y C R X 2 Ø Según su espesor t en miímetros A cm o caibre de fabricación t : Caibre 18 (PHR o PAG) Ø : Caibre 16 (PHR o PAG) : Caibre 14 (PHR o PAG) : Caibre 12 (PHR) B : Caibre 11 (PHR) 1.4 Perfies estructuraes ACESCO produce varios tipos de perfies que presentan una gran variedad de geometrías y dimensiones según as necesidades de diseño. Los espesores de estos perfies varían entre hasta, y as aturas entre 1 mm y 355 mm. Los perfies formados en frío son compemento idea en edificaciones de gran atura como estructura secundaria (viguetas), vincuándose a a estructura de concreto o acero y sirviendo de soporte a as pacas de entrepiso (Metadeck u otros sistemas). 1.5 Tipos de perfies ACESCO maneja varios tipos de perfies que pueden ser casificados según su geometría, e acabado, dimensiones y espesores (caibre), ta como se muestra en a Taba 1. La producción de perfies de ACESCO, según a casificación anterior, se resume en a Taba 2 y a Taba 3. Espesor Caibre PHR (Perfi acabado negro o pintado) Grado 5 PAG (Perfi acabado gavanizado) Grado 5 Taba 2. Producción según su caibre, acabado y resistencia a a fuencia Dimensiones Perfi C Perfi Z Taba 3. Producción según dimensiones y geometría ACESCO maneja una nomencatura por coor según e caibre de os perfies para una rápida y fáci identificación. Esta marca de coor se encuentra en uno de os etremos de os perfies (ver Taba 4). Caibre Espesor Coor Rojo Azu Naranja Negro Banco Taba 4. Nomencatura de coores utiizada en ACESCO según e caibre de perfi 1.6 Características de os materiaes Según as características de os perfies, ACESCO empea varios tipos de aceros cuyas propiedades se resumen en a Taba 5. Tipo de acabado Negro o pintado Gavanizado Grado de Acero Designación de acero Especificación Resistencia a a fuencia mínima, Fy Resistencia útima a a tensión, Fu Eongación mínima en 5 mm Móduo de easticidad, E 1.7 Apicaciones 5 Acero Estructura (Structura Stee, SS) NTC 6 (ASTM A111) 35 Mpa (5 ksi) 42 Mpa (6 ksi) 2% 2, Mpa 5 Acero Estructura (Structura Stee, SS) NTC 411 (ASTM A653) 35 Mpa(5 ksi) 42 Mpa (6 ksi) 2% 2, Mpa Taba 5. Propiedades de os materiaes de os perfies ACESCO Los perfies de acero formados en frío pueden ser empeados: como correas, viguetas en taberos de pisos y muros de contención, en estructuras para cubiertas, cerchas, pórticos, carrocerías, estanterías, sios, torres industriaes, panees divisorios, mezzanines, escaeras, etc. La utiización de os perfies de acero formados en frío ACESCO es idónea en a constitución de entramados estructuraes que han de resistir cargas igeras o moderadas, o bien en uces cortas, en as cuaes e empeo de os perfies convencionaes aminados en caiente no resuta económico, motivo por e cua han adquirido un etraordinario auge y representa para e ingeniero un nuevo campo de apicación de incacuabes posibiidades. E uso de os perfies de acero formados en frío ACESCO no ecuye como ta a utiización de productos aminados en caiente, entendiéndose por tanto que ambos tipos se compementan mutuamente. En agunos casos as estructuras se proyectan de manera que os miembros principaes sometidos a cargas pesadas se diseñan con perfies aminados en caiente, armados, o en concreto reforzado, y os miembros secundarios, sometidos a cargas bajas o igeras, se diseñan utiizando miembros de acero formados en frío. 6 7

5 2Diseño estructura 2.1 Bases de diseño Las especificaciones brindadas en este manua de diseño de perfies ACESCO estarán basadas en os principios de Diseño con Coeficientes de Carga y Resistencia (DCCR), acorde con as disposiciones estabecidas por e Regamento Coombiano de Construcción Sismorresistente NSR1. Deben apicar todos os requerimientos de esta sección para e diseño con miembros estructuraes formados en frío, ecepto donde se especifique o contrario Diseño con Coeficientes de Carga y Resistencia, DCCR (Load and Resistance Factor Design, LRFD) E diseño satisfará os requerimientos de método de Diseño con Coeficientes de Carga y Resistencia, DCCR, cuando a resistencia de diseño de cada componente estructura iguaa o ecede a resistencia requerida determinada con base en as cargas nominaes mutipicadas por os apropiados coeficientes de mayoración de carga, para todas as combinaciones de carga apicabes. E diseño debe ser reaizado de acuerdo con a siguiente ecuación: R u < Ø R n R u Resistencia requerida Ø Coeficiente de resistencia R n Resistencia nomina 2.2 Combinaciones de carga, coeficientes de resistencia y factores de seguridad Combinaciones de carga La estructura y sus componentes deben ser diseñados para resistir as más críticas soicitaciones generadas por as diferentes combinaciones de carga (condiciones más desfavorabes). Las combinaciones de carga a empear para e cácuo de os esfuerzos en os miembros estructuraes de acero formados en frío ACESCO, por e método de Diseño con Coeficientes de Carga y Resistencia, DCCR, acorde con NSR1 (Títuo B), son as siguientes: 1.4D 1.2D + 1.6L +.5 (Lr o G o Le) 1.2D (Lr o G o Le) + (1.L o.5w) 1.2D + 1.W + 1.L +.5 (Lr o G o Le) 1.2D + 1.E + 1.L.9D + 1.W.9D + 1.E Donde: DCarga Muerta EFuerzas sísmicas reducidas de diseño (EF s /R) GCarga debida a granizo LCargas vivas LrCarga viva sobre a cubierta LeCarga de empozamiento de agua WCarga de viento Adicionamente, para perfies soportando taberos de acero (Metadeck) para entrepisos de comportamiento compuesto: 1.2D s + 1.6C w + 1.4C Donde: D s Peso muerto de a ámina Metadeck C w Peso nomina concreto fresco CCarga nomina de construcción, incuyendo equipo, trabajadores y formaetería, pero ecuyendo e peso de concreto fresco Coeficientes de resistencia Para e método DCCR eisten coeficientes de reducción de resistencia que dependen de as soicitaciones a as que sean sometidos os miembros estructuraes. A continuación de cácuo de cada soicitación se muestran os correspondientes coeficientes de reducción de resistencia según e Regamento Coombiano de Construcción Sismorresistente NSR 1, mencionada en e Numera Cácuo de esfuerzos y diseño de miembros estructuraes E regamento de diseño y construcción NSR 1 (Capítuo F.4), considera e cácuo de as resistencias disponibes para e diseño de estructuras metáicas en acero formados en frío, de acuerdo con os siguientes numeraes: Miembros en tensión Para fuencia en a sección bruta: Ø t T n Ø t A g F y Ø t.9, donde: T n Resistencia nomina de miembro bajo tensión A g Área bruta o competa de a sección transversa F y Esfuerzo de fuencia de acero Para rotura en a sección neta ejos de a coneión 1 : Ø t T n Ø t A n F u Ø t.75, donde: A n Área neta de a sección transversa F u Resistencia a tensión de acero Ver Taba 22 en donde se muestran as resistencias de diseño a a tensión de os perfies por fuencia de a sección bruta. 1 Para rotura en a coneión debe remitirse a capítuo referente a CONEXIONES 8 9

6 2.3.2 Miembros a compresión cargados concéntricamente La resistencia de diseño a carga aia debe ser e menor vaor de os cacuados de acuerdo con as siguientes secciones: Secciones sencias y cajón sometidas a compresión фcpn фcaefn фc.85 Donde: P n Resistencia bajo carga aia a compresión A e Área efectiva cacuada con e esfuerzo Fn F n es determinado como sigue: Para λ c 1.5: F n (.658 λ 2 c )F y.877 Para λ c >1.5: F n ( 2 )F y F Donde: λ c y λc F e F e Es e vaor mínimo de esfuerzo de pandeo fector eástico, de pandeo torsiona y de pandeo feotorsiona determinado de acuerdo con as secciones F a a F de NSR1 Para secciones de simetría dobe, secciones cerradas o cuaquier otra sección para a cua se puede demostrar que no está sujeta a pandeo torsiona o feotorsiona, e esfuerzo de pandeo fector eástico, Fe, se determinará como sigue: F e π 2 E (KL/r) 2 Donde: EMóduo de easticidad de acero KFactor de ongitud efectiva (ver Taba 6) LLongitud no arriostrada ateramente de miembro rradio de giro de a sección transversa competa no reducida arededor de eje de pandeo La forma pandeada de a coumna se indica con a ínea punteada Vaor teórico de K Vaor recomendado de K para e diseño Condición de os apoyos.5 En e caso de secciones de simetría sencia o dobe, sujetas a pandeo torsiona o feotorsiona, e esfuerzo eástico de pandeo por feión, F e, vendrá dado como e vaor más pequeño entre a ecuación anterior y a siguiente: 1 F e 2β [ (σ t+σ e ) (σ t +σ e ) 2 4β σ t σ e ] Donde: σ t Resistencia a a torsión cacuada en a sección σ e Resistencia a momento por pandeo arededor de eje cacuada acorde con a sección β1 ( o /r o ) 2 r o Radio poar de giro de a sección arededor de centro de cortante r +r y+o o Distancia de centro de cortante a centroide sobre e eje principa Para secciones simetría sencia, tómese e eje como e eje de simetría. Para secciones dobemente simétricas sujetas a pandeo torsiona, F e se toma como e menor entre Fe y F e σt, donde σt está definido en a sección Para secciones con simetría de punto (secciones Z de aas iguaes): Para secciones de simetría de punto, F e se tomará como e menor vaor entre σt, como es definido π en a sección y Fe cacuado como F e 2 E (KL/r) 2 utiizando e eje principa menor de a sección. Ver tabas 23 a 34 donde se muestran as resistencias de diseño a compresión de as secciones en C, I y cajón de acuerdo a cada ongitud no arriostrada KL Taba 6. Coeficiente de ongitud efectiva para miembros a compresión Rotación y trasación restringidas Rotación ibre y trasación restringida Rotación restringida y trasación ibre Rotación y trasación ibres π 2 E (KL/r) Resistencia de diseño a a compresión por pandeo distorsiona E pandeo distorsiona es un fenómeno de inestabiidad que se produce en aas de perfies abiertos, como os I, Z y C en os cuaes as aas con pestañas cuando están comprimidas pasan a una respuesta inestabe y tienden a rotar en conjunto produciendo una deformación genera de aa. E diseño bajo esta parte de manua apicará a miembros de sección transversa abierta que empean aas con rigidizadores de borde acorde con as disposiciones de a sección F (b) de NSR1. Ø c.85 Para λ d.561 P n P y Para λ d >.561 P n P crd P.6 ( ( ) crd P P y y )( ) P y Donde: λ d P y /P crd P n Resistencia nomina aia P y A g F y A g Área bruta de a sección transversa F y Esfuerzo de fuencia P crd A g F d F d Esfuerzo de pandeo distorsiona eástico k Fd Øfe +k Øwe +k Ø k Øfg +k Øwg Donde: k Øfe Rigidez eástica rotaciona provista por a aeta a a unión aetaama k Øwe Rigidez eástica rotaciona provista por e ama a a unión aetaama k Ø Rigidez rotaciona provista por os eementos de restricción (riostras, pane, tabero de cerramiento) a a unión aetaama de un miembro (e vaor es cero si e eemento es no restringido). Si a rigidez rotaciona provista a as dos aetas es diferente entre sí, se utiizará e vaor más pequeño entre os dos k Øfg Rigidez geométrica rotaciona (dividida por e esfuerzo F d ) demandada por a aeta a partir de a unión aetaama k Øwg Rigidez geométrica rotaciona (dividida por e esfuerzo F d ) demandada por e ama a partir de a unión aetaama Donde: LVaor mínimo entre L cr y L m L cr L m Distancia entre puntos de restricción contra e pandeo distorsiona (para miembros restringidos en forma continua L cr L m ) Remitirse a a sección F (b) de NSR 1 para a definición de as demás variabes. Ver Tabas 35 y 36 donde se muestran as resistencias de diseño a compresión por pandeo distorsiona de as secciones I y C Cortante Para e cácuo de a resistencia de diseño a cortante de amas sin huecos, se empea a fórmua: фvvnфvawfv фv.95 V n Resistencia nomina a corte A w Área de ama de a secciónh t F v Esfuerzo nomina a cortante que puede ser determinado como: Donde: hatura de a porción pana de ama medida a o argo de su pano tespesor de ama F v Esfuerzo nomina de corte EMóduo de easticidad de acero k v Coeficiente de pandeo a corte cacuado de acuerdo con 1 ó 2 como sigue: Para amas no reforzadas, k v

7 Para amas con rigidizadores transversaes que satisfacen os requisitos de a sección F de NSR1: Cuando a/h 1. k v Cuando a/h>1. k v Donde: alongitud de pane de corte para e eemento ama no reforzado FyEsfuerzo de fuencia de diseño determinado de acuerdo con a sección F μreación de Poisson.3 Ver Tabas 61 y 62 donde se muestran as resistencias de diseño a cortante de os perfies sin perforaciones en e ama Miembros a feión La resistencia de diseño a feión debe ser e menor vaor de os cacuados de acuerdo con as siguientes secciones: Resistencia de diseño a feión de a sección Ø b M n Ø b S e F y Para secciones con aas en compresión rigidizadas o parciamente rigidizadas: Ø b.95 Para secciones con aas no rigidizadas: Ø b.9 Donde: S e Móduo eástico de a sección efectiva cacuado considerando a fibra etrema a tensión en F y F y Resistencia a a fuencia Resistencia de diseño a pandeo atera torsiona de secciones abiertas (secciones C, I y Z) ф b M n ф b S c F c ф b.9 S c Móduo eástico de a sección efectiva cacuado considerando a fibra etrema a tensión en F c F c Se determina como sigue: Para Fe 2.78Fy F c F y Para 2.78 F y > F e >.56 F y F c Para F e <.56 F y F c F e F y Esfuerzo de fuencia de acero F e Resistencia a pandeo atera torsiona eástico crítico a) Para secciones de simetría sencia, simetría dobe y de simetría de punto con feión arededor de eje de simetría: F e para secciones de simetría sencia y dobe F e para secciones de simetría de punto donde C b C b 1, para voadizos o cuando se desee un vaor conservador en todos os casos M má Vaor absouto de momento máimo de segmento no arriostrado M A Vaor absouto de momento a un cuarto de segmento no arriostrado M B Vaor absouto de momento en e centro de segmento no arriostrado M C Vaor absouto de momento a tres cuartos de segmento no arriostrado r o Radio poar de giro de a sección arededor de centro de cortante r, r y Radio de giro de a sección arededor de os ejes centroidaes principaes o Distancia de centro de cortante a centroide sobre e centroide sobre e eje principa AÁrea tota de a sección sin reducir S f Móduo de sección eástica de a sección no reducida reativo a a fibra etrema a compresión σ ey EMóduo de easticidad de acero K y Coeficiente de ongitud efectiva arededor de eje y L y Longitud no arriostrada de miembro arededor de eje y σ t GMóduo de cortante JConstante de torsión de SaintVenant de a sección cajón C w Constante torsiona de a sección K t Coeficiente de ongitud efectiva para torsión L t Longitud no arriostrada de miembro para torsión b) Para secciones I, secciones C o secciones Z con feión arededor de eje centroida perpendicuar a ama: F e para secciones I de simetría dobe y secciones C de simetría sencia F e para secciones Z de simetría de punto. Donde: datura de a sección I yc Momento de inercia de a parte a compresión de a sección arededor de eje centroida paraeo a ama usando a sección tota no reducida Ver Tabas 38 a 57 y gráficas 1 a 1 donde se muestran as resistencias de diseño a feión por pandeo atera torsiona de os perfies I, C y Z Resistencia de diseño a pandeo atera y torsiona de secciones cajón Si a ongitud no arriostrada de miembro es menor que L u, a resistencia nomina a feión se cacuará según a sección L u se cacuará como: L u Si a ongitud no arriostrada de miembro es mayor que L u, a resistencia nomina a feión se cacuará según a sección y F e se cacuará como: F e Donde: IyMomento de inercia arededor de eje centroida de a sección paraeo a ama C b C b 1, para voadizos o cuando se desee un vaor conservador en todos os casos M má Vaor absouto de momento máimo de segmento no arriostrado M A Vaor absouto de momento a un cuarto de segmento no arriostrado M B Vaor absouto de momento en e centro de segmento no arriostrado M C Vaor absouto de momento a tres cuartos de segmento no arriostrado Ver Taba 37 donde se muestran as resistencias de diseño a a feión de os perfies cajón Miembros en feión con un aa sujeta a un sistema de cubierta tipo junta continua (teja sin trasapo) La resistencia disponibe a feión, M n, de una sección C o Z, cargada en un pano paraeo a ama con e aa superior soportando un sistema de cubierta tipo junta continua se determinará utiizando un arriostramiento de punto discreto (punto diferenciado) y as especificaciones de a sección o como se describe en este numera. ф b M n ф b RS e F y ф b.9 Donde: RFactor de reducción determinado de acuerdo con AISI S982, S e y F y son definidos anteriormente Resistencia de diseño a a feión por pandeo distorsiona E pandeo distorsiona es un fenómeno de inestabiidad que se produce en aas de perfies abiertos, como os I, Z y C en os cuaes as aas con pestañas cuando están comprimidas pasan a una respuesta inestabe y tienden a rotar en conjunto produciendo una deformación genera de aa. E diseño bajo esta parte de manua apicará a miembros de sección transversa abierta que empean aas con rigidizadores de borde acorde con as disposiciones de a sección 12 13

8 F (b) de NSR1. Ø b.9 Para λ d.673 M n M y Para λ d >.673 Mn Donde: λ d M y S fy F y SfyMóduo eástico de a sección competa no reducida respecto a a fibra etrema en compresión Mc rd S f F d F d Esfuerzo de pandeo distorsiona eástico F d βun vaor que toma en cuenta e gradiente de momento e cua, conservadoramente, puede tomarse igua a (L/ L m ).7 (1M 1 /M 2 ) LVaor mínimo entre L cr y L m L cr s má Donde: LLuz de a viga gdistancia vertica entre dos fias de conectores cercanos a as aetas superior e inferior T s Resistencia de diseño de a coneión en tensión mdistancia de centro de cortante de una sección C a pano medio de ama qcarga de diseño para e espaciamiento de conectores en vigas, e cua debe ser cacuado como: Dividiendo as cargas concentradas o reacciones entre a ongitud entre apoyos En caso de carga distribuida, q es igua a tres veces a carga distribuida crítica En e caso que a distancia entre cargas puntuaes o reacciones sea menor que e espaciamiento de a sodadura, s má L/6 a resistencia de diseño se cacua como: T s Donde: P s Carga concentrada o reacción de diseño Esfuerzos combinados Feión y cortante a) Para vigas con amas no reforzadas, se debe cumpir: M no cacuado de acuerdo con a sección b) Para vigas con rigidizadores en e ama, cuando M u /Ø b M no >.5 y Vu/Ø v V n >.7 se debe cumpir que: M no cacuado de acuerdo con a sección Feión y arrugamiento de ama Se tiene en cuenta que Ø.9 Se debe cumpir que: Para perfies con amas sencias no reforzadas M no cacuado de acuerdo con a sección Para perfies que tengan amas mútipes no reforzadas (vigas I o cajón armadas): En pórticos arriostrados contra despazamiento atera en e pano de carga y sujetos a carga transversa en os apoyos: C m.85, para miembros con etremos restringidos C m 1., para miembros con etremos no restringidos. LmDistancia entre puntos de restricción contra e pandeo distorsiona (para miembros restringidos en forma continua Lcr Lm) M 1 y M 2 son e vaor menor y mayor de momento en os etremos, respectivamente, en e segmento no arriostrado (Lm) de a viga; M 1 / M 2 es negativo cuando os momentos causan curvatura dobe y positiva cuando a feión causa curvatura sencia k Øfe Rigidez eástica rotaciona provista por a aeta a a unión aetaama k Øwe Rigidez eástica rotaciona provista por e ama a a unión aetaama k Ø Rigidez rotaciona provista por os eementos de restricción (riostras, pane, tabero de cerramiento) a a unión aetaama de un miembro (cero si a aeta en compresión no esta restringida) k Øfg Rigidez geométrica rotaciona (dividida por e esfuerzo F d ) demandada por a aeta a partir de a unión aetaama k Øwg Rigidez geométrica rotaciona (dividida por e esfuerzo F d ) demandada por e ama a partir de a unión aetaama Remitirse a a sección F (b) de NSR 1 para a definición de as demás variabes. Ver Tabas 58 a 6 donde se muestran as resistencias de diseño a feión por pandeo distorsiona de as secciones I, Z y C Miembros a feión conformados por dos secciones C espada con espada E máimo espaciamiento ongitudina de a sodadura u otros conectores en a unión de dos perfies C para formar una sección I es: Arrugamiento de ama La resistencia a arrugamiento de ama se cacua con a ecuación: Pn Donde: P n Resistencia nomina a arrugamiento de ama CCoeficiente de arrugamiento de ama tespesor de ama F y Esfuerzo de fuencia de acero θánguo entre e pano de ama y e pano de a superficie de apoyo, C R Coeficiente de radio de dobez RRadio de dobez interno C N Coeficiente de ongitud de apoyo NLongitud de apoyo (mín. 19 mm) C h Coeficiente de esbetez de ama hdimensión pana de ama, medido en su mismo pano En e caso de un voadizo, para secciones en C y Z: PncαPn Donde: P nc Resistencia nomina a arrugamiento de ama de secciones C y Z en voadizos α L o Longitud de voadizo medida desde e eje de apoyo a etremo de miembro P n Resistencia nomina a arrugamiento de ama Ver Tabas 63 a 69 donde se muestran as resistencias de diseño a arrugamiento de ama y os respectivos coeficientes de reducción de resistencia Øw de acuerdo a cada caso evauado. M no cacuado de acuerdo con a sección Feocompresión Por e método DCCR: Ø c.85 Ø b.9 Cuando P u /Ø c P n.15 se puede empear a siguiente fórmua: Donde: P no A e F y M u, M uy Resistencias requeridas a a feión respecto a os ejes centroidaes de a sección efectiva (DCCR) M n, M ny Resistencias nominaes a a feión respecto a os ejes centroidaes de a sección efectiva α,α y Coeficientes de mayoración (ver F de NSR1) C m, C my Coeficientes cuyos vaores se toman de a siguiente manera para miembros en compresión según os casos siguientes: En pórticos sujetos a despazamiento atera: C m.85 En pórticos arriostrados contra despazamiento atera sujetos a carga transversa entre sus apoyos en e pano de feión: Cm.6.4(M 1 / M 2 ) donde: M 1 /M 2 es a reación entre e momento menor y mayor en os etremos de a porción no arriostrada de miembro en e pano de feión considerado. Es positiva cuando a deformación es con dobe curvatura y negativa cuando es en curvatura simpe. 2.4 Diseño de coneiones Las coneiones deben diseñarse para transmitir as máimas fuerzas que resuten de as cargas mayoradas que actúen en e miembro conectado. La ecentricidad debe tenerse en cuenta en forma apropiada. Para a unión entre perfies ACESCO, se usan as coneiones sodadas y atorniadas, mientras que para unir os perfies con estructuras de concreto como base de apoyo se utiizan ancajes Coneiones sodadas Es un proceso de unión de partes, principamente impicando a cohesión ocaizada de eas por fusión y/o presión, generamente con un eemento o materia de aporte. Las piezas a unir se conocen como materia base, e proceso coneva a a formación de cristaes comunes por difusión en a frontera de unión Tipos de sodadura Los procesos de sodadura más conocidos son: arco eéctrico, por ama o gas, por resistencia y por presión. Para su eección, se debe reaizar un anáisis técnico económico

9 a. Arco eéctrico E caor de fusión es obtenido mediante un arco eéctrico entre as piezas y un eectrodo que puede ser de aporte o no. E eectrodo puede ser una varia metáica recubierta, dicho recubrimiento, cuando se vaporiza, es una de as formas empeadas para garantizar una atmósfera protectora para e materia ocamente fundido durante e proceso. b. Lama o gas E potencia energético para obtener a coaescencia de meta base se obtiene de a ama generada en a quema de un combustibe (gas natura, butano, propano, acetieno, gasoina, etc.) en presencia de oígeno. Normamente, e meta de aporte es desnudo y se acanzan temperaturas hasta de 33 C dependiendo de materia base. c. Sodadura por resistencia Las partes a unir se presionan una contra otra por un eectrodo, se hace circuar una corriente eevada y e potencia energético, para a coaescencia, se obtiene de efecto joue sobre materiaes a unir de mucha resistencia eéctrica, no se utiizan combustibes, es un proceso automatizabe especia para espesores degados. d. Sodadura por presión Se apica caor sin ograr a fusión tota, se evan os materiaes hasta e estado pástico y se apica presión hasta conseguir a unión. Dentro de esta naturaeza de procesos incuye a sodadura por forja Materiaes y procedimientos de sodaduras en perfies ACESCO E Instituto Americano de Sodadura (American Weding Society, AWS) utiiza un sistema de codificación para os eectrodos de consumo con e objeto de designar e esfuerzo de fuencia y a combinación de sus recubrimientos. Los procesos de sodadura discutidos en este manua corresponden a os de arco eéctrico: sodadura de arco con meta de aporte protegido (Shieded Meta Arc Weding, SMAW), sodadura de arco sumergido (Submerged Arc Weding, SAW), sodadura de arco metáico gaseoso (GasMeta Arc Weding, GMAW) y sodadura de arco con núceo fundente (Fu Cored Arc Weding, FCAW). Estos procesos usan energía eéctrica de una descarga de arco entre e eectrodo de acero y e meta base para proporcionar e caor de fusión. Los más utiizados para a formación de perfies tipo cajón de ACESCO y, en genera, para e ensambe de estructuras metáicas con perfies formados en frío son e SMAW y e GMAW, y su eección depende en gran medida de as condiciones ambientaes de ugar donde se reaice a obra. a. Sodadura de arco con meta de aporte protegido (SMAW) En este proceso se mantiene un Arco Eéctrico entre a punta de un eectrodo cubierto (Coated Eectrode) y a pieza a trabajar. Las gotas de meta derretido son transferidas a través de arco y son convertidas en un cordón de sodadura; un escudo protector de gases es producido de a descomposición de materia fundente que cubre e eectrodo, además, e fundente también puede proveer agunos compementos a a aeación. La escoria derretida se escurre sobre e cordón de sodadura donde protege e meta sodado aisándoo de a atmosfera durante a soidificación; esta escoria también ayuda a dare forma a cordón de sodadura, especiamente en sodadura vertica y sobre cabeza. Se debe remover a escoria después de cada procedimiento. b. Sodadura de arco metáico gaseoso (GMAW) La Sodadura de Arco Metáico Gaseoso (Gas Meta Arc Weding, GMAW) o sodadura MIG (Meta Inert Gas) es un proceso en e cua un arco eéctrico es mantenido entre un aambre sóido que funciona como eectrodo continuo y a pieza de trabajo. E arco y a sodadura fundida son protegidos por un chorro de gas inerte o activo. E proceso puede ser usado en a mayoría de os metaes y gama de aambres en diferentes aeaciones y apicaciones. c. Sodadura de arco sumergido (SAW) Los procesos Sodadura de arco sumergido (SAW) automáticos y semiautomáticos proporcionan consistencia, ata caidad y depósitos económicos que son particuarmente apropiados para sodaduras argas. Su mayor imitación es que e trabajo debe ser en posiciones de sodaduras pana u horizonta. En e proceso SAW, os fundentes pueden ser fusionados o agomerados. Los fundentes deben mantenerse secos en bodegas para evitar un incremento en e contenido de humedad para evitar e agrietamiento en e acero. d. Sodadura de arco con núceo fundente (FCAW) Los eectrodos de sodadura de arco con núceo fundente (FCAW) son hechos mediante e formado de una cinta de ámina degada en una forma de U y enados con fundente. Después de cerrar e tubo, éstos son evados a su tamaño como un roo continuo Apicaciones de os eectrodos, designación de a sodadura y preparación de bordes Los eectrodos más utiizados para apicaciones específicas se istan en a siguiente taba como información genera. Tipo Hobart A A 12A A 13A HT 14A 24 24A 27 Sukote 71 LH718 LH728 ELECTRODO CORRECTO PARA USO EN TRABAJOS EN ACERO DULCE No AWS y ASTM E61 E611 E612 E613 E 6 2 E72 E E714 E E724 E E727 E E452 E71A1 E E718 E E728 Taba 7. Apicación de os eectrodos más usuaes Apicación Para sodaduras para probar con rayos X, de tubos, estructuraes y generaes. Penetración profunda, escoria igera y deposición promedio. Básicamente igua que e E61; también se usa con ca. Cuando se usa con cc de poaridad directa se ogra un arco intenso para trabajo en ámina y de mucha veocidad. Para eceente caidad en uso genera, en sodadura de fiete y para puentear aberturas en piezas de ajuste difíci. Penetración mediana, escoria semigruesa y buena deposición. Para trabajo genera de ata caidad y pocas sapicaduras. E tipo de uso más fáci por operadores inepertos. Penetración suave. Escoria gruesa, buena deposición. E Hobart No 13A es para ámina. Para fiete horizonta a ata veocidad y sodaduras en posición pana. Caidad para rayos X, sóo en paca gruesa. Penetración profunda, escoria gruesa, eceente deposición. Lo sustituyen graduamente e E624 y e E627. Para fabricación genera donde intervienen deposición rápida y sodadura en posición incómoda. Mínima sapicadura, penetración suave y escoria semigruesa. Se puede usar técnica de arrastre. Para sodadura de fiete en acero duce, generamente paca gruesa. Eceente deposición, buena caidad, penetración suave, escoria gruesa. Eceente aspecto de a sodadura. Se puede usar técnica de arrastre. Otro eectrodo con recubrimiento grueso de hierro en povo para deposición rápida en especia en sodaduras de fiete ranurado o fietes horizontaes panos o cóncavos. Este eectrodo tiene eceente ductiidad y ha sustituido a E62 en muchas apicaciones. Se puede usar técnica de arrastre. Este eectrodo con povo igero es eceente en sodaduras que se van a gavanizar o pintar. No tiene resistencia o ductiidad en comparación con eectrodos recubiertos. Para sodaduras con caidad de rayos X y ata resistencia a a tracción. La adición de.5% de moibdeno o hace adecuado para aceros de baja aeación de muchos tipos. Penetración profunda, escoria degada, deposición promedio. Este eectrodo de bajo hidrógeno, con hierro en povo, es eceente para aceros de baja aeación y aceros duces en donde se necesita caidad y confiabiidad. Muy buena deposición, penetración mediana, escoria mediana. Aprobado por MIL 222 IB. Un nuevo eectrodo que combina a ata veocidad de deposición de No. 24 con a caidad de bajo hidrógeno de LH718. Se puede usar a técnica de arrastre. Posición para sodar Todas as posiciones Todas as posiciones Todas as posiciones Todas as posiciones hasta 3/16 Fiete horizonta pano Todas as posiciones hasta 3/16 Fiete horizonta pano Fiete horizonta pano Todas as posiciones Todas as posiciones Todas as posiciones Fiete horizonta pano Poaridad corriente CC inversa CA; CC directa o inversa CA; CC poaridad directa CA; CC poaridad directa o inversa CA; CC poaridad directa CA; CC poaridad directa o inversa CA; CC poaridad directa o inversa CA; CC poaridad directa o inversa CC poaridad directa CC poaridad inversa CA; CC poaridad inversa CA; CC poaridad inversa Gama de medidas 3/32 1/4 pug. 3/32 1/4 pug. 3/32 5/16 pug. 1/16 5/16 pug. 1/8 5/16 pug. 3/32 5/16 pug. 3/32 5/16 pug. 1/8 5/16 pug. 1/8 5/32 pug. 1/8 3/16 pug. 3/32 1/4 pug. 1/8 5/8 pug

10 E tamaño de eectrodo se encuentra reacionado con e espesor de a paca más degada a unir. Los diámetros sugeridos según a AWS acorde con e espesor de paca se muestran en a siguiente taba: Diámetro de eectrodo 1/8 3/32 5/32 5/32 a 3/16 3/16 a 1/4 1/4 Taba 8. Reación diámetro de eectrodo espesor de materia Rango de espesor de materia apicabe 1/16 a 3/32 ( a ) 1/8 a 5/32 ( a 4. mm) 5/32 a 1/4 (4. mm a 6.5 mm) 3/16 a 3/8 (5. mm a 9.5 mm) 1/4 a 1/2 (6. mm a 1) 3/8 a 1 (9.5 mm 25 mm) La designación y a representación de as características de a sodadura de acuerdo a a norma AWS se muestran en a siguiente figura. FILETE CONTORNO PAREJA CONVEXA TAPÓN RANURA SÍMBOLO DE ACABADO SÍMBOLO DE ENRASADO EL ÁNGULO COMPRENDIDO O AVELLANADO PARA SOLDADURA DE TAPÓN DIMENSIÓN O CONSISTENCIA PARA SOLDADURAS POR RESISTENCIA LÍNEA DE REFERENCIA ESPECIFICACIONES, PROCESOS OTRAS REFERENCIAS COLA (PUEDE OMITIRSE CUANDO NO SE USAN REFERENCIAS) SÍMBOLOS BÁSICOS DE LA SOLDADURA O DETALLES DE REFERENCIA PUNTO DE ARCO O CORDÓN DE ARCO LOCALIZACIÓN NORMAL DE LOS ELEMENTOS DE UN SÍMBOLO DE SOLDADURA T S LADOS JUNTOS F A R OTRO LADO LADO DE LA FLECHA (N) L P SÍMBOLOS BÁSICOS PARA SOLDADURA DE ARCO /O GAS CUADRADO V BISELADO LOS ELEMENTOS OBTENIDOS EN ESTA AREA PERMANECEN MOSTRADOS CUANDO LA COLA LA FLECHA SE INVIERTEN RANURA U J ABOCARDADO EN V BISEL ABOCAR DADO ESPALDAR FUSIÓN SOLDAR TODO ALREDEDOR APERTURA DE LA RAÍZ, PROFUNDIDAD DEL RELLENO PARA SOLDADURAS DE RANURA TAPÓN LONGITUD DE SOLDADURA PASO (DISTANCIA DE CENTRO A CENTRO PARA SOLDADURAS DISCONTINUAS SÍMBOLO DE SOLDADURA EN OBRA SÍMBOLO DE SOLDAR TODO ALREDEDOR ACABADO TERMINAL SOLDADURA EN OBRA FLECHA QUE UNE LA LÍNEA DE REFERENCIA A LA JUNTA O MIEMBRO QUE HA DE ACANALARSE EL LADO DE LA JUNTA HACIA EL CUAL SEÑALA LA FLECHA ES EL LADO DE LA FLECHA. LO CERCANO LO OPUESTO ES EL OTRO LADO NÚMERO DE PUNTOS O PROECCIONES DE SOLDADURA REBORDE ESQUINA Ecuaciones de diseño de coneiones sodadas A continuación se presentan as ecuaciones de diseño para as configuraciones más empeadas en a obra de perfies estructuraes formados en frío, acorde con a norma de Instituto Americano de Hierro y e Acero (American Iron and Stee Institute, AISI): a) Sodadura de ranura de juntas a tope Resistencia a a tensión o compresión pura norma sobre e área efectiva o paraea a eje de a sodadura: P n LTeFy Ø.9 Resistencia a cortante puro sobre e área efectiva: se debe escoger e vaor más pequeño entre as siguientes reaciones. PnLT e.6f Ø.8 Pn Ø.9 P n Resistencia nomina de sodadura de ranura LLongitud de a sodadura T e Tamaño de a garganta efectiva F y Esfuerzo de tensión de os materiaes de meta base F Esfuerzo de tensión de eectrodo b) Punto de sodadura de arco Se permite e uso de este tipo de sodadura para sodar áminas de acero a os miembros de apoyo con mayor espesor o entre áminas en posición pana. > Ø min Borde d Punto de sodadura de arco Borde > Ø min Arandea Oreja opciona Punto de sodadura de arco sometida a cortante A reaizar os puntos de sodadura de arco, pueden utiizarse arandeas de sodaduras para incrementar e área efectiva de fusión. Estas arandeas se pueden encontrar con espesores entre 1.27 mm y 2.3 mm, con un agujero previamente punzonado de 9.53 mm de diámetro. Además, deben ser usadas cuando e espesor de a paca más degada es menor a.711 mm, y no debe utiizarse para espesores mayores a 3.81 mm. Por otro ado, e punto de sodadura de arco debe estar a una distancia mínima de borde de a ámina o de otro punto de sodadura adyacente acorde con a siguiente epresión: e mín Para F u /F sy > 1.8 Ø.7 Para F u /F sy < 1.8 Ø.6 PCarga cortante apicada F u Esfuerzo de tensión útimo tespesor tota de a(s) ámina(s) de meta base que se encuentra sometido a cortante t 2 t 1 d a d t d d e d a d e.7d 1.5t <.55d d a d 2t d d e d a d e.7d 1.5t <.55d Figura 6. Punto de sodadura de arco entre ámina y miembro de soporte Para cada punto de sodadura de arco entre a(s) ámina(s) y e miembro de apoyo de mayor espesor, se debe escoger e vaor de a resistencia más pequeño obtenido de as siguientes epresiones: t Figura 2. Designación técnica de a sodadura Para un mejor resutado a norma AWS recomienda una preparación de os bordes para os eementos a unir, a continuación se citan agunos ejempos: Si t < 3 mm (1/8 ) Arandea para sodar Lámina Figura 3. Preparación de os bordes para configuración a tope 1. mm Ø Eectrodo 3 mm t Figura 4. Preparación de os bordes para configuración en T 1.5 mm Si t < 6.35 mm (1/4 ) Miembro de apoyo Figura 5. Configuración de puntos de sodadura de arco y distancia mínima de borde 18 19

11 Donde: d e Diámetro efectivo de área fundida en e pano de máimo cortante ddiámetro visibe de a superficie eterior de punto de sodadura de arco d a Diámetro promedio de punto de sodadura de arco en e medio de espesor de t donde d a (d t) para una ámina o mútipes áminas sin eceder 4 de estas trasapadas encima de miembro de apoyo de mayor espesor EMóduo de easticidad de acero t Figura 7. Punto de sodadura de arco entre áminas La resistencia de diseño a cortante para uniones entre áminas se rige a partir de a siguiente ecuación, cuando se cumpan as siguientes imitaciones: (1) F u 47 MPa (59ksi) (2) F > F u (3).71 mm t 1.61 mm Pn1.67td a F u Ø.7 Punto de sodadura de arco sometida a tensión La resistencia a esfuerzo de tensión nomina para cada una de as cargas concentradas en puntos de sodadura de arco en coneiones se determina a partir de mínimo vaor obtenido de as siguientes epresiones, teniendo en cuenta as siguientes imitaciones: (1) t d a F u KN (2) e min d (3) F 41 MPa (6 ksi) (4) F u 565 MPa (82 ksi) (5) F > F u Pn Pn.8(Fu/Fy) 2 td a F u Para apicaciones de panees y taberos: Ø.6 Para todas as otras apicaciones Ø.5 d e d a c) Cordones de sodadura de arco Los cordones de sodadura de arco amparados por a AISI se reaizan con as siguientes configuraciones: sodadura entre ámina degada y e miembro de apoyo de mayor espesor en a posición pana y entre áminas en posición horizonta y pana. Figura 8. Cordones de sodadura de arco La resistencia de diseño a cortante de os cordones de sodadura de arco se determina con e mínimo vaor de as siguientes epresiones: P n P n 2.5tF u (.25L+.96d a ) Ø.6 d) Sodadura de fiete Se apican a as uniones de sodadura en cuaquier posición entre áminas y entre ámina y miembro de apoyo de mayor espesor. La sodadura de fiete es uno de os tipos de sodadura más usado y se diseña a cortante, es decir, se considera que as cargas eternas soportan fuerzas cortantes en e área de a garganta de a sodadura. A no tomar en cuenta e esfuerzo norma en a garganta, os esfuerzos cortantes se incrementan o suficiente para hacer que e modeo sea conservador. Para reaizar un adecuado procedimiento se debe seeccionar a priori un conjunto de especificaciones como patrón de cordón de sodadura, eectrodo, tipo de sodadura, ongitud de a sodadura; o anterior para determinar e adecuado tamaño de cateto de sodadura (W 1 o W 2 ). t 1 t 2 > Ø min t Borde w 2 Figura 9. Sodaduras de fiete t 2 t Borde d w 1 d Ancho > Ø min w 2 L t 1 w 1 Figura 1. Sodadura de fiete sometida a cargas ongitudinaes y transversaes c) c) Sodadura de fiete sometida a carga ongitudina La resistencia de diseño a cortante de meta base adyacente a a sodadura de fiete depende de a dirección de apicación de mismo, ongitudina o transversamente, y se determina con as epresiones: Para cargas ongitudinaes: P n Ø.6 P n LtF u, para t 25 Ø.5 Para cargas transversaes: P n LtF u Ø.65 Para t >2.54 mm a resistencia nomina determinada anteriormente no debe eceder: P n.75lt w F Ø.6 Donde: t w Garganta efectiva e) Sodaduras abocinadas Este tipo de sodaduras quedan cubiertas por esta especificación cuando se suedan uniones en cuaquier posición entre: áminas para sodadura de ranura abocinada en V, áminas para sodaduras de ranura abocinadas en bise y entre ámina a miembro de soporte de mayor espesor para sodaduras de ranura abocinadas en bise. P L a) b) a) y b) Sodadura de fiete sometida a carga transversa L Figura 11. Sodadura de ranura abocinada P P L L P P L P L Resistencia de diseño a cortante de una sodadura de ranura en bise sometida a una carga transversa: P n.833l t F u Ø.6 Resistencia de diseño a cortante de una sodadura de ranura en bise sometida a una carga ongitudina: Para t tw < 2t o si a atura de a pestaña, h, es menor que a ongitud de a sodadura, L: P n.75 L t F u Ø.55 Para t w 2 t con a atura de a pestaña, h, igua o más grande que a ongitud de a sodadura, L: P n 1.5 L t F u Ø.55 Además para t > 2.54 mm a resistencia nomina determinada anteriormente no debe eceder: P n.75 L t w F Ø Coneiones pernadas y atorniadas Las uniones mediante eementos roscados son un sistema de unión que tienen como objetivo reaizar as siguientes funciones: unir o juntar os eementos, ajustar y/o sear, transmitir as cargas entre os miembros o hacia e entorno y, sobre todo, reaizan a unión entre os eementos garantizando a independencia y desmontabiidad de os eementos a unir. Este proceso, además de ser rápido, requiere mano de obra menos especiaizada que cuando se trabaja con remaches y sodadura. Los tipos de eementos roscados que se pueden encontrar en e mercado se casifican como sigue: Pernos: Se utiizan para eevadas cargas, están concebidos para trabajar con tuerca y para apretarse por ea, tienen rosca sóo en parte de su ongitud. Tornios: Tienen rosca en toda su ongitud, se aprietan por a cabeza de tornio y trabajan normamente sobre agujeros roscados. Tuercas: Eementos de corta ongitud con rosca interna. Pueden ser de mariposa, de seguridad o contratuercas. Espárragos: No tienen cabeza, permiten aineamiento y faciitan e montaje. Accesorios: Eementos de retención y seguridad. Arandeas panas, pasadores, arandeas dentadas, etc. Los conceptos básicos que se manejan en a nomencatura de os pernos son: Diámetro Básico Mayor (D): Es e diámetro de ciindro donde están contenidas as crestas de hio roscado. 2 21

12 Diámetro Básico Menor (dm): Es e diámetro de ciindro donde están contenidas as raíces de hio roscado. Paso (P): Es a distancia aia que hay entre dos puntos correspondientes de hios adyacentes. Avance: Es a distancia aia que avanza un eemento roscado a dar una vueta. Fanco: Es a superficie atera de a rosca que conecta a raíz con a cresta. Ánguo de rosca: Es e ánguo entre dos fancos de hios adyacentes Área de esfuerzo de eementos roscados Cuando un eemento roscado es sometido a tensión, su resistencia a a tensión se define mejor en función de promedio de os diámetros menor y medio, de acuerdo a: A t Los pernos deben instaarse y apretarse para acanzar un comportamiento satisfactorio de as coneiones invoucradas bajo as condiciones usuaes de servicio. Los pernos y tornios para apicaciones estructuraes o para cargas eevadas deberán seeccionarse con base en su resistencia a a prueba S p, que es e esfuerzo a cua e perno empieza a tomar una deformación permanente, y es cercana a, pero inferior que, e ímite de fuencia eástico de materia. Es práctica común precargar a unión apretando os pernos con un par de torsión suficiente para crear cargas a tensión cercanas a su resistencia de prueba. Para ensambes cargados estáticamente, a veces se utiiza una precarga que genere un esfuerzo en e perno tan eevado como e 9% de a resistencia de prueba. Para ensambes cargados dinámicamente, se utiiza comúnmente una precarga de 75% de a resistencia de prueba. Diámetro nomina de perno, d mm < Diámetro de hueco estándar, d mm (d+.8) (d+1.6 ) Taba 9. Tamaño máimo de huecos para pernos Diámetro de hueco agrandado, d mm (d+1.6 ) (d+32 ) E par de apriete es una función de a precarga requerida, de factores o parámetros propios de a geometría de as roscas y de as fuerzas de fricción entre os hios, a cabeza de sujetador o a tuerca con as partes a unir. A su vez, as fuerzas de fricción dependen de a precarga misma y de factor de fricción, este útimo está determinado por e grado de acabado de as superficies en contacto y por a presencia o no de ubricante. Los huecos para pernos no deben eceder os tamaños especificados en a siguiente taba, ecepto en os detaes de bases de coumnas y sistemas estructuraes conectados a paredes de concreto en donde pueden usarse huecos de mayor diámetro. En as coneiones atorniadas deben usarse huecos estándares, ecepto cuando sean aprobados por e diseñador, huecos con sobre tamaño o aargados. La ongitud de os huecos aargados debe ser norma a a dirección de a carga. Se deben instaar arandeas o pacas de respado sobre huecos con sobre tamaño o aargados en una capa eterna a menos que se demuestre por medio de ensayos de carga que su comportamiento es adecuado. Se permite a no apicación de os anteriores requisitos, respecto a a dirección de a ranura y e uso de arandeas, en os casos en os que se presenten perforaciones en os trasapos de miembros en sección Z, sujeto a as siguientes imitaciones: (1) Pernos de 12.7 mm diámetro únicamente (2) E tamaño máimo de perforación tipo ranura es de 14.3 mm 22.2 mm reaizado en forma vertica (3) E diámetro máimo de a perforación agrandada es de 15.9 mm (4) E espesor nomina mínimo de miembro es (5) E esfuerzo máimo de fuencia de miembro es 41 MPa (6) La ongitud mínima de trasapo, medida desde e centro de apoyo hasta e fina de trasapo, es 1.5 veces a atura de miembro Dimensiones de hueco aargado de ranura corta mm (d+.8 ) (d+6.4 ) (d+1.6 ) (d+6.4 ) Dimensiones de hueco aargado de ranura arga mm (d+.8 ) (2.5 d ) (d+1.6 ) (2.5 d ) Espaciamiento y distancia La mínima distancia entre centros de huecos para pernos y tornios no debe ser menor que tres veces e diámetro nomina de eemento roscado Tensión en a parte conectada a. En pernos P n A n F t Cuando se tienen arandeas tanto debajo de a cabeza de perno como de a tuerca. Para un soo perno, o pernos en ínea perpendicuar a a fuerza F t (.1+ 3d / s)f u F u Para varios pernos en ínea paraeos a a fuerza F t F u Para coneiones con corte dobe (ver figura siguiente) Ø.65 P Figura 12. Coneión con corte dobe Para coneiones con corte sencio (ver figura siguiente) Ø.65 P Figura 13. Coneión con corte sencio Cuando no se tienen arandeas debajo de a cabeza de perno y de a tuerca, o sóo se tiene una arandea bien sea debajo de a cabeza de perno o de a tuerca: Para un soo perno, o pernos en ínea perpendicuar a a fuerza F t (2.5d/s) F u F u F t F u Ø.65 A n Área neta de a parte conectada sespaciamiento de os pernos perpendicuar a a ínea de esfuerzo. En caso de un perno sencio sancho de a ámina ddiámetro nomina de perno F u Resistencia a a tensión de a parte conectada b. En tornios Para tornios sometidos a tensión, e diámetro de tornio o de a arandea (si a hay) dh o dw debe ser mínimo de 7.94 mm, y as arandeas de espesor mínimo de 1.27 mm. La resistencia nomina a tensión de tornio debe ser menor que aguno de os siguientes vaores: Resistencia a desgarramiento de tornio (Puout) P not.85t c df u2 P/2 P/2 P Resistencia a desgarramiento de miembro que está en contacto con a cabeza de tornio (Puover) P nov 1.5t1d w F u1 Debe tomarse como a resistencia nomina a tensión de tornio según e fabricante, P ts. Ø.5 Donde: ddiámetro nomina de tornio d w Diámetro efectivo a desgarramiento de tornio 2 P not Resistencia nomina a desgarramiento de materia que no está en contacto con a cabeza de tornio P nov Resistencia nomina a desgarramiento de materia que está en contacto con a cabeza de tornio P ts Resistencia nomina a tensión de tornio según e fabricante t c La menor entre a distancia de penetración de tornio y t 2 t 1 Espesor de miembro en contacto con a cabeza de tornio o a arandea t 2 Espesor de miembro que no está en contacto con a cabeza de tornio o a arandea F u1 Resistencia a tensión de miembro en contacto con a cabeza de tornio o a arandea F u2 Resistencia a tensión de miembro que no está en contacto con a cabeza de tornio o a arandea Fuerza cortante en a parte conectada a. En pernos La resistencia de diseño a cortante de a parte conectada a o argo de dos íneas paraeas en a dirección de a fuerza apicada, se debe determinar así: P n t e F u Cuando F u / F sy 1.8 Ø.7 Cuando F u / F sy > 1.8 Ø.6 Donde: P n Resistencia nomina de perno edistancia medida en a ínea de a fuerza desde e centro de hueco estándar a borde más cercano de un hueco adyacente o a borde de a parte conectada tespesor de a parte conectada más degada F u Resistencia a a tensión de a parte conectada F sy Punto de fuencia de a parte conectada b. En tornios Resistencia nomina a cortante de a coneión imitada por incinación (titing) y apastamiento (bearing). La resistencia nomina a cortante para cada tornio, P ns, es: 2 Para a determinación de diámetro efectivo de desgarramiento, remítase a a sección F de NSR

13 Para t 2 / t 1 1., P ns es e menor de: 3 P ns 4.2(t d) 1/2 2 F u P ns 2.7t 1 df u1 P ns 2.7t 2 df u2 Para t 2 / t 1 2.5, P ns es e menor de: P ns 2.7t 1 df u1 P ns 2.7t 2 df u2 Cuando os pernos están sujetos a sóo fuerza cortante o sóo tensión: P n A b F n Cuando os pernos están sujetos a una combinación de fuerza cortante y tensión, F n se reempaza por F nt : F nt Descripción de os pernos d en mm NTC 434 (ASTM A37) Grado A (6.3 d 12.7) Resistencia a tensión Ø (DCCR) Esfuerzo nomina Fnt, Mpa 279 Resistencia a cortante Ø (DCCR) Esfuerzo nomina Fnv, Mpa 165 Para 1. < t 2 / t 1 < 2.5, P ns se cacua con una interpoación inea entre os dos casos anteriores. Ø.5 Resistencia a cortante de a coneión por a distancia a borde P ns t e F u Ø.5 Resistencia a cortante de tornio Debe tomarse como a resistencia nomina a tensión de tornio según e fabricante, P ns Ø.63 Donde: t e Distancia paraea a a ínea de acción de a fuerza desde e centro de agujero hasta e borde más cercano de a parte conectada F u Resistencia a a tensión de a ámina donde se mide a e Resistencia a apastamiento Resistencia sin tener en cuenta a deformación de agujero de perno P n C m f d t F u Ø.6 Donde: CFactor de apastamiento de acuerdo a a Taba 1 m f Factor de modificación de acuerdo a a Taba 11 ddiámetro nomina de perno tespesor de a ámina sin e recubrimiento F u Resistencia a a tensión de a ámina Resistencia teniendo en cuenta a deformación de agujero de perno P n (4.64αt ) d t F u Ø.55 Donde: αcoeficiente de conversión de unidades α1 para unidades en Sistema Ingés (en pug.) α.395 para unidades de SI (en mm) α.394 para unidades mks (t en cm) Fuerza cortante y tensión en pernos La resistencia nomina de perno, Pn, como resutado de a fuerza cortante, tensión o combinación de cortante y tensión se cacua como sigue: Espesor de a parte conectada, t Reación entre diámetro de sujetador y e espesor de miembro d/t d / t < 1.24 t d / t 22 d / t > 22 Taba 1. Factor de apastamiento, C Tipo de coneión de soporte Coneión a cortante simpe y áminas eternas a dobe cortante con arandeas bajo e perno y a tuerca Coneión a cortante simpe y áminas eternas a dobe cortante sin arandeas bajo e perno y a tuerca o con sóo una arandea Láminas internas con coneión dobe cortante con o sin arandeas Taba 11. Factor de modificación mf para tipos de coneión de soporte Nota importante: Se considera e anáisis combinado sóo cuando e vaor de esfuerzo cortante es superior a.3øf nv. Por otro ado, dicho esfuerzo no debe eceder e vaor de ØF nv. Donde: A b Área tota de a sección transversa de perno F nt Esfuerzo de tensión nomina modificado que incuye e efecto de esfuerzo cortante f v Esfuerzo cortante requerido F nv Está dado en a Taba 12 F nt Está dado en a Taba 12 C (d / t) 1.8 m f NTC 434 (ASTM A37) Grado A (d 12.7) ASTM A325 Rosca incuida en os panos de corte ASTM A325 Rosca ecuida de os panos de corte ASTM A354 Grado B (6.3 d 12.7 ) Rosca incuida en os panos de corte ASTM A354 Grado B (6.3 d 12.7 ) Rosca ecuida en os panos de corte NTC 858 (ASTM A449) (6.3 d 12.7 ) Rosca incuida en os panos de corte NTC 858 (ASTM A449) (6.3 d 12.7 ) Rosca ecuida en os panos de corte NTC 428 (ASTM A49) Rosca incuida en os panos de corte NTC 428 (ASTM A49) Rosca ecuida en os panos de corte Taba 12. Coeficiente de resistencia para fuerza cortante y tensión en pernos Combinación de cortante y desgarramiento de miembro que está en contacto con a cabeza de tornio (Puover) en tornios Ø.65 Donde: QEsfuerzo admisibe requerido a cortante en a coneión V u Esfuerzo requerido a cortante en a coneión por cargas mayoradas TEsfuerzo admisibe requerido a tensión en a coneión T u Esfuerzo requerido a tensión en a coneión por cargas mayoradas P ns Resistencia nomina a cortante de a coneión 2.71 t 1 d w F u1 P nov Resistencia nomina a desgarramiento de miembro que está en contacto con a cabeza de tornio (Puover) de a coneión1.5 t 1 d w F u1 Estas ecuaciones son váidas para coneiones que cumpan o siguiente:.724 mm t mm Tornios autoperforantes N. 12 y N. 14 con o sin arandeas d w 19.1 mm F u1 483 MPa t 2 / t Ruptura por cortante en tornios En as coneiones de os etremos de vigas, a resistencia requerida a cortante no debe eceder: V n.6 F u A wn Ø.75, donde, A wn (h wc n d h t) h wc Atura de ama recortada nnúmero de huecos en e pano crítico d h Diámetro de hueco F u Resistencia a a tensión de a parte conectada tespesor de ama recortada 24 25

14 2.4.3 Ancajes a concreto Los ancajes a concreto permiten a unión de os perfies de a estructura a as bases o cimientos hechos en concreto, para ograr a transmisión de os esfuerzos generados por as cargas desde a estructura hacia e sueo. Para ograr e ancaje de a estructura, se utiizan tornios o pernos, os cuaes deben quedar embebidos en e concreto para ograr e funcionamiento de os mismos Resistencia de os ancajes La resistencia de os ancajes embebidos en concreto debe tomarse como a menor de as resistencias asociadas con a faa de concreto o a faa de ancaje. Se debe asegurar que a faa de ancaje se inicie con a faa de acero y no con a de concreto. Diámetro tornio, mm 6.4 (1/4 ) 9.5 (3/8 ) 12.7 (1/2 ) 15.9 (5/8 ) 19.1 (3/4 ) 22.2(7/8 ) 25.4 (1 ) 28.7 (11/8 ) 32.3 (11/4 ) Ancaje mínimo, mm Distancia a borde, mm Separación, mm Resistencia nomina de concreto f c 14 Mpa 21 Mpa 28 Mpa Tensión (KN) Taba 13. Fuerza en servicio P t y V t permitidas para tornios y pernos con cabeza Resistencia a tensión Cuando gobierna e acero: P ns A b f s n Ø.9 Donde: A b Área vástago de tornio o perno f s Resistencia nomina de acero de ancaje nnúmero de ancajes en e grupo Cuando gobierna a faa de concreto: Para ancajes individuaes o grupos de ancajes con una separación entre ancajes individuaes mayor que dos veces su ongitud de ancaje, y ocaizados a menos una ongitud de ancaje de borde de concreto. P nc Ø.65 o Ø.85 si eiste refuerzo de confinamiento que pase por a superficie de faa. Para grupos de ancajes cuando a separación entre ancajes es menor que dos veces a ongitud de ancaje: P nc 18 Cortante (KN) Superficie de concreto A S Tensión (KN) P d b Cabeza Cortante (KN) 45 o Tensión (KN) Cortante (KN) Figura 14. Cono de faa para un soo ancaje con cabeza Ø.65 o Ø.85 si eiste refuerzo de confinamiento que pase por a superficie de faa. A s Área de a superficie incinada de faa para ancajes individuaes f cresistencia nomina de concreto a a compresión A p Área de a superficie de faa para grupos de ancajes A t Área de pano de fondo A p 45 o A p A t A p A p Figura 15. Pirámide truncada de faa para un grupo de ancajes con cabeza Resistencia a cortante Cuando a dirección de a fuerza cortante es hacia e borde de concreto y éste se encuentra a una distancia (medida desde a fia de ancajes más aejada de borde) mayor o igua a 15 diámetros de ancaje, y a distancia desde a fia de ancajes más cercanos a borde es mayor de 6 diámetros de ancaje, a resistencia a cortante se determina por medio de as ecuaciones: Para e acero: ØV ns ØA b f s n Ø.75 Para e concreto: ØV nc Ø67A b f c n Ø.65 Cuando a dirección de a fuerza cortante es hacia e borde de concreto y éste se encuentra a una distancia (medida desde a fia de ancajes más aejada de borde) menor a 15 diámetros de ancaje, y a distancia desde a fia de ancajes más cercanos a borde es menor de 6 diámetros de ancaje, a resistencia a cortante se determina por medio de as ecuaciones: Para e acero: V ns Ab f s n b Ø.75 Para e concreto: V nc V nc C w C t C c Donde: V ns Resistencia nomina a cortante cuando gobierna e acero de tornio o perno V nc Resistencia nomina a cortante cuando gobierna e concreto V nc Resistencia nomina de un ancaje en a fia más aejada de borde d e Distancia desde a fia de ancajes más aejada de borde de concreto y e borde de concreto n b Número de ancajes en a fia más aejada de borde C w 1 + b/(3.5d e ) n b (Coeficiente de ajuste por efectos de grupo) C t h/(1.3d e ) 1. (Coeficiente de ajuste por espesor de eemento de concreto) C c.4+.7(d c +d e ) 1. (Coeficiente de ajuste por efectos de esquina) Cuando a dirección de a fuerza cortante es hacia e interior de a sección de concreto, a resistencia a cortante se determina por medio de a ecuación: ØV ns ØA b f s n Tensión y corte combinados Cuando a tensión y e cortante actúan simutáneamente, deben cumpir todas as condiciones siguientes, tomando en cada caso e vaor de coeficiente de reducción de resistencia Ø apropiado: b v d e d e Figura 16. Cortante en un grupo de ancajes con cabeza ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( h 26 27

15 3.1 Ejempo de diseño correas Luz simpe Se desea diseñar una correa simpemente apoyada sobre muros de 1 cm de espesor para sostener una Cubierta Arquitectónica caibre 26 pintada y cargas de iuminación de 5 kg/m 2. La separación entre correas para este tipo de cubierta es de 1.7 m y se requiere utiizar una pendiente de 35%. E proyecto se encuentra ubicado en a ciudad de Cai. Se diseña a correa con cargas de viento mínimas especificadas en e NSR1. Datos iniciaes: Luz: 6. m Separación entre correas: 1.7 m Pendiente: 35% 3Ejempos Evauación de cargas: Carga Muerta (D): Cubierta arquitectónica (TZA1.1m (Ca. 26) pintada): 4.3 kg/m 2 5 kg/m 2 Perfies correas: 5 kg/m 2 (Supuesto) Iuminación: 5 kg/m 2 Tota carga muerta: 15 kg/m 2 Carga viva de cubierta (Lr): De acuerdo con NSR1 para pendientes > 27%: 35 kg/m 2 Carga de granizo (G): De acuerdo con NSR1 se debe tener en cuenta carga de granizo en regiones ubicadas a más de m.s.n.m. No se tiene en cuenta carga de granizo por estar ubicado en Cai. Carga de viento (W): De acuerdo con NSR1 para componentes y revestimientos, a carga de viento mínima es de 4 kg/ m 2 actuando en cuaquier dirección norma a a superficie: Viento a compresión: 4 kg/m 2 Viento a succión: 4 kg/m 2 De acuerdo a porcentaje de pendiente se tiene un ánguo de 19.3 (pendiente 35%) 28 29

16 Combinaciones de carga: W ø X M u.125w uy L kg.m M uy.125w u L kg.m Para cumpir tan sóo con e momento arededor de eje X, es necesario utiizar un perfi PHR C358 (ver gráfico 4 con L b 6. m) y probabemente as ecuaciones de interacción aumenten esta especificación. Para obtener una sección de perfi eficiente se ubican tempetes a L/3 (ver detae de tempetes en e apéndice 7 detaes constructivos). Esto genera una distribución de momentos distintos arededor de eje y se disminuye a ongitud no soportada (2. m) para e eje X aumentando a resistencia de diseño a feión de perfi. En a dirección de eje : Wy Figura 17. Distribución de as cargas sobre e perfi W Para a nueva condición con tempes cada L/3: Para momentos en X: W L W uy 1. (1.4 15) cos(19.3) [(1.2 15)+(.5 35)] cos(19.3) [[(1.2 15) + (1.6 35)] cos(19.3) + (.5 4)] kg/m kg/m kg/m*.5wl.125wl 2 4. [[(1.2 15) + (.5 35)] cos(19.3) + (1. 4)] [[(.9 15)] cos(19.3) + (1. 4)] kg/m* kg/m**.5wl Figura 19. Diagrama de momentos para viga simpemente apoyada * Se tiene en cuenta a carga de viento a compresión como a más desfavorabe ** Se tiene en cuenta a carga de viento a succión como a más desfavorabe M u.125w uy L 2 W uy L kg.m La carga mayorada más desfavorabe corresponde a a combinación 3: W uy kg/m. Para momentos en : En a dirección de eje X: W L L L W u.1wl 2.1WL 2 1. (1.4 15) sen(19.3) [(1.2 15)+(.5 35)] sen(19.3) [[(1.2 15) + (1.6 35)] sen(19.3)] [[(1.2 15) + (.5 35)] sen(19.3)] kg/m kg/m kg/m kg/m.4wl.8wl 2.25WL 2.8WL 2.5WL.6WL.6WL.5WL.4WL 5. [[(.9 15)] sen(19.3)] kg/m Figura 2. Diagrama de momentos para viga continua de 3 uces La carga mayorada más desfavorabe corresponde a a combinación 3: W u kg/m. E momento arededor de os ejes X y : W M uy.25w u L kg.m De a gráfica 3 para L b 2. m, se escoge e perfi más iviano PHR C228 Sencio. De acuerdo con a información de as tabas se chequea e perfi (esfuerzos combinados sección 2.3.6): DATOS DE DISEÑO DE LAS TABLAS L Inercias: De a taba 14: I 4,51,252 mm 4 Iy 55,823 mm 4 Momentos de diseño ØMn: De a taba 42: 2. m ØMn* 8.58 KN.m 858 kg.m.125wl 2.5WL.5WL Figura 18. Diagrama de momentos para viga simpemente apoyada Cortante de diseño ØVn: Arrugamiento de ama ØPn**: De a taba 43: De a taba 61: De a taba 92: ØVn ØPn 2. m 1.56 KN 5.45 KN ØMny 2.7 KN.m 156 kg 545 kg 27 kg.m * Se utiiza a resistencia a a feión por pandeo distorsiona de a taba 58 a ser más crítica que a feión por pandeo atera (taba 42) ** Para una ongitud de apoyo de 1 mm, para reacción eterior y cargas opuestas espaciadas >1.5h (dado que no eisten cargas concentradas entre os apoyos y as reacciones que están a más de 1.5h entre eas) 3 31

17 Verificación por feión biaia: Verificación por cortante: V uy kg ØVn 156 Kg Verificación por feión y cortante: No es apicabe este caso porque e cortante en e centro de a uz es cero Verificación por Arrugamiento en e ama: Pu Kg ØPn 545 Kg Cumpe Verificación por feión y arrugamiento de ama: No es apicabe porque e momento en os apoyos es cero Defeiones: Para defeiones en dirección se utiiza a carga viva sin mayorar: Cumpe Resutado: E perfi PHR C228 Grado 5 Sencio con tempetes cada L/3 cumpe con cada una de as condiciones eigidas. Nota: E comportamiento de as correas mejora por a presencia de portacorreas que unen e perfi a a estructura de soporte a través de pernos o sodadura (ver apéndice 7 detaes constructivos). Normamente este soporte evita e arrugamiento de ama (no se requiere chequeo por arrugamiento) pero se debe chequear otra case de faas reacionadas con e tipo de unión. 3.2 Ejempo de diseño correas Luz continua Se desea diseñar una correa para tres uces continuas de 4. m apoyada sobre muros de 15 cm de espesor para sostener una cubierta canaeta caibre 24 gavanizada. Por diseño arquitectónico se requieren correas cada 4.5 m y una pendiente de 3%. E proyecto se encuentra ubicado en a ciudad de Bogotá. Se diseña a correa con cargas de viento mínimas especificadas en e NSR1. Datos iniciaes: Luz: 4. m Separación entre correas: 4.5 m Pendiente: 3% Evauación de cargas: Carga Muerta (D): Cubierta arquitectónica (TZC.9 m (Ca. 24) gavanizada): 6.31 kg/m2 7 kg/m 2 Perfies correas: 5 kg/m2 (Supuesto) Iuminación: 5 kg/m 2 Tota carga muerta: 17 kg/m 2 Carga viva de cubierta (Lr): De acuerdo con NSR1 para pendientes > 27%: 35 kg/m 2 Carga de granizo (G): De acuerdo con NSR1 se debe tener en cuenta carga de granizo en regiones ubicados a más de m.s.n.m. Para pendientes >15 : 5 kg/m 2 Carga de viento (W): De acuerdo con NSR1 para componentes y revestimientos a carga de viento mínima es de 4 kg/m 2 actuando en cuaquier dirección norma a a superficie: Viento a compresión: 4 kg/m 2 Viento a succión: 4 kg/m 2 De acuerdo a porcentaje de pendiente se tiene un ánguo de 16.7 (pendiente 3%) Combinaciones de carga: W Wy Figura 21. Distribución de as cargas sobre e perfi W ø X En a dirección de eje : 1. (1.4 17) cos(16.7) [(1.2 17)+(.5 5)] cos(16.7) [[(1.2 17) + (1.6 5)] cos(16.7) + (.5 4)] [[(1.2 17) + (.5 5)] cos(16.7) + (1. 4)] [[(.9 17)] cos(16.7) + (1. 4)] 4.5 La carga mayorada más desfavorabe corresponde a a combinación 3: W uy kg/m. En a dirección de eje X: 1. (1.4 17) sen(16.7) [(1.2 17)+(.5 5)] sen(16.7) [[(1.2 17) + (1.6 5)] sen(16.7)] [[(1.2 17) + (.5 5)] sen(16.7)] [[(.9 17)] sen(16.7)] 4.5 La carga mayorada más desfavorabe corresponde a a combinación 3: W u kg/m. E diagrama de momentos y cortantes arededor de eje X se presenta a continuación: M u.1 W uy L kg.m Ubicando tempetes cada L/2 se tiene: M uy.1 W u L (2.) kg.m De a gráfica 4 con L b 2. m se escoge un perfi PHR C228 Sencio. De acuerdo con a información de as tabas se chequea e perfi (esfuerzos combinados sección 2.3.6): W uy W u kg/m kg/m* kg/m** kg/m** kg/m*** * Para esta y demás combinaciones se utiiza carga de granizo en vez de a carga viva de cubierta como a más crítica ** Se tiene en cuenta a carga de viento a compresión como a más crítica *** Se tiene en cuenta a carga de viento a succión como a más crítica kg/m kg/m* kg/m* kg/m* kg/m * Para esta y demás combinaciones se utiiza carga de granizo en vez de a carga viva de cubierta como a más crítica.4wl W L.5WL.6WL L.1WL 2.1WL 2.8WL 2.25WL 2.8WL 2.6WL.5WL Figura 22. Diagrama de momentos para viga continua de 3 uces L.4WL 32 33

18 DATOS DE LAS TABLAS 3.3 Ejempo de apicación miembro sometido a feo compresión Inercias: De a taba 14: I 7,333,24 mm 4 Iy 84,923 mm 4 Pu Momentos de diseño ØMn: De a taba 42: 2. m ØMn* KN.m 1734 kg.m De a taba 43: 2. m ØMny 4.29 KN.m 429 kg.m Wu Cortante de diseño ØVn: De a taba 61: ØVn KN 6893 kg Arrugamiento de ama ØPn para apoyos eteriores**: Arrugamiento de ama ØPn para apoyos interiores**: De a taba 63: De a taba 64: ØPn ØPn KN KN 1681 kg 3224 kg L * Se utiiza a resistencia a a feión por pandeo distorsiona de a taba 58 a ser más crítica que a feión por pandeo atera (taba 42) ** Para una ongitud de apoyo de 15 mm y distancia entre cargas opuestas espaciadas >1.5h (dado que no eisten cargas concentradas entre os apoyos y as reacciones están a más de 1.5h entre eas) Verificación por feión biaia: Verificación por cortante: Verificación por feión y cortante (en e apoyo interior): Ø b M no 2.14KN.m según taba 42 para L b (cacuado de acuerdo con a sección con Ø b.95). Verificación por arrugamiento en e ama: Apoyo eterno: Chequear a coumneta en perfi cajón PHR C166 de ongitud L4. m mostrada en a figura anterior a cua está sometida a una carga aia Pu 21 kg, a una carga distribuida W u 56 kg/m y está simpemente apoyada en os etremos (no tiene arriostramientos interiores, K K y K t 1.). M u.125 W u L kg.m, M uy Para e perfi PHR C166 Cajón: Figura 23. Coumneta de ejempo 3.3 DATOS DE LAS TABLAS Inercias: De a taba 18: I 4,686,828 mm 4 Iy 2,674,347 mm 4 Apoyo interno: Momentos de diseño ØMn: De a taba 37: 4.m < Lu25.9m ØMn KN.m 1882 kg.m Cortante de diseño ØVn: De a taba 61: ØVn KN 8824 Kg Verificación por feión y arrugamiento de ama (en e apoyo interior): Ø b M no 2.14KN.m según taba 42 para L b (cacuado de acuerdo con a sección con Ø b.95). Compresión ØPn: De a taba 28: KL 4. m ØPn KN 1774 kg Verificación por feión y compresión: Defeiones: Para defeiones en dirección se utiiza a carga de granizo como a más crítica sin mayorar: Puede usarse a fórmua: Resutado: E perfi PHR C228 Sencio con tempetes cada L/2 cumpe con cada una de as condiciones eigidas. Nota: E comportamiento de as correas mejora por a presencia de portacorreas que unen e perfi a a estructura de soporte a través de pernos o sodadura (ver apéndice 7 detaes constructivos). Normamente este soporte evita e arrugamiento de ama (no se requiere chequeo por arrugamiento) pero se debe chequear otra case de faas reacionadas con e tipo de unión

19 3.4 Ejempo de apicación de sodadura de fiete Se tiene un pórtico como e mostrado en a figura 24. Se estima que as cargas muertas son de 9 kg/m (.9 KN/m) y as cargas vivas de 21 kg/m (2.1 KN/m) Dimensiones en metros A partir de programa estructura de ACESCO, Arquimet, se anaiza e pórtico dando como resutado as soicitaciones por carga aia, cortante y momento fector en a base de as coumnas que se muestran en a siguiente taba. Se desea diseñar a sodadura que une a coumna a a paca base de ancaje como se observa en a siguiente figura. 1. Figura 24. Pórtico de ejempo Soución Siguiendo con e procedimiento recomendado anteriormente, se deben seeccionar a priori as especificaciones de a sodadura: a) Acorde con a taba 7, un eectrodo apropiado para este tipo de apicaciones es e E718. b) E diámetro de eectrodo debe ser de 2.38 mm (3/32 ) como se observa en a Taba 8. c) E patrón de sodadura será fiete en os dos ados correspondientes a a dimensión de ancho de a sección cajón. d) Resistencia de acero a a tensión: F u 42 MPa Verificación de a resistencia a cortante transversa de materia base adyacente a a sodadura. Se determinará a ongitud mínima de sodadura que se ha de apicar (ancho 16 mm), cuando se apican as cargas en a coneión. Pt PM Por simpicidad, a ongitud de cordón de a sodadura L se tomará en toda a medida de ancho de perfi L 16 mm. Verificación de a sodadura sometida a corte transversa sobre cada cordón de sodadura se apica a misma carga P cacuada anteriormente. A continuación, se haa e vaor mínimo de tamaño de garganta t w. ØP n Ø.75Lt w F P u 68.19KNt w.6..16m(481 3 KN/m 2 ) t w Sobre a dimensión de ancho se cooca un cordón de 16 mm de cada ado y como práctica adiciona se recomienda sobre a dimensión de a atura coocar un cordón adiciona de 22 mm a cada ado quedando un cordón de sodadura arededor de perfi. E mm Sodadura 16mm adiciona Figura 27. Longitud y configuración fina de a sodadura. Detae técnico de a sodadura Los perfies a unir mediante as pacas son PHR C 16 6 de de espesor grado 5 en cajón, se reaizará e diseño de a unión con 4 pernos A 37 de 14 mm de diámetro rosca fina y unas pacas de acero estructura 12 de de 2 mm de espesor. La configuración de os pernos quedará como se aprecia en a Figura 28, as distancias d y e mostradas en dicha figura serán determinadas. Por norma, a distancia mínima de cada perno a borde debe ser mayor a 1.5 d, es decir, e >21 mm y a distancia entre dos pernos continuos debe ser mayor a 3d, es decir, d y f >42 mm. Teniendo en cuenta o anterior se utiizará d 25mm, e 13 mm y f 17 mm. Revisión de a resistencia de os pernos E momento fector tendrá un efecto equivaente a un par de fuerzas (de tensión, en os pernos inferiores, y de compresión, en os pernos superiores). P P: Fuerza aia que produce e momento M: Momento fector apicado f: Distancia entre pernos La carga aia generada será entonces: Soicitación Fuerza aia Pu Fuerza cortante Vu Momento fector Mu V M P Fuerza mayorada 1449 kgf 375 kgf 132 kgf.m kn 3.75 kn 13.2 kn.m Pv Figura 26. Carga neta sobre a sodadura de fiete Los vaores de a compresión y de a fuerza cortante se distribuyen entre os dos cordones de sodadura, generando as fuerzas P t y P v. E momento fector debe descomponerse en un par de fuerzas equivaentes (P M ), de ta forma que a sodadura crítica será aquea que resista a combinación resutante de as cargas. 3.5 Ejempo de apicación de diseño de pacas pernadas Consideraciones a priori Para e pórtico de ejempo anterior se tiene a coneión que se aprecia en a siguiente figura. e d P E perno crítico será aque que tenga a soicitación más eevada, en este caso son os pernos inferiores ya que tienen una carga aia mayor. Finamente, e estado de carga tota de os pernos críticos queda de a siguiente manera: P e V 16mm 22mm Figura 25. Estado de carga y configuración de a sodadura de fiete E perfi PHR C 22 8 con espesor de (caibre 14) grado 5 en sección cajón resiste adecuadamente a as soicitaciones mencionadas anteriormente. Fuerza resutante apicada sobre a sodadura: Se haa e vaor de a ongitud mínima de cordón de sodadura para a fuerza cacuada: ØPnØLtFu Pu L.65.2m(421 3 KN/m 2 ) L 125 mm P1 Figura 28. Esquema de a coneión pernada Las cargas a as que se encuentra sometida a unión son: Soicitación Fuerza mayorada Fuerza aia Tu V1 Fuerza cortante Vu Momento fector Mu M1 f kg 69.9 kg 43.8 kg.m kn.699 kn.438 kn.m E esfuerzo mínimo requerido para e estudio combinado es:.3øf nv MPa como V<.3ØF nv, se infiere que e esfuerzo cortante no es significativo para e estudio y se anaizarán os pernos sóo a tensión. Se observa que ØP n > Pu Ø Cumpe Revisión de a resistencia de a parte conectada (áminas) A tensión: ØP n ØA n F t En este caso a coneión tendrá una soa arandea de ado de a tuerca, por o tanto: 36 37

20 F t (2.5 d / s) F u F u F t (2.5 (14 mm) / (17 mm)) 38 MPa MPa ØP n.65 (.396) (78.23) KN Como ØP n > P u Cumpe La distancia e es de 4 mm, d es de 19 mm y f es de 23 mm. Diseño y verificación a tensión Tensión producida por e momento fector: A Corte: F u / F sy 1.81 > 1.8 P n t e F u Ø.7 ØP n KN Como ØP n > Vu Cumpe Resistencia a apastamiento Se tendrá en cuenta a deformación de agujero para este estudio, por o tanto: Cuando gobierna e acero: P us ØP ns ØA b f s nøa b d A b P u ØA b f s n mm 2 38MPa KN ØP n Ø(4.64αt+1.53) d t F u ØP n.65(4.64(.395)(2)+1.53) KN Como ØP n > P u y ØP n > V u Cumpe 3.6 Ejempo de apicación de diseño de ancajes Cuando gobierna e concreto para grupos de ancajes: P nc f c (.23A p +.33A t ) Se considera una ongitud de ancaje de 18 mm. Las áreas de a pirámide truncada de faa (como se muestra en a Figura 15), generan as áreas: Para e pórtico de ejempo anterior, se muestra e ancaje a diseñar. Las cargas a as que se encuentra sometido e ancaje son: Soicitación Fuerza aia Pu Fuerza cortante Vu Momento fector Mu Fuerza mayorada 32.6 kg kg kg.m 3.26 kn kn kn.m Los perfies a unir mediante as pacas son PHR C228 de de espesor grado 5 en cajón, se reaizará e diseño de a unión con 4 ancajes y unas pacas de acero estructura 12 de de 1 mm de espesor. La configuración de os pernos quedará como se aprecia en a siguiente figura, as distancias d y e mostradas en dicha figura serán determinadas. La resistencia a a compresión de concreto es de 21 MPa y a resistencia de acero es de 38 MPa. d f e e Figura 29. Detae de a coneión ancada (pacaperfiancajes) A p 14369mm2 y A t 94187mm 2 P nc P us < P nc Cumpe Verificación a cortante d e <15d entonces se usan as epresiones: Cuando gobierna e acero: PncØV ns ØA b f s n b.75( m 2) 38MPa KN Cuando gobierna e concreto V nc V nc C w C t Cc V nc Ø67A b C w 1+b/(3.5d e ) 1.96 n b 2 C t h/(1.3de) 2.2 > 1. Ø C t 1 C c.4+.7(d c /d e ) V uc ØV nc KN KN V us < V nc Cumpe Verificación de tensión y corte combinados 4 mecánicas Apéndice 1 Propiedades y de diseño 38 39