PROYECTO DE NORMA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS DEL REGLAMENTO NACIONAL DE EDIFICACIONES (RNE) INICIO DE DISCUSIÓN PÚBLICA

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1 PROYECTO DE NORMA E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS DEL REGLAMENTO NACIONAL DE EDIFICACIONES (RNE) INICIO DE DISCUSIÓN PÚBLICA El Servicio Nacional de Capacitación para la Industria de la Construcción SENCICO, en cumplimiento de sus funciones de Investigación y Normalización en el ámbito de la vivienda y la edificación, informa a la comunidad en general y en especial a las instituciones, empresas y profesionales ligados al diseño y la construcción, que el Comité Técnico de la Norma E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS del RNE, ha concluido con la actualización de la citada norma. El Comité Técnico esta constituido por profesionales representantes de la Pontificia Universidad Católica del Perú (PUCP), Universidad Nacional de Ingeniería Facultad de Ingeniería Civil (UNI - FIC), Universidad Nacional Federico Villarreal (UNFV), Cámara Peruana de la Construcción (CAPECO), Colegio de Ingenieros del Perú (CIP), Corporación Aceros Arequipa, SIDERPERU y el Servicio Nacional de Capacitación para la Industria de la Construcción (SENCICO). El SENCICO somete a discusión pública la propuesta de actualización de la Norma E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS, del RNE, a fin de obtener observaciones y aportes que contribuyan a su enriquecimiento. La discusión pública se realizará durante 30 días hábiles posteriores a la fecha de publicación del presente aviso. Las personas naturales y jurídicas interesadas podrán recabar el documento, ingresando a la página Web y remitir sus observaciones o aportes a la Gerencia de Investigación y Normalización del SENCICO, sitio Av. De la Poesía 351 San Borja, Teléfono: anexo: 2602; rtorres@sencico.gob.pe.

2 NORMA TÉCNICA DE EDIFICACIÓN E.090 ESTRUCTURAS METÁLICAS

3 ÍNDICE CAPÍTULO 1 CONSIDERACIONES GENERALES ALCANCE LÍMITES DE APLICABILIDAD Definición de Acero Estructural Tipos de Construcción MATERIAL Acero Estructural Fundiciones y Piezas Forjadas de Acero Pernos, Arandelas y Tuercas Pernos de Anclaje y Varillas Roscadas Metal de Aporte y Fundente para el Proceso de Soldadura Conectores de Pernos de Cortante CARGAS Y COMBINACIONES DE CARGA Cargas, Factores de Carga y Combinación de Cargas Impacto Fuerzas Horizontales en Puentes Grúa BASES DE DISEÑO Resistencia Requerida Estados Límites Diseño por Condiciones de Resistencia Diseño por Condiciones de Servicio REFERENCIA A CÓDIGOS Y NORMAS DOCUMENTOS DE DISEÑO Planos Especificaciones Técnicas Simbología y Nomenclatura Notas para la Soldadura CAPÍTULO 2 REQUISITOS DE DISEÑO ÁREA BRUTA ÁREA NETA ÁREA NETA EFECTIVA PARA ELEMENTOS EN TRACCIÓN ESTABILIDAD PANDEO LOCAL Clasificación de las Secciones de Acero Elementos no Rigidizados Elementos Rigidizados Pág. 2

4 2.6 RESTRICCIONES DE ROTACIÓN EN PUNTOS DE APOYO RELACIONES DE ESBELTEZ LÍMITE TRAMOS SIMPLEMENTE APOYADOS RESTRICCIÓN DE APOYO DISEÑO POR FATIGA CAPÍTULO 3 PÓRTICOS Y OTRAS ESTRUCTURAS REQUISITOS DE DISEÑO POR ESTABILIDAD Requisitos Generales RESISTENCIAS REQUERIDAS Análisis de segundo orden amplificando el análisis elástico de primer orden Requisitos para el análisis ARRIOSTRAMIENTOS PARA LA ESTABILIDAD DE COLUMNAS Y VIGAS Disposiciones Generales Columnas Vigas CAPÍTULO 4 DISEÑO DE ELEMENTOS EN TRACCION LÍMITEZ DE ESBELTEZ RESISTENCIA EN TRACCIÓN ÁREA NETA EFECTIVA ELEMENTOS ARMADOS ELEMENTOS CONECTADOS CON PASADORES Resistencia a la tracción Requerimientos Dimensionales BARRAS DE OJO Resistencia en tracción Requerimientos Dimensionales CAPÍTULO 5 DISEÑO DE ELEMENTOS EN COMPRESIÓN DISPOSICIONES GENERALES LONGITUD EFECTIVA PANDEO POR FLEXIÓN SIN COMPONENTES ESBELTOS PANDEO TORSIONAL Y FLEXO-TORSIONAL SIN COMPONENTES ESBELTOS ÁNGULOS SIMPLES EN COMPRESIÓN ELEMENTOS ARMADOS Resistencia a la compresión Requerimientos dimensionales

5 5.7 ELEMENTOS CON COMPONENTES ESBELTOS Elementos Esbeltos No Rigidizados, Q s Elementos Esbeltos Rigidizados, Q a CAPÍTULO 6 DISEÑO DE ELEMENTOS EN FLEXIÓN DISPOSICIONES GENERALES ELEMENTOS COMPACTOS DE SECCIÓN I DE SIMETRÍA DOBLE Y CANALES, EN FLEXIÓN RESPECTO A SU EJE MAYOR Fluencia Pandeo Lateral-Torsional ELEMENTOS DE SECCIÓN I DE SIMETRÍA DOBLE CON ALMAS COMPACTAS Y ALAS NO COMPACTAS O ESBELTAS EN FLEXIÓN RESPECTO A SU EJE MAYOR Pandeo Lateral-Torsional Pandeo Local Ala en Compresión OTROS ELEMENTOS DE SECCIÓN I CON ALMAS COMPACTAS O NO COMPACTAS EN FLEXIÓN RESPECTO A SU EJE MAYOR Fluencia del Ala en Compresión Pandeo Lateral-Torsional Pandeo Local del Ala en Compresión Fluencia del Ala en Tracción ELEMENTOS DE SECCIÓN I DE SIMETRÍA DOBLE Y SIMPLE CON ALMAS ESBELTAS EN FLEXIÓN RESPECTO A SU EJE MAYOR Fluencia del Ala en Compresión Pandeo Lateral-Torsional Pandeo Local del Ala en Compresión Fluencia del Ala en Tracción ELEMENTOS DE SECCIÓN I Y CANALES EN FLEXIÓN RESPECTO A SU EJE MENOR Fluencia Pandeo Local de Ala PERFILES HSS CUADRADOS Y RECTANGULARES Y ELEMENTOS DE SECCIÓN CAJÓN Fluencia Pandeo Local del Ala Pandeo Local del Alma PERFILES HSS DE SECCIÓN CIRCULAR Fluencia Pandeo Local

6 6.9 SECCIONES T Y ÁNGULOS DOBLES CARGADOS EN EL PLANO DE SIMETRÍA Fluencia Pandeo Lateral-Torsional Pandeo Local de Alas de Sección T Pandeo Local de las almas de secciones T en flexo-compresión ÁNGULOS SIMPLES Fluencia Pandeo Lateral-Torsional Pandeo Local del Ala BARRAS CUADRADAS, RECTANGULARES Y REDONDAS Fluencia Pandeo Lateral-Torsional SECCIONES ASIMÉTRICAS Fluencia Pandeo Lateral-Torsional Pandeo Local REQUISITOS DIMENSIONALES DE VIGAS Reducciones de resistencia para elementos perforados en las alas en tracción: Relaciones límites de elementos con Sección I Platabandas Vigas Armadas CAPÍTULO 7 DISEÑO DE ELEMENTOS EN CORTE DISPOSICIONES GENERALES ELEMENTOS CON ALMAS NO RIGIDIZADAS O RIGIDIZADAS Resistencia en Corte Rigidizadores Transversales CAMPO DE TENSIONES Límites en el uso del Campo de Tensiones Resistencia en corte considerando el Campo de Tensiones Rigidizadores Transversales ÁNGULOS SIMPLES TUBOS HSS RECTANGULARES Y SECCIONES CAJÓN TUBOS HSS CIRCULARES CORTE RESPECTO AL EJE MENOR EN PERFILES CON SIMETRÍA SIMPLE Y DOBLE VIGAS CON ABERTURAS EN EL ALMA

7 CAPÍTULO 8 ELEMENTOS SUJETOS A FUERZAS COMBINADAS Y TORSIÓN ELEMENTOS CON SIMETRÍA SIMPLE Y DOBLE SUJETOS A FLEXIÓN Y CARGA AXIAL Elementos con simetría simple y doble sujetos a flexión y compresión Elementos con Simetría Simple y Doble sujetos a Flexión y Tracción Elementos Laminados Compactos con Simetría Doble en Flexión y Compresión respecto a un eje ELEMENTOS ASIMÉTRICOS Y OTROS SUJETOS A FLEXIÓN Y CARGA AXIAL ELEMENTOS SUJETOS A TORSIÓN Y COMBINACIÓN DE TORSIÓN, FLEXIÓN, CORTE Y/O CARGA AXIAL Secciones Tubulares Redondas y Rectangulares HSS Sujetas a Torsión Secciones tubulares sujetas a combinación de torsión, flexión, corte y/o carga axial Elementos No Tubulares Sujetos a Torsión y Esfuerzos Combinados ROTURA DE ALAS CON PERFORACIONES SUJETAS A TRACCIÓN CAPÍTULO 9 DISEÑO DE ELEMENTOS COMPUESTOS DISPOSICIONES GENERALES Concreto y acero de refuerzo Resistencia nominal de secciones compuestas Limitaciones del material Clasificación de secciones compuestas rellenas por pandeo local FUERZA AXIAL Elementos compuestos embebidos Elementos compuestos rellenos de concreto FLEXIÓN General Vigas Compuestas con conectores de corte (studs) o canales de acero Elementos compuestos embebidos Elementos compuestos rellenos CORTE Elementos compuestos rellenos y embebidos Vigas compuestas con planchas colaborantes COMBINACIÓN DE FUERZA AXIAL Y FLEXIÓN TRANSFERENCIA DE CARGA Requisitos generales

8 9.6.2 Asignación de fuerza Mecanismos de transferencia de fuerza Requisitos para detalles DIAFRAGMAS COMPUESTOS Y VIGAS SECUNDARIAS ANCLAJES DE ACERO General Anclajes de acero en vigas compuestas Anclajes de acero en elementos compuestos CASOS ESPECIALES CAPÍTULO 10 DISEÑO DE CONEXIONES DISPOSICIONES GENERALES Bases de diseño Conexiones Simples Conexiones de Momento Elementos en Compresión con Juntas de Aplastamiento Empalmes en Secciones Pesadas Agujeros de Acceso a la Soldadura Colocación de Soldaduras y Pernos Pernos en Combinación con Soldaduras Pernos de Alta Resistencia en Combinación con Remaches Limitaciones en Conexiones Empernadas y Soldadas SOLDADURAS Soldaduras Acanaladas Soldadura de Filete Soldadura de Ranura y Tapón Resistencia Combinación de Soldaduras Requisitos del Metal del Electrodo Metal de Soldadura Mezclado PERNOS Y PIEZAS ROSCADAS Pernos de Alta Resistencia Tamaño y Uso de los agujeros Espaciamiento Mínimo Distancia Mínima al Borde Distancias a los Bordes y Espaciamiento Máximo Resistencia en Tracción y Corte de Pernos y Elementos Roscados Combinación de Tracción y Corte en Conexiones Tipo Aplastamiento Pernos de Alta Resistencia en Conexiones de Deslizamiento Crítico Tracción y Corte Combinados en Conexiones de Deslizamiento Crítico Resistencia al Aplastamiento en Agujeros de Pernos Conectores Especiales Conectores en Tracción

9 10.4 ELEMENTOS AFECTADOS DE MIEMBROS Y ELEMENTOS DE CONEXIONES Resistencia de componentes en tracción Resistencia de Elementos en Corte Resistencia de Bloque de Cortante Resistencia de Elementos en Compresión Resistencia de Elementos en Flexión PLANCHAS DE RELLENO Planchas de relleno en Conexiones Soldadas Planchas de Relleno en Conexiones Empernadas EMPALMES Vigas Columnas RESISTENCIA AL APLASTAMIENTO BASES DE COLUMNA Y APLASTAMIENTO EN CONCRETO PERNOS DE ANCLAJE ALAS Y ALMAS CON CARGAS CONCENTRADAS Flexión Local del Ala Fluencia Local del Alma Aplastamiento Local del Alma Pandeo Lateral del Alma Pandeo en Compresión del Alma Corte en la Zona Panel del Alma Extremos no Aporticados de Vigas Requisitos Adicionales de los Rigidizadores para Cargas Concentradas Requisitos Adicionales para las Planchas de Refuerzo del Alma para Cargas Concentradas CAPÍTULO 11 DISEÑO DE CONEXIONES DE ELEMENTOS TUBULARES FUERZAS CONCENTRADAS EN ELEMENTOS TUBULARES Definición de Parámetros HSS Redondos HSS Rectangulares CONEXIONES DE ARMADURAS HSS a HSS Definición de Parámetros HSS Redondos HSS Rectangulares CONEXIONES DE MOMENTO HSS a HSS Definición de Parámetros HSS Redondos HSS Rectangulares

10 11.4 SOLDADURA DE PLANCHAS Y RAMAS A HSS RECTANGULARES CAPÍTULO 12 DISEÑO PARA CONDICIONES DE SERVICIO GENERAL CONTRAFLECHA DEFLEXIONES DESPLAZAMIENTOS LATERALES VIBRACIONES MOVIMIENTO INDUCIDO POR EL VIENTO EXPANSIÓN Y CONTRACCIÓN DESLIZAMIENTO EN LAS CONEXIONES CAPÍTULO 13 DISEÑO SÍSMICO MATERIALES FUERZA ESPERADA EN EL MATERIAL MATERIAL DE APORTE PARA SOLDADURA Soldaduras para sistemas resistentes a sismo Soldaduras de demanda critica REQUISITOS GENERALES DE DISEÑO Tipos de sistemas estructurales Requerimientos Generales Requerimientos Adicionales Análisis No Lineal SISTEMAS ESTRUCTURALES Sistemas de Pórticos y clasificación de ductilidad Relación Ancho/Espesor en compresión Sistemas de arriostramiento para vigas Clasificación de sistemas estructurales PÓRTICOS RESISTENTES A MOMENTO Pórticos Ordinarios Resistentes a Momento (OMF) Pórticos Intermedios Resistentes a Momento (IMF) Pórticos Especiales Resistentes a Momento (SMF) PÓRTICOS ARRIOSTRADOS (BMF) Pórticos Ordinarios con Arriostres Concéntricos (OCBF) Pórticos Especiales con Arriostres Concéntricos (SCBF) Pórticos con Arriostres Excéntricos (EBF)

11 CAPÍTULO 14 FABRICACIÓN, PROTECCION ANTICORROSIVA, MONTAJE Y CONTROL DE CALIDAD PLANOS DE TALLER FABRICACIÓN Contraflecha, Curvado y Enderezado Corte Térmico Alisado de Bordes Construcción Soldada Construcciones Empernadas Juntas de Compresión Tolerancias Dimensiónales Acabado de Bases de Columna PROTECCION ANTICORROSIVA REQUERIMIENTOS GENERALES CLASIFICACIÓN DE AMBIENTES CONSIDERACIONES DE DISEÑO PREPARACION SUPERFICIAL SISTEMAS DE PINTURAS Superficies Inaccesibles Superficies en Contacto Superficies Acabadas por Maquinado Superficies Adyacentes a las Soldaduras en Obra MONTAJE Método de Montaje Condiciones del Lugar de la Obra Cimentaciones Ejes de Edificación y Puntos de Nivel de Referencia Instalación de Pernos de Anclaje y Otros Material de Conexión de Campo Apoyos Temporales de la Estructura de Acero Tolerancias de la Estructura Corrección de Errores Manipulación y Almacenamiento CONTROL DE CALIDAD Cooperación Rechazos Inspección de la Soldadura Inspección de Conexiones con Pernos de Alta Resistencia de Deslizamiento Crítico Identificación de la Calidad del Material

12 CAPÍTULO 1 CONSIDERACIONES GENERALES Este capítulo establece el alcance de la norma, sus límites de aplicabilidad, provee requerimientos de los materiales y condiciones de diseño. El capítulo está organizado de la siguiente manera: 1.1 ALCANCE 1.1 Alcance 1.2 Límites de aplicabilidad 1.3 Material 1.4 Cargas y combinaciones de carga 1.5 Bases de diseño 1.6 Referencia a códigos y normas 1.7 Documentos de diseño 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 por Esfuerzos Permisibles (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 Definición de Acero Estructural En la presente Norma, el término acero estructural se referirá a aquellos elementos de acero de sistemas estructurales de pórticos y reticulados que sean 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 recomienda utilizar las Normas del American Iron and Steel Institute (AISI). 11

13 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 debe efectuarse 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 serán adecuados para resistir las cargas de gravedad como vigas simplemente apoyadas. b. Las conexiones y elementos conectados serán adecuados para resistir las cargas laterales. c. Las conexiones tendrán una adecuada capacidad de rotación inelástica que evite 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 deben 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 resultados de ensayos, de materiales o productos, realizados en el país. Los ensayos deben ser hechos de acuerdo con los requerimientos de la especificación aplicable, mencionadas en los numerales , 1.3.2, 1.3.3, 1.3.4, y para aquellos materiales o productos que correspondan. La evidencia de conformidad del producto se expresará 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 12

14 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). De no existir organismos de evaluación de la conformidad acreditados en el país para un ensayo especifico, se aceptarán 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 país. Si al usar una norma técnica peruana hubiese un aspecto no contemplado, se indica las normas ASTM, AWS, ANSI aplicables Acero Estructural Designaciones de normas Bajo esta Norma, se aprobará el uso del material que cumpla con: Normas Técnicas Peruanas (NTP) CODIGO TITULO REFERENCIA NTP PRODUCTOS DE ACERO. Aceros ASTM A36/A36M estructurales al carbono. (AASHTO M270 Especificaciones. Grado 36). NTP PRODUCTOS DE ACERO. Tubos estructurales de acero al carbono conformados en frío, electro soldados y sin costura, de forma circular y no ASTM A500. NTP NTP NTP NTP NTP NTP NTP circular. Especificaciones. PRODUCTO DE ACERO. Acero estructural de alta resistencia de baja aleación de columbio-vanadio. Especificaciones. PRODUCTOS DE ACERO. Acero estructural para puentes. Especificaciones. PRODUCTOS DE ACERO. Perfiles de acero estructural. Especificaciones. PRODUCTOS DE ACERO. Requisitos generales de productos de acero estructural laminado en caliente. PRODUCTOS DE ACERO. Metodos de ensayos normalizados y definiciones para ensayos mecanicos. PRODUCTOS DE ACERO. Barras de acero al carbono, corrugadas y lisas, para refuerzo de concreto armado. Especificaciones. PRODUCTOS DE ACERO. Barras de acero de baja aleación, corrugadas y lisas, para refuerzo de concreto armado. Especificaciones. ASTM A572/572M (AASHTO M270 Grado 50). ASTM A709 Grado 36, 50, 50W, 70W, 100 y 100W ASTM A992/A992M ASTM A6, ASTM A568 ASTM A370 ASTM A615 Gr. 60 ASTM A706 Gr

15 Normas Técnicas ASTM CODIGO ASTM A53/A53M, Gr. B. ASTM A283/A283M ASTM A242/A242M ASTM A501 ASTM A514/514M (AASHTO M270 Grado 100 y 100W) ASTM A529/529M. ASTM A588/588M (AASHTO M270 Grado 50W) ASTM A606 ASTM A618 ASTM A847/A847M ASTM A852/852M (AASHTO M270 Grado 70W) ASTM A913/A913M ASTM A1043/A1043M. ASTM A1011/1011M (Reemplaza al ASTM A570, grado 275, 310 y 345) TITULO Tubos redondos de acero negro y galvanizado, 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) 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 , 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. 14

16 Perfiles Pesados Las secciones laminadas de la NTP con un espesor de ala que exceda de 50 mm se consideraran 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 será suministrado con ensayos de impacto Charpy de entalle en V de acuerdo con la NTP El ensayo de impacto deberá alcanzar un valor promedio mínimo de 27 J de energía absorbida a +20 C y será realizado de acuerdo con la NTP , con las siguientes excepciones: a. El eje longitudinal central de la probeta estará 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 serán 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.- El entalle para cualquiera de las probetas puede estar en cualquier lado de la línea central de la viga. Cuando se empleen estructuras en las que se aplique el Capítulo 13 de esta norma se aplicaran 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 será suministrado con ensayos de impacto Charpy de entalle en V de acuerdo con la NTP El ensayo de impacto será realizado por el fabricante de acuerdo a la NTP y deberá alcanzar un valor promedio mínimo de 27 J de energía absorbida a +20 º C. 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 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 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 y secciones armadas por 15

17 medio de juntas soldadas de penetración total en todo el espesor del material más delgado a la cara del material más grueso Fundiciones y Piezas Forjadas de Acero El acero fundido deberá cumplir el ASTM A216/A216M, Grado WCB y con el requerimiento S11. Las piezas forjadas de acero al carbono y de aleación para uso industrial general, ASTM A668/A668M Pernos, Arandelas y Tuercas 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. Los pernos ASTM A449 son permitidos solamente en conexiones con diámetros de pernos mayores de 33 mm, y no deben usarse en conexiones de deslizamiento crítico Pernos de Anclaje y Varillas Roscadas Bajo esta Norma, se aprobará el uso del material que cumpla con: Normas Técnicas Peruanas NTP CODIGO TITULO REFERENCIA NTP PRODUCTOS DE ACERO. Aceros ASTM A36/A36M estructurales al carbono. (AASHTO M270 Especificaciones. Grado 36). NTP PRODUCTO DE ACERO. Acero estructural de alta resistencia de baja aleación de columbio-vanadio. Especificaciones. ASTM A572/572M (AASHTO M270 Grado 50). 16

18 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 cumplirán las series estándar unificadas de ANSI B18.1 y tendrán 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 Metal de Aporte y Fundente para el Proceso de Soldadura Los electrodos y fundentes para soldadura cumplirán 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. 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. 17

19 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 Conectores de Pernos de Cortante Los conectores de pernos de cortante de acero cumplirán los requisitos de la Norma Structural Welding Code - Steel, AWS D CARGAS Y COMBINACIONES DE CARGA Las cargas nominales serán las cargas mínimas de diseño establecidas en la Norma E.020 Cargas Cargas, Factores de Carga y Combinación de Cargas Las siguientes cargas nominales deben ser consideradas: D : Carga muerta debida al peso propio de los elementos y los efectos permanentes sobre la estructura. : Carga viva debida al mobiliario y ocupantes. : Carga viva en las azoteas. : Carga de viento. : Carga de nieve. E : Carga de sismo de acuerdo a la Norma E.030 Diseño Sismorresistente. R : Carga por lluvia o granizo. La resistencia requerida de la estructura y sus elementos debe ser 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 deben ser investigadas: L L r W S 1,4D (1.4-1) 1,2D + 1,6L + 0,5(Lr ó S ó R) (1.4-2) 1,2D + 1,6(Lr ó S ó R) + (0,5L ó 0,8W) (1.4-3) 1,2D + 1,3W + 0,5L + 0,5(Lr ó S ó R) (1.4-4) 1,2D ± 1,0E + 0,5L + 0,2S (1.4-5) 0,9D ± (1,3W ó 1,0E) (1.4-6) En las combinaciones 1.4-3, y el factor de cargas para L debe ser considerado como 1,0 en el caso de estacionamientos, auditorios y todo lugar donde la carga viva sea mayor a 4800 Pa. Para la aplicación del método ASD las siguientes combinaciones deben ser investigadas: D (1.4-7) D + L + (Lr ó S ó R) (1.4-8) D ± (W ó 0,7E) (1.4-9) D + 0,75L + 0,75Lr ± 0,75(W ó 0,7E) (1.4-10) 0,6D ± (W ó 0,7E) (1.4-11) 18

20 1.4.2 Impacto En el caso de estructuras que soporten carga viva que produce impacto, deberá 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 y y en el caso del método ASD, este incremento se aplica en las combinaciones y Si no hay indicación en contrario, los incrementos serán los siguientes: a. Para apoyos de ascensores :100% b. Para apoyos de maquinaria liviana accionada por ejes o motores : 20% c. Para apoyos de máquinas reciprocantes : 50% d. Para tirantes que soportan pisos y voladizos : 33% e. Para vigas de puentes grúas con cabina de operador y sus conexiones : 25% f. 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 debe ser distribuida considerando la rigidez lateral de la estructura que soporta los rieles. La fuerza longitudinal nominal tendrá 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 Resistencia Requerida La resistencia requerida de los elementos estructurales y sus conexiones debe ser determinada mediante un análisis estructural para las cargas que actúan sobre la estructura, combinadas como se indica en 1.4. 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 sean continuas sobre sus apoyos o rígidamente unidas a las columnas, podrán 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. 19

21 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 Diseño por Condiciones de Resistencia Para el método LRFD la resistencia disponible de cada sistema o componente estructural deberá ser igual o mayor a la resistencia requerida por las combinaciones de cargas de La resistencia disponible Rn para cada estado límite se calculará multiplicando la resistencia nominal Rn por el factor de resistencia. La resistencia requerida se determinará 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 Diseño por 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 DE 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 American Concrete Institute ACI 318 Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary Normas Técnicas Peruanas NTP NTP NTP NTP NTP NTP NTP NTP NTP NTP NTP NTP NTP NTP NTP NTP NTP NTP NTP NTP

22 American Society for Testing and Materials ASTM A27 ASTM A53/A53M ASTM A123 ASTM A148 ASTM A193/A193M ASTM A194/A194M ASTM A216/A216M ASTM A242/A242M ASTM A283/A283M ASTM A307 ASTM A325/A325M ASTM A354 ASTM A490 ASTM A501 ASTM A502 ASTM A514/A514M ASTM A529/A529M ASTM A568/ A568M ASTM A570 ASTM A588/A588M ASTM A606 ASTM A607 ASTM A618 ASTM A668 ASTM A673 ASTM A687 ASTM A847/A847M ASTM A852/A852M ASTM A913/A913M ASTM A1011/A1011M ASTM A1043/A1043M ASTM E165 ASTM E709 ASTM F436 ASTM F436M ASTM F844 ASTM F1554 American Welding Society AWS D.1.1 AWS A5.1 AWS A5.5 AWS A5.17 AWS A5.18 AWS A5.20 AWS A5.23 AWS A5.28 AWS A5.29 Research Council on Structural Connections Especificaciones LRFD para juntas estructurales usando pernos ASTM A325 ó A490. 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 DOCUMENTOS DE DISEÑO Los documentos de diseño están constituidos como mínimo por planos y especificaciones técnicas. 21

23 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 se indicará 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 Especificaciones Técnicas Las Especificaciones Técnicas elaboradas por el proyectista deben indicar en forma precisa: las características mecánicas y químicas de los materiales según el numeral 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 Simbología y Nomenclatura Los símbolos para soldadura e inspección que se empleen en los planos del proyecto y en los de taller serán los de 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 Notas para la Soldadura Las longitudes de soldadura que figuren en los planos deben ser las longitudes netas. 22

24 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 ÁREA BRUTA 2.1 Área bruta 2.2 Área neta 2.3 Área neta efectiva para elementos en tracción 2.4 Estabilidad 2.5 Pandeo local 2.6 Restricciones de rotación en puntos de apoyo 2.7 Relaciones de esbeltez límite 2.8 Tramos simplemente apoyados 2.9 Restricción de apoyo 2.10 Diseño por fatiga El área bruta Ag de la sección de un elemento debe determinarse mediante la suma de los productos del espesor por el ancho total de cada elemento 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. 2.2 ÁREA NETA El área neta An de un elemento es la suma de los productos del espesor por el ancho neto para cada elemento, calculado como sigue: Para el cálculo del área neta en tracción y corte, el ancho de un agujero para perno se tomará como 2 mm mayor que la dimensión nominal del agujero. Para una cadena de agujeros que se extienden en una diagonal o una línea en zigzag, el ancho neto se debe obtener deduciendo del ancho total la suma de las dimensiones de los agujeros como se indica en , para toda la cadena, y sumando, para cada espacio de la cadena, la cantidad s 2 / 4g 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 será 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 tomará en cuenta. Para elementos sin agujeros, el área neta An es igual al área total Ag. 23

25 2.3 ÁREA NETA EFECTIVA PARA ELEMENTOS EN TRACCIÓN TABLA 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 elementos de la sección por conectores o soldaduras (excepto en los casos 4,5,6) U = 1, Todos los elementos en tracción, excepto las planchas y tubos, donde la carga es transmitida solo a algunos de los elementos 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). U = 1 - x l 3 4 Todos los elementos en tracción donde la carga es transmitida por soldaduras transversales a solo algunos elementos de la sección. Planchas donde la carga de tracción es transmitida solamente por soldaduras longitudinales. 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, Tubos redondos con solo una plancha de empalme concéntrica. l 1,3 D U = 1,0 D l < 1,3D U = 1 - x l x = D π 6 Tubo Rectangular Perfiles W, M, S o HP, o T cortados de estos perfiles (Si U es 7 calculado según caso 2, se permite utilizar el mayor valor) 8 Ángulos simples o dobles (si U es calculado según caso 2, se permite utilizar el mayor valor) Con sólo una plancha de empalme concéntrica. Con dos planchas de empalme concéntricas. 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 - x l x = B2-2BH 4(B + H) l H U = 1 - x l B 2 x = 4 (B + H) b f 2 d U = 0,9 3 b f < d U = 0,85 U = 0, U = 0, U = 0, 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. 24

26 El área neta efectiva para elementos en tracción debe calcularse como: Ae = An U U se determina como se indica en la Tabla Elementos como ángulos simples, dobles y secciones WT tendrán 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 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, 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. Debe considerarse los siguientes efectos sobre la configuración deformada de la estructura y los elementos individuales: (1) Deformaciones axiales de flexión y de corte de los elementos, (2) Efectos de segundo orden (P- y P - ), (3) Imperfecciones geométricas, (4) Reducciones de rigidez debido a la inelasticidad y (5) Incertidumbres en rigidez y resistencia. 2.5 PANDEO LOCAL 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 elementos en compresión no deben exceder los límites de las relaciones ancho / espesor p que se presentan en la Tabla Si la relación ancho/espesor de uno o más de los elementos 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 elemento en compresión, sobrepasan los valores r de la Tabla 2.5.1, la sección será clasificada como esbelta. 25

27 2.5.2 Elementos 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 tomará 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 Elementos 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 tomará 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. 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. 26

28 TABLA 2.5.1a RELACIONES ANCHO/ESPESOR LÍMITES PARA SECCIONES EN COMPRESION AXIAL Caso Descripción del Elemento Relación Ancho/ Espesor Relaciones Ancho/Espesor Limites λr (no esbelto/esbelto ) Ejemplos 1 Alas de perfiles laminados I, placas 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 F y Elementos No Rigidizados 2 3 Alas de perfiles fabricados I y placas o alas de ángulos proyectándose de perfiles fabricados. Alas de ángulos simples, alas de ángulos dobles con separadores, y cualquier otro elemento no rigidizado. b t b t (a) 0,64 k c E F y 0,45 E F y 4 Compresión uniforme en almas de secciones T. d t 0,75 E F y 5 Compresión uniforme en almas de perfiles I de simetría doble y canales h t w 1,49 E F y Elementos Rigidizados 6 7 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. Platabandas y Planchas Diafragma; entre líneas de conectores o soldaduras. b t b t 1,40 E F y 1,40 E F y 8 Compresión uniforme en cualquier otro elemento rigidizado. b t 1,49 E F y 9 Perfiles HSS circulares D t 0,11 E F y 27

29 TABLA 2.5.1b RELACIONES ANCHO/ESPESOR LÍMITES PARA COMPONENTES EN COMPRESION DE SECCIONES EN FLEXIÓN Caso 10 Descripción del Elemento Alas de perfiles laminados I, canales y perfiles T Relación Ancho/ Espesor b t Relaciones Ancho/Espesor Limites λp λr (compacto) (no compacto) 0,38 E F y 1,0 E F y Ejemplos Elementos No Rigidizados 11 Alas de perfiles fabricados I de simetría doble y simple 12 Alas de angulos simples 13 Alas de cualquier perfil I y canales, en flexión con respecto al eje débil b t b t b t (a),(b) 0,38 E F y 0,95 k ce F L 0,54 E 0,91 E F F y y 0,38 E F y 1,00 E F y Elementos Rigidizados 14 Alas de perfiles T Almas de perfiles I de simetría doble y canales 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. 19 Almas de perfiles HSS rectangulares y secciones Cajón d t h t w h c t w b t b t h t 0,84 E F y 1,03 E F y 3,76 E F y 5,70 E F y h c h p E F y (0,54 M 2 λ r p 0,09) M y [c] 5,70 E F y 1,12 E F y 1,40 E F y 1,12 E F y 1,40 E F y 2,42 E F y 5,70 E F y 20 Perfiles HSS circulares D t 0,07 E F y 0,31 E F y (a) k c = 4 h t w pero no debe ser tomado menor a 0,35 ni mayor a 0,76 para efectos de cálculo. (b) F L = 0,7 F y para flexión respecto al eje fuerte de almas de perfiles I fabricados, compactas y no compactas con S xt S xc 0,7 F L = F y S xt /S xc 0.5F y para flexión respecto al eje fuerte de almas de perfiles I fabricados, compactas y no compactas con S xt S xc < 0,7. (c) M y es el momento flector de fluencia en la fibra extrema. M p es el momento plástico de flexión. E = módulo de elasticidad del acero F y = 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. 28

30 2.7 RELACIONES DE ESBELTEZ LÍMITE Para elementos cuyo diseño se basa en fuerzas de compresión, las relaciones de esbeltez Kl / r no deben exceder, 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 deben exceder, 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 tendrán 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, deben ser diseñados 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 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 Los elementos y sus conexiones sujetas a la carga de fatiga deberán diseñarse de acuerdo con las provisiones del Apéndice 3 del AISC

31 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 Requisitos de diseño por estabilidad 3.2 Resistencias requeridas 3.3 Arriostramientos para la estabilidad de columnas y vigas 3.1 REQUISITOS DE DISEÑO POR ESTABILIDAD 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, será determinado 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 será tomado 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 determinarán a partir de los resultados de un análisis de segundo orden, siendo aceptado el método indicado en como una alternativa a un análisis riguroso de segundo orden para pórticos rígidos, pórticos arriostrados y sistemas mixtos 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 determinaran como sigue: M u = B 1 M nt + B 2 M lt (3.2-1a) 30

32 P u = P nt + B 2 P lt (3.2-1b) Cm B Pu 1 P 1 e1 1 (3.2-2) Se permite emplear para el cálculo de B1 el estimado de primer orden Pu = Pnt + Plt. y: 1 B 2 1 (3.2-3) Ppiso 1 P e, piso Mnt = momento último de primer orden calculado asumiendo que no hay desplazamiento lateral del pórtico. Mlt = momento último de primer orden calculado como resultado solamente de la traslación lateral del pórtico. Pnt = fuerza axial última de primer orden calculada asumiendo que no hay desplazamiento lateral del pórtico. Plt = fuerza axial última de primer orden calculada como resultado solamente de la traslación lateral del pórtico. Ppiso = carga última vertical total soportada en el piso. Cm = 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, C m = 0,6-0,4 (M 1 M 2 ) (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 deberá determinarse por un análisis racional o conservadoramente tomarse como 1,0 para todos los casos. Pe1 = resistencia critica al pandeo elástico del elemento en el plano de flexión, calculado en la suposición de desplazamiento lateral nulo. P e1 = π2 EI * (K 1 L) 2 (3.2-5) Ver valor de EI en 3.2.2(5) 31

33 Pe,piso = resistencia critica al pandeo elástico para todo el piso, en la dirección considerada, calculada mediante un análisis de pandeo con desplazamiento lateral o como: H L Pe, piso RM H (3.2-6b) L = altura del piso. RM = = 1 0,15(Pmf / Ppiso) 1,0 para pórticos arriostrados K1 = 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. Pmf = carga última vertical total en las columnas del piso que son parte de pórticos de momento en la dirección de desplazamiento considerada. H = deformación lateral de entrepiso de primer orden debida a fuerzas laterales. Cuando ΔH varía en el área en planta de la estructura, se le dará el valor de la máxima deformación lateral de entrepiso. H = 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 tomará 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: P u F y A g 0,5 EI * = 0,8 EI 32

34 P u P u > 0,5 EI * = 0,8 EI x 4 [1 - F y A g F y A g P u F y A g ] 3.3 ARRIOSTRAMIENTOS PARA LA ESTABILIDAD DE COLUMNAS Y VIGAS Este numeral establece la resistencia y rigidez mínima que deben tener 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 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 debe incluir 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 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: P br = 0,004 P u (3.3-1) 33

35 La rigidez requerida del arriostramiento es: 1 2P u (3.3-2) br Lb = 0,75 Lb = distancia entre arriostramientos Pu = resistencia requerida en compresión axial (2) Arriostramiento Nodal La resistencia requerida del arriostramiento es: P br = 0,02 P u (3.3-3) La rigidez requerida del arriostramiento es: 1 8P u br Lb (3.3-4) = 0,75 Lb = distancia entre arriostramientos Pu = resistencia requerida en compresión axial Vigas 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) sea tomada igual a Lq. 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 a. Arriostramiento Lateral Los arriostramientos deben fijarse cerca al ala en compresión, excepto para elementos en voladizo, donde un arriostramiento de extremo será fijado 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 será fijado a ambas alas en el punto de arriostramiento más cercano al punto de inflexión. 34

36 1a.- Arriostramiento Relativo La resistencia requerida del arriostramiento es: P 008 C d br 0, M (3,3-5) u ho La rigidez requerida del arriostramiento es: 1 4MuCd br Lbho (3.3-6) = 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: P 0, 02 br M u C h d o (3.3-7) La rigidez requerida del arriostramiento es: = 0,75 Mu = resistencia requerida en flexión. 1 10M ucd br (3.3-8) Lbho Cuando Lb es menor que Lq, la máxima longitud no arriostrada para Mu, se permite que Lb en la ecuación (3.3-8) sea tomada igual a Lq 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. 35

37 2a.- Arriostramiento Nodal El momento de arriostramiento requerido es: M br 0,024 M n Cb L u b L (3.3-9) La rigidez requerida del pórtico transversal o diafragma es: T Tb 1 T sec (3.3-10) 1 2,4 L M u (3.3-11) br 2 n EI y Cb sec 3,3E h o 1,5 ho t 12 3 w 3 ts bs 12 (3.3-12) = 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 será efectivo debido a una inadecuada rigidez torsional del alma. Cuando se requiera, el rigidizador del alma debe extenderse el peralte total del miembro 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) sea tomada igual a Lq. 36

38 2b.- Arriostramiento Torsional Continuo Para arriostramientos continuos usar 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: 3 3,3 E tw sec (3.3-13) 12 h o 37

39 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 Límites de esbeltez 4.2 Resistencia en tracción 4.3 Área neta efectiva 4.4 Elementos armados 4.5 Elementos articulados 4.6 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 Resistencia de componentes en tracción Resistencia de Bloque de Cortante 4.1 LÍMITEZ 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: P n = F y A g (4.2-1) t = 0,90 (b) Para rotura en tracción en el área neta: P n = F u A e (4.2-2) t = 0,75 38

40 Ae = área neta efectiva Ag = área bruta del elemento Fy = esfuerzo de fluencia mínima especificada Fu = resistencia a la tracción mínima especificada Cuando los elementos sin perforaciones son completamente conectados por soldadura, el área neta efectiva usada en la Ecuación 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 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: A e = A n U (4.3-1) donde el factor U es un coeficiente de reducción, determinado como se muestra en la Tabla Para secciones transversales abiertas tales como W, M, S, C o perfiles HP, WT, ST, y ángulos simples y dobles, el factor U no tiene que ser menor que la relación del área bruta del elemento(s) conectado(s) al área bruta del elemento. Esta disposición no se aplica para secciones cerradas, como las secciones tubulares (HSS), ni a planchas. Para planchas de empalme empernadas A e = A n 0,85 A g, de acuerdo al numeral

41 TABLA Factor U para Conexiones de Elementos en Tracción Caso Descripción del Elemento Factor U Ejemplo Todos los elementos en tracción en donde se transmite la carga de tracción directamente a cada uno de los elementos transversales por medio de conectores o soldaduras (excepto en los Casos 4, 5 y 6) Todos los elementos en tracción, excepto las planchas y tubos, donde se transmite la carga de tracción a algunos pero no a todos los elementos transversales por medio de conectores o soldaduras longitudinales o por soldaduras longitudinales en combinación con soldaduras transversales. (Alternativamente, para W, M, S y HP, el Caso 7 puede ser utilizado. Para ángulos, se puede utilizar el caso 8) Todos los elementos en tracción donde se transmiten las cargas sólo por soldaduras transversales a algunos pero no a todos los elementos transversales. U = 1,0 U = 1 - x I U = 1,0 y An = área de los elementos conectados directamente 4 Planchas donde la carga de tracción es transmitida solamente por soldaduras longitudinales. I 2w U = 1,0 2w > l 1,5w U = 0,87 1,5w > I w U = 0,75 5 Tubos redondos con sólo una plancha de conexión concéntrica. I 1,3D U = 1,0 D I < 1,3D U = 1 x / I x = D π Tubo Rectangular Perfiles W, M, S o HP, o T cortadas a partir de estos perfiles (Si U es calculado según el Caso 2, se permite utilizar el mayor valor) Ángulos simples y dobles (Si U es calculado según el Caso 2, se permite utilizar el mayor valor) con sólo una plancha de conexión concéntrica con dos planchas de conexión en los lados con ala conectada con 3 o más conectores por línea en la dirección de carga con alma conectada con 4 o más conectores en la dirección de la 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 por línea en la dirección de la carga, utilizar el Caso 2) I H U = 1 x / I x = B BH 4(B+H) I H U = 1 x / I x = B 2 4(B+H) bf 2/3d U=0,90 bf < 2/3d U = 0,85 U = 0,70 U = 0,80 U = 0,60 I = longitud de conexión; w = ancho de plancha; x = excentricidad de conexión; B = ancho total del tubo rectangular, medido 90 respecto al plano de conexión; H = altura total del tubo rectangular, medido en el plano de conexión; b f = ancho del ala ; d = peralte del perfil 40

42 4.4 ELEMENTOS ARMADOS Para limitaciones en el espaciamiento longitudinal de conectores entre elementos en contacto continuo, ya sea entre una plancha y un perfil o entre dos planchas, ver el numeral El espaciamiento longitudinal de conectores entre componentes deberá, 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 podrán usarse en los lados abiertos de elementos armados en tracción. Las planchas de enlace tendrán 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 en soldaduras intermitentes o conectores en las planchas de enlace no debe exceder de 150 mm. 4.5 ELEMENTOS CONECTADOS CON PASADORES Resistencia a la tracción La resistencia a la tracción de diseño, 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: P n = F u (2tb e ) (4.5-1) t = 0,75 (b) Para rotura en corte en el área efectiva: P n = 0,6F u A sf (4.5-2) sf = 0,75 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 (d) Para fluencia en la sección bruta, ver numeral 4.2a. 41

43 4.5.2 Requerimientos 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 excederá en más de 1 mm al diámetro del pasador. El ancho de la plancha en el agujero del pasador no debe ser 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 debe ser 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. 4.6 BARRAS DE OJO Resistencia en tracción La resistencia de diseño en tracción de las barras de ojo debe ser determinada 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 excederá de ocho veces su espesor Requerimientos 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 debe ser 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 excederá 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 reducirá 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. 42

44 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. Disposiciones Generales 5.2. Longitud Efectiva 5.3. Pandeo por Flexión sin Componentes Esbeltos 5.4. Pandeo Torsional y Flexo-Torsional sin Componentes Esbeltos 5.5. Ángulos simples en compresión 5.6. Elementos Armados 5.7. 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 Resistencia a la compresión de elementos de conexión 5.1 DISPOSICIONES GENERALES La resistencia de diseño en compresión, c Pn, debe ser determinada 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 43

45 Sección transversal Tabla Ubicación de los Numerales del Capítulo 5 Sin Componentes Esbeltos Numerales en el Capítulo Estados Límite FB TB Con Componentes Esbeltos Numerales en el Capítulo Estados Límite LB FB TB FB FTB 5.7 LB FB FTB 5.3 FB 5.7 LB FB 5.3 FB 5.7 LB FB FB FTB 5.7 LB FB FTB FB FTB LB FB FTB FB N/A N/A Secciones asimétricas distintas a los ángulos simples 5.4 FTB 5.7 LB FTB FB = pandeo en 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, debe ser determinado de acuerdo con el Capítulo 3. L = longitud lateralmente no arriostrada r = radio de giro respecto del eje de pandeo Para elementos diseñados en compresión, la relación de esbeltez efectiva KL/r preferentemente no debe exceder de

46 5.3 PANDEO POR FLEXIÓN SIN COMPONENTES ESBELTOS Este numeral se aplica a los elementos en compresión sin componentes esbeltos definidos en el numeral 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, debe ser determinada basada en el estado límite de pandeo por flexión. El esfuerzo crítico, Fcr, se determina como sigue: P n = F cr A g (5.3-1) (a) Cuando KL 4,71 r E F y (ó F F y e 2,25 ) F cr 0, 658 Fy Fe F y (5.3-2) (b) Cuando KL E 4,71 (ó r F y F F y e 2,25 ) F cr = 0,877F e (5.3-3) Fe = Esfuerzo de pandeo elástico determinado de acuerdo con la Ecuación o a través de un análisis de pandeo elástico, cuando sea aplicable. F e 2 E KL r 2 (5.3-4) 5.4 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 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 >

47 La resistencia nominal en compresión, Pn, debe ser determinada en base a los estados límite de pandeo torsional y pandeo flexo-torsional, de la siguiente manera: P n = F cr A g (5.4-1) El esfuerzo crítico, Fcr, se determina de la siguiente manera: (a) Para elementos en compresión de ángulos dobles y secciones T: F cr F cry F 2H crz 1 4F 1 F cry cry F crz F H 2 crz (5.4-2) donde Fcry se toma como Fcr en la Ecuación ó para pandeo por flexión respecto al eje y de simetría, y compresión con secciones T, y de ángulo doble del numeral 5.6, y KL KL r r m KL r K y r y L para elementos en para elementos en compresión F crz GJ A r g 2 o (5.4-3) (b) Para todos los otros casos, Fcr debe ser determinado de acuerdo con la Ecuación 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 EC Fe KZ L w 2 GJ I y x 1 I (5.4-4) (ii) Para elementos con simetría simple donde y es el eje de simetría: Fey F Fe 2H ez 1 4F eyfezh 1 2 Fey Fez (5.4-5) (iii) Para elementos asimétricos, Fe es la menor raíz de la ecuación cúbica: 2 o 2 o F F F F F F F F F F F F 0 e ex e ey e ez e e ey x r o 2 e e ex y r o 2 (5.4-6) Ag = área transversal bruta del elemento Cw = constante de alabeo 46

48 Fex = 2 E K xl rx 2 Fey = 2 K yl Fez = E r y 2 EC Z w 2 GJ K L A r g o G = Módulo de elasticidad en corte del acero = MPa (5.4-7) (5.4-8) (5.4-9) H = 2 2 o yo 2 ro x 1 (5.4-10) 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 r o = radio polar de giro respecto al centro de corte r o 2 = x 2 o y 2 o I x I A g y (5.4-11) r x = radio de giro respecto al eje x r y = 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 I y h o 2 /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 ÁNGULOS SIMPLES EN COMPRESIÓN La resistencia nominal en compresión, Pn, para ángulos simples debe ser determinada de acuerdo con el numeral 5.3 o el numeral 5.7, el que corresponda, para elementos en compresión axial. Para ángulos simples con b/t > 20, se debe usar el numeral 5.4. Los elementos que cumplen el criterio impuesto en los numerales 5.5(a) ó 5.5 (b) pueden ser diseñados 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 numerales 5.5(a) ó 5.5 (b), las 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 están unidos por soldadura o por pernos (mínimo dos), y (3) no existen cargas transversales intermedias. 47

49 Los ángulos simples con condiciones en los extremos diferentes de las descritas en el numeral 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, deben ser evaluados para carga combinada axial y flexión utilizando las disposiciones del Capítulo 8. (a) Para ángulos con alas iguales o alas desiguales conectadas 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 L r x 80 : KL r 72 0,75 L r x (5.5-1) (ii) Cuando L r x 80 : KL L 32 1, r r x (5.5-2) 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 y debe ser incrementado adicionando pero KL/r de los elementos no debe tomarse menor que 0,95 L/rz. 2 b t 4 1, bc (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 L r x 75 : KL r 60 0,8 L r x (5.5-3) L (ii) Cuando 75 : r x KL L r r x (5.5-4) 48

50 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 y debe ser incrementado adicionando pero KL/r de los elementos no debe tomarse menor que 0,82 L/rz. b t 6 bc 2 1 L = longitud del elemento entre los ejes bl = longitud del ala larga bc = longitud del ala corta rx = radio de giro respecto al eje geométrico paralelo al ala conectada rz = radio de giro respecto al eje principal menor 5.6 ELEMENTOS ARMADOS 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 determinará 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:, KL r m KL r 2 o a r i 2 (5.6-1) (b) Para conectores intermedios soldados o conectados por medio de pernos requintados: (i) Cuando a r i 40 : KL r m KL r o (5.6-2a) 49

51 (ii) Cuando a r i 40 : KL r m KL r 2 o K ia ri 2 (5.6-2b) KL r KL r Ki a ri Requerimientos dimensionales m o = relación de esbeltez modificada del elemento armado. = relación de esbeltez del elemento armado actuando como una unidad en la dirección de pandeo considerada. = 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 Los componentes individuales de elementos en compresión compuestos por dos o más perfiles deberán 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 deberán 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 En donde un componente de un elemento armado en compresión consiste en una placa exterior, el máximo espaciamiento no deberá exceder 0,75 E F y 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 deberá exceder 1,12 E F y multiplicado por el espesor de la placa exterior más delgada o 450 mm. 50

52 En los lados abiertos de elementos en compresión fabricados de planchas o perfiles, deberán 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) La relación de la longitud (en la dirección del esfuerzo) al ancho de la perforación no deberá de exceder de 2. (3) La distancia libre entre agujeros en la dirección del esfuerzo no deberá 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 deberá 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 colocarán tan cercanas de los extremos como sea posible. En elementos principales que desarrollan la resistencia de diseño, las planchas de enlace en los extremos tendrán 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 tendrán una longitud no menor a la mitad de esta distancia. El espesor de las planchas de enlace será 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 tendrá 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 será igual o menor que 6 diámetros y la plancha de enlace deberá ser conectada en cada segmento por al menos 3 pernos. Los enlaces, incluyendo platinas, ángulos, canales u otros perfiles empleados como enlaces, se espaciarán 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 deberán proporcionar 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 deberá exceder de 140. Para el caso de enlaces dobles la relación l/r no excederá de 200. Las barras de enlace doble deben ser unidas en sus intersecciones. Para barras de enlace en compresión se permite tomar como la longitud no 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 deberá ser 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 deberá ser preferentemente doble o hecho con ángulos. Para requisitos adicionales de espaciamientos, véase el numeral

53 5.7 ELEMENTOS CON COMPONENTES ESBELTOS Este numeral se aplica para elementos con componentes esbeltos sujetos a compresión, como se define en el numeral para elementos en compresión uniforme. La resistencia nominal en compresión, Pn, debe ser el menor valor determinado en base a los estados límites de pandeo por flexión, pandeo torsional y pandeo flexo-torsional. P n = F cr A g (5.7-1) El esfuerzo crítico, Fcr, debe ser determinado de la siguiente manera: (a) Cuando KL 4,71 r E QF y (o QF F e y 2,25 ) F cr Q 0, 658 QFy Fe F y (5.7-2) (b) Cuando KL 4,71 r E QF y (o QF F e y 2,25 ) F cr = 0,877F e (5.7-3) Fe = Esfuerzo de pandeo elástico, calculado usando las Ecuaciones y para elementos con simetría doble, Ecuaciones y para elementos con simetría simple, y Ecuación para elementos asimétricos, excepto para ángulos simples con b/t 20, donde Fe se calcula usando la Ecuación 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. 52

54 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 vigas laminadas o columnas u otros elementos en compresión: (i) Cuando b 0,56 t E F y : Q s = 1,0 (5.7-4) (ii) Cuando E b 0,56 1,03 F t E y F y : Q s = 1,415-0,74 ( b t ) F y E (5.7-5) (iii) Cuando b 1,03 t E F y : Q s 0,69E 2 b Fy t (5.7-6) (b) Para alas, ángulos y planchas que se proyectan de columnas armadas u otros elementos en compresión: (i) Cuando b t Ek 0,64 c : Fy Q s = 1,0 (5.7-7) (ii) Cuando Ek b 0,64 F Ek c 1,17 c : y t Fy (iii) Cuando b t 1,17 c : Fy Q s = 1,415-0,65 ( b t ) F y Ek c (5.7-8) Ek Q s 0,90Ek b Fy t c 2 (5.7-9) 53

55 b = ancho del elemento no rigidizado en compresión, tal como se define en el numeral kc = 4 h / t w, y no se tomará 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 0,45 t E F y : Q s = 1,0 (5.7-10) (ii) Cuando E b 0,45 0,91 F t E y F y : Q s = 1,34-0,76 ( b t ) F y E (5.7-11) (iii) Cuando b 0,91 t E F y Q s 0,53E b Fy t 2 (5.7-12) b = ancho total del ala más larga. (d) Para almas de secciones T: (i) Cuando d t 0,75 E F y Q s = 1,0 (5.7-13) (ii) Cuando E d 0,75 1,03 F t E y F y Q s = 1,908-1,22 ( d t ) F y E (5.7-14) 54

56 (iii) Cuando d t 1,03 E F y Q s 0,69E d Fy t 2 (5.7-15) d = peralte nominal total de la sección T Elementos Esbeltos Rigidizados, Qa El factor de reducción, Qa, para elementos esbeltos rigidizados se define de la siguiente manera: Q a = A e A g (5.7-16) 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: (a) Para elementos esbeltos en compresión uniforme, con b 1,49 E, excepto t f para alas de secciones cuadradas y rectangulares de espesor uniforme: b e E 0, 34 1,92t 1 f b t E f b (5.7-17) f se toma como Fcr con Fcr calculado con Q = 1,0 (b) Para alas de secciones esbeltas cuadradas y rectangulares de espesor uniforme con b t 1,40 E f : b e E 0, 38 1,92t 1 f b t E f b (5.7-18) f = Pn / Ae En vez de calcular f = Pn / Ae, que requiere iteración, f puede ser tomada igual a Fy. 55

57 (c) Para secciones circulares cargadas axialmente: Cuando E D 0,11 0,45 F t E y F y Q Q a 0,038E F y 2 D t 3 (5.7-19) D = diámetro exterior t = espesor de pared 56

58 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 Ángulos simples Barras cuadradas, rectangulares y redondas Secciones asimétricas Requisitos dimensionales de vigas Para elementos solicitados por flexión biaxial o por combinación de flexión y carga axial véase los numerales Para elementos solicitados por flexión y torsión véase el numeral 8.4. Para elementos sujetos a fatiga véase el Apéndice 3 del AISC Para disposiciones de diseño al corte véase el Capítulo 7. Como ayuda en la determinación del numeral apropiado a aplicar en este capítulo, puede ser usada la Tabla

59 Tabla 6.1 Numeral a aplicar del Capítulo 6 Numeral del Capítulo 6 Sección Transversal Esbeltez Ala Esbeltez Alma Estados Límite 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 6.12 Perfiles con secciones asimétricas diferentes a ángulos simples N/A N/A Todos los estados limites 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 58

60 6.1 DISPOSICIONES GENERALES La resistencia de diseño en flexión, bmn, debe ser determinada de la siguiente manera: b= 0,90 y la resistencia nominal en flexión, Mn, debe ser determinada de acuerdo con los numerales 6.2 hasta Para elementos simplemente simétricos en curvatura simple y todos los elementos doblemente simétricos: Cb C b = factor de modificación por pandeo lateral-torsional para diagramas de momento no uniformes cuando ambos extremos del segmento están arriostrados: 2,5M max 12,5M max 3M 4M A 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, ELEMENTOS COMPACTOS DE SECCIÓN I DE SIMETRÍA DOBLE Y CANALES, EN FLEXIÓN RESPECTO A SU EJE MAYOR Este numeral 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 numeral 2.5. La resistencia nominal en flexión, Mn, debe ser el menor valor obtenido de acuerdo con los estados límite de fluencia (momento plástico) y pandeo lateral-torsional Fluencia Mn = Mp = Fy Zx (6.2-1) Fy = tensión de fluencia mínima especificada del tipo de acero utilizado, Zx = módulo de sección plástico en torno al eje x, 59

61 6.2.2 Pandeo Lateral-Torsional (a) Cuando Lb Lp, el estado límite de pandeo lateral-torsional no aplica (b) Cuando Lp < Lb Lr M n Cb M p 7 Lr L Lb Lp M p 0, FySx M p p (6.2-2) (c) Cuando Lb > Lr M n = F cr S x M p (6.2-3) Lb = longitud entre puntos que están o arriostrados contra desplazamientos laterales de compresión de ala o arriostrados contra giro de la sección, F cr 2 C b E 2 L b rts 1 J c L 0,078 b S xho rts 2 (6.2-4) E = módulo de elasticidad del acero = MPa J = constante torsional, Sx = módulo de sección elástico en torno al eje x, ho = distancia entre centroide de alas, El término raíz cuadrada en Ecuación puede tomarse conservadoramente igual a 1,0 Las longitudes límites Lp y Lr se determinan a continuación: L p = 1,76 r y E F y (6.2-5) L r 1 E Jc Jc 0,7Fy,95rts 6,76 0,7F S h S h E y x o x o 2 2 (6.2-6) 2 ts r I y S C x w (6.2-7) El coeficiente c se calcula como sigue: c = 1,0; para secciones I con simetría doble (6.2-8a) c = ho 2 I C y w ; para canales (6.2-8b) 60

62 Para secciones I con doble simetría y alas rectangulares, C w = I y h o 2 Ecuación se reduce a: 2 r ts = I y h o 2S x 4 y entonces r ts puede ser aproximado conservadoramente como el radio de giro del ala en compresión más un sexto del alma: r ts b 121 f 1 6 ht b t f w f 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 Este numeral 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 numeral 2.5 para elementos en flexión. La resistencia nominal en flexión, Mn, debe ser el menor valor obtenido de acuerdo con los estados límites de pandeo lateral-torsional y pandeo local del ala en compresión Pandeo Lateral-Torsional Deben aplicarse las disposiciones del numeral para pandeo lateral-torsional Pandeo Local Ala en Compresión (a) para secciones con alas no compactas M n M p M (b) para secciones con alas esbeltas p pf 0,7F ys (6.3-1) x rf pf M n 0,9EkcS 2 x (6.3-2) = b f 2 t f 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 = 4 h t w ; para propósitos de cálculo no debe tomarse menor que 0,35 ni mayor que 0,76 h = distancia definida en el numeral

63 6.4 OTROS ELEMENTOS DE SECCIÓN I CON ALMAS COMPACTAS O NO COMPACTAS EN FLEXIÓN RESPECTO A SU EJE MAYOR Este numeral se aplica para: (a) elementos de sección I de simetría doble en 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 alas, se encuentran en flexión respecto a su eje mayor y presentan almas compactas o no compactas, como se define en el numeral 2.5 para elementos en flexión. Los elementos con sección I mencionados en este numeral pueden ser diseñados conservadoramente usando el numeral 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 Fluencia del Ala en Compresión Mn = Rpc Myc = Rpc Fy Sxc (6.4-1) Myc = Momento de fluencia en el ala en compresión 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 yc R pc M yc F L S xc Lb L Lr L p p R pc M (6.4-2) (c) Cuando Lb > Lr M n F cr S xc R pc M yc (6.4-3) Myc = FySxc (6.4-4) F cr 2 2 C 0, b E J L b (6.4-5) L Sxcho rt b rt Para I yc I y 0,23, J debe tomarse como cero. Iyc= Momento de inercia del ala en compresión respecto al eje y Iy = Momento de inercia de la sección respecto al eje y 62

64 La tensión, FL, debe ser determinada como sigue: (i) Cuando S xt S xc 0,7 FL = 0,7 Fy (6.4-6a) (ii) Cuando S xt S xc < 0,7 F L = F y S xt S xc 0,5F y (6.4-6b) La longitud no arriostrada para el estado límite de fluencia, Lp, debe ser determinada como: L p = 1,1 r t E F y (6.4-7) La longitud no arriostrada para el estado límite de pandeo inelástico lateraltorsional, Lr, debe ser determinada como: E J J F 1,95 L L r 6,76 (6.4-8) r t FL Sxcho Sxcho E 2 2 El factor de plastificación del alma, Rpc, debe ser determinado como: (i) Cuando I yc I y > 0,23 (a) Cuando h c t w pw R pc M M p yc (6.4-9a) (b) Cuando h c t w > pw R pc M M p yc M M p yc M pw p 1 (6.4-9b) rw pw M yc (ii) Cuando I yc I y 0,23 R pc = 1,0 (6.4-10) Mp = Fy Zx 1,65 Fy Sxc Sxc, Sxt = módulo de sección elástico referido al ala en compresión y tracción, respectivamente. 63

65 pw rw hc = h c t 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 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 fabricadas. El radio de giro efectivo para pandeo lateral-torsional, rt, se debe determinar de acuerdo a lo siguiente: (i) Para secciones I con ala rectangular en compresión r t ho 12 d b fc 1 a 6 w 2 h h d o (6.4-11) aw = h c t w b fc t fc (6.4-12) bfc = ancho del ala en compresión. = espesor del ala en compresión. tfc rt puede ser aproximado conservadoramente como el radio de giro del ala en compresión más un sexto de la porción en compresión del alma: r t b fc a 6 w (ii) Para secciones I con canal o platabanda fijada al ala en compresión: rt = 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. aw = 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 M n R pc M yc pf RpcM yc FLS xc rf pf (6.4-13) 64

66 (c) para secciones con alas esbeltas M n 0,9EkcS 2 xc (6.4-14) FL = es determinado por la Ecuación Rpc = es el factor de plastificación del alma, determinado por la Ecuación kc =, no debe tomarse menor que 0,35 ni mayor que 0,76 para = 4 h t w propósitos de cálculo b 2t fc 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) 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) 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: (i) Cuando h c t w pw M p Rpt (6.4-16a) M yt (ii) Cuando h c t w > pw R pt M M p yt M M p yt 1 rw pw pw M M p yt (6.4-16b) = h c t 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) 65

67 6.5 ELEMENTOS DE SECCIÓN I DE SIMETRÍA DOBLE Y SIMPLE CON ALMAS ESBELTAS EN FLEXIÓN RESPECTO A SU EJE MAYOR Este numeral se aplica para elementos de sección I de simetría doble y simple con almas esbeltas conectadas a la mitad del ancho de alas y aquellos que se encuentren sometidos a flexión respecto a su eje mayor como se define en el numeral 2.5 para elementos en flexión. 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 Fluencia del Ala en Compresión Pandeo Lateral-Torsional Mn = Rpg Fy Sxc (6.5-1) Mn = Rpg Fcr Sxc (6.5-2) (a) Cuando Lb Lp, no se aplica el estado límite de pandeo lateral-torsional (b) Cuando Lp < Lb Lr F cr Lb Lp Cb Fy 0, 3Fy F (6.5-3) y Lr L p (c) Cuando Lb > Lr F cr 2 Cb E 2 Lb r t F y (6.5-4) Lp se define por la Ecuación L r r t E 0,7F y (6.5-5) Rpg es el factor de reducción de resistencia en flexión: 1 a w hc E R 5,7 1, (6.5-6) pg aw t w Fy aw se define por la Ecuación pero no debe exceder de 10 rt es el radio de giro efectivo para pandeo lateral como se define en el numeral

68 6.5.3 Pandeo Local del Ala en Compresión M n = R pg F cr S xc (6.5-7) (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 F cr F y 0,3F y pf rf pf (6.5-8) (c) Para secciones con alas esbeltas F cr 0,9Ek b f 2 t f c 2 (6.5-9) k c = = b 2t 4 h fc fc t w y no debe tomarse menor que 0,35 ni mayor que 0,76 para propósitos de cálculo. 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) Fluencia del Ala en Tracción (a) Cuando S xt S xc, no se aplica el estado límite de fluencia del ala en tracción (b) Cuando S xt < S xc M n = F y S xt (6.5-10) 6.6 ELEMENTOS DE SECCIÓN I Y CANALES EN FLEXIÓN RESPECTO A SU EJE MENOR Este numeral se aplica para elementos de sección I y canales en flexión respecto a su eje menor. La resistencia nominal en flexión, M n, debe ser el menor valor obtenido de acuerdo con los estados límite de fluencia (momento plástico) y pandeo local del ala Fluencia M n = M p = F y Z y 1,60Fy Sy (6.6-1) 67

69 6.6.2 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 M n M (c) Para secciones con alas esbeltas p M p pf 0,7F ys (6.6-2) y rf pf Mn = Fcr Sy (6.6-3) Fcr = 0,69E ( b 2 (6.6-4) ) t f = b t f 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) 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. tf = Espesor del ala. Sy = Módulo de sección elástico tomado con respecto al eje Y; para un canal, debe tomarse como el módulo de sección mínimo. 6.7 PERFILES HSS CUADRADOS Y RECTANGULARES Y ELEMENTOS DE SECCIÓN CAJÓN Este numeral se aplica a perfiles HSS y elementos de sección tubular cuadrados y rectangulares y a 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 para elementos en flexión. La resistencia nominal en flexión, M n, debe ser el menor valor obtenido de acuerdo con los estados límite de fluencia (momento plástico), pandeo local del ala y pandeo local del alma en flexión pura Fluencia M n = M p = F y Z (6.7-1) Z = módulo de sección plástico respecto al eje de flexión. 68

70 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 M n (c) Para secciones con alas esbeltas b Fy M p M p FyS 3,57 4, 0 M (6.7-2) p t f E Mn = Fy Se (6.7-3) Se = es el módulo de sección efectiva determinado con el ancho efectivo, be, del ala en compresión tomado como: Pandeo Local del Alma b e E 0, 38 1,92t f 1 Fy b t f E F y b (6.7-4) (a) Para secciones compactas, no se aplica el estado límite de pandeo local del alma. (b) Para secciones con almas no compactas M n M p 738 tw E h Fy M p FySx 0,305 0, M p (6.7-5) 6.8 PERFILES HSS DE SECCIÓN CIRCULAR Este numeral se aplica a elementos HSS de sección circular que tengan una relación D/t menor que 0,45 E F y. La resistencia nominal en flexión, Mn, debe ser el menor valor obtenido de acuerdo con los estados límite de fluencia (momento plástico) y pandeo local Fluencia Pandeo Local Mn = Mp = Fy Z (6.8-1) (a) Para secciones compactas, no se aplica el estado límite de pandeo local del ala (b) Para secciones no compactas M n = ( 0,021 E ( D +F y ) S (6.8-2) t ) 69

71 (c) Para secciones con paredes esbeltas Mn = Fcr S (6.8-3) Fcr = 0,33 E ( D (6.8-4) t ) S = módulo de sección elástico t = espesor de pared 6.9 SECCIONES T Y ÁNGULOS DOBLES CARGADOS EN EL PLANO DE SIMETRÍA Este numeral se aplica a elementos de sección T y ángulos dobles cargados en el plano de simetría. La resistencia nominal en flexión, Mn, debe ser el menor valor obtenido de acuerdo con los estados límite de fluencia (momento plástico), pandeo lateraltorsional, pandeo local del ala, y pandeo local en el alma de los elementos de sección T Fluencia (a) Para almas en tracción (b) Para almas en compresión Pandeo Lateral-Torsional Mn = Mp (6.9-1) Mp = Fy Zx 1,6 My (6.9-2) Mp = Fy Zx My (6.9-3) M n M cr EI L b y GJ B 1 B 2 (6.9-4) d I y B 2, 3 L (6.9-5) b J El valor positivo de B se aplica cuando el alma está en tracción y el signo menos 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. 70

72 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 Mn M p 6 rf pf pf M p 0,7FyS xc 1, M y (6.9-6) (c) Para secciones con alas esbeltas en flexo-compresión M n 0,7ES b f 2 t f xc 2 (6.9-7) Sxc = Módulo de sección elástico con respecto al ala en compresión = b f 2t f 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 determinara usando el numeral con b/t de las alas y la ecuación como límite superior Pandeo Local de las almas de secciones T en flexo-compresión Sx= Módulo de sección elástica, M n = F cr S x (6.9-8) El esfuerzo de tracción crítico, Fcr, se determina como sigue: (a) Cuando d t 0,84 E w F y F cr = F y (6.9-9) (b) Cuando E d 0,84 1,03 F t y w E F y F cr d 84 F y 2,55 1, F (6.9-10) y tw E 71

73 (c) Cuando d t 1,03 E w F y F cr 0,69E 2 d tw (6.9-11) Para ángulos dobles con almas en compresión, Mn basado en el pandeo local se determina usando el numeral con b/t de las almas y la ecuación como límite máximo ÁNGULOS SIMPLES Este numeral 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 podrán ser diseñados basándose en flexión respecto de sus ejes geométricos (x, y). Los ángulos simples sin restricción lateral-torsional continua a lo largo de su longitud deben ser diseñados 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 determinará mediante las disposiciones del numeral 8.2. Para el diseño respecto de los ejes geométricos, se deberán usar 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 deberán usar las propiedades de la sección calculadas respecto a los ejes principales mayor y menor del ángulo. La resistencia nominal en flexión, Mn, debe ser el menor valor obtenido de acuerdo con los estados límite de fluencia (momento plástico), pandeo lateraltorsional 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 Fluencia Mn = 1,5 My (6.10-1) My = momento de fluencia con respecto al eje de flexión 72

74 Pandeo Lateral-Torsional Para ángulos simples sin restricción continua al pandeo lateral-torsional a lo largo de su longitud. (a) Cuando Me My M n 0,17M 0,92 e M (6.10-2) e M y (b) Cuando Me > My M y Mn 1,92 1,17 M y 1, 5M M e y (6.10-3) Me, es el momento elástico de pandeo lateral-torsional, es determinado de acuerdo a lo siguiente: (i) Para flexión respecto al eje mayor de ángulos de alas iguales: M 2 2 0,46Eb t Cb e (6.10-4) Lb (ii) Para flexión respecto al eje mayor de ángulos de alas desiguales: M e 4,9E I zc 2 L b b 2 w L bt 0,052 rz 2 w (6.10-5) Cb es calculado usando la ecuación con un valor máximo de 1,5 Lb = longitud lateral no arriostrada del elemento Iz = momento de inercia con respecto al eje menor rz = radio de giro respecto al eje menor t = espesor del ángulo βw = 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, deberá usarse el valor negativo de βw. 73

75 * w TABLA 6.1 Valores β w para Ángulos Tamaño Ángulo [pulg(mm)] β w (mm)* 9 x 4 (229 x102) (166,0) 8 x 6 (203 x 152) (84,1) 8 x 4 (203 x 102) (139,0) 7 x 4 (178 x 102) (111,0) 6 x4 (152 x 102) (79,8) 6 x3 ½ (152 x 89) (93,7) 5 x 3 ½ (127 x 89) (61,0) 5 x 3 (127 x 76) (75,9) 4 x3 ½ (102 x 89) (22,1) 4 x 3 (102 x 76) (41,9) 3 ½ x 3 (89 x 76) (22,1) 3 ½ x 2 ½ (89 x 64) (41,1) 3 x2 ½ (76 x 64) (21,8) 3 x 2 (76 x 51) (39,6) 2 ½ x 2 (64 x 51) (21,6) 2 ½ x1 ½ (64 x 38) (37,8) Alas iguales (0,0) A z w z da 2z0 I w donde z 0 es la coordenada a lo largo del eje z del centro de corte con respecto al centroide, y I w es el momento de inercia respecto al eje mayor; β w 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 M e 4 2 0,66Eb t C b L 1 0,78 bt L b b (6.10-6a) 74

76 (ii) Con máxima tracción en el talón M e 4 2 0,66Eb t C b L 1 0,78 bt L b b (6.10-6b) My debe tomarse como 0,80 veces el momento de fluencia calculado usando el módulo de sección elástico. b = ancho total del ala en compresión Mn puede tomarse como My para ángulos simples con su lado vertical en compresión, y que tengan una relación luz/peralte menor o igual que 1,64E F y t b 2 Fy 1,4 E (b) Y solo con restricción lateral-torsional en el punto de máximo momento: Pandeo Local del Ala Me debe tomarse como 1,25 Me calculado usando las ecuaciones a ó b. My debe tomarse como el momento de fluencia calculado usando el módulo de sección elástico 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: (c) Para secciones con alas esbeltas b Fy M n FySc 2,43 1, 72 (6.10-7) t E Mn = Fcr Sc (6.10-8) 75

77 F cr = 0,71 E ( b 2 (6.10-9) 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 debe ser 0,80 veces el módulo de sección respecto al eje geométrico BARRAS CUADRADAS, RECTANGULARES Y REDONDAS Este numeral se aplica a barras cuadradas, rectangulares y redondas en flexión respecto de cualquiera de sus ejes geométricos. La resistencia nominal en flexión, Mn, debe ser el menor valor obtenido de acuerdo con los estados límite de fluencia (momento plástico) y pandeo lateraltorsional Fluencia L b d Para barras cuadradas y rectangulares, con 0,08 E t 2 en flexión respecto a F y su eje mayor, barras rectangulares en flexión respecto a su eje menor y barras redondas: Pandeo Lateral-Torsional Mn = Mp = Fy Z 1,6 My (6.11-1) (a) Para barras cuadradas y rectangulares, con 0,08 E F y respecto a su eje mayor: < L b d 1,9 E t 2 en flexión F y M n Lb d Fy Cb 1,52 0,274 M y 2 t E M p (6.11-2) (b) Para barras cuadradas y rectangulares, con L b d su eje mayor: b 2 t 2 > 1,9 E F y en flexión respecto a Mn = Fcr Sx Mp (6.11-3) 1,9 E C F b cr (6.11-4) L d t L b = 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 76

78 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 menor, no necesita ser considerado el estado límite de pandeo lateraltorsional SECCIONES ASIMÉTRICAS Este numeral se aplica a todos los perfiles asimétricos, excepto ángulos simples. La resistencia nominal en flexión, M n, debe ser el menor valor obtenido de acuerdo con los estados límite de fluencia (momento de fluencia), pandeo lateraltorsional, y pandeo local Fluencia M n = F n Smin (6.12-1) Smin = el menor módulo de sección referido al eje de flexión Pandeo Lateral-Torsional F n = F y (6.12-2) Fn = Fcr Fy (6.12-3) Fcr = esfuerzo de pandeo lateral-torsional para la sección determinada mediante análisis especiales En el caso de elementos de sección Z, se recomienda que Fcr se tome como 0,5 Fcr de un canal con las mismas propiedades de ala y alma Pandeo Local Fn = Fcr Fy (6.12-4) Fcr = esfuerzo de pandeo local para la sección determinada mediante análisis especiales 77

79 6.13 REQUISITOS DIMENSIONALES DE VIGAS 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, debe quedar 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 debe tomarse mayor que: M n F u A A fg fn S x (6.13-1) Afg = área bruta del ala en tracción, calculada de acuerdo con las disposiciones del numeral 2.1 Afn = área neta del ala en tracción, calculada de acuerdo con las disposiciones del numeral 2.2 Yt = 1,0 para Fy /Fu 0,8 = 1,1 en otros casos Relaciones límites de elementos con Sección I Los elementos de sección I con simetría simple deben satisfacer el siguiente límite: I yc 0,1 0,9 I y (6.13-2) Los elementos de sección I con almas esbeltas también deben satisfacer los siguientes límites: (a) Cuando a h 1,5 h t 12,0 E w F max y (6.13-3) (b) Cuando a h > 1,5 h 0, 40 E (6.13-4) t w F max y 78

80 a = distancia libre entre rigidizadores transversales 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 Platabandas Las alas de las vigas soldadas pueden ser formadas usando planchas de distinto espesor o ancho, 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, deben ser dimensionados 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 debe exceder del máximo especificado para elementos en compresión o tracción en los numerales 5.6 o 4.4, respectivamente. Los pernos o soldadura que conectan el ala al alma deben también ser dimensionados 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 , 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 resistencia a flexión de la platabanda a la viga a una distancia a' desde el 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 w = ancho de la platabanda a' = w (6.13-5) 79

81 (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 (6.13-6) (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 Vigas Armadas Fig. 2. Vista en elevación de platabanda soldada a viga metálica I 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 Cuando hay cargas concentradas que son llevadas de una viga a la otra o distribuidas entre las vigas, deberán soldarse o empernarse diafragmas con suficiente rigidez para distribuir la carga entre las vigas. 80

82 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 tubulares, y corte en la dirección débil de perfiles de simetría doble o simple. El capítulo está organizado de la siguiente manera: 7.1. Disposiciones Generales 7.2. Elementos con Almas No Rigidizadas o Rigidizadas 7.3. Campo de tensiones 7.4. Ángulos simples 7.5. Tubos HSS Rectangulares o Sección Cajón 7.6. Tubos HSS Circulares 7.7. Corte Respecto al Eje Débil 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 debe ser determinada de la siguiente manera: Para todas las disposiciones en este capítulo, excepto el numeral 7.2.1(a): ϕv = 0, ELEMENTOS CON ALMAS NO RIGIDIZADAS O RIGIDIZADAS 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 ϕv = 1,00 h t 2, 24 E w F y : 81

83 y 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 1, 10 w k v E F y Cv = 1,0 (7.2-3) (ii) Cuando 1,10 k E F h t 1, 37 v y w k v E F y C v 1,10 k v h t E w F y (7.2-4) (iii) Cuando h t 1, 37 w k v E F y C v 1,51 E k v 2 h tw Fy (7.2-5) Aw = área del alma, la altura 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, la altura 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: k v a h (7.2-6) = 5 cuando a/h > 3,0 ó a/h > [ 260 (h t w ) ]2 82

84 a = distancia libre entre rigidizadores transversales Rigidizadores Transversales h t 2, 46 No se requiere rigidizadores transversales cuando, o cuando la resistencia disponible en corte de acuerdo con el numeral para kv = 5 sea mayor a la resistencia requerida en corte. E w F y Los rigidizadores transversales usados para desarrollar la resistencia de diseño al corte en el alma, como se dispone en el numeral tendrán 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, debe cumplir con los siguientes requisitos: I st bt 3 w j (7.2-7) j y b es la menor dimensión entre a y h 2,5 a h 2 2 0,5 (7.2-8) 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 terminará a no menos de cuatro veces ni más de seis veces el espesor del alma desde el pie del filete más cercano de la soldadura alma-ala. Cuando se usan rigidizadores a un solo lado del alma, estos se conectaran al ala en compresión, si consiste 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 será mayor de 300 mm entre centros. Si se usan filetes intermitentes de soldadura la distancia libre entre filetes no será mayor que 16 veces el espesor del alma ni más de 250 mm. 7.3 CAMPO DE TENSIONES 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. 83

85 Afc = área del ala en compresión Aft = área del ala en tracción bfc = ancho del ala en compresión bft = ancho del ala en tracción En estos casos, la resistencia nominal en corte, Vn, debe ser determinada de acuerdo con las disposiciones del numeral Resistencia en corte considerando el Campo de Tensiones Bajo la acción del Campo de Tensiones, permitido de acuerdo con el numeral 7.3.1, la resistencia nominal en corte, Vn, para el estado límite de fluencia debe ser: (a) Cuando h t 1, 10 w k v E F y V 0, 6F n y A w (7.3-1) (b) Cuando h t 1, 10 w k v E F y V n 0,6F y A w C v 1,15 1 C v 1 a h 2 (7.3-2) donde kv y Cv son definidas en el numeral Rigidizadores Transversales Los rigidizadores transversales sometidos a la acción del Campo de Tensiones deben cumplir los requerimientos del numeral y las siguientes limitaciones: (1) b t 0, 56 st E F yst (7.3-3) (2) Vr Vc1 I I I I (7.3-4) st st1 st2 st1 V c2 V c1 (b/t)st = relación ancho/espesor del rigidizador Fyst = esfuerzo de fluencia mínimo especificada 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, = momento de inercia mínimo del rigidizador transversal requerido Ist2 84

86 Vr Vc1 = 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 4 1,3 st h Fyw 40 E 1,5 (7.3-5) = la resistencia requerida en corte en la ubicación del rigidizador, usando las combinaciones LRFD = 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 Vc2 = 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 ρst = el mayor valor entre Fyw/ Fyst y 1,0 Fyw 7.4 ÁNGULOS SIMPLES = esfuerzo de fluencia mínimo especificado para el material del alma La resistencia nominal en corte, Vn, del lado de un ángulo simple debe ser determinada usando la Ecuación y el numeral 7.2.1(b) con Aw = bt b = ancho del lado que resiste la fuerza de corte t = espesor del lado h/tw = b/t kv = 1,2 7.5 TUBOS HSS RECTANGULARES Y SECCIONES CAJÓN La resistencia nominal en corte, Vn, de tubos HSS rectangulares y secciones cajón debe ser determinada usando las disposiciones del numeral con Aw = 2ht. 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 debe tomarse como la respectiva dimensión exterior menos tres veces el espesor. 85

87 7.6 TUBOS HSS CIRCULARES La resistencia nominal en corte, Vn, de tubos HSS circulares, debe ser determinada de acuerdo con los estados límites de fluencia en corte y pandeo en corte: Fcr debe ser el mayor valor entre: Vn = Fcr Ag / 2 (7.6-1) F cr 1,60E Lv D D t 5 4 (7.6-2a) y F cr 0,78E D t 3 2 (7.6-2b) pero no debe exceder 0,6 Fy. Ag = área bruta de la sección del elemento D = diámetro exterior Lv = la distancia entre la fuerza de corte máxima y la fuerza de corte cero 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 arco-sumergido (SAW) 7.7 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 debe ser determinada usando la Ecuación y el numeral 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 debe determinarse en la resistencia en corte. Cuando la resistencia requerida excede la resistencia disponible deberá disponerse del refuerzo adecuado en la abertura. 86

88 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 Elementos asimétricos y otros sujetos a flexión y carga axial Elementos sujetos a torsión y combinación de torsión, flexión, corte, y/o carga axial Rotura de alas con perforación sujetas a tracción. Para elementos de sección compuesta, ver el capítulo ELEMENTOS CON SIMETRÍA SIMPLE Y DOBLE SUJETOS A FLEXIÓN Y CARGA AXIAL 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) deben satisfacer 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 Pr P c 0,2 Pr P c 8 M 9 M rx cx M M ry cy 1,0 (8.1-1a) (c) Cuando Pr P c 0,2 Pr 2P c M M rx cx M M ry cy 1,0 (8.1-1b) Pr = resistencia requerida de compresión axial usando las combinaciones de carga LRFD. Pc = cpn = resistencia de diseño en compresión axial, determinada de acuerdo al Capítulo 5. 87

89 Mr = resistencia requerida en flexión usando las combinaciones de carga LRFD. Mc = bmn = resistencia de diseño en flexión, determinada de acuerdo al Capítulo 6. x = subíndice que indica flexión respecto al eje mayor. y = subíndice que indica flexión respecto al eje menor. c = factor de resistencia en compresión = 0,90 b = factor de resistencia en flexión = 0,90 Se permite utilizar las disposiciones del numeral 8.2 en vez de las disposiciones del numeral 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) deben satisfacer las ecuaciones 8.1-1a y 8.1-1b, Pr = resistencia requerida en tracción axial usando las combinaciones de carga LRFD. Pc = t Pn = resistencia de diseño en tracción axial, determinada de acuerdo con las disposiciones del numeral 4.2. Mr = resistencia requerida en flexión usando las combinaciones de carga LRFD. Mc = b Mn = resistencia de diseño en flexión, determinada de acuerdo al Capítulo 6. t = factor de resistencia en tracción (Ver numeral 4.2) b = factor de resistencia en flexión = 0,90 Para elementos con simetría doble, el factor Cb en el Capítulo 6 puede ser multiplicado por flexión, Pr 1 P ey para tracción axial que actúa simultáneamente con P ey 2 E I y 2 Lb 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 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

90 Para elementos con Mry / Mcy 0,05, las disposiciones del numeral deben cumplirse. (a) Para el estado límite de inestabilidad en el plano, las ecuaciones deben ser usadas con Pc, Mrx y Mcx determinados en el plano de flexión. (b) Para el estado límite de pandeo fuera del plano y pandeo lateral-torsional: 2 P r rx (8.1-2) P cy Pr 1,5 0,5 P cy M CbM cx 1,0 Pcy = resistencia disponible en compresión axial fuera del plano de flexión Cb = factor de modificación por pandeo lateral-torsional determinado en el numeral 6.1. Mcx = resistencia disponible 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 ELEMENTOS ASIMÉTRICOS Y OTROS SUJETOS A FLEXIÓN Y CARGA AXIAL Este numeral abarca la interacción de flexión y esfuerzos axiales para perfiles no cubiertos en el numeral 8.1. Se permite utilizar las disposiciones de este numeral para cualquier perfil en vez de las disposiciones del numeral 8.1. f F ra ca f F rbw cbw f F rbz cbz 1,0 (8.2-1) fra Fca frbw, frbz Fcbw, Fcbz = b M n S = 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 numeral 4.2 para tracción. = esfuerzo requerido en flexión en el punto considerado usando las combinaciones de carga LRFD = esfuerzo de diseño en flexión, determinado de acuerdo al Capítulo 6. Usar el módulo de sección para la ubicación especifica en la sección transversal y considerar el signo del esfuerzo. ϕc = factor de resistencia en compresión = 0,90 ϕt = factor de resistencia en tracción (numeral 4.2) ϕb = factor de resistencia en flexión = 0,90 w z = subíndice que indica flexión respecto al eje principal mayor = subíndice que indica flexión respecto al eje principal menor La Ecuación 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 89

91 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 ELEMENTOS SUJETOS A TORSIÓN Y COMBINACIÓN DE TORSIÓN, FLEXIÓN, CORTE Y/O CARGA AXIAL Secciones Tubulares Redondas y Rectangulares HSS Sujetas a Torsión La resistencia torsional de diseño, ϕt Tn, para secciones tubulares redondas o rectangulares HSS de acuerdo con los estados límite de fluencia torsional y pandeo torsional, debe ser determinado como sigue: ϕt = 0,90 Tn = Fcr C (8.3-1) C es la constante torsional para la sección tubular HSS El esfuerzo crítico, Fcr, debe ser determinado como sigue: (a) Para secciones tubulares redondas HSS, Fcr debe ser el mayor de (i) y F cr 1,23E 5 (8.3-2a) L D 4 D t (ii) F cr 0,60E D t 3 2 (8.3-2b) pero no excederá de 0,6Fy, L = longitud del elemento D = diámetro exterior (b) Para tubos rectangulares HSS (i) Cuando h t 2, 45 E Fy Fcr = 0,6 Fy (8.3-3) 90

92 (ii) Cuando 2,45 E F h t 3, 07 E y F y F cr 0,60F y 2,45 h t E F y (8.3-4) (iii) Cuando 3,07 E F h t 260 y F cr 2 0,458 E 2 h t (8.3-5) h = ancho de la parte plana del lado mayor como se define en el numeral (d) t = diseño de espesor de pared se define en el numeral La constante torsional, C, puede ser tomada conservadoramente como: Para tubos redondos HSS: D t C 2 2 t Para tubos rectangulares HSS: C = 2(B t)(h t)t 4,5(4 )t 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 debe ser determinada de acuerdo con el numeral 8.1 y los efectos torsionales deber ser despreciados. Cuando Tr excede el 20% de Tc, la interacción de torsión, flexión, corte y/o carga axial debe ser determinada por: P r Pc M M r c V V r c T T r c 2 1,0 (8.3-6) Pr = resistencia requerida axial usando las combinaciones de carga LRFD. Pc = ϕpn = resistencia de diseño en tracción o compresión axial, determinada de acuerdo al Capítulo 4 ó 5 Mr = resistencia requerida en flexión usando las combinaciones de carga LRFD. Mc = ϕbmn = resistencia de diseño en flexión, determinada de acuerdo al Capítulo 6. 91

93 Vr = resistencia requerida de corte usando las combinaciones de carga LRFD Vc = ϕvvn = resistencia de diseño en corte, determinada de acuerdo al Capítulo 7. Tr = resistencia requerida en torsión usando las combinaciones de carga LRFD Tc = ϕttn = resistencia de diseño en torsión, determinada de acuerdo al numeral Elementos No Tubulares Sujetos a Torsión y Esfuerzos Combinados La resistencia disponible en torsión para elementos no tubulares debe ser el menor valor obtenido de acuerdo a los estados límites de fluencia bajo esfuerzo axial, 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 (c) Para el estado límite de pandeo Fn = 0,6Fy (8.3-8) Fn = Fcr (8.3-9) 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 los 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 deberá estar limitada por la Ecuación Cada ala sometida a tracción debido a la carga axial y la flexión debe ser verificada por separado. P r M rx 1,0 (8.4-1) P M c cx 92

94 Pr Pc Mrx Mcx = resistencia requerida en compresión axial del elemento en la ubicación de las perforaciones para los pernos, positivo en tracción, negativo en compresión = ϕtpn = resistencia de diseño en compresión axial para el estado límite de rotura a la tracción de la sección neta en la ubicación de las perforaciones para los pernos, determinada de acuerdo al numeral 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 Cuando el estado límite de rotura en tracción por flexión no se aplica, usar el momento plástico de flexión, Mp, determinado sin considerar las perforaciones para los pernos. ϕt = factor de resistencia para rotura por tracción = 0,75 ϕb = factor de resistencia en flexión = 0,90 93

95 CAPÍTULO 9 DISEÑO DE ELEMENTOS COMPUESTOS Este capítulo se aplica a elementos de sección compuesta, formadas 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 conectores de corte tipo perno, 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. Disposiciones generales 9.2. Fuerza axial 9.3. Flexión 9.4. Corte 9.5. Combinaciones de carga axial y flexión 9.6. Transferencia de carga 9.7. Diafragmas compuestos y vigas secundarias 9.8. Anclajes de acero 9.9. Casos especiales 9.1 DISPOSICIONES GENERALES Para determinar los efectos de carga en elementos y conexiones de una estructura que incluye elementos compuestos, se deberá considerar las secciones efectivas al momento que se aplica cada incremento de carga 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 y se aplicarán con las excepciones y limitaciones siguientes: (1) Los numerales y 10.13, y el capítulo 21 de la norma E.060 deben ser excluidos en su totalidad. (2) Las Limitaciones del material como el concreto y acero de refuerzo deben ser como se especifica en el numeral de la presente norma. (3) Las Limitaciones de refuerzo transversal serán como se especifica en el numeral 9.2.1a.(2) de la presente norma, además de los especificados en la norma E.060. (4) La cuantía mínima de refuerzo longitudinal para elementos compuestos embebidos, deberá ser 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 se basarán en un nivel de carga correspondiente a combinaciones de carga de la presente norma y las limitaciones de la norma E

96 9.1.2 Resistencia nominal de secciones compuestas La resistencia nominal de las secciones compuestas deberá ser 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 despreciará la resistencia a tracción del concreto. Los efectos de pandeo local serán considerados para elementos compuestos rellenos como se define en el numeral Los efectos de pandeo local no necesitan ser considerados para elementos compuestos embebidos a. Método de distribución de los esfuerzos plásticos Para el método de distribución de los esfuerzos plásticos, la resistencia nominal debe ser 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 b. Método de la compatibilidad de las deformaciones Para el método de compatibilidad de deformaciones, debe suponerse una distribución lineal de deformaciones en la sección, con una deformación unitaria máxima de 0,003. Las relaciones esfuerzo deformación del acero y concreto deben ser obtenidas de ensayos o de resultados publicados para materiales similares. El método de compatibilidad de deformaciones debe ser usado para determinar la resistencia nominal de las secciones irregulares y para casos en donde el acero no exhibe un comportamiento elasto plástico Limitaciones del material El concreto, acero estructural y barras de refuerzo de acero en sistemas compuestos estarán sometidos a las siguientes limitaciones, a menos que se justifique lo contrario mediante ensayos o análisis: (1) Para la determinación de la resistencia disponible, el concreto debe tener una resistencia de compresión f c no menor que 21 MPa (210 kgf/cm 2 ) ni mayor que 55 MPa (550 kgf/cm 2 ) en concreto de peso normal y no menor que 21 MPa (210 kgf/cm 2 ) ni mayor que 35 MPa (350 kgf/cm 2 ) 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 debe exceder de 525 MPa (5250 kgf/cm 2 ).En el caso de las barras corrugadas de acero de refuerzo no deberá excederse los 420 MPa (4200 kgf/cm 2 ) 95

97 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 elementos de acero en compresión no debe exceder la relación ancho/espesor límite, λp, de la Tabla 9.1.1a. Si la máxima relación ancho/espesor de uno o más elementos de acero en compresión excede λp, pero no excede λr de la Tabla 9.1.1a, 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 9.1.1a. 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 debe exceder la relación ancho/espesor limite, 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 para las definiciones de ancho (b y D) y espesor (t) para los tubos HSS rectangulares y redondos. TABLA 9.1.1a. Límites de relación ancho/espesor para elementos de acero en compresión en elementos compuestos sujetos a compresión axial para uso con el numeral Descripción del elemento Lados de tubos HSS rectangulares y secciones cajón de espesor uniforme Tubos HSS redondos rellenos Relación ancho/espesor b t D t λp compacto/ no compacto 2,26 E F y E 0,15 F y λr no compacto/ esbelto 3,00 0,19 E F y E F y Máximo permitido 5,00 E F y E 0,31 F y 96

98 TABLA b Límites de relación ancho/espesor para elementos de acero de compresión en elementos compuestos sujetos a flexión para uso con el numeral Descripción del elemento Alas de tubos HSS rectangulares y de secciones cajón de espesor uniforme Almas de tubos HSS rectangulares y de secciones cajón de espesor uniforme Tubos HSS redondos rellenos Relación ancho/espesor b t h t D t λp compacto/ no compacto 2,26 3,00 0,09 E F y E F y E F y λr no compacto / esbelto 3,00 5,70 E F y E F y E 0,31 F y Máximo permitido 5,00 5,70 E F y E F y E 0,31 F y 9.2 FUERZA AXIAL Este numeral se aplica a dos tipos de elementos compuestos cargados axialmente: elementos embebidos y elementos rellenos 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, ganchos o espirales. Donde se usen estribos o ganchos, se usara 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 o ganchos no excederá 0,5 veces la menor dimensión de la columna. (3) La cuantía mínima longitudinal, ρ sr, debe ser 0,004, donde ρ sr es dado por: Asr = área de barras de refuerzo continuo Ag = área bruta del elemento compuesto A sr sr (9.2-1) Ag (4) Ver los numerales 7.10 y de la norma E.060 para disposiciones adicionales sobre reforzamiento con estribos y en espiral. 97

99 9.2.1b. Resistencia a Compresión La resistencia en compresión, c Pn, de elementos compuestos embebidos de doble simetría cargados axialmente, será determinada para el estado límite de pandeo en flexión basado en la esbeltez del miembro como sigue: P (a) Cuando no 2, 25 P e c = 0,75 P n = P no [0,658 P no P e ] (9.2-2) (b) Cuando P P no e 2,25 Pn = 0,877 Pe (9.2-3) P no = A s F y + A sr F ysr + 0,85 A c f c ' (9.2-4) P e = Carga crítica de pandeo elástico, determinado de acuerdo al capítulo 3 = π 2 (E I eff )/(KL) 2 (9.2-5) A c = área de concreto A s = área de la sección de acero 1,5 ' f c Ec = módulo de elasticidad del concreto = 0,043 wc, MPa EI eff = rigidez efectiva de la sección compuesta = E s I s + 0,5 E s I sr +C 1 E c I c C1 = Coeficiente para el cálculo de la rigidez efectiva de un elemento compuesto embebido en compresión = A 0,1 2 s 0,3 Ac As E s = módulo de elasticidad del acero = MPa ' f c = resistencia especificada en compresión del concreto F y = esfuerzo mínimo de fluencia del perfil de acero F ysr = esfuerzo mínimo de fluencia de las barras de refuerzo I c = momento de inercia de la sección de concreto respecto al eje neutro elástico de la sección compuesta I s = momento de inercia del perfil de acero respecto al eje neutro elástico elástico de la sección compuesta I sr = momento de inercia de las barras de refuerzo respecto al eje neutro elástico de la sección compuesta K = factor de longitud efectiva L = longitud no arriostrada lateralmente del elemento w c = peso del concreto por unidad de volumen (1500 w c 2500 kg m 3 ) 98

100 La fuerza de compresión disponible no necesita ser menor a la especificada para el elemento con solo perfiles de acero como requerido por el capítulo c. Resistencia en tracción La resistencia disponible en tracción en elementos compuestos embebidos debe ser determinada por el estado límite de fluencia como se muestra a continuación: 9.2.1d. Transferencia de carga P n = A s F y + A sr F ysr (9.2-8) t = 0,90 Los requisitos de transferencia de carga para elementos compuestos embebidos deben ser determinados de acuerdo con el numeral e. Requisitos para detalles El espaciamiento entre el núcleo de acero y el refuerzo longitudinal debe ser un mínimo de 1,5 veces el diámetro de la barra de refuerzo, pero no menos que 38 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 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 total de la sección transversal compuesta. Los elementos compuestos rellenos de concreto deben ser clasificados por pandeo local de acuerdo al numeral b. Resistencia en compresión La resistencia disponible en compresión de elementos compuestos rellenos con concreto de doble simetría cargados axialmente debe ser determinada 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) 99

101 P p = A s F y + C 2 f c ' (A c + A sr E s E c ) (9.2-9b) C2 = 0,85 para secciones rectangulares y 0,95 para secciones circulares. (b) Para secciones no compactas P no = P p - P p - P y (λ r - λ p ) 2 (λ - λ p ) 2 (9.2-9c) λ, λp y λr son relaciones de esbeltez determinados en la Tabla 9.1.1a P p es determinado por la ecuación 9.2-9b P y = A s F y + 0,7 f c ' (A c + A sr E s E c ) (c) Para secciones esbeltas (9.2-9d) P no = A s F cr + 0,7 f c ' (A c + A sr E s E c ) (9.2-9e) F cr = 9E s ( b t ) 2 para secciones rectangulares rellenas (9.2-10) F cr = 0,72F y (( D 0,2 t )F y Es ) para secciones circulares rellenas (9.2-11) La rigidez efectiva de la sección compuesta EI eff para todas las secciones debe ser: EIeff = Es Is + Es Isr + C3 Ec Ic (9.2-12) C3 = Coeficiente para calcular la rigidez efectiva de elementos compuestos rellenos en compresión = 0,6 + 2 [ A s A c + As ] 0,9 (9.2-13) La resistencia disponible en compresión no necesita ser menor a la especificada para el elemento con solo perfiles de acero como requerido por el capítulo

102 9.2.2c. Resistencia en tracción La resistencia disponible en tracción de un elemento compuesto relleno cargado axialmente debe ser determinada para el estado límite de fluencia tal como sigue: 9.2.2d. Transferencia de carga Pn = As Fy + Asr Fysr (9.2-14) t = 0,90 Los requisitos de transferencia de carga para elementos compuestos rellenos deben ser determinados de acuerdo con el numeral FLEXIÓN Este numeral aplica a tres tipos de elementos compuestos en flexión: Vigas compuestas con anclajes de acero pudiendo ser conectores de corte (studs) o canales de acero, elementos de acero embebidos en concreto, y elementos rellenos 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 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 disponible en flexión de la sección de acero debe ser determinada de acuerdo con el capítulo Vigas Compuestas con conectores de corte (studs) o canales de acero 9.3.2a. Resistencia en flexión en zona de momento positivo La resistencia en flexión en zona de momento positivo, b Mn, debe ser determinada por el estado límite de fluencia tal como sigue: b = 0,90 101

103 (a) Cuando: h t w 3,76 E F y Mn debe ser determinado a partir de la distribución de esfuerzos plásticos en la sección compuesta para el estado límite de fluencia (momento plástico) (b) Cuando: h t w > 3,76 E F y Mn debe ser determinado por la superposición de esfuerzos elásticos, considerando los efectos de apuntalamiento, para el estado límite de fluencia (momento de fluencia) 9.3.2b. Resistencia en flexión en zona de momento negativo La resistencia disponible en flexión en zona de momento negativo debe ser determinada para la sección de acero sola, de acuerdo con los requisitos del capítulo 6. Alternativamente, la resistencia disponible a flexión negativa debe ser determinada 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 conectores de corte (studs) 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 c. Vigas compuestas con planchas colaborantes (1) General La resistencia disponible en flexión de una construcción compuesta consistente en losas de concreto sobre planchas colaborantes conectadas a vigas de acero debe ser determinada por las disposiciones aplicables de los numerales 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 debe conectarse a la viga de acero con conectores de corte soldados (studs), de 19 mm de diámetro o menos. Los conectores de corte deben ser soldados a través de la plancha colaborante o directamente a la sección de acero. Los conectores de corte, después de su instalación, deben extenderse no menos que 37 mm 102

104 por sobre el borde superior de la plancha colaborante y debe haber por lo menos 13 mm de recubrimiento de concreto sobre el borde superior de los conectores de corte. (3) El espesor de la losa sobre la plancha colaborante no debe ser 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 conectores de corte, una combinación de conectores de corte y soldaduras de punto u otro dispositivo especificado por los documentos contractuales. (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 despreciara 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 debe ser considerado 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 encima de la viga portante, necesario para tener un conector de corte, no debe ser menor que 50 mm; se debe añadir un ancho adicional de cuatro diámetros del conector por cada conector de corte adicional d. 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 debe suponerse que es transferido por conectores de corte o anclajes de canal de acero, excepto para vigas embebidas en concreto como se define en el numeral 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 debe ser determinado 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 a corte de los anclajes de acero: (a) Aplastamiento del concreto V' = 0,85 f c ' A c (9.3-1a) (b) Fluencia en tracción de la sección de acero V' = F y A s (9.3-1b) 103

105 (c) Resistencia de los conectores de corte o canales de acero V' = Q n (9.3-1c) 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 conectores de corte o canales de acero entre el punto de máximo momento positivo y el punto de momento cero. (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 debe ser determinado 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' = A sr F ysr (9.3-2a) 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 conector de corte o canal de acero: V' = Q n (9.3-2b) Elementos compuestos embebidos La resistencia disponible en flexión de elementos embebidos en concreto debe ser determinada como sigue: b = 0,90 La resistencia nominal en flexión, Mn, debe ser determinada 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. 104

106 (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, deben proporcionarse anclajes de acero Elementos compuestos rellenos 9.3.4a. Limitaciones Las secciones compuestas rellenas deben ser clasificadas para el pandeo local de acuerdo al numeral b. Resistencia en flexión La resistencia disponible en flexión de elementos compuestos rellenos debe ser determinada como sigue: b = 0,90 La resistencia nominal en flexión, Mn, debe ser determinada como sigue: (a) Para secciones compactas Mn = Mp (9.3-3a) Mp = momento correspondiente a la distribución de esfuerzos plásticos sobre la sección transversal compuesta. (b) Para secciones no compactas M n = M p - (M p - M y ) ( λ - λ p λ r - λ p ) (9.3-3b), 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 debe ser calculada 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, debe ser determinado 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 o La distribución de esfuerzos del concreto debe ser elástica lineal con el máximo esfuerzo de compresión limitado a 0,7 f c '. 105

107 9.4 CORTE Elementos compuestos rellenos y embebidos La resistencia de diseño en corte, v Vn, debe ser determinada en base a una de las siguientes resistencias: (a) La resistencia disponible en corte de la sección de acero sola como lo especifica el Capítulo 7. (b) La resistencia disponible en corte de la porción de concreto armado (concreto más acero de refuerzo) sola como lo define la Norma E.060 Concreto Armado con: 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, Vigas compuestas con planchas colaborantes La resistencia disponible en corte de vigas compuestas con conectores de corte o anclajes de canal de acero debe ser determinada basada en las propiedades de la sección de acero sola de acuerdo con el Capítulo 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 disponible en compresión y la resistencia disponible en flexión deben ser determinadas como se define en los numerales 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 numeral 9.2. Para elementos compuestos embebidos y para elementos compuestos rellenos con secciones compactas, la interacción entre la fuerza axial y la flexión debe ser determinada en base a las ecuaciones de interacción del numeral o uno de los métodos definidos en el numeral Para elementos compuestos rellenos con secciones no compactas o esbeltas, la interacción entre las fuerzas axiales y la flexión deben ser basadas en las ecuaciones interacción del numeral Los métodos para determinar la capacidad de la viga-columna compuestas pueden ser encontrados en los comentarios de la Especificación ANSI/AISC

108 9.6 TRANSFERENCIA DE CARGA 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 deben ser evaluadas de acuerdo a los requerimientos 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 debe igualar o exceder la fuerza de corte longitudinal requerida a transferir, V r ', determinado de acuerdo con el numeral Asignación de fuerza La asignación de fuerza debe ser determinada en base a la distribución de la fuerza externa de acuerdo a los requerimientos siguientes: 9.6.2a. Fuerza externa aplicada a la sección de acero Cuando toda la fuerza externa es aplicada directamente a la sección de acero, la fuerza requerida a transferirse al concreto, V r ', debe ser determinado como: V r ' = P r (1 - A s F y / P no ) (9.6-1) Pr = fuerza externa requerida aplicada al elemento compuesto. Pno = resistencia nominal en compresión axial sin consideración de los efectos de longitud, determinada por la ecuación para elementos compuestos embebidos y la ecuación 9.2-9a para elementos compuestos rellenos b. Fuerza externa aplicada al concreto Cuando toda la fuerza externa se aplica al concreto o al relleno de concreto, la fuerza requerida a transferir al acero, V r, debe ser determinada como sigue: V r ' = P r (A s F y / P no ) (9.6-2) 9.6.2c. Fuerza externa aplicada conjuntamente al acero y al concreto Cuando la fuerza externa se aplica conjuntamente a la sección del acero y al concreto o al relleno de concreto, V r, debe ser determinada como la fuerza requerida para establecer el equilibrio de la sección transversal. 107

109 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 fuerza externa aplicada directamente al concreto y la requerida por la ecuación o la porción de fuerza externa aplicada directamente a la sección de acero y la requerida por la ecuación Mecanismos de transferencia de fuerza La resistencia nominal, Rn, de los mecanismos de transferencia de fuerza de la interacción por adherencia directa, la conexión de corte, y el aplastamiento directo deben ser determinado de acuerdo con este numeral. Se permite el uso del mecanismo de transferencia de fuerza que proporciona la mayor resistencia nominal. No deben superponerse los mecanismos de transferencia de fuerza. El mecanismo de transferencia de fuerza de la interacción por adherencia directa no debe ser usado para elementos compuestos embebidos a. Aplastamiento directo Cuando un elemento compuesto embebido o relleno la transferencia de fuerzas 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 disponible de aplastamiento del concreto para el estado límite de aplastamiento del concreto se determina como sigue: 9.6.3b. Conexión en corte A1 = área de concreto cargada. R n = 1,7 f c ' A 1 (9.6-3) ϕ B = 0,65 Cuando en un elemento compuesto embebido o relleno la fuerza es transferida por conexión de corte, la resistencia disponible en corte del conector de corte o anclajes de canal de acero debe ser determinada como sigue: R c = Q cv (9.6-4) Q cv = suma de las resistencias disponibles en corte, ϕq nv, de los conectores de corte o anclajes de canal de acero, determinados según el numeral 9.8.3a o el numeral 9.8.3d, respectivamente, colocados dentro de la longitud de introducción de carga como se define en el numeral

110 9.6.3c. Interacción por adherencia directa Cuando en un elemento compuesto embebido o relleno la fuerza 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: R n = B 2 C in F in (9.6-5) (b) Para secciones circulares de acero rellenas con concreto: R n = 0,25 π D 2 C in F in (9.6-6) Cin = 2, si el elemento compuesto relleno se extiende a un lado del punto de transferencia de la fuerza = 4, si el elemento compuesto relleno se extiende ambos lados del punto de transferencia de la fuerza 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 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 transferencia 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 transferencia 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 transferencia 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 del anclaje de acero dentro de la longitud de transferencia de carga debe ser conforme a lo indicado en 9.8.3e. 109

111 9.7 DIAFRAGMAS COMPUESTOS Y VIGAS SECUNDARIAS Los diafragmas horizontales de losas compuestas y vigas secundarias deben ser diseñados y detallados para transferir las cargas entre el diafragma horizontal, y las vigas secundarias hacia los elementos del sistema resistente a cargas laterales. 9.8 ANCLAJES DE ACERO General Los anclajes de acero pueden ser canales, pernos o conectores de corte, o elementos similares. El diámetro de un conector de corte no debe ser mayor a 2,5 veces el espesor del ala a la cual es soldado, a menos que sea soldado al ala directamente sobre el alma. El numeral se aplica para un elemento compuesto en flexión donde los anclajes de acero son embebidos en una losa maciza de concreto o en una losa vaciada sobre plancha colaborante. El numeral se aplica para todos los demás casos Anclajes de acero en vigas compuestas La longitud del conector de corte no debe ser menor que 4 veces su diámetro, medida desde su base hasta la parte superior después de la instalación a. Resistencia de los conectores de corte La resistencia nominal en corte de un conector de corte embebido en una losa maciza de concreto o en una losa compuesta con plancha colaborante debe ser determinada como: Q n 0,5 A sa f ' c E c R g R p A sa F u (9.8-1) Asa = área de la sección transversal del conector de corte 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 conector de corte soldado en un nervio de la plancha colaborante orientada perpendicularmente al perfil de acero; (b) cualquier número de conectores de corte, en una losa maciza de concreto, soldados en una fila directamente al perfil de acero. (c) cualquier número de conectores de corte 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. 110

112 = 0,85 para: (a) dos conectores de corte soldados en un nervio de la plancha colaborante orientada perpendicularmente al perfil de acero; (b) un conector de corte 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 conectores de corte soldados en un nervio de la plancha colaborante orientada perpendicularmente al perfil de acero. Rp = 0,75 para: (a) conectores de corte, en una losa maciza de concreto, soldados directamente al perfil de acero; (b) conectores de corte soldados en una losa compuesta con plancha colaborante orientada perpendicularmente a la viga y con emid-ht 50 mm; (c) conectores de corte 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. emid-ht = 0,6 para conectores de corte soldados en una losa compuesta con plancha colaborante orientada perpendicularmente a la viga y con emid-ht < 50 mm; = distancia desde el borde del conector de corte hasta el alma de la plancha colaborante, medida a media altura del nervio de la plancha, y en la dirección de la carga del conector de corte (ver figura Nº 1). Figura Nº 1 111

113 Tabla Nº 9.8.2a Valores de Rg y Rp para varios casos Condición Rg Rp Losa maciza 1,0 0,75 Plancha colaborante con el nervio orientado paralelamente al perfil de acero w h r r 1,5 1,0 0,75 w h r r 1,5 Plancha colaborante con el nervio orientado perpendicularmente al perfil de acero Número de conectores de corte ocupando el mismo nervio 0,85** 0, o más 1,0 0,85 0,7 0,6 + 0,6 + 0,6 + hr = altura nominal del nervio wr = ancho promedio del nervio o ensanche de concreto (como se define en el numeral 9.3.2c) ** Para un conector de corte tipo perno individual + Este valor puede aumentar a 0,75 cuando emid-ht 50 mm 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 debe ser determinada como sigue: Q la = longitud del canal tf = espesor del ala del canal tw = espesor del alma del canal n ' t f 0,5 twla f c Ec 0,3 (9.8-2) La resistencia del anclaje de canal de acero debe ser desarrollada soldando el canal al ala de la viga para una fuerza igual a Qn, considerando la excentricidad en el anclaje. 112

114 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 numeral 9.8.2a o en el numeral 9.8.2b. El número de anclajes de acero requerido entre cualquier carga concentrada y el punto más cercano de momento cero debe ser suficiente para desarrollar el momento máximo requerido en el punto de carga concentrada d. 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 conectores de corte, 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 conectores de corte no debe exceder ocho veces el espesor total de la losa ni 900 mm Anclajes de acero en elementos compuestos Este numeral se aplicará al diseño de conectores de corte 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 conectores de corte sujetos sólo a corte no podrán 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 conectores de corte sujetos a tracción o a interacción de corte y tracción no será inferior a 8 veces su diámetro medida, después de la instalación, desde la base hasta la parte superior de la cabeza. 113

115 Para concretos livianos: Los conectores de corte sujetos sólo a corte no podrán 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 conectores de corte sometidos a tracción no será 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 conector de corte sujeto a la interacción de corte y tracción para concreto liviano, será determinado conforme a lo estipulado por las Normas Técnicas de Edificación aplicables. Los conectores de corte 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 conectores de corte, para cada condición cubierta en este numeral: Condición de carga Concreto de peso normal Concreto liviano Corte h/d 5 h/d 7 Tracción h/d 8 h/d 10 Corte y tracción h/d 8 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 a. Resistencia al corte de conectores de corte en elementos compuestos Donde la resistencia a la rotura por desgarramiento por corte del concreto no sea un estado límite aplicable, la resistencia de diseño en corte, ϕ v Q nv, de un conector de corte se determinará de la siguiente manera: Qnv = Asa Fu (9.8-3) v = 0,65 Qnv = resistencia nominal en corte del conector de corte Asa = área de la sección transversal del conector de corte Fu = resistencia a la tracción mínima especificada del conector de corte Donde la resistencia a la rotura por desgarramiento por corte del concreto es un estado límite aplicable, la resistencia disponible en corte de un conector de corte debe ser determinada por una de las siguientes formas: 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 desgarramiento por corte del concreto para conectores de corte, se usara el valor mínimo entre la resistencia nominal en corte de la ecuación o la resistencia nominal de las barras de refuerzo del anclaje para determinar la resistencia de corte nominal, Qnv, del conector de corte. 114

116 2. Según lo estipulado por las Normas Técnicas de Edificación aplicables o por el Capítulo 17 de la Norma E.060 Concreto Armado b. Resistencia a la tracción de conectores de corte 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 conector de corte con cabeza es mayor o igual a 1,5 veces la altura del conector de corte medida a la parte superior de la cabeza del conector, y donde el espaciamiento centro a centro entre los conectores de corte es mayor o igual a tres veces la altura del conector medida a la parte superior de la cabeza del conector, la resistencia en tracción disponible de un conector de corte con cabeza debe ser determinada de la siguiente manera: Q nt = F u A sa (9.8-4) t = 0,75 Qnt = resistencia nominal en tracción para conectores de corte con cabeza Donde la distancia desde el centro de un anclaje a un borde libre del concreto en la dirección perpendicular al eje del conector de corte con cabeza es menor a 1,5 veces la altura del conector de corte medida a la parte superior de la cabeza del conector, o donde el espaciamiento centro a centro entre los conectores de corte es menor a tres veces la altura del conector medida a la parte superior de la cabeza del conector, la resistencia en tracción disponible de un conector de corte con cabeza debe ser determinada 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 desgarramiento por corte del concreto para conectores de corte, se usara el valor mínimo entre la resistencia nominal en corte de la ecuación o la resistencia nominal de las barras de refuerzo del anclaje para determinar la resistencia de corte nominal, Qnt, del conector de corte. 2. Según lo estipulado por las Normas aplicables del Reglamento Nacional de Edificaciones c. Resistencia de conectores de corte con cabeza para la interacción de tracción y corte en componentes compuestos Donde la resistencia al desgarramiento del concreto en corte no es un estado limite que controla, y donde la distancia del centro de un anclaje hasta el borde libre del concreto en la dirección perpendicular al eje del conector de corte con cabeza es mayor o igual a 1,5 veces la altura del conector de corte medida a la parte superior de la cabeza del conector, y donde el espaciamiento centro a centro entre los conectores de corte es mayor o igual a tres veces la altura del conector medida a la parte superior de la cabeza del conector, la resistencia nominal de 115

117 interacción de tracción y corte de un conector de corte con cabeza debe ser determinada de la siguiente manera: Q Q rt ct 5 3 Q Q rv cv 5 3 1,0 (9.8.5) Q rt = resistencia requerida en tracción Q ct = t Q nt = resistencia disponible en tracción, determinado de acuerdo con el numeral 9.8.3b Q rv = resistencia requerida en corte Q cv = v Q nv = resistencia disponible 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 desgarramiento del concreto en corte 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 conector de corte con cabeza es menor a 1,5 veces la altura del conector de corte medida a la parte superior de la cabeza del conector, o donde el espaciamiento centro a centro entre los conectores de corte es menor que tres veces la altura del conector medida a la parte superior de la cabeza del conector, la resistencia nominal de interacción de tracción y corte de un conector de corte con cabeza debe ser determinada 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 desgarramiento por corte del concreto para conectores de corte, se usara el valor mínimo entre la resistencia nominal en corte de la ecuación y la resistencia nominal de las barras de refuerzo del anclaje para determinar la resistencia nominal en corte, Qnv, del conector de corte, y la resistencia nominal de las barras de refuerzo del anclaje de la ecuación y la resistencia nominal del conector de corte debe ser usada para la resistencia a la tracción nominal, Qnt, del conector de corte para ser usado en la ecuación ) Según lo estipulado por las Normas aplicables del Reglamento Nacional de Edificaciones d. Resistencia al corte en anclajes tipo canal de acero en componentes compuestos La resistencia disponible en corte de los anclajes tipo canal de acero estará basado en las disposiciones del numeral 9.8.2b con el factor de resistencia que se especifica continuación. t = 0,75 116

118 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 conectores de corte con cabeza será de cuatro diámetros en cualquier dirección. El máximo espaciamiento centro a centro de conectores de corte con cabeza no excederá de 32 veces el diámetro del vástago. La distancia máxima centro a centro de los anclajes tipo canal de acero será de 600 mm. Los requisitos detallados en este numeral son límites absolutos. Vea los numerales 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 numerales 9.1 a 9.8, la resistencia de los conectores de corte y el detalle para la construcción deben ser establecidos mediante ensayos. 117

119 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: Disposiciones Generales Soldaduras Pernos y Piezas Roscadas Elementos Afectados de Miembros y Elementos 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 Bases de diseño La resistencia de diseño, Rn, de las conexiones debe ser determinada de acuerdo con las disposiciones de este Capítulo y las disposiciones del Capítulo 2. La resistencia requerida de las conexiones debe ser determinada mediante análisis estructural para las cargas de diseño especificadas, consistente con el tipo de construcción especificada, ó debe ser en proporción a la resistencia requerida de los elementos conectados cuando así se especifica. Serán considerados los efectos de excentricidad cuando los ejes centroidales de los elementos cargados axialmente no se interceptan en un mismo punto Conexiones Simples Las conexiones simples de vigas y armaduras deben de diseñarse 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 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 118

120 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 Elementos en Compresión con Juntas de Aplastamiento Los elementos en compresión que realicen la transferencia de carga mediante aplastamiento deben cumplir los siguientes requerimientos: (1) Cuando las columnas se apoyan sobre planchas de apoyo 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 acabadas para apoyarse por contacto, el material de empalme y sus conectores deben ser distribuidos para mantener alineadas todas las partes y su resistencia será 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 Empalmes en Secciones Pesadas Cuando las fuerzas de tracción debidas a tracción o flexión aplicadas, deben ser transmitidas a través de empalmes en secciones pesadas, tal como se define en el numeral , por soldadura acanalada de penetración total (CJP), se aplicarán las siguientes disposiciones: (1) Requerimientos de tenacidad del material indicados en el numeral , (2) detalles de agujeros de acceso a soldaduras como se indica en el numeral ; (3) requerimientos de metal de relleno tal como se indica en el numeral , y (4) los requerimientos de preparación e inspección de las superficies cortadas con soplete como figura en el numeral La disposición anterior no es aplicable a los empalmes de los elementos armados que se sueldan antes de ensamblar la estructura 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 el proceso de soldadura según sea necesario. El agujero de acceso deberá tener una longitud desde el talón de la 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. 119

121 Para las secciones laminadas o soldadas antes de su corte, el borde del alma será 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 deberán estar libres de entalladuras y esquinas agudas reentrantes. No habrán arcos de los agujeros de acceso de la soldadura con un radio menor de 10 mm (recomendable 12 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 deberán 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 , 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 curvada 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. 120

122 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 Pernos en Combinación con Soldaduras No debe considerarse 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 tomará como mayor al 50 % de la resistencia disponible 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 Pernos de Alta Resistencia en Combinación con Remaches Tanto en trabajos nuevos o modificaciones, con conexiones de deslizamiento critico diseñadas de acuerdo con las disposiciones del numeral 10.3, se permiten que los pernos de alta resistencia compartan las cargas con los remaches existentes 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 acartelados, y soportes de grúas. (4) Conexiones para el apoyo de maquinaria, y cualquier 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 excepto donde se especifique lo contrario. 121

123 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) Numeral , en vez del numeral , AWS D1.1/D1.1M (2) Numeral a, en vez del numeral 2.3.2, AWS D1.1/D1.1M (3) Tabla , en vez de la Tabla 2.1, AWS D1.1/D1.1M (4) Tabla , en vez de la Tabla 2.3, AWS D1.1/D1.1M Soldaduras Acanaladas a. Área Efectiva El área efectiva de las soldaduras acanaladas debe considerarse 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) debe ser 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) debe ser como se muestra en la Tabla TABLA Garganta Efectiva de Soldaduras acanaladas Con Junta de Penetración Parcial Proceso de Soldadura Arco metálico protegido (SMAW) Arco metálico con gas (GMAW) Arco con alambre tubular (FCAW) 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) Posición de Soldadura F (plana), H (horizontal), V (vertical), OH (sobre cabeza) Tipo de acanalado Garganta Efectiva Todos F Junta en J o U 60 V Profundidad de acanalado Junta en J o U 60 bisel o V F, H 45 bisel Profundidad de acanalado Todos Profundidad V, OH 45 bisel 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 junta de soldadura. 122

124 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, debe ser como se muestra en la Tabla 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 debe ser como se muestra en la Tabla , 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 , 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 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 Espesor de Garganta Efectiva de Soldadura Acanalada Abocinada Proceso de Soldadura Acanalado de Bisel Abocinado (*) Acanalado V Abocinado GMAW y FCAW-G 5/8 R 3/4 R SMAW y FCAW-S 5/16 R 5/8 R SAW 5/16 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. Nota general: R = radio de la superficie de junta (se puede suponer igual a 2t para secciones HSS) b. Limitaciones El espesor mínimo de la garganta efectiva de una soldadura acanalada con junta de penetración parcial no debe ser menor que el tamaño requerido para transmitir las fuerzas calculadas ni el tamaño mostrado en la Tabla El tamaño de soldadura mínima se determina por la más delgada de las dos partes unidas. TABLA Espesor Mínimo de Garganta Efectiva de Soldaduras Acanaladas con Juntas 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 Espesor mínimo de la garganta efectiva [a]

125 Soldadura de Filete a Área efectiva El área efectiva de una soldadura de filete será la longitud efectiva multiplicada por la garganta efectiva. La garganta efectiva de una soldadura de filete debe ser 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 del proceso de producción y las variables de procedimiento. Para soldadura de filete en agujeros y ranuras, la longitud efectiva debe ser 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 b Limitaciones El tamaño mínimo de las soldaduras de filete no debe ser menor que el tamaño requerido para transmitir las fuerzas calculadas, ni menor que el tamaño que se muestra en la Tabla Estas disposiciones no se aplican a soldaduras de filete de refuerzo de soldaduras de ranura con junta de penetración parcial o total. TABLA Tamaño Mínimo de Soldadura de Filete Espesor de parte unida más Tamaño mínimo de Soldadura delgada de filete [a] Hasta 6 inclusive 3 Sobre 6 a 13 5 Sobre 13 a 20 6 Mayor que 20 8 [a] Dimensión del lado de la soldadura de filete. Se deben utilizar soldaduras de pasada simple. Nota: Ver el numeral b para el tamaño máximo de soldaduras de filete. El tamaño máximo de las soldaduras de filete de las partes conectadas será: (a) A lo largo de bordes con material de espesor menor a 6 mm, no deberá ser mayor que el espesor del material. (b) A lo largo de bordes con material de espesor igual o mayor a 6 mm, no deberá ser 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 se pueda verificar claramente. 124

126 La longitud efectiva mínima de las soldaduras de filete diseñadas sobre la base de resistencia no deberá ser menor a cuatro veces el tamaño nominal, en todo caso el tamaño efectivo de la soldadura se considerara 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 deberá ser 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 debe ser 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) 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 debe ser tomada como 180w. Las soldaduras de filete intermitentes se permite que se usen para transferir esfuerzos calculados a través de una junta o superficie de contacto y para unir componentes de elementos armados. La longitud de cualquier segmento de la soldadura de filete intermitente no debe ser menor de cuatro veces el tamaño de la soldadura, con un mínimo de 40 mm. En juntas traslapas, la cantidad mínima de traslape debe ser 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 tracción 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 cortas ó extendidas a los extremos o lados de las partes, o sean cerradas, 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. 125

127 (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 a la soldadura de la unión alma-ala, excepto donde los extremos de rigidizadores sean soldados al ala. (4) Soldadura de filete que ocurren en lados concurrentes 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 Las soldaduras de filete en los agujeros o ranuras no deben considerarse como soldaduras de ranura o tapón Soldadura de Ranura y Tapón a Área efectiva El área efectiva de corte de soldaduras de ranura y tapón debe ser considerada como el área nominal de la sección transversal en el plano de la superficie de contacto b 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 debe ser 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 debe ser igual a cuatro veces el diámetro del agujero. La longitud de la ranura para una soldadura de ranura no debe exceder de 10 veces el espesor de la soldadura. El ancho de la ranura no debe ser menor que el espesor de la parte que lo contiene más 8 mm redondeado al siguiente valor en milímetros, y no debe ser mayor que 2 1/4 veces el espesor de la soldadura. Los extremos de la ranura deben ser semicirculares o deben tener 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 debe ser cuatro veces el ancho de la ranura. El espaciamiento mínimo centro a centro en la dirección longitudinal de cualquier línea debe ser dos veces la longitud de la ranura. 126

128 El espesor de las soldaduras de tapón o de ranura en un material de espesor de 16 mm o menos, debe ser igual al espesor del material. En materiales con espesores mayores a 16 mm, el espesor de la soldadura debe ser por lo menos la mitad del espesor del material pero no menor que 16 mm Resistencia La resistencia de diseño, Rn, de juntas soldadas debe ser 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 determinaran como sigue: Para el metal base Para el metal de la soldadura R n = F nbm A BM (10.2-2) R n = F nw A we (10.2-3) FnBM = Esfuerzo nominal del metal base Fnw = Esfuerzo nominal del metal del electrodo ABM = Área de la sección recta del metal base = Área efectiva de la soldadura Awe Los valores de ϕ, FnBM y Fnw y las limitaciones respectivas se entregan en la Tabla

129 Tipo de Carga y Dirección Relativa al Eje de Soldadura Tracción Normal al eje soldadura TABLA Resistencia Disponible de Juntas Soldadas Metal Pertinente ϕ Esfuerzo Nominal (FnBM o Fnw) Área Efectiva (ABM o Awe) Soldaduras acanaladas de penetración total La resistencia de la junta es controlada por el metal base Nivel de Resistencia Requerida del Metal de Aporte [a] [b] 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 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 Corte La tracción o compresión en partes unidas paralelas a una soldadura no necesitan ser consideradas en el diseño de esa 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. Se debe usar metal de aporte compatible con el metal base. [c] Soldaduras acanaladas de penetración parcial incluyendo soldaduras abocinadas y biseladas Tracción Normal al eje de la soldadura Compresión Columna a plancha de base y empalmes de columna diseñados según el numeral (1) Compresión Conexiones de los elementos diseñados por aplastamiento distintos a las columnas que se describen en el numeral (2) Compresión Conexiones no acabadas para aplastamiento Tracción o compresión Paralelo al eje de soldadura Base ϕ = 0,75 F u Soldadura ϕ = 0,80 0,60 F EXX Ver el numeral 10.4 Ver el numeral a El esfuerzo de compresión no necesita ser considerado en el diseño de las soldaduras que unen las partes. Base ϕ = 0,90 F y Soldadura ϕ = 0,80 0,60 F EXX Base ϕ = 0,90 F y Soldadura ϕ = 0,80 0,90 F EXX Ver el numeral 10.4 Ver el numeral a Ver el numeral 10.4 Ver el numeral a 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. Corte Base Gobernado por 10.4 Soldadura ϕ = 0,75 0,60 F EXX Ver el numeral a 128

130 Tipo de Carga y Dirección Relativa al Eje de Soldadura Corte Tracción o compresión Paralelo al eje de soldadura Corte TABLA (continuación) Resistencia Disponible de Juntas Soldadas Metal Pertinente ϕ Esfuerzo Nominal (FnBM o Fnw) Área Efectiva (ABM o Awe) Soldaduras de filete incluyendo los filetes en agujeros y ranuras y juntas T sesgadas Base Gobernado por 10.4 Soldadura ϕ = 0,75 0,60 F EXX [d] Ver el numeral a La tracción o compresión en partes unidas paralelas a una soldadura no necesitan ser consideradas en el diseño de esa soldadura. Soldaduras de tapón y ranura Base Gobernado por 10.4 Soldadura ϕ = 0,75 0,60 F EXX Ver el numeral a Nivel de Resistencia Requerida del Metal de Aporte [a] [b] Se permite metal de aporte con un nivel de resistencia igual o menor que la del metal base. Se permite metal de aporte con un nivel de resistencia igual o menor que la del metal base. [a] Para metal de soldadura compatible con metal base ver el numeral 3.3 de AWS D1.1/D1.1M [b] Se permite un metal de aporte con un nivel de resistencia mayor que aquel compatible con metal base [c] Metales de aporte con un nivel de resistencia menor que aquel compatible con metal base puede 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 F EXX. [d] Alternativamente, se permiten las disposiciones del numeral (a) cuando se considera la compatibilidad de deformaciones en los distintos elementos de soldadura. Los numerales (b) y (c) son aplicaciones especiales del numeral (a) que proveen la compatibilidad de deformación. Alternativamente, para soldaduras de filete se permite determinar la resistencia disponible 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: y R n = F nw A we (10.2-4) F nw = 0,60 F EXX (1,0 + 0,50 sen 1,5 θ ) (10.2-5) FEXX = resistencia de clasificación del metal del electrodo θ = Ángulo de carga medido desde el eje longitudinal de la soldadura, en grados 129

131 (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: R nx = F nwix A wei R ny = F nwiy A wei (10.2-6a) (10.2-6b) M n = [F nwiy A wei (x i ) - F nwix A wei (y i )] (10.2-7) Awei = área efectiva de garganta de soldadura del elemento i-ésimo de soldadura Fnwi = 0,60 F EXX (1,0 + 0,50 sen 1,5 θ i ) f (p i ) (10.2-8) f ( p i ) = [p i (1,9-0,9 p i )] 0,3 (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 /r i 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 critica basada en la distancia desde el centro instantáneo de rotación, ri Δmi = 0,209(θi + 2) -0,32 w, 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) -0,65 w 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: 130

132 (i) R n = R nwl + R nwt ( a) o (ii) R n = 0,85R nwl + 1,5R nwt ( b) Rnwl = la resistencia nominal total de las soldaduras de filete cargadas longitudinalmente, determinadas de acuerdo con la Tabla Rnwt = la resistencia nominal total de las soldaduras de filete cargadas transversalmente, determinadas de acuerdo con la Tabla sin la alternativa del numeral (a) Combinación de Soldaduras Si dos o más de los tipos generales de soldadura (tope, filete, tapón, acanalada) son combinadas en una misma junta, la resistencia de cada una debe ser calculada por separado con referencia al eje del grupo a fin de poder determinar la resistencia de la combinación Requisitos del Metal del Electrodo La elección del metal del electrodo para ser usado en soldaduras de tope con junta de penetración total solicitada a tracción normal del área efectiva debe cumplir con los requisitos para metales de aporte compatibles dados en la Tabla TABLA Metal Base Metal de Aporte Compatible NTP (A36), espesor 19 mm Electrodos E60xx y E70xx NTP (A36), espesor > 19 mm NTP (A572(Gr. 50 y 55)) ASTM A588* ASTM A913(Gr.50) SMAW: E7015, E7016, E7018, E7028 ASTM A1011 Otros procesos: Electrodos E70xx NTP (A992) ASTM A1018 ASTM A913 (Gr. 60 y 65) Electrodos E80xx La referencia entre paréntesis corresponde a la norma ASTM similar. *Para resistencia a la corrosión y color similar al metal base ver la Sección 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 pequeño depósito de hidrógeno. 131

133 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, debe ser usado en las siguientes juntas: (1) Juntas T y de esquina soldadas 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 con junta de penetración total sometidos a tracción normal al área efectiva en secciones pesadas como se define en el numeral 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 Metal de Soldadura Mezclado Cuando la dureza Charpy de entalle en V sea especificada, 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 PERNOS Y PIEZAS ROSCADAS 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. 132

134 Se permite que los pernos sean instalados 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 (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 o M. La instalación debe ser 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 TABLA Pretensión Mínima de Pernos, t* Tamaño Perno, pulg. Grupo A (ej. Pernos A325) Grupo B (ej. Pernos A490) 1 / 2 5,45 6,82 5 / 8 8,64 10,91 3 / 4 12,73 15,91 7 / 8 17,73 22, ,18 29, / 8 25,45 36, / 4 32,27 46, / 8 38,64 55, / 2 46,82 67,27 * Igual a 0,70 veces la mínima resistencia última de los pernos, tal como lo especifican las Especificaciones ASTM para pernos A325 y A490 con hilo UNC. 133

135 TABLA M Pretensión Mínima de Pernos, kn* Tamaño Perno, mm Grupo A (ej. Pernos A325M) Grupo B (ej. Pernos A490M) M M M M M M M * Igual a 0,70 veces la mínima resistencia última 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 y varillas roscadas según ASTM A354 Grado BC, A354 Grado BD o A449, 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 Resistencia Nominal de Conectores y Partes Roscadas MPa Descripción de los Conectores Resistencia Nominal en Tracción, F nt, MPa [a] Resistencia Nominal en Corte en Conexiones de Aplastamiento, F nv, MPa [b] Pernos A [c][d] Pernos del Grupo A (ej. A325), cuando la rosca está incluida en el plano de corte Pernos del Grupo A (ej. A325), cuando la rosca está excluida del plano de corte Pernos del Grupo B (ej. A490), cuando la rosca está incluida en el plano de corte Pernos del Grupo B (ej. A490), cuando la rosca está excluida del plano de corte Partes roscadas que cumplen los requisitos del numeral 1.3.4, cuando la rosca está incluida en el plano de 0,75F u 0,45F u corte Partes roscadas que cumplen los requisitos del numeral 1.3.4, cuando la rosca está excluida del plano de 0,75F u 0,563F u corte [a] Para pernos de alta resistencia sujetos a fatiga por cargas de tracción, ver Numeral [b] Para conexiones en los extremos cargados con un patrón de conectores con una longitud mayor a 965 mm, F nv 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. 134

136 Tamaño y Uso de los agujeros Los tamaños máximos de los agujeros para pernos se presentan en la Tabla o Tabla M, excepto en el caso de detalles de plancha 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 alargados, 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 alargados 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 alargados 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, deberá 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. Diámetro Perno, pulg TABLA Dimensiones de Agujero Nominal, pulg Dimensiones Agujero Estándar Agrandado Ranura Corta Ranura Larga (Ancho x Largo) (Dia.) (Dia.) (Ancho x Largo) ½ 9 / 16 5 / 8 9 / x / 16 9 / 16 x 1 1 / 4 5 / 8 11 / / / 16 x 7 / 8 11 / 16 x 1 9 / 16 ¾ 13 / / / 16 x 1 13 / 16 x 1 7 / 8 7 / 8 15 / / / 16 x 1 1 / 8 15 / 16 x 2 3 / / 16 1 ¼ 1 1 / 16 x 1 5 / / 16 x 2 ½ 1 1 / 8 d + 1 / 16 d + 5 / 16 (d + 1 / 16) x (d + 3 / 8) (d + 1 / 16) x (2,5 x d) 135

137 TABLA M Dimensiones de Agujero Nominal, mm Dimensiones del Agujero Diámetro Perno, mm Estándar (Dia.) Agrandado (Dia.) Ranura Corta (Ancho x Largo) Ranura Larga (Ancho x Largo) M x x 40 M x x 50 M x x 55 M24 27 [a] x x 60 M x x 67 M x x 75 M36 d + 3 d + 8 (d + 3) x (d + 10) (d + 3) x 2,5d [a] El espacio provisto permite el uso 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 planas 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 plana o barra Espaciamiento Mínimo La distancia entre centros de agujeros estándar, agrandadas, o ranuradas, no debe ser menor que 2-2/3 veces el diámetro nominal, d, del conector; se prefiere una distancia de 3d 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 o M, o el requerido en el numeral 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

138 TABLA Distancia Mínima al Borde [a], pulg, desde el Centro del Agujero Estándar [b] hasta el Borde de la Parte Conectada Diámetro Perno (pulg) Distancia Mínima al Borde ½ ¾ 5 / 7 8 / 8 ¾ 1 7 / / ¼ 1 1 / 8 1 ½ 1 ¼ 1 5 / 8 Sobre 1 1 / / 4 x d [a] De ser necesario, se permite utilizar distancias de borde menores siempre que se satisfagan las disposiciones del numeral 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. [b] Para agujeros agrandados y ranurados, ver la Tabla TABLA M Distancia Mínima al Borde [a], mm, desde el Centro del Agujero Estándar [b] hasta el Borde de la Parte Conectada Diámetro Perno (mm) Distancia Mínima al Borde Sobre 36 1,25d [a] De ser necesario, se permite utilizar distancias de borde menores siempre que se satisfagan las disposiciones del numeral 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. [b] Para agujeros agrandados y ranurados, ver la Tabla M. Diámetro Nominal del Conector (pulg.) TABLA Valores del Incremento de Distancia de Borde C2, pulg. Agujeros Ranurados Agujero Eje Largo Perpendicular al Borde Agrandado Ranura Corta Ranura Larga [a] Eje Largo Paralelo al Borde 7 / 8 1 / 16 1 / / 8 1 / 8 3 / 4 d / 8 1 / 8 3 / 16 [a] Cuando la longitud de la ranura es menor que el máximo admisible (ver Tabla ), se permite que C 2 sea reducido por la mitad de la diferencia entre las longitudes de ranura máxima y actual. 137

139 Diámetro Nominal del Conector (mm) TABLA M Valores del Incremento de Distancia de Borde C2, mm Agujeros Ranurados Agujero Eje Largo Perpendicular al Borde Agrandado Ranura Corta Ranura Larga [a] Eje Largo Paralelo al Borde ,75 d [a] Cuando la longitud de la ranura es menor que el máximo admisible (ver Tabla M), se permite que C 2 sea reducido por la mitad de la diferencia entre las longitudes de ranura máxima y actual Distancias 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 corrosión atmosférica, el espaciamiento no debe exceder de 14 veces el espesor de la plancha más delgada o 180 mm 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 Fn = esfuerzo de tracción nominal, Fnt, o esfuerzo de corte nominal, Fnv, según la Tabla 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. 138

140 Combinación de Tracción y Corte en Conexiones Tipo Aplastamiento La resistencia disponible de tracción de un perno sometido a una combinación de tracción y corte debe ser determinada 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 F nt = esfuerzo nominal en tracción modificado para incluir los efectos de los esfuerzos de corte F F nt = 1,3 F nt - nt f F nv rv F nt (10.3-3) Fnt = esfuerzo nominal en tracción según la Tabla Fnv = esfuerzo nominal en corte según la Tabla frv = esfuerzo requerido de corte El esfuerzo disponible 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 disponible correspondiente, los efectos combinados de tensiones no necesitan ser investigados Pernos de Alta Resistencia en Conexiones de Deslizamiento Crítico Las conexiones de deslizamiento crítico deben ser diseñadas 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 disponible 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: = 0,85 139

141 (c) Para agujeros de ranura larga: = 0,70 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 o en la Tabla M 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 140

142 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 , debe ser multiplicada por el factor, ksc, como se muestra a continuación: k sc = 1 - T u D u T b n b (10.3-5) Tu = Fuerza de tracción requerida nb = número de pernos que transmiten la tracción aplicada Resistencia al Aplastamiento en Agujeros de Pernos La resistencia disponible en aplastamiento, Rn, en agujeros de pernos debe ser determinada 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 Fu = resistencia mínima en tracción del material conectado d = diámetro nominal del perno. 141

143 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 debe ser 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 Conectores Especiales La resistencia nominal de conectores especiales distintos a los presentados en la Tabla se verificará mediante ensayos 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 debe ser determinada mediante un análisis racional ELEMENTOS AFECTADOS DE MIEMBROS Y ELEMENTOS DE CONEXIONES Este numeral se aplica a los elementos de miembros en las conexiones y elementos de conexiones, tales como planchas, cartelas, ángulos y braquetes Resistencia de componentes en tracción La resistencia de diseño, ϕrn, de elementos de conexiones y elementos afectados cargados en tracción será 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: R n = F y A g (10.4-1) ϕ = 0,90 (b) Rotura en tracción de elementos conectados: R n = F u A e (10.4-2) ϕ = 0,75 Ae = área neta efectiva como se define en el numeral 4.3; para planchas de empalme empernadas, Ae = An 0,85 Ag. 142

144 Resistencia de Elementos en Corte La resistencia disponible en corte de elementos de conexiones y elementos afectados en corte debe ser 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: Agv = área bruta sujeta a corte. (b) Para rotura en corte del elemento: R n = 0,6 F y A gv (10.4-3) ϕ = 1,00 R n = 0,6 F u A nv (10.4-3) ϕ = 0,75 Anv = área neta sujeta a corte Resistencia de Bloque de Cortante La resistencia disponible 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 por tracción perpendicular debe tomarse como: R n = 0,6 F u A nv + U bs F u A nt 0,60 F y A gv + U bs F u A nt (10.4-5) Ant = área neta sujeta a tracción. ϕ = 0,75 Cuando el esfuerzo de tracción es uniforme, Ubs = 1; cuando el esfuerzo de tracción no es uniforme, Ubs = 0, Resistencia de Elementos en Compresión La resistencia disponible de elementos conectados en compresión para los estados límites de fluencia y pandeo deben ser determinadas de acuerdo con lo siguiente: 143

145 (a) Cuando KL/r 25: P n = F y A g (10.4-6) ϕ = 0,90 (b) Cuando KL/r 25, aplicar las disposiciones del Capítulo Resistencia de Elementos en Flexión La resistencia disponible en flexión de elementos afectados debe ser 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 PLANCHAS DE RELLENO Planchas de relleno en Conexiones Soldadas Cuando sea necesario el uso de planchas de relleno en juntas requeridas para transmitir la fuerza aplicada, las planchas de relleno y las soldaduras de conexión deberán cumplir con los requisitos del numeral a o del numeral b, según corresponde a Planchas de Relleno Delgadas Las planchas de relleno con espesores menores a 6 mm no deben ser usadas 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 b 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 debe extenderse 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 deberán ser suficientes para transmitir la fuerza a la plancha de relleno y el área sujeta a la fuerza aplicada en la plancha de relleno deberá ser adecuada para evitar esfuerzos excesivos en dicha plancha. Las soldaduras que unen la plancha de relleno al interior de la base metálica conectada deberán ser adecuadas para transmitir la fuerza aplicada 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 deberá ser usada sin reducción. Cuando un perno que soporta cargas pasa a través de planchas de relleno con un espesor mayor a 6 mm, se debe de aplicar uno de los siguientes requisitos: 144

146 (a) La resistencia en corte de los pernos debe ser multiplicada 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 deben extenderse más allá de la junta y la extensión de la plancha de relleno debe ser asegurada 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 debe ser incrementado para acomodar un número de pernos que sea equivalente al número total requerido en el punto (b) anterior; o (d) La junta debe ser diseñada para prevenir el deslizamiento de acuerdo con el numeral usando superficies ya sea Clase B o Clase A con un ajuste según el método del giro de la tuerca EMPALMES Vigas La resistencia requerida en los empalmes debe ser 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 debe usar soldaduras de penetración total en las almas y en las alas Los empalmes con soldadura acanalada en vigas deben desarrollar la resistencia nominal de la menor sección empalmada. Otros tipos de empalmes en secciones transversales de vigas deben desarrollar la resistencia requerida por las cargas en el punto de empalme Columnas Los empalmes de columna deben ubicarse 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 colocara a la mitad de la altura libre. Cuando se usen soldaduras acanaladas para el empalme estas deben ser de penetración total. La resistencia requerida al corte de los empalmes en la columna, en ambas direcciones ortogonales, deberá 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. 145

147 10.7 RESISTENCIA AL APLASTAMIENTO La resistencia de diseño al aplastamiento, Rn, de superficies en contacto debe ser determinada para el estado límite al aplastamiento (fluencia por compresión local) como se muestra a continuación: = 0,75 La resistencia nominal al aplastamiento, Rn, debe ser determinada como sigue: (a) Para superficies acabadas, pasadores en agujeros taladrados o perforados, y los extremos de atiesadores de aplastamiento ajustados. R n = 1,8 F y A pb (10.7-1) Apb = área proyectada en aplastamiento. Fy = esfuerzo de fluencia mínimo especificado. (b) Para los rodillos de apoyos deslizantes y de articulaciones. (i) Cuando d 635 mm (ii) Cuando d > 635 mm d = diámetro. lb = longitud del aplastamiento. Fy = en MPa R n = 1,2 (F y - 90)l b d / 20 (10.7-2) R n = 30,2 (F y - 90)l b d / 20 (10.7-3) 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, ϕ c P p, para el estado límite de aplastamiento del concreto se permite que se tome de la siguiente manera: ϕ c = 0,70 La resistencia nominal al aplastamiento, Pp, se determina como se indica a continuación: 146

148 (a) En el área total de un apoyo de concreto: P P = 0,85 f c ' A 1 (10.8-1) (b) En un área menor que el área total de un apoyo de concreto: P P = 0,85 f ' c A 1 A 2 A 1 1,7 f ' c A 1 (10.8-2) A1 = área concéntrica del acero en aplastamiento sobre un apoyo de concreto. A2 = área máxima de la parte de la superficie de apoyo que es geométricamente similar y concéntrica con el área cargada. ' f c = resistencia especificada al concreto PERNOS DE ANCLAJE Los pernos de anclaje deben ser diseñadas 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 puedan resultar por las combinaciones de carga indicadas en el numeral 1.4. Los pernos de anclaje deben ser diseñados de acuerdo con los requisitos para partes roscadas dados en la Tabla 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 deberán satisfacer los requisitos de la Norma E.060 Concreto Armado. Cuando los pernos de anclaje se utilizan para resistir fuerzas horizontales, debe considerarse 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. TABLA 10.9 Agujeros para pernos de anclaje (pulg.) Diámetro de perno de anclaje diámetro del agujero ½ 1 1 / 16 5 / / 16 ¾ 1 5 / 16 7 / / / 16 1 ¼ 2 1 / 16 1 ½ 2 5 / 16 1 ¾ 2 ¾ 2 d b / 4 147

149 TABLA 10.9M Agujeros para pernos de anclaje (mm) Diámetro de perno de anclaje diámetro del agujero ALAS Y ALMAS CON CARGAS CONCENTRADAS Este numeral 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 exceda a la resistencia disponible determinada por los estados límites mencionados en este numeral, rigidizadores y/o atiesadores dobles deben colocarse y dimensionarse 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 Los atiesadores dobles también deben cumplir los requisitos de diseño del numeral Se necesitan rigidizadores en los extremos de vigas que no forman parte de un pórtico, de acuerdo con los requisitos del numeral 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. La resistencia de diseño, ϕrn, para el estado límite de flexión local del ala se determina como se indica a continuación: R n = 6,25 F yf t f 2 ( ) ϕ = 0,90 F yf = esfuerzo de fluencia mínimo especificado del ala. t f = espesor del ala cargada 148

150 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 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 requiera, se debe proporcionar un par de rigidizadores transversales Fluencia Local del Alma Este numeral se aplica para cargas concentradas simples y ambos componentes de cargas concentradas dobles. La resistencia disponible para el estado límite de fluencia local del alma debe ser determinada como se indica a continuación: ϕ = 1,00 La resistencia nominal, Rn, se debe determinar 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, R n = F yw t w (5k + l b ) ( ) (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, R n = F yw t w (2,5k + l b ) ( ) 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). = espesor del alma. tw Cuando se requiera, se debe disponer de un par de rigidizadores transversales o una plancha de refuerzo del alma 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 debe ser determinada como se muestra a continuación: ϕ = 0,75 149

151 La resistencia nominal, Rn, debe ser determinada 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: R n = 0,80 t 2 w [1 + 3 ( l 1,5 b d ) (t w ) ] E F yw t f ( ) t f t w (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 R n = 0,40 t 2 w [1 + 3 ( l 1,5 b d ) (t w ) ] E F yw t f t f t w ( a) (ii) Para lb / d > 0,2 R n = 0,40 t w 2 [1 + ( 4 l b d 1,5-0,2) (t w ) ] E F yw t f t f t w ( b) d = peralte nominal total de la sección. Cuando se requiera, se debe disponer de un rigidizador transversal, un par de atiesadores transversales, o una plancha de refuerzo del alma que se extienda por lo menos la mitad del peralte del alma 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. La resistencia disponible del alma para el estado límite de pandeo lateral debe ser determinada como se muestra a continuación: ϕ = 0,85 La resistencia nominal, Rn, se determina como sigue: 150

152 (a) Si el ala en compresión está restringida contra la rotación: (i) Cuando (h t w ) (L b b f ) 2,3 3 ) R n = C r t 3 w t f h 2 [1 + 0,4 ( h t w L b b f ] ( ) (ii) Cuando (h t w ) (L b b f ) >2,3, no aplica el estado límite de pandeo lateral del alma. Cuando la resistencia requerida del alma excede la resistencia disponible, 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 t w ) (L b b f ) 1,7 3 ) R n = C r t 3 w t f h 2 [0,4 ( h t w L b b f ] ( ) (ii) Cuando (h t w ) (L b b f ) >1,7, no aplica el estado límite de pandeo lateral del alma. Cuando la resistencia requerida del alma excede la resistencia disponible, se puede disponer de arriostramiento lateral de forma local en ambas alas en el punto de aplicación de las cargas concentradas. En las Ecuaciones y , se aplican las siguientes definiciones: Cr = 6,62 x 10 6 MPa, cuando Mu < My en la ubicación de la carga. = 3,31 x 10 6 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 usando las combinaciones de carga LRFD. 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 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. 151

153 La resistencia disponible para el estado límite de pandeo local del alma debe ser determinada como se muestra a continuación: R n 24t 3 w h E F yw ( ) 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 debe ser 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 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 disponible de la zona panel del alma para el estado límite de fluencia en corte debe ser determinada como se menciona a continuación: ϕ = 0,90 La resistencia nominal, Rn, debe ser determinada 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 R n = 0,60 F y d c t w ( ) (ii) Para Pr > 0,4 Py R n = 0,60 F y d c t w (1,4 - P r P y ) ( ) (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 R n = 0,60 F y d c t w (1 + 3 b cf t cf 2 d b d c t w ) ( ) 152

154 (ii) Para Pr > 0,75 Py R n = 0,60 F y d c t w (1 + 3 b cf t cf 2 d b d c t w ) (1,9-1,2 P r P y ) ( ) En las ecuaciones hasta , se aplican las siguientes definiciones: Ag = área bruta de la sección transversal del elemento. bcf = ancho del ala de la columna. db = peralte de la viga. dc = peralte de la columna. Fy = esfuerzo de fluencia mínimo especificado del alma de la columna. Pr = resistencia axial requerida usando las combinaciones de carga LRFD Py = Fy Ag, resistencia axial de fluencia de la columna tcf = espesor del ala de la columna = espesor del alma de la columna tw 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 para los requisitos de diseño de las planchas de refuerzo del alma Extremos no Aporticados de Vigas En extremos no aporticados de vigas no restringidos contra la rotación respecto a su eje longitudinal, se debe disponer de un par de rigidizadores transversales, que se extiendan en todo el peralte del alma 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 requerimientos del numeral y deben ser soldados al ala cargada y al alma. Las soldaduras al ala deben ser dimensionadas para la diferencia entre la resistencia requerida y la resistencia disponible. Las soldaduras del rigidizador al alma deben estar dimensionas 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 deben ser diseñados de acuerdo con los requerimientos del numeral , y ya sea deberán apoyarse por aplastamiento o ser soldados al ala cargada y soldados al alma. Las soldaduras para el ala deben ser dimensionadas para la diferencia entre la resistencia requerida y la resistencia del estado límite aplicable. La soldadura del alma debe estar dimensionada 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

155 Los rigidizadores transversales de peralte total utilizados para las cargas de compresión aplicada a las alas de una viga deben ser diseñados como elementos en compresión axial (columnas) de acuerdo con los requerimientos de los numerales y Las propiedades de los elementos deben ser determinadas 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 ridizadores interiores y de 12 tw en los extremos de los elementos. La soldadura que conecta los rigidizadores de apoyo de peralte total al alma debe ser dimensionada 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 requerimientos 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 y Requisitos Adicionales para las Planchas de Refuerzo del Alma para Cargas Concentradas Las planchas de refuerzo del alma que se requieran para la resistencia en compresión deben ser diseñadas de acuerdo con los requerimientos del Capítulo 5. Las planchas de refuerzo del alma que se requieran para la resistencia en tracción deben ser diseñadas de acuerdo con los requerimientos del Capítulo 4. Las planchas de refuerzo del alma que se requieran para la resistencia al corte (ver el numeral ) deben ser diseñadas 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 requerimientos 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. 154

156 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 (c) para pernos pasantes. El capítulo está organizado de la siguiente manera: 11.1 Fuerzas concentradas en elementos tubulares 11.2 Conexiones de armaduras HSS a HSS 11.3 Conexiones de momento HSS a HSS 11.4 Soldadura de planchas y ramas a HSS rectangulares 11.1 FUERZAS CONCENTRADAS EN ELEMENTOS TUBULARES La resistencia de diseño, ϕrn, de las conexiones será determinada de acuerdo con lo indicado en este capítulo y en el numeral Definición de Parámetros Ag = área total de la sección transversal del elemento, mm 2. B = ancho total del elemento HSS rectangular, medido a 90 o del plano de la conexión, mm. Bp = ancho de la plancha, medido a 90 o 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, mm 3. 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. = espesor de la plancha, mm. tp HSS Redondos La resistencia disponible de conexiones con cargas concentradas y dentro de los límites de la Tabla A se tomarán como se muestra en la Tabla

157 Tipo de Conexión TABLA Resistencia Disponible de Conexiones de Plancha a HSS Redondos Resistencia Disponible de la Conexión Flexión de la Plancha En el Fuera del Plano plano Estado Límite: Fluencia Local en HSS Carga axial en la Plancha R n senθ = F y t 2 5,5 [ 1-0,81 B ] Q p f (11.1-1) D = 0,90 - Mn = 0,5Bp Rn Estado Límite: Plastificación en HSS Carga axial en la Plancha R n senθ = 5,5 F y t 2 [1 + 0,25 l b D ] Q f (11.1-2) Mn = 0,8 lb Rn - 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: - - t p F u F yp t (11.1-3) Estado Límite: Fluencia Local en HSS Carga Axial R n = 2 F y t [5t p + l b ] F y 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 (11.1-5) U P u M u donde Pu y Mu se determinan en el lado de la junta que Fc Ag Fc S tiene el menor esfuerzo de compresión. Pu y Mu son las resistencias requeridas en el HSS. (11.1-6) 156

158 TABLA A Límites de Aplicación de la Tabla Angulo de la plancha de carga: 30 o Esbelteces de la pared del HSS: D/t 50 para conexiones T donde las planchas de conexión están en flexión ó carga axial D/t 40 para conexiones en cruz donde las planchas de conexión están en flexión ó carga axial D/t 0,11 E/Fy donde las planchas de conexión están en corte D/t 0,11 E/Fy para conexiones de plancha de tapa en compresión Relación de ancho: 0,2 < Bp/D 1,0 para planchas de conexión transversales Resistencia del material: Fy 360 MPa Ductilidad: Fy/Fu 0,8 Nota: ASTM A500 grado C es aceptable HSS Rectangulares La resistencia disponible de conexiones con cargas concentradas y dentro de los límites de la Tabla A se tomará como el menor valor de los estados límites aplicables que se muestran en la Tabla TABLA Resistencia Disponible de Conexiones de Plancha a HSS Rectangulares Tipo de conexión Resistencia Disponible de la conexión Estado Límite: Fluencia local de la plancha, para todo β R n = 10 B/t F y t B p F yp t p B p (11.1-7) = 0,95 Estado Límite: Fluencia en corte del HSS (Punzonamiento), cuando 0,85B Bp B - 2t R n = 0,6 F y t (2t p + 2B ep ) (11.1-8) = 0,95 Estado Límite: Fluencia local de los lados del HSS, cuando β = 1,0 R n = 2 F y t (5k + l b ) (11.1-9) = 1,00 Estado Límite: Aplastamiento local de los lados del HSS, cuando β = 1,0 y la plancha esta en compresión, para conexiones en T R n = 1,6 t 2 (1+ 3l b H - 3t ) EF y Q f ( ) = 0,75 Estado Límite: Aplastamiento local de los lados del HSS, cuando β = 1,0 y la plancha esta en compresión, para conexiones en cruz 48 t3 R n = ( H - 3t ) EF y Q f ( ) = 0,90 157

159 TABLA (continuación) Resistencia Disponible de Conexiones de Plancha a HSS Rectangulares Tipo de conexión Resistencia Disponible de la conexión Estado Límite: Plastificación del HSS R n sen = F y t t p B ( 2 l b B t p B Q f ) ( ) = 1,00 Estado Límite: Plastificación de pared del HSS R n sen = 2 F y t t p B ( 2 l b B t p B Q f ) ( ) = 1,00 Estados Límites: Todos los Estados límites de la plancha y punzonamiento por corte en el HSS Para Rn ver el Capítulo 10. Adicionalmente, debe cumplirse la siguiente relación: t p F u F yp t (11.1-3) Estado Límite: Fluencia local de los lados del HSS Rn = 2 Fy t (5tp + lb), cuando (5tp + lb) < B ( a) Rn = Fy A, cuando (5tp + lb) B ( b) = 1,00 Estado Límite: Aplastamiento local de los lados del HSS, cuando la plancha está en compresión R n =1,6 t 2 [1 + 6 l b B ( t 1,5 t p ) ] EF t y p t, cuando (5tp + lb) < B ( ) = 0,75 158

160 TABLA (continuación) Resistencia Disponible de Conexiones de Plancha a HSS Rectangulares FUNCIONES Qf = 1 para HSS (superficie de conexión) en tracción = 1,3-0,4 U β 1,0 para HSS (superficie de conexión) en compresión, para conexiones de plancha transversal ( ) = 1 - U 2 para HSS (superficie de conexión) en compresión, para conexiones de plancha longitudinal y de plancha longitudinal atravesada ( ) P u U = + M u, donde Pu y Mu son calculados en el lado de la junta que tiene el F c A g F c S menor esfuerzo de compresión. (11.1-6) B ep = 10 B p B B/t p k = radio de la esquina exterior del HSS 1,5t ( ) TABLA A Límites de Aplicación de la Tabla Angulo de la carga en la plancha: 30º Esbeltez de la pared del HSS: B/t o H/t B/t o H/t (B - 3t)/t ó (H - 3t)/t 35 por pared cargada, para conexiones de plancha transversal de un elemento de armadura 40 por pared cargada, para conexiones de plancha longitudinal de un elemento de armadura y de plancha pasante. 1,4 E/F y por pared cargada, para carga de corte en plancha de un elemento de armadura Relación de anchos: 0,25 Bp/B 1,0 para conexiones de plancha transversal de un elemento de armadura Resistencia del material: Fy 360 MPa Ductilidad Fy/Fu 0,8 Nota: ASTM A500 grado C es aceptable 11.2 CONEXIONES DE ARMADURAS HSS a HSS La resistencia de diseño, ϕpn, de las conexiones será determinada de acuerdo con lo indicado en este capítulo y en el numeral 2.3. Las conexiones de armaduras HSS a HSS se definen como las conexiones que consisten de uno ó más elementos de armadura, denominados ramas, que están soldados directamente a una brida continua que pasa a través de la conexión y que se clasificarán como sigue: (a) Cuando la carga de punzonamiento, Pr sen, en una rama es equilibrada por corte de flexión en la brida, la conexión se clasificará como una conexión en T cuando el elemento es perpendicular a la brida y cómo una conexión en Y en caso contrario. (b) Cuando la carga de punzonamiento, Pr sen, en una rama es equilibrada esencialmente (hasta con 20% de diferencia) por cargas en otras ramas en el mismo lado de la conexión, la conexión se clasificará como conexión en K. La garganta más importante es entre las ramas principales cuyas cargas se equilibran. Una conexión en N, que es una conexión de dos ramas con una de ellas perpendicular a la brida, se puede considerar como una conexión K. 159

161 (c) Cuando la carga de punzonamiento, Pr sen, es transmitida a través de la brida y es equilibrada por ramas en el lado opuesto, la conexión se clasificará como en cruz. (d) Cuando una conexión tiene más de dos ramas principales, ó ramas en más de un plano, la conexión se clasificará como general o multiplanar. Cuando las ramas transmiten parte de su carga como conexiones en K y parte como conexiones en T, en Y ó en cruz, la resistencia de diseño será determinada por interpolación entre la proporción de resistencia de diseño de cada una en el total. Para los efectos de esta Especificación, los ejes de las ramas y bridas deben hallarse en un mismo plano. Las conexiones de HSS rectangulares deben además tener todos sus miembros orientados de manera que las almas sean paralelas a ese plano. Para armaduras hechas con HSS en que las ramas se conectan por soldadura con las bridas, para excentricidades que se hallen dentro de los límites de aplicación indicados en las Tablas, se permite que las conexiones se diseñen sin considerar los momentos resultantes debidos a esas excentricidades Definición de Parámetros Ag = área total de la sección transversal del elemento, mm 2. B = ancho total de la brida HSS rectangular, medida a 90 o del plano de la conexión, mm. Bb = ancho total de la rama HSS rectangular, medida a 90 o 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 del elemento HSS, MPa. Fyb = esfuerzo de fluencia mínimo especificado para el material de la rama, 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. Ov = lov/lp x 100, % S = módulo elástico de la sección, mm 3. e = excentricidad en una conexión de armadura, medida perpendicularmente al eje de la brida, positiva cuando se aleja de las ramas, mm. g = garganta entre los bordes de las ramas en una conexión K con ramas separadas, despreciando las soldaduras, mm. lb = Hb/sen, mm. lov = longitud traslapada medida a lo largo de la cara de conexión de la brida debajo de las dos ramas, mm. lp = longitud proyectada de la rama traslapada sobre la brida, mm. t = espesor de diseño de la pared de la brida HSS, mm. = espesor de diseño de la pared de la rama HSS, mm. tb 160

162 β = relación de ancho; Db/D para HSS redondos; Bb/B para HSS rectangulares. βeff = relación de ancho efectivo; la suma de los perímetros de las dos ramas en una conexión en K dividida por ocho veces el ancho de la brida. 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. = ángulo agudo entre la rama y la brida. (grados) = relación de garganta; g/b HSS Redondos La resistencia disponible de conexiones de armaduras HSS a HSS dentro de los límites de la Tabla A se tomarán como el menor valor de los estados límites aplicables mostrados en la Tabla Tipo de Conexión Verificación general Para conexiones T, Y, en cruz y en K con garganta Cuando Db(trac/comp) < (D - 2t) TABLA Resistencia Disponible de Conexiones de Armaduras de HSS a HSS redondas Resistencia Axial Disponible de la Conexión Estado Límite: Fluencia en corte (Punzonamiento) P n = 0,6 F y t D b ( 1+sen 2 sen 2 ) (11.2-1) = 0,95 Estado Límite: Plastificación de la brida P n sen = F y t 2 (3,1 + 15,6 β 2 ) γ 0,2 Q f (11.2-2) = 0,90 Estado Límite: Plastificación de la brida P n sen = F y t 2 5,7 ( 1-0,81β ) Q f (11.2-3) = 0,90 Estado Límite: Plastificación de la brida (P n sen) comp = F y t 2 (2 + 11,33 D b comp D ) Q g Q f (11.2.4) (P n sen) trac = (P n sen) comp (11.2.5) = 0,90 161

163 TABLA (continuación) Resistencia Disponible de Conexiones de Armaduras de HSS a HSS redondas FUNCIONES Qf = 1 para la brida (superficie de conexión) en tracción (11.1-5a) = 1,0 0,3U (1 + U) para HSS (superficie de conexión) en compresión (11.1-5b) U = [ P u + M u ] donde Pu y Mu se determinan en el lado de la junta que F c A g F c S tiene el menor esfuerzo de compresión. Pu y Mu son las resistencias requeridas en el HSS. (11.1-6) Q g = γ 0,2 [1 + 0,024 γ 1,2 exp( 0,5g ] (11.2-6) t - 1,33) + 1 Nota.- exp(x) es igual a e x, donde e = 2,71828 es la base de los logaritmos naturales TABLA A Límites de Aplicación de la Tabla Excentricidad de la junta: -0,55 e/d 0,25 para conexiones en K Angulo de la rama: 30 o Esbelteces de la pared de la brida: D/t D/t 50 para conexiones en T, Y y K 40 para conexiones en cruz Esbelteces de la pared de la rama: Db/tb 50 para la rama en compresión Db/tb Relación de diámetros: 0,2 0,05 E/Fyb para la rama en compresión < Db/D 1,0 para conexiones en T, Y, en cruz y traslapadas en K Db/D 1,0 para conexiones en K con garganta 0,4 Garganta: g tb comp + tb trac para conexiones en K con garganta Traslape: 25% Ov 100% para conexiones en K traslapadas Espesor de la rama: tb traslapada tb traslapante para ramas en conexiones en K traslapadas Resistencia del material: Fy y Fyb 360 MPa Ductilidad: Fy/Fu y Fyb/Fub 0,8 Nota: ASTM A500 grado C es aceptable HSS Rectangulares La resistencia disponible de conexiones de armaduras HSS a HSS dentro de los límites de la Tabla A se tomarán como el menor valor de los estados límites aplicables mostrados en la Tabla

164 TABLA Resistencia Disponible de Conexiones de Armaduras de HSS a HSS rectangulares Tipo de Conexión Resistencia Axial Disponible de la Conexión Estado Límite: Plastificación de la pared de la brida. Cuando β 0,85 P n sen = F y t 2 ( 2η (1 - β) ) Q f (11.2-7) - β = 1,00 Estado Límite: Fluencia en corte (Punzonamiento), cuando: 0,85 < β 1-1/γ ó B/t < 10 P n sen = 0,6 F y t B (2η + 2β eop ) (11.2-8) = 0,95 Estado Límite: Fluencia local de las paredes laterales de la brida, cuando β = 1 P n sen = 2F y t (5k + l b ) (11.2-9) = 1,00 Estado Límite: Aplastamiento local de las paredes laterales de la brida, cuando β = 1 y la rama esta en compresión, para conexiones en T ó Y P n sen = 1,6 t 2 3 l (1 + b H - 3t ) E F y Q f ( ) = 0,75 Estado Límite: Aplastamiento local de las paredes laterales de la brida, cuando β = 1 y las ramas están en compresión, para conexiones en cruz P n sen = ( 48 t 3 H - 3t ) EF y Q f ( ) = 0,90 Estado Límite: Fluencia local de la rama/ramas debido a distribución desigual de las cargas, cuando β > 0,85 donde P n = F yb t b (2H b + 2b eoi - 4t b ) ( ) = 0,95 b eoi = 10 B/t ( F y t F yb t b ) B b B b ( ) 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

165 TABLA (continuación) Resistencia Disponible de Conexiones de Armaduras de HSS a HSS rectangulares Tipo de Conexión Resistencia Axial Disponible de la Conexión Estado Límite: Plastificación de la pared de la brida, para todo β P n sen = F y t 2 (9,8β eff γ 0,5 ) Q f ( ) = 0,90 Estado Límite: Fluencia en corte (Punzonamiento), cuando Bb < B - 2t No verificar para ramas cuadradas P n sen = 0,6 F y t B (2η + β + β eop ) ( ) = 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. Donde P n = F yb t b (2H b + B b + b eoi - 4t b ) ( ) = 0,95 b eoi = 10 B/t ( F y t F yb t b ) B b B b ( ) Estado Límite: Fluencia local de la rama/ramas debido a distribución desigual de las cargas. = 0,95 Cuando 25% Ov < 50%: P n,i = F ybi t bi [ O v 50 (2H bi - 4t bi ) + b eoi + b eov ] Cuando 50% Ov < 80%: ( ) P n,i = F ybi t bi (2H bi - 4t bi + b eoi + b eov ) ( ) Cuando 80% Ov < 100%: P n,i = F ybi t bi (2H bi - 4t bi + B bi + b eov ) ( ) b eoi = 10 B/t ( F y t ) B F ybi t bi B bi bi ( ) b eov = 10 B bj /t bj ( F ybj t bj F ybi t bi ) B bi B bi ( ) El subíndice i se refiere a la rama que se superpone El subíndice j se refiere a la rama superpuesta P n,j = P n,i ( F ybj A bj F ybi A bi ) ( ) 164

166 TABLA (continuación) Resistencia Disponible de Conexiones de Armaduras de HSS a HSS rectangulares FUNCIONES Qf = 1 para la brida (superficie de conexión) en tracción (11.1-5a) = 1,3-0,4 U 1 para la brida (superficie de conexión) en compresión, para conexiones β en cruz, en T y en Y. ( ) = 1,3-0,4 U 1 para la brida (superficie de conexión) en compresión, para conexiones β eff en K con garganta ( ) U = P u + M u, donde Pu y Mu se determinan en el lado de la junta que tiene el mayor F c A g F c S esfuerzo de compresión. Pu y Mu son las resistencias requeridas en el HSS. (11.1-6) β eff = [(B b + H b ) rama en compresión + (B b + H b ) rama en tracción ]/4B ( ) β eop = 5β γ β ( ) TABLA A Límites de Aplicación de la Tabla Excentricidad de la junta: -0,55 e/h 0,25 para conexiones en K Angulo de la rama: 30º Esbeltez de la pared de la brida: B/t y H/t 35 para conexiones en K con garganta y conexiones en cruz, en T y en Y Esbeltez de la pared de la rama: B/t 30 para conexiones en K traslapadas H/t 35 para conexiones en K traslapadas Bb/tb y Hb/tb 35 para rama en tracción 1,25 E F yb para rama en compresión de 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 1,1 E F yb para rama en compresión de conexiones en K traslapadas Relación de anchos: Bb/B y Hb/B 0,25 para conexiones en K traslapadas y para conexiones en cruz, en T y en Y Relación de aspecto: 0,5 Hb/Bb 2,0 y 0,5 H/B 2,0 Traslape: 25% Ov 100% para conexiones en K traslapadas Relación de ancho de la rama: Bbi/Bbj 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 Relación de espesor de la rama: tbi/tbj 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 Resistencia del material Fy y Fyb 360 MPa Ductilidad Fy/Fu y Fyb/Fub 0,8 Nota: ASTM A500 grado C es aceptable LIMITES ADICIONALES PARA CONEXIONES EN K CON GARGANTA Relación de anchos: B b B y H b B βeff 0,35 0,1 + γ 50 Relación de garganta: = g/b 0,5(1 - βeff) Garganta: g tb rama en compresión + tb rama en tracción Tamaño de la rama menor Bb 0,63 (mayor Bb), si ambas ramas son cuadradas 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. 165

167 11.3 CONEXIONES DE MOMENTO HSS a HSS La resistencia de diseño, ϕmn, de las conexiones será determinada 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 clasificará 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 Definición de Parámetros Ag = área total de la sección transversal del elemento, mm 2. B = ancho total de la brida HSS rectangular, medida a 90 o del plano de la conexión, mm. Bb = ancho total de la rama HSS rectangular, medida a 90 o 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, mm 3. Zb = módulo de sección plástico de la rama alrededor del eje de flexión, mm 3. 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) 166

168 HSS Redondos La resistencia disponible de conexiones de momento dentro de los límites de la Tabla A se tomarán como el menor valor de los estados límites aplicables mostrados en la Tabla TABLA Resistencia Disponible de Conexiones de Momento de HSS a HSS Redondos Resistencia en Flexión Disponible de la Tipo de Conexión Conexión Estado Límite: Plastificación de la brida M n sen = 5,39 F y t 2 γ 0,5 β D b Q f (11.3-1) = 0,90 Estado Límite: Fluencia en corte (Punzonamiento), cuando Db < (D - 2t) M n = 0,6 F y t D b 2 ( 1 + 3sen 4sen 2 ) (11.3-2) = 0,95 Estado Límite: Plastificación de la brida M n sen = F y t 2 3,0 D b ( 1-0,81β ) Q f (11.3-3) = 0,90 Estado Límite: Fluencia en corte (Punzonamiento), cuando Db < (D - 2t) M n = 0,6 F y t D b 2 ( 3 + sen 4sen 2 ) (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: P r + ( M 2 r-ip ) + ( M r-op ) 1,0 P c M c-ip M c-op (11.3-5) Mc-ip Mc-op = ϕmn = = ϕmn = resistencia de diseño en flexión en el plano de Tabla , N-mm resistencia de diseño en flexión fuera del plano de Tabla , N-mm Mr-ip Mr-op = resistencia requerida en flexión en el plano, N-mm = resistencia requerida en flexión fuera del plano, N-mm Pc = ϕpn = resistencia axial disponible de Tabla , N Pr = resistencia axial requerida, N FUNCIONES Qf = = U = 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) P u + M u F c A g F c S donde Pu y Mu se determinan en el lado de la junta que tiene el menor esfuerzo de compresión. (11.1-6) Angulo de la rama: Esbelteces de la pared de la brida: Esbelteces de la pared de la rama: Relación de diámetros: Resistencia del material: Ductilidad: TABLA A Límites de Aplicación de la Tabla D/t D/t Db/tb Db/tb 0,2 Fy y Fyb Fy/Fu y Fyb/Fub Nota: ASTM A500 grado C es aceptable 30 o 50 para conexiones en Y, en T y K 40 para conexiones en cruz 50 0,05E/Fyb < Db/D 1,0 360 MPa 0,8 167

169 HSS Rectangulares La resistencia disponible de conexiones de momento dentro de los límites de la Tabla A se tomarán como el menor valor de los estados límites aplicables mostrados en la Tabla TABLA Resistencia Disponible de Conexiones de Momento De HSS a HSS Rectangulares Tipo de Conexión Resistencia en Flexión Disponible de la Conexión Estado Límite: Plastificación de la pared de la brida, cuando β 0,85 M n = F y t 2 H b [ 1 2η β + η (1 - ] Q β) f (11.3-6) = 1,00 Estado Límite: Fluencia local de los lados, cuando β > 0,85 M n = 0,5 F y * t(h b + 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 M n = F yb [Z b - (1 - b eoi B b ) B b H b t b ] (11.3-8) = 0,95 Estado Límite: Plastificación de la pared de la brida, cuando β 0,85 M n = F y t 2 [ 0,5H b (1 + β) + 2 B B b (1 + β) ] Q (1 - β) (1 - β) f (11.3-9) = 1,00 Estado Límite: Fluencia local de los lados, cuando β > 0,85 M n = F y * t (B - t)(h b + 5t) ( ) = 1,00 Estado Límite: Fluencia local de la rama(s) debido a una distribución desigual de cargas, cuando β > 0,85 M n = F yb [Z b - 0,5 (1 - b 2 eoi) B B 2 b t b ] ( ) b = 0,95 Estado Límite: Falla por distorsión de la brida, para conexiones en T y conexiones en cruz no equilibradas M n = 2 F y t [H b t + B H t (B + H)] ( ) = 1,00 168

170 TABLA (Continuación) Resistencia Disponible 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: P r + ( M r-ip ) + ( M r-op ) 1,0 P c M c-ip M c-op ( ) Mc-ip Mc-op = ϕmn = = ϕmn = resistencia de diseño en flexión en el plano de Tabla , N-mm resistencia de diseño en flexión fuera del plano de Tabla , N-mm Mr-ip Mr-op = resistencia requerida en flexión en el plano, N-mm = resistencia requerida en flexión fuera del plano, N-mm Pc = ϕpn = resistencia axial disponible de Tabla , N Pr = resistencia axial requerida, N Qf = = FUNCIONES 1 para la brida (superficie de conexión) en tracción ( ) 1,3 0,4 U 1,0 para la brida (superficie de conexión) en compresión ( ) β U = P u F c A g + M u F c S F y * = beoi = donde Pu y Mu se determinan en el lado de la junta que tiene el menor esfuerzo de compresión. (11.1-6) Fy para conexiones en T, y = 0,8 Fy para conexiones en cruz 10 B/t ( F yt ) B F yb t b B b ( ) b TABLA A Límites de Aplicación de la Tabla Angulo de la rama: 90 o Esbelteces de la pared de la brida: B/t y H/t 35 Esbelteces de la pared de la rama: Bb/tb y Hb/tb 35 1,25 E F yb Relación de anchos: Bb/B 0,25 Relación de aspecto: 0,5 Hb/Bb 2,0 y 0,5 H/B 2,0 Resistencia del material: Fy y Fyb 360 MPa Ductilidad: Fy/Fu y Fyb/Fub 0,8 Nota: ASTM A500 grado C es aceptable 11.4 SOLDADURA DE PLANCHAS Y RAMAS A HSS RECTANGULARES La resistencia de diseño, ϕrn, ϕmn y ϕpn, de las conexiones será determinada de acuerdo con lo indicado en este capítulo y en el numeral 2.3. La resistencia disponible de conexiones de ramas será determinada 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: Para interacción, ver la ecuación Rn ó Pn = Fnw tw le (11.4-1) Mn-ip = Fnw Sip (11.4-2) Mn-op = Fnw Sop (11.4-3) 169

171 (a) Para soldaduras de filete = 0,75 (b) Para soldaduras acanaladas de penetración parcial = 0,80 Fnw = esfuerzo nominal del metal de la soldadura (capítulo 10) sin incremento de la resistencia debido a la direccionalidad de la carga, MPa. Sip = efectivo módulo de sección elástico de soldaduras para flexión en el plano (Tabla ), mm 3. Sop = efectivo módulo de sección elástico de soldaduras para flexión fuera del plano (Tabla ), mm 3. 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. 170

172 Tipo de Conexión TABLA Propiedades de la Soldadura Efectiva para Conexiones a HSS Rectangulares Resistencia de la Soldadura en la Conexión Propiedades de la Soldadura Efectiva l e = 2 ( 10 B/t ) ( F yt ) B F yp t p 2 B p (11.4-4) p donde le = longitud total de soldadura efectiva para soldaduras en ambos lados de la plancha transversal Propiedades de la Soldadura Efectiva l e = 2H b sen + 2b eoi (11.4-5) S ip = t w ( H 2 b 3 sen ) + t w b eoi ( H b sen ) (11.4-6) S op = t w ( H b sen ) B b + t w (B 2 3 b ) - (t w/3)(b b - b eoi ) B b (11.4-7) b eoi = 10 B/t ( F y t ) B F yb t b B b ( ) b Cuando β > 0,85 ó > 50º, beoi/2 no debe exceder de 2t. 3 Propiedades de la Soldadura Efectiva Cuando 50º: l e = 2(H b - 1,2t b ) sen Cuando 60º: l e = 2(H b - 1,2t b ) sen + 2(B b - 1,2t b ) (11.4-8) + (B b - 1,2t b ) (11.4-9) Cuando 50º < < 60º, el valor de le se calculará interpolando linealmente entre los valores anteriores. 171

173 TABLA (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 miembros que se superponen (todas las dimensiones son para la rama que se superpone, i) Cuando 25% Ov < 50% l e,i = 2 O v 50 [(1 - O v 100 ) ( H bi sen i ) + O v 100 ( H bi sen( i + j ) )] + b eoi +b eov Cuando 50% Ov < 80% ( ) l e,i = 2 [(1 - O v 100 ) ( H bi sen i ) + O v 100 ( H bi sen( i + j ) )] + b eoi+ b eov Cuando 80% Ov 100% ( ) l e,i = 2 [(1 - O v 100 ) ( H bi ) + O v sen i 100 ( H bi sen( i + )] + B bi + b eov j ) ( ) b eoi = 10 B/t ( F y t ) B F ybi t bi B bi ( ) bi b eov = 10 B bj /t bj ( F ybj t bj F ybi t bi ) B bi B bi ( ) cuando Bbi/Bb > 0,85 ó i > 50º, beoi/2 no debe exceder de 2t y cuando Bbi/Bbj > 0,85 ó (180 o - 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 l e,j = 2H bj sen j +2b eoj ( ) b eoj = 10 B/t ( F y t F ybj t bj ) B bj B bj ( ) Cuando Bbj/B > 0,85 ó j > 50º, l e,j = 2(H bj - 1,2t bj ) / sen j 172

174 Cuando una conexión en K traslapada ha sido diseñada de acuerdo con la Tabla 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 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. 173

175 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 GENERAL 12.1 General 12.2 Contraflecha 12.3 Deflexiones 12.4 Desplazamientos laterales 12.5 Vibraciones 12.6 Movimiento inducido por el viento 12.7 Expansión y contracción 12.8 Deslizamiento en las conexiones 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.) deben escogerse en función del uso de la estructura. Las condiciones de servicio deberán evaluarse usando la combinación de cargas apropiada, listadas en (1.4-7) al (1.4-11), para el estado límite de servicio identificado CONTRAFLECHA Deben 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 deberán indicarse en los planos de diseño. Las vigas y armaduras detalladas sin especificaciones de contraflecha deberán 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 deberá indicarse en los planos de diseño DEFLEXIONES Las deflexiones en elementos y sistemas estructurales debido a cargas de servicio no deben afectar las condiciones de servicio de la estructura. 174

176 12.4 DESPLAZAMIENTOS LATERALES Los desplazamientos laterales de las estructuras deben ser evaluados 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 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 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 EXPANSIÓN Y CONTRACCIÓN Deberán considerarse detalles que permitan una adecuada expansión y contracción para las condiciones de servicio de la estructura 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 y

177 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 Materiales 13.2 Fuerza esperada en el material 13.3 Material de aporte para soldadura 13.4 Requisitos generales de diseño 13.5 Sistemas estructurales 13.6 Pórticos resistentes a momento 13.7 Pórticos arriostrados (BMF) 13.1 MATERIALES El acero estructural usado en los sistemas resistentes a fuerza sísmica (SFRS) debe satisfacer los requerimientos de estas recomendaciones y de la Norma E.030 de 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 deberá cumplir las especificaciones del Capítulo 1, numeral 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 FUERZA ESPERADA EN EL MATERIAL Cuando sea requerido en este capítulo, la fuerza requerida en el elemento (un miembro o una conexión a un miembro) debe ser determinada 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 mínimo esfuerzo de fluencia especificado a usarse en el miembro y Ry es la relación entre el esfuerzo de fluencia esperado al mínimo esfuerzo de fluencia especificado, Fy, del material. Cuando se requiera determinar la fuerza nominal, Rn, para los estados límites en un miembro 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 176

178 en tracción y Rt es la relación entre esfuerzo de rotura por tracción esperada y el mínimo esfuerzo de rotura, Fu del material. TABLA 13.2 Valores Ry y Rt para material de acero estructural Aplicación Ry Rt Perfiles y barras laminadas NTP (A36) 1,6 1,2 NTP (A572 Gr. 50) 1,3 1,2 NTP (A572 Gr. 55) 1,1 1,1 Secciones tubulares estructurales (HSS) NTP (A500 Gr. A, B o C) 1,3 1,25 Tubos ASTM A53 1,6 1,2 Planchas, Flejes y Platinas NTP (A36) 1,6 1,2 NTP (A572 Gr. 50, Gr. 55) 1,3 1,2 Acero de Refuerzo NTP (A615 Gr. 60) 1,25 1,25 NTP (A706 Gr. 60) 1,25 1,25 Nota 1: Las referencias a calidades de acero que aparecen entre paréntesis son solo informativas. Nota 2: El acero de refuerzo NTP (A615) y NTP (A706) corresponden a elementos de concreto armado que son parte de una estructura metalica 13.3 MATERIAL DE APORTE PARA SOLDADURA Soldaduras para sistemas resistentes a sismo Todas las soldaduras usadas en elementos y conexiones de los SFRS deben ser hechos con materiales de aporte que cumplan con lo especificado en el cuadro siguiente: Tabla 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. Elongación 22 % min. 19 % min. Tenacidad CVN 27 J - 18 ºC a a Materiales de aporte que cumplan con 27 J mínimo, a una temperatura menor de - 18 ºC también cumplen este requisito Soldaduras de demanda critica Se designan soldaduras de demanda crítica aquellas hechas con material de relleno que cumplan con lo especificado en el cuadro siguiente: 177

179 Tabla Propiedades mecánicas para las Soldaduras de Demanda Critica 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. Elongación 22 % min. 19 % min. Tenacidad CVN 54 J 20 ºC b, c b Para Temperatura mínima de servicio esperada (LAST) de + 10 ºC. Para LAST menor que + 10 ºC ver AWS D1.8/D1.8M numeral c 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 REQUISITOS GENERALES DE DISEÑO 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 numerales 13.6 y En el caso de estructuras de acero no incluidas en los numerales 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 Requerimientos Generales El proceso de análisis deberá 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 basaran en las secciones elásticas y los sistemas compuestos donde deberá incluirse los niveles de la sección agrietada. 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 accesorios Requerimientos Adicionales Análisis adicionales deberán llevarse a cabo de acuerdo a lo que se especifique en los numerales 13.6, y

180 Análisis No Lineal Un análisis no lineal puede ser usado en ciertas situaciones, y en tales casos usar 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 deberá 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 SISTEMAS ESTRUCTURALES Los sistemas estructurales pueden ser sistemas de pórticos resistentes a momento y sistemas de pórticos arriostrados 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 serán 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 Las secciones que desarrollaran 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 requerimientos de esta Norma, deberán de cumplir los requerimientos de la Norma E.060 Concreto Armado 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

181 TABLA Relaciones limite ancho/espesor para elementos en compresión de moderada y alta ductilidad Descripción del componente Relación anchoespesor Relación limite ancho-espesor λ hd Elementos de ductilidad alta λ md Elementos de ductilidad moderada Ejemplos Componentes no rigidizados 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 0,30 E F y 0,38 E F y almas de secciones T d /t [a] 0,30 E F y 0,38 E F y Paredes de tubos HSS rectangulares b/t Componentes rigidizados Alas de secciones cajón formadas a partir de perfiles I y secciones cajón armadas Las placas laterales de las secciones cajón formadas a partir de perfiles I y paredes de secciones cajón armadas usadas como arriostramientos diagonales b/t h/t [b] 0,55 E F y [c] 0,64 E F y Almas de secciones laminadas o secciones I armadas usadas como arriostramientos diagonales h/t w 1,49 E F y 1,49 E F y 180

182 TABLA (Continuación) Relaciones limite ancho/espesor para elementos en compresión de moderada y alta ductilidad Elementos endurecidos Descripción del componente Almas de secciones laminadas o secciones I armadas usadas como vigas o columnas [d]. Las placas laterales de las secciones cajón formadas a partir de perfiles I usadas como vigas o columnas Almas de secciones cajón armadas usadas como vigas o columnas Relación anchoespesor h/t w h/t h/t Relación ancho-espesor Limitado λ hd Elementos de ductilidad alta Para C a 0,125 2,45 E F y (1-0,93C a ) Para C a > 0,125 0,77 E F y (2,93 - C a ) 1,49 E F y donde C a = P u c P y λ md Elementos de ductilidad moderada Para C a 0,125 3,76 E F y (1-2,75C a ) Para C a > 0,125 1,12 E F y (2,33 - C a ) 1,49 E F y donde C a = P u c P y Ejemplos Almas de secciones H para pilotes h/t w 0,94 E F y No aplicable Paredes de tubos HSS redondos D/t 0,038 E F y 0,044 E F [e] y Elementos compuestos Paredes de elementos compuestos rectangulares rellenos de concreto Paredes de elementos compuestos redondos rellenos de concreto b/t 1,4 E F y 2,26 E F y D/t 0,076 E / F y 0,15 E F y [a] 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 F y 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 excedera 0,6 E F y. [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 excederan de 1,12 E F y. [d] Para vigas de perfiles I en los sistemas SMF, donde Ca es menor o igual a 0,125, la relación limite h/tw no excedera 2,45 E F y. Para vigas de perfiles I en los sistemas IMF, donde Ca es menor o igual a 0,125, la relación limite anchoespesor no excederá 3,76 E F y. [e] La relación limite diametro-espesor de los elementos redondos HSS usados como vigas o columnas no excederá 0,07 E/Fy. 181