Diseño en Acero i - Rev.c (08!08!2017)

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE

FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES

DISEÑO EN ACERO I 18160-0-A-1 2/2017

Prof. Rodrigo Mercado

DISEÑO EN ACERO I 

CONTACTO

-

Correo electrónico:

[email protected] / LOA

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Oficina:

Patricio Buguñá Ingeniería LTDA (www.bbi.cl)

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Grupo Whsp/Fb: (Por definir)

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Número de teléfono:

9 88407226

DISEÑO EN ACERO I  -

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OBJETIVOS PRINCIPALES DEL CURSO Diseñar y calcular todo tipo de elementos estructurales de acero. Resolver un proyecto estructural con elementos de acero. Utilizar el Método de Diseño por Resistencia admisible (ASD) y de los Factores de Carga y Resistencia (LRFD).

OBJETIVOS SECUNDARIOS DEL CURSO Reconocer el material acero, sus principales propiedades estructurales, ventajas y desventajas. Identificar los productos estructurales de acero. Conocer las distintas filosofías de diseño estructural en acero. Desarrollar estructuras de elementos de acero en tracción.

CONOCIMIENTOS PREVIOS NECESARIOS Mecánica de Sólidos, Mecánica de Estructuras.


CONTENIDO

UNIDAD 1

EL ACERO COMO MATERIAL ESTRUCTURAL

1.

Ventajas del acero estructural.

2.

Desventajas del acero estructural.

3.

Curva del trabajo del acero.

4.

Nomenclatura y clasificación de los aceros nacionales.

5.

Composición química.

6.

Otras propiedades estructurales.

7.

Efectos de la temperatura.

8.

Efectos de la corrosión.


CONTENIDO

UNIDAD II

CONCEPTOS DE DISEÑO

1.

Aspectos básicos del diseño estructural

2.

Perfiles y sus propiedades

3.

Métodos de diseño

4.

Combinaciones de cargas


CONTENIDO

UNIDAD III

CONCEPTOS DE DISEÑO

1.

Elementos estructurales solicitados por tracción

2.

Diseño de elementos apernados en tracción

3.

Diseño de elementos soldados en tracción

4.

Diseño de barras roscadas en tracción

5.

Diseño de miembros en tracción conectados por pasadores

6.

Diseño de bielas en tracción

7.

Diseño de miembros armados en tracción


RELACIÓN DE LA ASIGNATURA DENTRO DE LA MALLA FUNDAMENTOS DE DISEÑO ESTRUCTURAL

DISEÑO EN ACERO I y II

HORMIGÓN ARMADO I y II

TALLER DE ESTRUCTURAS

FUNDACIONES


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BIBLIOGRAFÍA American Institute of Steel Construction (AISC). “Steel Construction, a Manual for Architecs, Engineers and Fabricators of Buildings and Other Steel Structures. New York. Bresler, Boris. “Diseño de Estructuras de Acero”. Editorial Limusa. Gaylord, Edwin Henry. “Design of Steel Structures: Including Application in Aluminum”. Editorial McGraw-Hill. Instituto Chileno del Acero (ICHA). “Manual de Diseño para Estructuras de Acero”. 2002. Chile. Apuntes de clases.

PÁGINAS WEB http://www.aisc.org http://www.steel.org http://www.alacero.org http://www.construccionenacero.com http://www.copromet.cl http://www.cintac.cl


APUNTES DE CLASES (Elaborados por Prof. J. Berríos). Los apuntes de clases fueron elaborados en base a:

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Instituto Chileno del Acero (ICHA). “Manual de Diseño para Estructuras de Acero – Método de Factores de Carga y Resistencia”. TOMO I, 2000. Chile. Instituto Chileno del Acero (ICHA). “Manual de Diseño ICHA”. Segunda Edición, 2002. Chile. Riddell, Rafael & Hidalgo, Pedro. “Diseño Estructural”. Quinta Edición, 2010. Ediciones UC. Chile. Riddell, Rafael & Hidalgo, Pedro. “Fundamentos de Ingeniería Estructural”. Tercera Edición, 2011. Ediciones UC. Chile. McCormac, Jack. “Diseño de Estructuras de Acero”. Segunda Edición, 2002. Editorial Alfaomega. México. Bowles, Joseph. “Diseño de Acero Estructural”. 1993. Editorial Limusa. México. Leiva, Luis. “Apuntes de Clases”. USACH. Chile. Instituto Nacional de Normalización (INN), Normas Chilenas. American Institute Of Steel Construction (AISC) American Iron and Steel Institute (AISI) American Welding Society (AWS) Research Council On Structural Connections (RCSC)


RESUMEN PERFIL DE EGRESO

El egresado de la carrera de Ingeniería Civil en Obras Civiles de la Universidad de Santiago de Chile es un profesional que, en base a los conocimientos adquiridos en ciencias básicas, ciencias de la ingeniería, asignaturas profesionales y asignaturas complementarias, logra una formación integral que lo capacita para identificar, plantear y resolver los problemas relacionados con las Obras Civiles.


HABILIDADES Y DESTREZAS

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Identificar y resolver problemas de Ingeniería relacionados con las Obras Civiles.

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Evaluar críticamente órdenes de magnitud y significado de resultados numéricos.

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Emplear herramientas modernas de ingeniería.

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ACTITUDES Y VALORES

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Responsabilidad profesional y social.

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Capacidad innovativa y pensamiento crítico.

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Compromiso con el desarrollo y perfeccionamiento de la profesión.

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Interés en realizar actividades de perfeccionamiento profesional en forma independiente.


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ÁREAS DE DESEMPEÑO

Empresas del sector público y privado, y en todas aquellas instituciones dedicadas preferentemente a obras públicas, vivienda, ambiente, construcción y otras. Oficinas de Ingeniería de Proyectos.

Como profesional independiente en labores de diseño, planificación, desarrollo de proyectos y asesorías. En instituciones de educación superior y centros de investigación.


SISTEMA DE EVALUACIÓN DEL CURSO Se realizarán tres PEP más una “Prueba Coeficiente 2” (PC2) en las siguientes fechas: P.E.P N°1 : (Por Definir) (08:00 – 9:30)

P.E.P N°2 : (Por Definir) (08:00 – 9:30) P.E.P N°3 : (Por Definir) (08:00 – 9:30)*** (Trabajo/Planilla) PC2

: (Por Definir) (08:00 – 9:30)

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Adicionalmente, se realizarán controles (con o sin aviso previo) y/o tareas. Los controles también pueden ser realizados en ayudantías (previo aviso).

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Tiempo de Entrega de notas: (según Exento No. 8415 de 2011)

15 días hábiles contados desde la fecha de la evaluación -

Derecho de revisar las pruebas y conocer las respectivas pautas: 5 días hábiles desde el momento que se informó la nota (según Exento No. 8415 de 2011)


CONDICIONES DE APROBACIÓN Para aprobar el curso. El alumno deberá cumplir con la siguiente condición: ( N1* + N2* + N3* + N4* ) / 4 ≥ 4.0 (Sin evaluaciones parciales bajo 4.0)

( N1* + N2* + N3* + N4* ) / 4 ≥ 5.0 (Con alguna evaluación parcial bajo 4.0) donde: N1 = (1- 1) x PEP1 + 1 x (Promedio controles y/o trabajos asociados a la PEP1) N2 = (1- 2) x PEP2 + 2 x (Promedio controles y/o trabajos asociados a la PEP2)

N3 = (1- 3) x PEP3 + 3 x (Promedio controles y/o trabajos asociados a la PEP3) 0,1 𝛼𝑖 = ൞0,2 0,3 -

si se realiza 1 control o trabajo en el periodo i si se realizan 2 controles y/o trabajos en el periodo i si se realizan 3 o más controles y/o trabajos en el periodo i

Las Notas N1*, N2*, N3* y N4* corresponden a las 4 notas que quedan luego de eliminar la nota más baja entre N1, N2, N3 y N4 (doble).


PLAGIO DE TRABAJOS Y COPIA EN PRUEBAS

-

Se recuerda y advierte a los alumnos que no se tolerará ninguna actitud que vaya contra la ética en procesos de evaluación, por lo que cualquier forma de copia, tanto en evaluaciones escritas, presentaciones orales, trabajos, informes y cualquier otra forma de evaluación, será sujeto de aplicación del reglamento que rige tales hechos, según el Reglamento sobre Responsabilidad y Convivencia Estudiantil, Exento n°206 del 4 de abril de 1986, en su Título II, art. n°5 y Título III art. n°7.

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Se recuerda que la copia es una falta grave, que amerita un sumario, cuya sanción puede llegar incluso a la expulsión de la Universidad del alumno sorprendido en tal acto.

UNIDAD I EL ACERO COMO MATERIAL ESTRUCTURAL 

CAPACIDADES A DESARROLLAR:

-

Reconocer el material acero, sus principales propiedades estructurales.

-

Reconocer sus ventajas y desventajas desde el punto de vista estructural.

-

Identificar los productos estructurales de acero.



CONTENIDOS

1.

Ventajas del acero estructural.

2.

Desventajas del acero estructural.

3.

Curva del trabajo del acero.

4.

Nomenclatura y clasificación de los aceros nacionales.

5.

Composición química.

6.

Otras propiedades estructurales.

7.

Efectos de la temperatura.

8.

Efectos de la corrosión.

UNIDAD I EL ACERO COMO MATERIAL ESTRUCTURAL

1.Ventajas del acero estructural ✓

Alta resistencia La alta resistencia del acero por unidad de peso implica que será relativamente bajo el peso de las estructuras; esto es de gran importancia en puentes de grandes luces, en edificios altos y en estructuras con condiciones deficientes en el suelo de fundación.

✓

Uniformidad Las propiedades del acero no cambian apreciablemente en el tiempo como es en el caso de estructuras de hormigón armado.

✓

Elasticidad

El acero se acerca más en su comportamiento a las hipótesis de diseño que la mayoría de los materiales, gracias a que sigue la ley de Hooke hasta esfuerzos bastante altos. Los momentos de inercia de una estructura de acero pueden calcularse exactamente, en tanto que los valores obtenidos para una estructura de hormigón armado son relativamente imprecisos. ✓

Durabilidad Si el mantenimiento de las estructuras de acero es adecuado durarán indefinidamente. Investigaciones realizadas en aceros modernos, indican que bajo ciertas condiciones no se requiere ningún mantenimiento a base de pintura.



Ductilidad, μ La ductilidad es la propiedad que tiene un material de soportar grandes deformaciones sin fallar bajo altos esfuerzos de tensión. Cuando se prueba a tensión un acero con bajo contenido de carbono, ocurre una reducción considerable de la sección transversal y un gran alargamiento en el punto de falla, antes de que se presente la fractura. Un material que no tenga esta propiedad probablemente será duro y frágil y se romperá al someterlo a un golpe repentino.

En miembros estructurales sometidos a cargas normales se desarrollan altas concentraciones de esfuerzos en varios puntos. La naturaleza dúctil de los aceros estructurales comunes les permite fluir localmente en estos puntos, evitándose así fallas prematuras. Una ventaja adicional de las estructuras dúctiles es que, al sobrecargarlas, sus grandes deflexiones ofrecen evidencia visible de la inminencia de la falla. ✓

Tenacidad Capacidad del acero para absorber energía y deformación plástica antes de su fractura. Esta es una característica muy importante porque implica que los miembros de acero pueden someterse a grandes deformaciones durante sus formación y montaje, sin fracturarse, siendo posible doblarlos, martillarlos, cortarlos y taladrarlos sin daño aparente. Generalmente se indica por la energía absorbida (expresada en Joules) en un ensayo de impacto, en condiciones predeterminadas, según la norma NCh926.



Ampliación de estructuras existentes Las estructuras de acero se adaptan muy bien a posibles ampliaciones.

✓

Propiedades diversas

✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓

Gran facilidad para unir diversos miembros por medio de varios tipos de conexión como son la soldadura, los pernos y los remaches. Posibilidad de prefabricar los miembros. Rapidez de montaje. Gran capacidad para laminarse en una gran cantidad de tamaños y formas. Resistencia a la fatiga. Reuso posible después de desmontar una estructura. Posibilidad de venderlo como “chatarra” aunque no pueda utilizarse en su forma existente. EL ACERO ES UN MATERIAL REUTILIZABLE POR EXCELENCIA


2. Desventajas del acero estructural ✓

Costo de mantenimiento La mayor parte de los aceros son susceptibles a la corrosión al estar expuestos al aire y al agua y, por consiguiente, deben pintarse periódicamente. El uso de aceros intemperizados para ciertas aplicaciones, tiende a eliminar este costo. El acero intemperizado es un acero de gran resistencia que desarrolla una capa de óxido sobre sus superficies cuando se lo expone a las lluvias y a la humedad; tiene la ventaja de adherirse al elemento metálico principal protegiéndolo de la posterior corrosión.

✓

Costo de la protección contra el fuego Aunque algunos elementos estructurales son incombustibles, sus resistencias se reducen considerablemente durante los incendios, cuando los otros materiales de un edificio se queman. El acero es un excelente conductor de calor, de manera que los miembros de acero sin protección pueden transmitir suficiente calor de una sección o compartimiento incendiado de un edificio a secciones adyacentes del mismo edificio e incendiar el material presente. En consecuencia, la estructura de acero de una construcción debe protegerse mediante materiales con ciertas características aislantes o el edificio deberá acondicionarse con un sistema de rociadores “sprinklers” para que cumple con los requisitos de seguridad.


2. Desventajas del acero estructural ✓

Susceptibilidad al pandeo Cuanto más largos y esbeltos sean los miembros a compresión, mayor es el peligro de pandeo. Como se indicó previamente, el acero tiene una resistencia por unidad de peso, pero al usarse como columnas no resulta muy económico ya que debe usarse bastante material, sólo para hacer más rígidas las columnas contra el pandeo.

✓

Fatiga Otra característica inconveniente del acero es que su resistencia puede reducirse si se somete a un gran número de inversiones del sentido del esfuerzo, o bien, a un gran número de cambios de la magnitud del esfuerzo de tensión. En la práctica actual se reducen las resistencias estimadas de tales miembros, si se sabe de antemano que estarán sometidos a un número mayor de ciclos de esfuerzo variable, que cierto número límite.

✓

Fractura frágil Bajo ciertas condiciones, el acero puede perder su ductilidad y la falla frágil puede ocurrir en lugares de concentración de esfuerzos. Las cargas que producen fatiga y muy bajas temperaturas agravan la situación.


3. Curva de trabajo del acero


3. Curva de trabajo del acero ✓

Fluencia elástica En esta zona es válida la ley de Hooke (σ = ε·E). El módulo de elasticidad del acero corresponde a: E = 200.000 MPa ( 2.040.000 kgf/cm2 ).

El punto más alto de la porción recta del diagrama esfuerzo-deformación se denomina límite de proporcionalidad (σp). Este valor rara vez se mide y para la mayoría de los materiales estructurales es sinónimo del límite proporcional. Por esta razón se usa a veces el término límite proporcional elástico. Si el elemento no se ha esforzado más allá del límite proporcional (σp), éste recuperará su longitud original al suprimir la carga. ✓

Fluencia plástica restringida El flujo plástico se inicia generalmente en zonas localizadas bajo esfuerzos medios apreciablemente menores que el de fluencia del material, debido a que en la práctica la carga no coincide nunca exactamente con el eje de la barra y las secciones transversales no son idénticas unas a otras, lo que ocasiona flexiones que se superponen con la tensión. Este fenómeno también es producido debido a los procesos de fabricación (laminación, doblado en frío, soldadura) ya que se generan tensiones internas previas a su uso estructural, las cuales son denominadas comúnmente “Tensiones Residuales”.

En esta zona la sección transversal se encuentra plastificada parcialmente y de aquí en adelante, luego de suprimir la carga, se observará una deformación unitaria remanente.


3. Curva de trabajo del acero ✓

Fluencia plástica no restringida Cuando el acero alcanza el esfuerzo de fluencia (σy), comienza a ocurrir un incremento considerable de la deformación sin incremento del esfuerzo. En esta zona la sección transversal se encuentra totalmente plastificada. La deformación plástica es generalmente igual en magnitud a 10 o 15 veces la deformación elástica.

✓

Zona de endurecimiento En esta zona ocurre un endurecimiento por deformación y se requieren esfuerzos adicionales para producir deformaciones mayores. Se presentan deformaciones unitarias (εr) que equivalen a valores que oscilan entre 150 y 200 veces los correspondientes a la deformación elástica. La ductilidad se define como:

✓

μ = εr / εy

Estricción Luego que el acero alcanza su esfuerzo máximo (σr), éste disminuye poco a poco debido a la reducción de la sección transversal del elemento o formación de un “cuello” notorio donde finalmente se produce la fractura.


3. Curva de trabajo del acero ENSAYO ACERO A630-420H (barra Ø32 hormigón armado)

ENSAYO ACERO ASTM A36 (acero estructural)

A = 8,04 cm2 (Ø32) P = 411 kN = 41910 kgf/cm2 Fu = P / A = 41910 / 8,04 = 5213 kgf/cm2 < 6300 kgf/cm2 ✓

Influencia de las tensiones residuales en la curva del acero

El acero estructural para perfiles metálicos se produce mediante laminación en caliente, entregándose en Chile en planchas de espesores entre 5 y 50 mm.

Planchas delgadas entre 0,4 y 4 mm de espesor se obtienen en un segundo proceso de laminado en frío. No hay en Chile laminadores pesados para producir perfiles estructurales directamente, por ello, éstos se fabrican por doblado en frío o uniendo planchas mediante soldadura.

LEER DOCUMENTO “2.1.2 Efecto de tensiones Iniciales”


4. Nomenclatura y clasificación de los aceros nacionales
















5. Composición química Una propiedad fundamental del acero estructural debe ser su capacidad de mantener su ductilidad a pesar de la severidad de los procesos de soldadura, doblado, y corte oxiacetilénico. Para ello debe controlarse la composición química del material, principalmente los elemento Manganeso (Mn), Fósforo (P), Azufre (S) y Silicio (Si). Los elementos químicos más importantes son el Carbono (C) y el Manganeso (Mn), que al aumentar, incrementan la resistencia (σy y σr) pero disminuyen la ductilidad (μ) y la soldabilidad.


5. Composición química






6. Otras propiedades estructurales ✓

Módulo de Poisson, v

Al someter a un elemento a carga de compresión, éste se acorta a lo largo y se expande lateralmente. La proporción de esta expansión lateral respecto de el acortamiento longitudinal se denomina módulo de Poisson. En el caso del acero, v = 0,3. ✓

Módulo de corte, G

La ley de Hooke es válida para relacionar deformaciones unitarias de un sólido debido a tensiones axiales o tensiones de cortante. FUERZAS AXIALES

FUERZAS DE CORTANTE

Tensiones:

σ = P /A

ζ =V / A

Deformaciones:

ε = ΔL / L

α = ΔX / L

Constantes de proporcionalidad:

E

G


6. Otras propiedades estructurales ✓

Módulo de corte, G ✓

E : Módulo de Elasticidad



E = 2.040.000 kg/cm2

✓

μ : Módulo de Poisson



μ = 0,3

✓

G : Módulo de Corte

 G = 0,385 · E

✓

Peso específico, γ


7. Efectos de la temperatura ✓

Expansión y Contracción ✓

Coeficiente de dilatación lineal del acero estructural αL = 1,2 x 10-5 °C-1

✓

Cambio en longitud del acero estructural ∆L = ( αL · ∆T ) · L

✓

para T °C

para T °C

Juntas de expansión Aunque los edificios están normalmente construidos de materiales flexibles, se requiere juntas de expansión comúnmente en techos y la estructura soportante cuando las dimensiones horizontales son grandes. La distancia máxima entre juntas de expansión (Lmax) depende de muchas variables, que incluyen temperatura ambiente durante la construcción y el rango esperado de temperatura durante la vida útil del edificio.



Juntas de expansión Lmax = Ladm · ( R1 + R2 – R3 – R4 – R5 ) ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓

Lmax = Espaciamiento máximo de la junta de expansión en un edificio o porción de éste. Ladm = Longitud admisible del edificio (se obtiene del gráfico) R1 = 1.00 Si el edificio tendrá sólo calefacción y las bases de las columnas son rotuladas. R2 = 0.15 Si el edificio tendrá aire acondicionado y también calefacción, en la hipótesis de que el sistema de control ambiental funcionará continuamente. R3 = 0.33 Si el edificio permanecerá sin calefacción. R4 = 0.15 Si el edificio tendrá bases de columna empotradas. R5 = 0.25 Si el edificio tendrá una rigidez sustancialmente mayor al desplazamiento lateral en uno de los planos.



Juntas de expansión

∆T = max ( Tw – Tm ; Tm - Tc ﴿ ✓ ✓ ✓

Tm = Temperatura media durante la época de la construcción. Tw = Temperatura excedida sobre el promedio, sólo 1% del tiempo durante los meses de verano Tc = Temperatura igualada o excedida sobre el promedio, 99% del tiempo durante el invierno.


8. Efectos de la corrosión ✓

Causas de la corrosión

La principal causa de corrosión en el acero es el deterioro del material, el que repercute en una pérdida de espesor. El acero se corroe aunque no esté en contacto con ningún otro metal. La razón es que su estructura cristalina no es uniforme, presentando diferencias muy pequeñas entre los distintos puntos de su superficie, que son suficientes para que se creen ánodos y cátodos microscópicos que ponen en marcha los procesos de corrosión electroquímica. Estos van alternándose en el tiempo, con lo que la corrosión avanza de manera uniforme por toda la superficie del metal, aunque puede también suceder que se concentre en unos cuantos puntos y se produzca entonces corrosión por picaduras. Además, la presencia de cortes, dobleces y soldaduras, que modifican la estructura de acero en estos puntos, y también la composición en el caso de las soldaduras, induce todavía más la corrosión. Para que el proceso de corrosión se desarrolle, no es necesario que el acero se encuentre en inmersión, siendo suficiente la humedad que se condensa en la atmósfera, que contendrá productos químicos agresivos procedentes de la polución urbana e industrial, y también la salinidad marina en áreas costeras.



Protección contra la corrosión

Para disminuir el impacto de los agentes corrosivos contra el acero, las medidas dependerán del tipo de acero y del proyecto. El tipo de solución contra la corrosión debe ser determinado por medio de un estudio, cuyo objetivo es establecer las causas y el tipo de protección. Para la corrosión atmosférica, por ejemplo, se debe implementar un sistema con revestimientos y, para la corrosión electroquímica, se debe utilizar protección catódica. La protección catódica permite medir la eficiencia de un proyecto construido en acero y determinar si tiene o no protección con total certeza, y proyectarle una vida útil de más de veinte años. Cabe mencionar que los costos asociados al uso de productos anticorrosivos en un proyecto de construcción varían, ya que dependen del alcance del proyecto. Los especialistas de protección cuentan con la norma ISO 12944, vigente a nivel mundial, que es de gran utilidad para prevenir la corrosión junto a sus efectos. Este estándar puede proveer uniformidad en una vasta selección de especificaciones de pintado, y puede transformarse en un soporte a los especificadores de pinturas.



Influencia de los componentes químicos de los aceros

Algunos componentes como el Cromo (Cr), Níquel (Ni) y principalmente el Cobre (Cu) son beneficiosos para proveer resistencia a la corrosión. Se incorporan en aceros especiales resistentes a la corrosión en cantidades del orden de 0,5%. Estos aceros se clasifican como “aceros estructurales de alta resistencia, baja aleación y resistentes a la corrosión atmosférica”, de acuerdo a la ASTM. Entre ellos se encuentran los aceros ASTM A242 y ASTM A588. Cuando estos aceros se exponen a la atmósfera, las superficies de éstos se oxidan y se les forma una película adhesiva muy comprimida que impide una mayor oxidación y se elimina así la necesidad de pintarlos. Después que ocurre este fenómeno, en un periodo de 18 meses a 3 años, dependiendo del tipo de exposición, el acero adquiere un color que va del rojo oscuro al café y al negro.

UNIDAD II CONCEPTOS DE DISEÑO  -



CAPACIDADES A DESARROLLAR: Conocer las distintas filosofías de diseño estructural en acero.

CONTENIDOS

1.

Aspectos básicos del diseño estructural

2.

Perfiles y sus propiedades

3.

Métodos de diseño

4.


UNIDAD II CONCEPTOS DE DISEÑO

1. Aspectos básicos del diseño estructural Especificaciones y normas de diseño

✓ ✓

Normas de Cargas Origen de la carga

Tipo de Carga

Campo de aplicación

Normativa

Cargas permanentes Cargas de suelo Cargas de presión hidrostática Cargas de presión hidrostática Cargas sobre barandas, No

Edificios o partes de edificios

NCh 1537.Of2009

pasamanos, antepehos, escaleras

Eventuales verticales fijas, barras de apoyo y barrerras vehiculares Efectos dinámicos Cargas de nieve

Todas las estructuras ubicadas en el territorio nacional excluido el Territorio Antártico chileno

NCh 431-2010

Cargas de lluvia

Edificios y otras estructuras

ASCE/SEI 07, capítulo 8

Cargas de impacto


NCh1537.Of2009

Cargas de tsunami


NCh3363:2015

Cargas de grúas


NCh1537.Of2009

Cargas de viento Eventuales

Todo las tipo de construcciones dentro del país con exclución del Territorio Antártico chileno Edificios

Cargas sísmicas

NCh 432-2010 NCh 433.Of1996 Modificada en 2009 D.S. N°61 (V. y U.), de 2011

Estructuras e instalaciones industriales

NCh2369.Of2003

Edificios con aislación sísmica

NCh2745:2013

Componentes y sistemas no estructurales

NCh3357:2015



✓ ✓


Combinaciones que incluyen

Campo de aplicación Edificios

Normativa NCh3171.Of2010

Estructuras e instalaciones industriales

NCh2369.Of2003

Edificios con aislación sísmica

NCh2745:2013

Cargas de puentes grúas

Edificios y otras estructuras con puentes grúas

AISE Technical Report No. 13, 2003

Otras Cargas

Edificios y otras estructuras

NCh3171.Of2010

Cargas sísmicas



✓

✓

Diseño sísmico cuando las cargas se obtienen de la norma NCh433



✓

✓

Diseño sísmico cuando las cargas se obtienen de la norma NCh2369



✓

Diseño sísmico

✓

Normativa chilena:

✓ ✓ ✓

NCh427.cR1977 NCh428.Of1957

“Especificaciones para el cálculo de estructuras de acero para edificios” “Ejecución de construcciones de acero”

Estas normas son anticuadas y obsoletas, razón por la cual se aplican normalmente en los proyectos, con autorización legal, especificaciones norteamericanas, con modificaciones para cumplir los requisitos de las normas sísmicas chilenas NCh433 y NCh2369. Normativa norteamericana:

✓ ✓

✓ ✓

ANSI/AISC 360-10 “Specification for Structural Steel Buildings” AISI S100-07 “North American Specification for the Design of Cold-Formed Steel Structural Members” ANSI/AISC 341-10 “Seismic Provisions for Structural Steel Buildings”


3. Métodos de diseño ✓

Especificaciones y normas de diseño ✓

Diseño sísmico

La especificación ANSI/AISC/360-05 “Specification for Structural Buildings” unifica las siguientes especificaciones presentadas en versiones anteriores: -

AISC/ASD de 1989 “Specification for Structural Steel Buildings:Allowable Stress Design and Plastic Design”

-

AISC/LRFD de 1999 “Load and Resistance Factor Design Specification for Structural Steel Buildings”

Además integra en un solo documento la información entregada previamente en las siguientes especificaciones: -

AISC/LRFD de 1993 “Load and Resistance Factor Design Specification for Single-Angle Members”

-

AISC/ASD de 1997 “Specification for the Design of Steel Hollow Structural Setions”

Por lo tanto, la especificación unificada ANSI/AISC/360-05, en combinación con la especificación ANSI/AISC/341-05 “Seismic Provitions for Structural Steel Buildings”, agrupa todas las disposiciones necesarias para el diseño en acero estructural de edificaciones y otras estructuras. Sin embargo, las especificaciones ANSI/AISC/360-10 “Specification for Structural Buildings” y ANSI/AISC/341-10 “Seismic Provitions for Structural Steel Buildings” reemplazan las especificaciones ANSI/AISC/360-05 y ANSI/AISC/341-05, respectivamente.


1. Aspectos básicos del diseño estructural ✓

Etapas del diseño estructural


1. Aspectos básicos del diseño estructural Etapas del diseño estructural

✓

✓

Estructuración

La estructuración comprende la definición de la forma y sistema estructural, de acuerdo al material utilizado. La estructuración que prevalecerá en definitiva será aquella qué, satisfaciendo todas las condiciones de seguridad y funcionalidad de la obra, tenga el mínimo costo. En Chile, existen tres normas de diseño sísmico, en las cuales se especifican los distintos sistemas estructurales: NCh433.Of1996 Modificada en 2009 “Diseño sísmico de edificios” NCh2369.Of2003 “Diseño sísmico de estructuras e instalaciones industriales” NCh2745:2013 “Análisis y diseño de edificios con aislación sísmica”


1. Aspectos básicos del diseño estructural ✓

Etapas del diseño estructural ✓

Estructuración

La norma NCh433.Of1996 Modificada en 2009 “Diseño sísmico de edificios” y la norma NCh2369.Of2003 “Diseño sísmico de estructuras e instalaciones industriales” presentan diferencias fundamentales en sus objetivos. Mientras la norma NCh433.Of1996 Modificada en 2009 apunta a evitar el colapso estructural, la norma NCh2369.Of2003 intenta garantizar la operación de la industria, por lo tanto tiene mayores exigencias en el diseño. Ambas normativas recaban la experiencia nacional en cuanto al diseño sismorresistente de estructuras, y al comportamiento observado durante terremotos pasados, especialmente los efectos sísmicos ocurridos en los años 1960 y 1985, y además han incorporado algunos elementos de las especificaciones norteamericanas desarrolladas con posterioridad al terremoto de Northridge. Luego del terremoto de febrero 2010, en Chile se implementó el decreto supremo D.S N°61, (V. y U.), de 2011 “Reglamento que fija el diseño sísmico de edificios”. En este decreto se establece el espectro de diseño que debe ser utilizado en reemplazo del espectro indicado en la norma NCh433.Of1996 Modificada en 2009.



✓

✓

Estructuración



✓

✓

Estructuración



✓

Estructuración

✓

Sistemas arriostrados

✓ ✓

Marcos concéntricos corrientes (OCBF: Ordinary Concentrically Braced Frames)



✓

Estructuración

✓


✓ ✓

Marcos concéntricos corrientes (OCBF: Ordinary Concentrically Braced Frames)

En los marcos concéntricos corrientes (OCBF) se espera que las deformaciones permanezcan esencialmente elásticas durante las cargas sísmicas de diseño.

Dado que no se espera que los OCBF sean sometidos a grandes exigencias inelásticas, se utiliza un factor de modificación de la respuesta R relativamente bajo, de acuerdo a la norma NCh433.



✓

Estructuración

✓


✓ ✓

Marcos concéntricos especiales (SCBF: Special Concentrically Braced Frames)

Los marcos concéntricos especiales (SCBF) se distinguen de los OCBF por los requisitos de ductilidad. Durante un fuerte terremoto, los arriostramientos son sometidos a grandes deformaciones de tensión y compresión cíclica. Se espera que en los SCBF los arriostramiento entren en fluencia y se generen rótulas plásticas por pandeo, para deformaciones entre pisos “drift” moderadas de alrededor L/333 a L/200. En un fuerte terremoto, los arriostramientos podrían presentar deformaciones axiales postpandeo de 10 a 20 veces su deformación por fluencia. En consecuencia, las disposiciones se han desarrollado para que los SCBF muestren un comportamiento estable y dúctil en el caso de un terremoto de gran magnitud.



✓

Estructuración

✓


✓ ✓

Marcos excéntricos (EBF: Eccentrically Braced Frames)



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Estructuración

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Estructuración

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Los marcos excéntricos (EBF) se componen de columnas, vigas y arriostramientos. La característica distintiva de un EBF es que al menos uno de los extremos de cada elemento está conectado de modo que la fuerza del arriostramiento se transmite a través de corte y momento a una viga corta, llamada ”link”. En contraste con los marcos arriostrados concéntricamente, en los marcos EBF, las vigas están siempre sometidas a alto esfuerzo cortante y de flexión. Investigaciones han demostrado que los EBF pueden proporcionar una rigidez elástica que es comparable a la de los OCBF y SCBF, sobre todo cuando los “link” son cortos y excelente ductilidad y capacidad de disipación de energía en el rango inelástico, comparable a la de los SMF, siempre que los “link” no sean demasiado cortos. El rango inelástico en los EBF bajo carga sísmica se limita principalmente a los “link”.



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Estructuración

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Sistemas de pórticos

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Marcos corrientes (OMF: Ordinary Moment Frames)

La carga lateral es resistida por la acción de un marco rígido, en el cual predomina la flexión y el corte tanto en la respuesta elástica como inelástica de vigas y columnas, y donde se utilizan conexiones viga-columna capaces de resistir momento. En comparación con los marcos intermedios (IMF) y marcos especiales (SMF), éstos son capaces de resistir bajos niveles de deformación inelástica. Para compensar este menor nivel de ductilidad, los OMF están diseñados para proporcionar mayor resistencia lateral que los IMF y SMF, y por lo tanto, están diseñados con un factor de modificación de la respuesta R más bajo, de acuerdo a la norma NCh433. El principio de diseño de OMF es evitar un comportamiento muy frágil en su respuesta a la carga lateral, por lo cual la intención general de las disposiciones es que no se produzcan fallas en las conexiones en la respuesta elástica de la estructura a cargas sísmicas sino que el estado límite quede controlado por flexión y/o corte.



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Estructuración

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Marcos intermedios (IMF: Intermediate Moment Frames)

Los marcos intermedios (FMI) están destinadas a proporcionar niveles limitados de capacidad de rotación inelástica y se basan en resultados de ensayos. Debido a su menor capacidad de giro, en comparación con los SMF, la norma NCh433 requiere el uso de un menor coeficiente de modificación de respuesta R, que el de los SMF. Mientras que el diseño de los SMF tiene la intención de limitar la mayor parte de la deformación elástica de las vigas, en los FMI se permite una capacidad de desplazamiento inelástico derivado de deformaciones inelásticas de vigas, columnas y las zonas de panel. El diseño de las conexiones de los FMI se basa en ensayos considerando una deformación entre piso “drift” de H/50. Se supone que esta rotación limitada en la conexión se logra mediante el uso de elementos del marco más rígidos de lo que se requiere en los SMF, debido al bajo R utilizado en el diseño.



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Estructuración

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Marcos especiales (SMF: Special Moment Frames)

En los marcos especiales (SMF) se esperan grandes deformaciones inelásticas durante eventos sísmicos. Se espera que la mayor parte de la deformación inelástica se lleve a cabo mediante la formación de una rótula plástica en la viga, limitando la deformación inelástica en la zona panel de la columna. Las conexiones viga-columna de estos marcos están obligados a ser precalificadas en base a las ensayos que demuestren que la conexión se puede soportar deformaciones entre piso “drift” de al menos H/25 basado en un protocolo de carga especificado.

En la especificación ANSI/AISC 358s2-14 “Prequalified Connections for Special and Intermediate Steel Moment Frames for Seismic Applications” se detallan conexiones precalificadas que pueden ser utilizadas en los marcos IMF y SMF.



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Estructuración

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Marcos de vigas enrejadas (STMF: Special Truss Moment Frames)

A menudo los marcos de vigas enrejadas (STMF) han sido diseñados con poca o ninguna consideración de ductilidad.

Investigaciones recientes han demostrado que tales marcos poseen un comportamiento histerético muy pobre con una gran reducción repentina de resistencia y rigidez debido a la deformación y fractura de los cordones en la disipación de la energía a través de deformaciones inelásticas (Itani y Goel,1991; Goel y Itani, 1994a). Dado que los son relativamente nuevas y únicas, las especificaciones limitan la luz y el ancho de los reticulados en función de los ensayos realizados.



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Estructuración



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Análisis

El análisis comprende la modelación de la estructura y el cálculo de deformaciones y esfuerzos internos de sus elementos. Este es un campo bien desarrollado de la Ingeniería Estructural en el que se dispone de herramientas computacionales poderosas. Aunque los computadores incrementan la productividad en el análisis, ellos tienden sin duda al mismo tiempo a reducir la intuición del ingeniero hacia las estructuras. Esto puede ser un problema especial para los ingenieros jóvenes con poca experiencia previa en el diseño.

A menos que los ingenieros tengan esta intuición, el uso de las computadores puede resultar ocasionalmente en la obtención de grandes errores.



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Análisis

Un punto muy importante, que muchos ingenieros jóvenes con excelentes calculadoras y herramientas computacionales poderosas tienen dificultad para entender, es que el diseño estructural no es una ciencia exacta y que no tiene sentido tener resultados con ocho cifras significativas. Alguna de las razones se deben a que los métodos de análisis se basan en suposiciones parcialmente ciertas, a que las resistencias de los materiales varían apreciablemente y a que las cargas máximas sólo pueden determinarse en forma aproximada. Con respecto a esta última afirmación, ¿Cuántos de aquí podríamos estimar con una aproximación del 10% la carga máxima que se presentará eventualmente en el piso del edificio? Los cálculos con más de dos o tres cifras significativas, obviamente son de poco valor y pueden darle al ingeniero una falsa impresión de exactitud o precisión.



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Dimensionamiento

El dimensionamiento, comúnmente llamado también “diseño” de los elementos, requiere la consideración del tipo de solicitación (carga axial, flexión, corte, torsión), del comportamiento del elemento frente a tal solicitación, en lo que obviamente incide el material a usar, y el nivel de seguridad que es razonable adoptar. Cabe destacar que el diseño no es exclusivamente un problema de resistencia, ya que con frecuencia pueden controlar las condiciones de serviciabilidad, por ejemplo, la limitación de deformaciones para el adecuado funcionamiento o prestación de servicio de un elemento. Una característica esencial de la formulación de un proyecto o del desarrollo de un diseño estructural es que se trata de problemas cuyas variables están inicialmente indefinidas y su conocimiento va progresando a medida que avanza la solución del problema.



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Dimensionamiento

En el diseño se parte de un problema indefinido, es decir, hay que proponer una forma (estructuración o dimensión), lo que corresponde a darse los “datos” antes de poder proceder al análisis y al dimensionamiento mismo. La primera proposición generalmente podrá perfeccionarse, corrigiendo los “datos” iniciales, o incluso volviendo a comenzar con una nueva “forma”. Ello hace que el diseño se pueda interpretar como un proceso de aproximaciones sucesivas, en que una primera solución se va mejorando en la medida en que los “datos” mismo se van precisando.


2. Perfiles y sus propiedades Perfiles soldados Nacionales

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Son fabricados a partir de planchas planas de acero que son sometidas a corte, armado y soldadura. Esta estrategia permite obtener una casi ilimitada variedad de formas, geometrías y espesores de perfiles a partir de las secciones o flejes que son empalmados mediante soldadura, normalmente de arco sumergido. Una de las características de los perfiles soldados es que permiten la producción de perfiles de sección variable. Los perfiles nacionales se fabrican a pedido y pueden tener las dimensiones que el cliente especifique, respetando los espesores mostrados en las tablas. ✓

Perfiles H y T

Las tablas de perfiles H y T muestran perfiles denominados normales, cuyas dimensiones se han determinado considerando el cumplimiento de las normas AISC y la optimización del acero en los talleres. Existen también los denominados perfiles HR, que permiten sustituir perfiles laminados.


2. Perfiles y sus propiedades Perfiles doblados Nacionales

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En los perfiles doblados a partir de planchas se distinguen dos series de características distintas: los laminados en frío, hasta 6 mm de espesor en industrias modernas de producción continua y los plegados, que se producen uno a uno en las maestranzas. ✓

Costaneras, CA

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Ángulos, L

Canales, C


2. Perfiles y sus propiedades Perfiles doblados Nacionales

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En los perfiles doblados a partir de planchas se distinguen dos series de características distintas: los laminados en frío, hasta 6 mm de espesor en industrias modernas de producción continua y los plegados, que se producen uno a uno en las maestranzas. ✓

Perfiles Cuadrados (Tubulares cuadrados)

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Tubos (Tubulares redondos)

Perfiles Rectangulares (Tubulares rectangulares)


2. Perfiles y sus propiedades ✓

Perfiles laminados Norteamericanos



Perfiles laminados Norteamericanos



Perfiles laminados Europeos



Perfiles laminados Europeos



Métodos elásticos y plásticos ✓

Ventaja de la indeterminación estática

Cuando se diseña una viga, es común utilizar tablas en las cuales se especifican las deformaciones máximas y los diagramas de esfuerzos internos.





Es importante destacar que estos diagramas son solamente válidos dentro del rango lineal y elástico del comportamiento estructural. Normalmente, las estructuras se mantienen en la zona de comportamiento lineal y elástico para la acción de cargas de servicio. Sin embargo, en el caso de acciones sísmicas, no se puede determinar el nivel máximo que tendrán durante un movimiento sísmico de intensidad extrema, por lo cual es muy posible que el comportamiento estructural incursione en el rango inelástico.

Por lo tanto, es importante ponderar y evaluar qué es lo que le sucede al sistema estructural una vez que se excede el límite del comportamiento lineal y elástico. El comportamiento de las estructuras en el rango del comportamiento inelástico o plástico, corresponde al denominado “Análisis plástico”





Si se considera un sistema que trabaja preferentemente en flexión, una vez que las tensiones de flexión llegan al valor de fluencia, comienza la plastificación progresiva de la sección más solicitada y de sus secciones vecinas, hasta que se forma una rótula plástica en una zona del elemento estructural. A partir de este instante se “congela” el valor del momento resistente de dicha sección, con lo cual el grado de indeterminación estático disminuye en una unidad, y el comportamiento posterior es equivalente a la consideración de una rótula interna en dicho punto. Si las solicitaciones siguen aumentando se formará un número mayor de rótulas plásticas hasta que se produzca un mecanismo de colapso. Por lo tanto, mientras mayor sea el número de rótulas plásticas que se requieren para formar un mecanismo de colapso, mayor debe ser el aumento de las acciones externas para producir dicho colapso, y mayor es la seguridad que ofrece la estructura.





El número de rótulas plásticas que se requieren para formar un mecanismo de colapso está en muchos casos directamente determinado por el grado de indeterminación estática del sistema. Por lo tanto, el grado de indeterminación estática de una estructura es equivalente a las líneas de defensa que tiene una estructura frente al colapso. Este es un concepto importante, de gran aplicación práctica para conocer el grado de seguridad real que ofrecen las estructuras, y que no puede comprenderse si el análisis estructural se circunscribe a los métodos clásicos.

El uso de sistemas estáticamente indeterminados también redunda en un menor costo de las estructuras, frente a la alternativa de uso de sistemas isostáticos.





El número de rótulas plásticas que se requieren para formar un mecanismo de colapso está en muchos casos directamente determinado por el grado de indeterminación estática del sistema. Por lo tanto, el grado de indeterminación estática de una estructura es equivalente a las líneas de defensa que tiene una estructura frente al colapso. Este es un concepto importante, de gran aplicación práctica para conocer el grado de seguridad real que ofrecen las estructuras, y que no puede comprenderse si el análisis estructural se circunscribe a los métodos clásicos.

El uso de sistemas estáticamente indeterminados también redunda en un menor costo de las estructuras, frente a la alternativa de uso de sistemas isostáticos.



Métodos elásticos y plásticos Ejemplo de Resistencia máxima de una sección

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Distribución de tensiones por esfuerzo axial

Si se considera un sección de espesor dx de un elemento que se somete a una carga axial P, la distribución de tensiones es constante para todos los puntos de la sección:

donde: σ = esfuerzo de tracción. P = carga axial de tracción. A = Área de la sección.




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Distribución de tensiones por momento flector

Si se considera un sección de espesor dx de un elemento que se somete a un momento flector M, la distribución de tensiones es linealmente variable en la altura h.

donde: σ = esfuerzo de tracción o compresión.

I = momento de inercia de la sección.

M = momento flector.

y = dist. r/ del e.n. donde se requiere el esfuerzo




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Comportamiento elástico

En el caso de una sección simétrica respecto del eje neutro (e.n.), las tensiones máximas (σmax) se producen tanto en la fibra extrema en tracción como en la fibra extrema en compresión. Esto ocurre cuando: Luego, la tensión máxima es:

Definamos el módulo elástico,W, como:




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Comportamiento elástico

Luego: En una sección el momento M podría aumentar con el consiguiente aumento en el valor de las tensiones. El límite del comportamiento lineal y elástico está determinado por el hecho que la tensión máxima (σmax) se haga igual a la tensión de fluencia (σy). El momento flector M que produce esta condición recibe el nombre de momento de fluencia (My) y está determinado por:




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Comportamiento inelástico

Si el momento se hace mayor que el valor de My, la tensión alcanza el valor de la tensión de fluencia σy en un mayor número de fibras de la sección además de las fibras extremas. El proceso de plastificación va creciendo desde las fibras extremas hacia el centro de la sección. Cuando todas la fibras de la sección han alcanzado el valor de σy, se alcanza el máximo momento flector que puede transmitir la sección, y se desarrolla en la sección lo que se ha denominado rótula plástica.




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Comportamiento inelástico

Este valor máximo del momento flector que puede transmitir un rótula plástica recibe el nombre de momento plástico (Mp), y está determinado, por analogía con el comportamiento elástico, por:

El término Z recibe el nombre de módulo plástico. El módulo plástico (Z) es una propiedad de la geometría de la sección tal como lo es el módulo elástico (W).




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Comportamiento elástico vs inelástico

Ejemplo: En una sección rectangular b x h: Comportamiento elástico:

Comportamiento inelástico : Por lo tanto, para una sección rectangular, el momento plástico Mp que puede transmitir es un 50% mayor que el momento de fluencia My.




Ejemplo de Resistencia máxima de un elemento



Métodos elásticos y plásticos Ejemplo de Resistencia máxima de un elemento

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Primera etapa: Formación de rótulas plásticas en A y B

Del diagrama de momento elásticos se puede deducir que las primeras rótulas plásticas se formarán en las secciones empotradas A y B, ya que allí es donde es mayor el momento flector.

Al igualar:

Para que se generen las dos primeras rótulas plásticas es necesario aplicar la siguiente carga distribuida qe :




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Segunda etapa: Formación de rótula plástica en C

Una vez que se han formado las rótulas plásticas en A y B, el momento en esas secciones se mantiene constante en el valor de Mp, ya que las secciones no son capaces de transmitir un valor mayor del momento flector. Sin embargo, la carga q puede seguir aumentando por sobre el valor de qe, ya que el momento en la sección C puede seguir aumentando hasta alcanzar el valor Mp. Cuando la carga q ha llegado hasta el valor qu, se ha formado la tercera rótula plástica y la estructura se transforma en un mecanismo, llamado mecanismo de colapso, y no puede aceptar más carga.




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A partir de la figura c) y d) se obtiene:

Reemplazando los datos de c) y d):




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Reemplazando (3) en (1):

Reemplazando (4) en (2):

Despejando qu de (5):

Por lo tanto:




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Resumen

Considerando una viga biempotrada, de largo L, con carga distribuida q y de sección rectangular b x h:

Límite Zona elástica: Formación rótulas plásticas en los extremos: Formación rótula plástica en el centro (colapso):




Ejemplo de Resistencia máxima de una estructura



Métodos elásticos y plásticos Ejemplo de Resistencia máxima de una estructura

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Primera etapa: Formación de rótulas plásticas en A y D

Del diagrama de momento elásticos se puede deducir que las primeras rótulas plásticas se formarán en las secciones empotradas A y D, ya que allí es donde es mayor el momento flector.

Al igualar:

Para que se generen las dos primeras rótulas plásticas es necesario aplicar la siguiente carga lateral Pe :




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Segunda etapa: Formación de rótulas plásticas en B y C

Una vez que se han formado las rótulas plásticas en A y D, el momento en esas secciones se mantiene constante en el valor de Mp, ya que las secciones no son capaces de transmitir un valor mayor del momento flector.

Debido a que la sección de la viga tiene capacidad 2Mp, ella permanece con comportamiento elástico, ya que el momento en el nudo B debe ser igual para la columna y viga, y lo propio ocurre en el nudo C. Sin embargo, la carga P puede seguir aumentando por sobre el valor de Pe, ya que el momento en los nudos B y C puede seguir aumentando hasta alcanzar el valor Mp. Cuando la carga lateral P ha llegado hasta el valor Pu, se ha formado la tercera y cuarta rótula plástica en los extremos superiores de las columnas y la estructura se transforma en un mecanismo, llamado mecanismo de colapso, y no puede aceptar más carga.




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Segunda etapa: Formación de rótulas plásticas en B y C

A partir de las figuras c) y d) se puede determinar los valores de HA y HB a través del equilibrio que deben satisfacer las fuerzas que actúan sobre cada una de las columnas:

Por lo tanto:



Alcance de las Especificaciones AISC

La Especificaciones AISC presentan dos enfoques para el diseño de miembros y conexiones de acero estructural. Se establece que los diseños deben hacerse de acuerdo con las disposiciones para Diseño por Resistencias Admisibles (ASD) o con las disposiciones para Diseño por Factores de Carga y Resistencia (LRFD).

Estos dos enfoques son igualmente válidos para cualquier estructura en la cual son aplicables las Especificaciones. En las disposiciones no se establece preferencia. La resistencia requerida de miembros y conexiones estructurales pueden determinarse por análisis elástico, inelástico o plástico para las combinaciones de cargas asociadas tanto con LRFD como ASD y como se estipule en el código de edificación aplicable. En todos los casos la resistencia disponible debe superar la resistencia requerida.



Diseño por Resistencias admisibles (ASD)

El diseño por Resistencias Admisibles es similar a lo que se conoce como Diseño por Tensiones Admisibles en que ambos son llevados al mismo nivel de carga. Por lo tanto se usan las mismas combinaciones de carga. La diferencia es que para el diseño por resistencias las disposiciones principales están dadas en términos de fuerzas y momentos en vez de tensiones.

En toda situación, estas disposiciones en términos de resistencias pueden transformarse en disposiciones en términos de tensiones dividiendo por la propiedad de la sección adecuada. En ASD, a la resistencia disponible se le hace referencia como la resistencia admisible. Todas las disposiciones ASD están estructuradas de forma que la resistencia admisible deba igualar o superar la resistencia requerida.



Diseño por Resistencias admisibles (ASD)

Todas las disposiciones ASD están estructuradas de forma que la resistencia admisible (Rn/ Ω) deba igualar o superar la resistencia requerida (Ra):

donde: Ra

= resistencia requerida (combinaciones nominales ASD)

Ω

= factor de seguridad (depende de cada estado límite particular)

Rn

= resistencia nominal (determinada de acuerdo a ANSI/AISC/360-10 para cada estado límite particular)

Rn/ Ω = resistencia admisible

En algunos casos, en el método ASD se permite que la resistencia admisible (Rn/ Ω) aumente en un 33%, si se han considerado las cargas de viento o de sismo, para reflejar la menor probabilidad de ocurrencia de éstas con las cargas de servicio.



Diseño por Factores de Carga y Resistencia (LRFD)

El diseño por Factores de Carga y Resistencia de acuerdo a la Especificación ANSI/AISC/360-10 es esencialmente el mismo LRFD presentado en las tres especificaciones LRFD anteriores. Si bien algunas disposiciones han cambiado respecto a las especificaciones anteriores, el enfoque global se mantiene constante. Si se desea usar las disposiciones LRFD en la forma de tensiones, las disposiciones de resistencia pueden transformarse a disposiciones de tensiones dividiendo por la propiedad de la sección adecuada. En el método LRFD, se hace referencia a la resistencia disponible como la resistencia de diseño. Todas las disposiciones LRFD están estructuradas de forma que la resistencia de diseño deba igualar o superar la resistencia requerida.



Diseño por Factores de Carga y Resistencia (LRFD)

Todas las disposiciones LRFD están estructuradas de forma que la resistencia de diseño (ФRn) deba igualar o superar la resistencia requerida (Ru):

donde: Ru

= resistencia requerida (combinaciones mayoradas LRFD)

Ф

= factor de resistencia (depende de cada estado límite particular)

Rn

= resistencia nominal (determinada de acuerdo a ANSI/AISC/360-10 para cada estado límite particular)

ФRn = resistencia de diseño



Fundamentos de diseño

Se creía comúnmente que ASD era un método elástico de diseño basado completamente en un formato de tensiones sin estados límite y que LRFD era un método de diseño inelástico basado completamente en un formato de resistencia con estados límite. El ASD tradicional también se basaba en principios de estado límite, pero sin el uso explícito del término. Cualquiera de los dos métodos puede ser formulado en base de tensiones o resistencias, y ambos aprovechan el comportamiento inelástico. El diseño de acuerdo con las Especificaciones AISC, ya sea según LRFD o ASD, está basado en principios de diseño de los siguientes estados límites: ✓

Estado límite de resistencia:

Se relaciona con la capacidad de carga y seguridad

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Estado límite de servicio:

Se relaciona con el desempeño bajo condiciones normales de servicio

Las estructuras deben ser dimensionadas de forma que ningún estado límite de resistencia o servicio sea excedido.



Fundamentos de diseño

Normalmente, se aplicarán varios estados límite en la determinación de la resistencia nominal de un miembro o conexión estructural. El estado límite que controla es normalmente aquel que resulte en la menor resistencia disponible. Por ejemplo, el estado límite que controla para flexión de una viga simplemente apoyada puede ser fluencia, pandeo local, pandeo lateral torsional, para el estado límite de resistencia, o deformación o vibración para el estado límite de servicio.


4. Combinaciones de Cargas ✓

Diseño de edificios ✓

Simbología y notación

D

= carga permanente (según NCh1537.Of2009)

H

= carga debida a la presión lateral de tierra, a la presión del agua subterránea, o a la presión lateral de materiales a granel, más el empuje sísmico de suelo u otros materiales en las combinaciones que incluyan el efecto sísmico (según NCh433.Of1996 Modificada en 2009)

L

= carga de uso (según NCh1537.Of2009)

Lr

= carga de uso de techo (según NCh1537.Of2009)

S

= carga de nieve (según NCh431-2010)

R

= carga de lluvia (según ASCE/SEI 07)

W

= carga de viento (según NCh432-2010)

E

= carga sísmica (según NCh433.Of1996 Modificada en 2009)



Diseño de edificios ✓

Combinaciones de cargas nominales que se usan en el método de diseño por tensiones admisibles (ASD)

Las estructuras, los elementos componentes y las fundaciones deben ser diseñados de manera que su resistencia admisibles sea mayor o igual que el efecto de las cargas nominales en las combinaciones siguientes: COMBINACIONES NO SÍSMICAS

COMBINACIONES SÍSMICAS

(NCh3171.Of2010)

(NCh3171.Of2010)

1) D

8) D + H ± E

2) D + H + L

9) D + H ± 0,75 E + 0,75 L + 0,75 S

3) D + H + ( Lr ó S ó R )

10) 0,6 D ± E

4) D + H + 0,75 L + 0,75 ( Lr ó S ó R ) De acuerdo a NCh3171.Of71, No deben ser utilizados incrementos en las tensiones admisibles con las 6) D + H ± 0,75 W + 0,75 L + 0,75 ( Lr ó S ó R ) combinaciones de cargas dadas en esta norma. En el caso de 7) 0,6 D ± W justificar aumentos de tensiones admisibles, éstos deben 5) D + H ± W

estar indicados en la norma de diseño de cada material.



Diseño de edificios

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Combinaciones de cargas mayoradas usando el método de diseño por resistencia (LRFD)

Las estructuras, los elementos componentes y las fundaciones deben ser diseñados de manera que su resistencia de diseño sea mayor o igual que el efecto de las cargas mayoradas en las combinaciones siguientes: COMBINACIONES NO SÍSMICAS


(NCh3171.Of2010)

(NCh3171.Of2010)

1) 1,4 D

1) 1,2 D + 1,6 H ± 1,4 E + L + 0,2 S

2) 1,2 D + 1,6 H + 1,6 L + 0,5 ( Lr ó S ó R )

2) 0,9 D + 1,6 H ± E

3) 1,2 D + 1,6 H + 1,6 ( Lr ó S ó R ) + L 4) 1,2 D + 1,6 H + 1,6 ( Lr ó S ó R ) ± 0,8 W 5) 1,2 D + 1,6 H ± 1,6 W + L + 0,5 ( Lr ó S ó R ) 6) 0,9 D + 1,6 H ± W


4. Combinaciones de Cargas Diseño de estructuras e instalaciones industriales

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D


L


Lr


S


R


W


CP


SC

= sobrecarga de uso (según NCh2369.Of2003)

SO

= sobrecargas especiales de operación (según NCh2369.Of2003)

SA

= sobrecargas accidentales de operación (según NCh2369.Of2003)

a

= factor que afecta a la sobrecarga SC y depende del tipo de recinto (según NCh2369.Of2003)

Eh

= sismo horizontal (según NCh2369.Of2003)

Eh

= sismo vertical (según NCh2369.Of2003)



Diseño de estructuras e instalaciones industriales ✓




(NCh3171.Of2010)

(NCh2369.Of2003)

1) D

8) CP + a SC + SO + SA ± Eh ± Ev

2) D + H + L

9) CP + SA ± Eh ± Ev

3) D + H + ( Lr ó S ó R )

4) D + H + 0,75 L + 0,75 ( Lr ó S ó R ) 5) D + H ± W 6) D + H ± 0,75 W + 0,75 L + 0,75 ( Lr ó S ó R ) 7) 0,6 D ± W

De acuerdo a NCh2369.Of2003, en las combinaciones 8) y 9), las tensiones admisibles se pueden aumentar en un 33,3%.



Diseño de estructuras e instalaciones industriales

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Combinaciones de cargas mayoradas usando el método de diseño por resistencia (LRFD)



(NCh3171.Of2010)

(NCh2369.Of2003)

1) 1,4 D

7) 1,2 CP + a SC + SO + SA ± 1,1 Eh + Ev

2) 1,2 D + 1,6 H + 1,6 L + 0,5 ( Lr ó S ó R )

8) 0,9 CP + SA ± 1,1 Eh + 0,3 Ev

3) 1,2 D + 1,6 H + 1,6 ( Lr ó S ó R ) + L 4) 1,2 D + 1,6 H + 1,6 ( Lr ó S ó R ) ± 0,8 W 5) 1,2 D + 1,6 H ± 1,6 W + L + 0,5 ( Lr ó S ó R ) 6) 0,9 D + 1,6 H ± W


4. Combinaciones de Cargas Diseño de estructuras con puentes grúas

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D


L


Lr


S


R


W


CP

= carga permanente, sin incluir carga de puentes grúas (según NCh2369.Of2003)

SC

= sobrecarga de uso, incluyendo carga de levante del puente grúa (según NCh2369.Of2003)

SO

= sobrecargas especiales de operación (según NCh2369.Of2003)

SA

= sobrecargas accidentales de operación (según NCh2369.Of2003)

a

= factor que afecta a la sobrecarga SC y depende del tipo de recinto (según NCh2369.Of2003)

Eh

= sismo horizontal (según NCh2369.Of2003)

Eh

= sismo vertical (según NCh2369.Of2003)


4. Combinaciones de Cargas Diseño de estructuras con puentes grúas

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Cvs

= carga máxima de rueda de un puente grúa (según NCh1537.Of2009)

Ci

= fuerza de impacto vertical de un puente grúa (según NCh1537.Of2009)

Css

= fuerza lateral de un puente grúa (según NCh1537.Of2009)

Cls

= fuerza longitudinal de un puente grúa (según NCh1537.Of2009)

Cvm

= carga máxima de rueda de varios puentes grúa (según NCh1537.Of2009)

Cd

= carga permanente de todos los puentes grúa (AISE Technical Report No. 13, 2003)



Diseño de estructuras con puentes grúas

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(AISE Technical Report No. 13, 2003)

(NCh2369.Of2003)

1) D + L + ( Lr ó S ó R ) + Cvs + Ci + Css + Cls

6) CP + Cd + a SC + SO + SA ± Eh ± Ev

2) D + L + ( Lr ó S ó R ) + Cvm + Css + Cls

7) CP + Cd + SA ± Eh ± Ev

3) D + L + ( Lr ó S ó R ) + Cvs + Ci ± W 4) D + L + ( Lr ó S ó R ) + Cvs + Ci + Css ± 0,5 W 5) D + L + ( Lr ó S ó R ) + Cvs + Ci + 0,67 Cbs

De acuerdo a NCh2369.Of2003, en las combinaciones 6) y 7), las tensiones admisibles se pueden aumentar en un 33,3%.

UNIDAD III DISEÑO A LA TRACCIÓN  -



CAPACIDADES A DESARROLLAR: Desarrollar estructuras de elementos de acero en tracción.

CONTENIDOS

1.

Elementos estructurales solicitados por tracción

2.

Diseño de elementos apernados en tracción

3.

Diseño de elementos soldados en tracción

4.

Diseño de barras roscadas en tracción

5.

Diseño de miembros en tracción conectados por pasadores

6.

Diseño de bielas en tracción

7.

Diseño de miembros armados en tracción

UNIDAD III DISEÑO A LA TRACCIÓN

1. Elementos estructurales solicitados por tracción ✓

Elementos en tracción

El trabajo en tracción del acero corresponde a la forma de uso más eficiente, principalmente por las siguientes razones: - Toda la sección trabaja con un esfuerzo aproximadamente uniforme (las variaciones se deberán a la existencia de tensiones residuales o a las concentraciones de esfuerzos existentes en los extremos conectados), a diferencia, por ejemplo, del trabajo en flexión. - No hay falla por inestabilidad. Puede alcanzarse por lo tanto la resistencia última propia del material (en contraste con el trabajo en compresión o flexión)



Cordón inferior de cerchas o reticulados



Cordón superior de reticulados en zona de apoyo



Diagonales en reticulados



Diagonales en Columnas reticuladas



Diagonales en reticulados



Arriostramientos laterales



Arriostramientos laterales y de techo



Arriostramientos laterales



Tensores y colgadores



Barras roscadas



Pasadores



Pasadores


2. Diseño de elementos apernados en tracción ✓

Alcance

Esta unidad se basa en los capítulos B, D y J de la especificación ANSI/AISC360-10. Es aplicable a elementos sometidos a tracción estática actuando en el centroide de la sección y elementos conectores como planchas y Gussets.

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Limites de esbeltez de los miembros en tracción

No existe límite de esbeltez máxima en tracción. Sin embargo, en elementos sometidos a tracción, salvo barras o colgadores en tracción, se recomienda la siguiente esbeltez máxima:

donde: λ = esbeltez del elemento L = largo del elemento r = menor radio de giro del elemento




El límite de esbeltez no esencial dentro de la integridad estructural de miembros en tracción.

Tiene la función de asegurar un grado de rigidez tal que permita limitar movimientos laterales indeseables (impactos o vibraciones).

Este límite de esbeltez está basado en el juicio del ingeniero y consideraciones económicas prácticas, facilidades de manejo y seguridad requeridos de manera tal de minimizar daños inadvertidos durante la fabricación, transporte y montaje.

Cuando los miembros en tracción presentan excentricidad o curvatura dentro de límites tolerables, su resistencia en tracción no resulta afectada. Incluso, la tracción tiende a disminuir la excentricidad y/o curvatura.



Resistencia disponible en tracción

ASD

LRFD

El diseño de elementos apernados en tracción queda controlado por cinco estados límites: 1) fluencia en tracción en el área bruta 2) fractura en tracción en el área neta efectiva

3) fluencia o fractura en corte y fractura en tracción (Bloque de Corte) 4) resistencia de los pernos 5) aplastamiento de perforaciones de pernos




1) fluencia en tracción en el área bruta:

2) fractura en tracción en el área neta efectiva:

- del miembro

- del miembro

- de la placa conectora ó placa Gusset





3) bloque de corte:

- fluencia en corte y fractura en tracción

- fractura en corte y fractura en tracción




4) resistencia de los pernos

5) aplastamiento de perforaciones de pernos


2. Diseño de elementos apernados en tracción Resistencia disponible en tracción

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1) Estado límite de fluencia en tracción en el área bruta

✓

Ra


Ω

= 1,67 (ASD)

Ru


Ф

= 0,90 (LRFD) ✓

Miembros

✓

Placas Gussets y placas conectoras

donde: F y = tensión de fluencia mínima (kgf/cm2) A g = área bruta del miembro (cm2) A w= área efectiva de la placa Gusset o de la placa conectora (cm2)



Resistencia disponible en tracción 1) Estado límite de fluencia en tracción en el área bruta

✓

✓

Determinación de Aw




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✓


l = distancia entre los pernos extremos g = distancia entre líneas de pernos be = ancho efectivo de Whitmore




✓


✓ ✓

Error común en la sobreestimación del ancho efectivo de Whitmore




✓


✓ ✓

Se genera excentricidad (a considerar en el diseño) por diferencia de material




✓


✓ ✓

Se genera excentricidad (a considerar en el diseño) por restricción geométrica




✓


✓ ✓


Sin embargo, existen dos formas para eliminar esta excentricidad:



✓

✓

2) Estado límite de fractura en tracción en el área neta efectiva

Ra


Ω

= 2,00 (ASD)

Ru


Ф

= 0,75 (LRFD)

donde: F u = tensión última mínima (kgf/cm2) A e = área neta efectiva (cm2)



Resistencia disponible en tracción 2) Estado límite de fractura en tracción en el área neta efectiva

✓

Determinación del área neta efectiva, A e

✓

✓

Miembros

✓

Placas Gussets

✓

Placas conectoras

donde: A n = área neta (cm2) A g = área bruta de la placa conectora (cm2) A w = área efectiva de Whitmore (cm2) U = factor de corte diferido (Shear Lag)

y adicionalmente




✓

✓

Determinación del área neta, A n

El área neta (An) corresponde al área bruta (A g) de un miembro o al área efectiva (Aw) de Whitmore reducidas por el área de las perforaciones en una línea de falla.

Posibles líneas de falla:

A-B-C-D A-B-E-C-D




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✓


Debido al posible daño alrededor de las perforaciones durante las operaciones de taladrado o punzonamiento, la dimensión del agujero nominal (Dn) se debe incrementar en 2 mm (ó 1/16 in.).




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✓

✓

Miembros

✓

Placas Gussets o placas conectoras

donde: A g = área bruta del miembro o de la placa conectora (cm2) Aw = área efectiva de Whitmore (cm2).

[En el caso de placas conectoras, Aw puede estar limitado por 0.85Ag]

área total de los agujeros que pasan por la línea de falla analizada (cm2) área que considera los tramos diagonales de las líneas de falla (cm2)




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✓


donde: Dn = dimensión del agujero nominal (cm) tp = espesor del agujero (cm)




✓

✓


s = espaciamiento longitudinal de centro a centro (paso) de dos perforaciones consecutivas (cm) g = espaciamiento transversal de centro a centro (gramil) entre las líneas de los

conectores (cm) tp = espesor del miembro, de la placa o de la placa Gusset (cm)




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✓





✓

✓





✓

✓


Para ángulos, la separación de las perforaciones en alas opuestas adyacentes (gramil), será la suma de las distancias medidas desde el respaldo del ángulo menos el espesor.

𝑔 = 𝑑1 + 𝑑2 − 𝑡




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Determinación del Factor de Corte Diferido (U) en secciones abiertas

Si un miembro que no sea una barra o una placa plana se somete a tracción axial hasta que ocurre la falla en su sección neta, el esfuerzo real de falla a tensión probablemente será menor que el obtenido en una probeta, a menos que las diversas partes que conforman la sección estén conectadas de manera que el esfuerzo se transmita uniformemente a través de la sección. Si las fuerzas no son transferidas uniformemente a través de la sección transversal de un miembro, habrá una región de transición de esfuerzo no uniforme que irá de la conexión al miembro a lo largo de cierta distancia. Entre más nos alejamos de la conexión, más uniforme se vuelve el esfuerzo. En la región de transición, el esfuerzo en la parte conectada del miembro puede fácilmente exceder Fy y entrar al rango de endurecimiento por deformación.




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✓


A menos que la carga sea reducida, el miembro podrá fracturarse prematuramente. Para tomar en cuenta este fenómeno de distribución no uniforme del esfuerzo, la especificación AISC estipula que el área neta efectiva (Ae) de dicho miembro se determine multiplicando su área neta (An) por un factor de reducción denominado Factor de Corte Diferido (U) En el caso de secciones abiertas, el factor U se determina de acuerdo a la tabla D3.1 de la especificación AISC.




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Determinación de U mínimo

Para secciones abiertas tales como secciones W, M, S, C, HP, WT, ST, L y TL, el factor de corte diferido, U, no requiere ser menor que la razón entre el área bruta del elemento(s) conectado(s) y el área bruta del elemento.

Este límite no se aplica a secciones cerradas (tales como secciones HSS) ni a placas conectoras.




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Secciones en las cuales todas sus partes se encuentran conectadas

Todos los elementos en tracción en los cuales la carga es transmitida a través de pernos a toda la sección, se debe tomar U = 1.




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✓

Secciones abiertas (perfiles W, M, S, HP)




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✓

✓

Secciones abiertas (perfiles L y TL)




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✓

Secciones abiertas (cualquier perfil excepto W, M, S, HP, L, TL)




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✓


En toda sección abierta apernada se debe seguir los siguientes tres pasos: i) Cálculo de U según caso 2 de la Tabla D3.1 NOTA: La resistencia estimada utilizando esta expresión para calcular el área efectiva ha sido correlacionada con los resultados de ensayos de unos 1000 especímenes de conexiones con pernos y remaches. Salvo algunas excepciones, la expresión presenta una buena correlación con los resultados observados en los ensayos. La banda de dispersión es de ±10%. (Munse y Chesson, 1963). Por este motivo, en ediciones anteriores de la especificación el factor de corte diferido (U) se limitaba a:




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✓


En toda sección abierta apernada se debe seguir los siguientes tres pasos: ii) Cálculo de U

según caso 7 de la Tabla D3.1 (sólo para perfiles W, M S, HP) según caso 8 de la Tabla D3.1 (sólo para perfiles L)

iii) El valor de U se determina como el máximo entre los pasos i) y ii), considerando el valor mínimo de U como la razón entre el área bruta del elemento(s) conectado(s) y el área bruta del elemento.




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✓

Determinación de U según caso 2 de la Tabla D3.1

Líneas de pernos paralelas a la tracción: - La longitud l es igual a la distancia entre el primero y el último perno en una línea. - Cuando hay más de una línea de pernos, la longitud l se obtiene de la línea que contenga el mayor número de pernos. Líneas de pernos alternados: La longitud l corresponde a la distancia entre los tornillos más extremos. Un solo perno por línea: Es conservador suponer U = 1




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x corresponde a la distancia perpendicular desde el plano de conexión, o cara del miembro, hasta el centroide de la sección del miembro que resiste la fuerza de conexión.




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✓





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.





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✓





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✓

✓

.




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3) Estado límite de fluencia o fractura en corte y fractura en tracción (Bloque de Corte)

Ra


Ω

= 2,00 (ASD)

Ru


Ф

= 0,75 (LRFD)

donde: F y = tensión de fluencia mínima (kgf/cm2) F u = tensión última mínima (kgf/cm2) A gv = área bruta solicitada a corte (cm2) A nt = área neta solicitada a tracción (cm2) A nv = área neta solicitada a corte (cm2)



Resistencia disponible en tracción 3) Estado límite de fluencia o fractura en corte y fractura en tracción (Bloque de Corte)

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Resistencia nominal de Bloque de Corte

La resistencia nominal de Bloque de Corte se desarrolla de acuerdo a dos estados límites: i) fractura del área en corte + fractura del área en tracción

ii) fluencia del área en corte + fractura del área en tracción




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Falla por Bloque de Corte




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✓

Falla por Bloque de Corte




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Determinación de Ubs

En la Especificación, el estado límite de fractura del área en tracción queda reducido por un factor Ubs.

Este factor toma en cuenta la distribución de tensiones en el área en tracción. - Cuando las tensiones son uniformes en el área en tracción, Ubs = 1,0

- Cuando las tensiones son no uniformes en el área en tracción, Ubs = 0,5




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Resistencia disponible en tracción 4) resistencia de los pernos

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Pernos de alta resistencia

Los pernos de alta resistencia deben satisfacer las disposiciones de la Especificación RCSC Specification for Structural Joints Using Hight Strength Bolts. Los pernos de alta resistencia en esta especificación son agrupados de acuerdo con la resistencia del material según lo siguiente:




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1 in. = 1” = 25.4 mm ✓





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Independientemente del pernos utilizado, se recomienda utilizar los diámetros típicos: - 19 mm (3/4”) - 22 mm (7/8”) - 25 mm (1”) - 28 mm (11/8”). Los diámetros mayores a 25 mm requieren consideraciones especiales de disponibilidad como también de instalación cuando se deben colocar pretensionados. Un hilado adecuado del perno se produce cuando el extremo del perno queda a ras o sobresale del plano superior de la tuerca.




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Largo de los pernos

El largo se debe calcular como el agarre más el espesor nominal de la golilla (y/o indicador de tensión si se utiliza) más una holgura, la cual puede ser cero. Esta suma da un largo total que se debe aproximar a un largo múltiple de 6 mm (1/4”).




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Pretensión de los pernos

Pretensión máxima: Generalmente no hay un límite máximo en la pretensión de los pernos. Pretensión mínima: Todos los pernos de alta resistencia deben ser apretados a una tracción de perno no menor a la entregada en la Tabla J3.1 ó J3.1M, mediante alguno de estos métodos: i) giro de la tuerca

(entre 1,22 y 1,35 veces el mínimo especificado)

ii) llave calibrada

(1,13 veces el mínimo especificado)

iii) pernos de tensión controlada por giro (entre 1,13 y 1,35 veces el mínimo especificado)

iv) indicadores de tracción directa

(entre 1,13 y 1,35 veces el mínimo especificado)




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1 kips = 4,448 kN = 453,571 kgf




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✓


1 kN = 101,972 kgf




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Pretensión mínima: Sin embargo, se permite que sean instalados en la condición de apriete ajustado, si: (a) Sea una conexión de tipo aplastamiento (con las excepciones descritas en E6 y J1.10) (b) Aplicaciones de tracción o combinación de corte y tracción, solamente para pernos del grupo A, donde la fatiga debido a vibración o fluctuaciones de carga no se considera en el diseño.

La condición de apriete ajustado se define como el apriete necesario para llevar los elementos conectados a un contacto firme. Ésta puede ser alcanzada por pequeños impactos de una llave de impacto o por el máximo esfuerzo de un trabajador con una llave de palanca corriente. No hay requisitos mínimos o máximos para pernos de apriete ajustado. Esta condición de apriete debe quedar indicada en los planos de diseño y montaje.




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Métodos de pretensión: i) vuelta de la tuerca




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Métodos de pretensión: i) vuelta de la tuerca




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Métodos de pretensión: ii) llave calibrada




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Métodos de pretensión: iii) pernos de tensión controlada




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Métodos de pretensión: iv) indicadores de tensión directa




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✓

✓


Métodos de pretensión: iv) indicadores de tensión directa




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Tamaño de los agujeros

Para dar cierta libertad de ajuste cuando se aploma un marco durante su montaje, además de los agujeros estándar, se permiten tres tipos de agujeros alargados, sujetos a la aprobación de la inspección técnica.

Los tamaños máximos nominales de estos agujeros se entregan en la Tabla J3.3 ó J3.3M.




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1 in. = 1” = 25.4 mm




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Espaciamiento mínimo y máximo entre perforaciones

El espaciamiento mínimo entre centro de perforaciones no debe ser menor que 22/3 veces el diámetro nominal del conector (d). Se recomienda una distancia mínima de 3d. El espaciamiento máximo longitudinal de los conectores en contacto continuo consistentes de un perfil o dos placas debe ser la siguiente:

(a) Para miembros pintados o sin pintar no sujeto a corrosión atmosférica: máximo entre 305 mm y 24 veces el espesor de la placa conectada más delgada. (b) Para miembros sin pintar de alta resistencia a la corrosión atmosférica:

máximo entre 180 mm y 14 veces el espesor de la placa conectada más delgada.




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Distancia mínima y máxima de una perforación al borde

La distancia mínima al borde de una perforación no debe ser menor que: (a) Para perforaciones estándar: Según Tabla J3.4 ó J3.4M. (b) Para perforaciones sobremedidas o ranuradas: Según Tabla J3.4 ó J3.4M incrementadas en C2 según tabla J3.5 ó J3.5M, respectivamente. La distancia máxima al borde desde el centro de cualquier perno debe ser el máximo entre 150 mm y 12 veces el espesor de la placa conectada bajo consideración.




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1 in. = 1” = 25.4 mm





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✓

1 in. = 1” = 25.4 mm





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Tipos de unión

En la Especificación AISC360-10 se definen dos tipos de unión: UNIÓN TIPO CORTE-APLASTAMIENTO (fuertemente ajustada)

UNIÓN TIPO DESLIZAMIENTO CRÍTICO (pretensionada)




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Unión tipo corte-aplastamiento (fuertemente ajustada)

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Alcance

Las uniones de corte-aplastamiento son simples de diseñar, instalar e inspeccionar, y es recomendable utilizarlas cuando no sea necesario utilizar uniones de deslizamiento crítico. Las conexiones deben ser clasificadas de deslizamiento crítico solamente cuando el ingeniero responsable del proyecto estructural considera que el deslizamiento afecta el estado de servicio de la estructura por distorsión excesiva o causa una reducción en la resistencia o estabilidad aunque la resistencia disponible de la conexión sea la adecuada.




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Alcance

Por este motivo, las conexiones con agujeros de sobremedida o ranuras paralelas a la dirección de la carga deben ser diseñadas de deslizamiento crítico, mientras que la gran mayoría de las conexiones con agujeros estándar puede ser diseñada como conexiones tipo aplastamiento sin considerar el estado de servicio (deslizamiento crítico). Se considera una conexión de aplastamiento en el caso de conexiones con tres o más pernos en agujeros estándar o ranuras perpendiculares a la dirección de la carga ya que la libertad de deslizar generalmente no existe debido a que uno o más pernos están siendo aplastados antes de que la carga sea aplicada.




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Uso de los agujeros

Agujero estándar:

Se permiten.

Agujero de sobremedida:

No se permiten.

Agujero de ranura corta:

Se permiten en una o ambas partes conectadas sólo si la longitud es normal a la dirección de la carga.

Agujero de ranura larga:

Se permiten sólo en una de las partes conectadas sólo si la longitud es normal a la dirección de la carga.



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Resistencia de tracción de los pernos

Ra Ω

= resistencia requerida (combinaciones nominales ASD) = 2,00 (ASD)

Ru Ф

= resistencia requerida (combinaciones mayoradas LRFD) = 0,75 (LRFD)

donde: Fnt = tensión de tracción nominal (kgf/cm2), según Tabla J3.2 Ab = área bruta del perno o parte roscada (cm2)




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Efecto palanca (prying action)




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El diseño a la tracción de los pernos en una conexión debe considerar, cuando corresponda, el efecto palanca. El efecto palanca es un fenómeno que ocurre sólo en uniones apernadas en que la deformación de los elementos conectores debido a la tracción de los pernos, incrementa la fuerza de tracción en los pernos adicionalmente a la tracción directa. Se deben verificar dos condiciones: i) Espesor mínimo de la placa de conexión ii) Tracción en el perno considerando el efecto palanca




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i) Espesor mínimo de la placa de conexión

donde: a =

distancia desde el eje de pernos hasta el borde de la placa (cm)

b = distancia desde el eje de los pernos a la cara del alma (cm) [CASO1] distancia desde el eje de los pernos al centro del ala (cm) [CASO2]

d = diámetro nominal del perno (cm)




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donde:

B = tracción disponible de un perno (kgf) T = resistencia requerida de un perno (kgf)

n = número de pernos




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donde: d’ = ancho del agujero a lo largo de la longitud de la placa (cm) p = longitud tributaria de un par de pernos, perpendicular al gramil (p = 2b ≤ s)

g = gramil (cm)




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donde:

Fu = tensión de ruptura especificada de la placa (kgf/cm2) T debe considerar la misma unidad de Fu




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ii) Tracción en el perno considerando el efecto palanca

donde:

tc = espesor del ala o ángulo requerido para desarrollar la resistencia requerida del perno (B) sin considerar el efecto palanca (cm)




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ii) Tracción en el perno considerando el efecto palanca

donde:

Tt = fuerza de tracción total por perno considerando el efecto palanca



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Resistencia de corte de los pernos

Ra Ω


Ru Ф


donde: Fnv = tensión de corte nominal (kgf/cm2), según Tabla J3.2 Ab = área bruta del perno o parte roscada (cm2)




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1 MPa = 6,895 ksi = 10,204 kgf/cm2


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1 MPa = 0,145 ksi = 10,204 kgf/cm2


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✓





✓

1 MPa = 0,145 ksi = 10,204 kgf/cm2


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✓





✓

1 MPa = 0,145 ksi = 10,204 kgf/cm2


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Uso de planchas de relleno (= pletinas)

Las planchas de relleno (= pletinas) se utilizan para armar el espesor de un componente. Es decir, una plancha que permite conectar componentes con distintos espesores. e1 + eplancha de relleno = e2




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Cuando pernos que soporten cargas pasan a través de planchas de relleno que son de espesor igual o menor a 6 mm (1/4”), la resistencia al corte de los pernos deberá ser usada sin reducción.

Cuando pernos que soporten cargas pasan a través de planchas de relleno que son de espesor mayor a 6 mm (1/4”), se deberá aplicar sólo uno de los siguientes requisitos: (a) La resistencia al corte de los pernos debe ser multiplicada por el factor: - El factor no debe ser menor a 0,85 - t corresponde al espesor total de las planchas de relleno.




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Cuando pernos que soporten cargas pasan a través de planchas de relleno que son de espesor mayor a 6 mm (1/4”), se deberá aplicar sólo uno de los siguientes requisitos: (b) Las planchas de relleno deben ser extendidas más allá de la junta y la extensión de la plancha de relleno debe ser protegida con suficientes pernos para distribuir uniformemente la carga total que llega al elemento conectado sobre la sección transversal combinada del elemento conectado y las planchas de relleno.




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Cuando pernos que soporten cargas pasan a través de planchas de relleno que son de espesor mayor a 6 mm (1/4”), se deberá aplicar sólo uno de los siguientes requisitos: (c) El tamaño de la junta debe ser aumentada para adecuar un número de pernos que sea equivalente al número total requerido en el punto (b)




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Cuando pernos que soporten cargas pasan a través de planchas de relleno que son de espesor mayor a 6 mm (1/4”), se deberá aplicar sólo uno de los siguientes requisitos: (d) La junta debe ser diseñada para prevenir el deslizamiento usando ya sea superficies Clase B o superficies Clase A con un apriete según el método de la vuelta de la tuerca.




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Resistencia combinada de tracción y corte de los pernos



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Ra Ω


Ru Ф


donde: F’nt = tensión de tracción nominal modificada para incluir los efectos de la tensión de corte (kgf/cm2). Ab = área bruta del perno o parte roscada (cm2)




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Determinación de F’nt

Los ensayos han demostrado que la resistencia de conectores solicitados por una combinación de tracción y corte debido a cargas externas aplicadas puede ser definida aproximadamente por una elipse. En A: tracción pura tensión de tracción requerida, ft = Ф Fnt (ó Fnt / Ω) tensión de corte requerida,

fv = 0

En B: corte puro tensión de tracción requerida, ft = 0 tensión de corte requerida,

fv = Ф Fnv (ó Fnv / Ω)



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donde: ft =

tensión de tracción requerida

fv = tensión de corte requerida Fnt = tensión de tracción nominal

Fnv = tensión de corte nominal



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Los términos se definen en la página anterior.




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Sin embargo, la relación elíptica puede ser reemplazada, con alguna desviación menor, por tres líneas rectas, tal como se muestra en la Figura C-J3.1. Esta última representación tiene la ventaja de que cuando la tensión requerida f, tanto en tracción como en corte, es menor o igual que el 30% de la tensión disponible correspondiente, los efectos combinados de tensiones no necesitan ser investigados.




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El tramo inclinado de la representación trilineal tiene la siguiente expresión:




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Los términos se definen en páginas anteriores.




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Unión tipo deslizamiento crítico (pretensionada)

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Alcance

El requisito fundamental de diseño para todas las conexiones con pernos en agujeros de sobretamaño y agujeros ranurados paralelos a la dirección de la carga es de prevenir el deslizamiento, tanto en el estado de servicio como en el estado límite último, ya que supone conservadoramente que el potencial cambio en geometría correspondiente no será despreciable y que el deslizamiento en la conexión dará como resultado un aumento significativo de la carga. Sin embargo, debido a la complejidad de los factores involucrados en el cálculo de la confiabilidad de las conexiones de deslizamiento crítico y la falta de datos estadísticos extensivos sobre la resistencia al deslizamiento de agujeros de sobremedida y ranurados, se requiere que se verifique adicionalmente la resistencia al corte de los pernos.




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Uso de los agujeros

Agujero estándar:

Se permiten.

Agujero de sobremedida:

Se permiten en una o ambas partes conectadas.

Agujero de ranura corta:

Se permiten en una o ambas partes conectadas sin restricción de la dirección de la carga.

Agujero de ranura larga:

Se permiten sólo en una de las partes conectadas sin restricción de la dirección de la carga.



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Resistencia de deslizamiento

(a) Las conexiones con perforaciones estándar o ranura corta transversales a la dirección de la carga deben ser diseñadas para deslizamiento crítico en el estado límite de servicio: Ra


Ω

= 1,50 (ASD)

Ru


Ф

= 1,00 (LRFD)



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(b) Las conexiones con perforaciones de sobremedida o ranura corta paralelas a la dirección de la carga deben ser diseñadas para prevenir el deslizamiento para el nivel de resistencia requerida: Ra


Ω

= 1,76 (ASD)

Ru


Ф

= 0,85 (LRFD)



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(c) Las conexiones con perforaciones de ranura larga deben ser diseñadas para prevenir el deslizamiento para el nivel de resistencia requerida: Ra


Ω

= 2,14 (ASD)

Ru


Ф

= 0,70 (LRFD)




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En ambos casos la resistencia nominal al deslizamiento de un perno se calcula de acuerdo a la siguiente expresión: donde: μ = coeficiente de deslizamiento promedio para superficies Clase A o B, cuando sea aplicable, determinado mediante ensayos.

Du = 1,13 ; multiplicador que refleja la razón entre la pretensión media del perno instalado y la pretensión mínima especificada del perno. Otro valor puede ser aprobado por el ingeniero estructural responsable del proyecto. hf =

factor por planchas de relleno (= pletina)

Tb = pretensión mínima del conector según Tabla J3.1 ó J3.1M (Ton) ns = número de planos de deslizamiento




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Determinación del coeficiente de deslizamiento promedio (μ)

μ = 0,30 para superficies Clase A 0,50 para superficies Clase B Superficie Clase A: superficies de acero sin pintar, limpias, con escamas de fábrica o superficies con baño Clase A en acero limpiado a chorro de arena y galvanizada en caliente y superficies rugosas. Superficie Clase B: superficies de acero sin pintar, limpiadas mediante chorro de arena o superficies con baño Clase B en acero limpiado mediante chorro de arena.




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Determinación del factor por planchas de relleno (hf)

hf = 1,00 cuando no se utilizan planchas de relleno. 1,00 cuando se han agregado pernos para distribuir las cargas en las planchas de relleno 1,00 cuando no se han agregado pernos para distribuir las cargas en las planchas de relleno y se utiliza una plancha de relleno entre las partes conectadas 0,85 cuando no se han agregado pernos para distribuir las cargas en las planchas de relleno y se utilizan dos o más planchas de relleno entre las partes conectadas




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Resistencia combinada de tracción y corte

Cuando una conexión de deslizamiento crítico es solicitada por una tracción que disminuye la fuerza de apriete neta, la resistencia de deslizamiento disponible por perno debe ser reducida por un factor ksc Por lo tanto, la resistencia nominal al deslizamiento de un perno, considerando la combinación de tracción y corte, se calcula de acuerdo a la siguiente expresión:

donde: μ, Du, hf,Tb, ns, se determinan al igual que en el caso de resistencia al deslizamiento.




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Resistencia combinada de tracción y corte

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Determinación del factor ksc

donde: Ta = carga de tracción debida a las combinaciones de carga ASD (Ton) Tu = carga de tracción debida a las combinaciones de carga LRFD (Ton) nb = número de pernos que transmiten la tracción aplicada

Tb = pretensión mínima del conector según Tabla J3.1 ó J3.1M (Ton)



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5) Aplastamiento de perforaciones de pernos

Ra


Ω

= 2,00 (ASD)

Ru


Ф

= 0,75 (LRFD)




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5) Aplastamiento de perforaciones de pernos

La resistencia de aplastamiento debe ser revisada tanto para las conexiones de tipo aplastamiento como para las de deslizamiento crítico. La resistencia al aplastamiento de las conexiones debe ser tomada como la suma de las resistencias de aplastamiento de los pernos individuales. Para el cálculo de la resistencia al deslizamiento, se distinguen dos casos, los cuales dependen del tipo de agujero considerado en la unión:

Caso (a) Para un perno en una conexión con perforaciones estándar, sobremedidas, de ranura corta (independiente de la dirección de la carga) o de ranuras larga (paralela a la dirección de la fuerza). Caso (b) Para un perno en una conexión con perforaciones de ranura larga (perpendicular a la dirección de la fuerza).



Resistencia disponible en tracción 5) Aplastamiento de perforaciones de pernos

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✓

Caso (a) Para un perno en una conexión con perforaciones estándar,

sobremedidas, de ranura corta (independiente de la dirección de la carga) o de ranuras larga (paralela a la dirección de la fuerza)

i) Cuando la deformación en la perforación del perno bajo cargas de servicio se considera en el diseño (es decir, si queremos deformaciones máximas de 6 mm):

(CORTE)

(APLASTAMIENTO)

ii) Cuando la deformación en la perforación del perno bajo cargas de servicio no se considera en el diseño (es decir, si aceptamos deformaciones mayores a 6 mm):

(CORTE)

(APLASTAMIENTO)



Resistencia disponible en tracción 5) Aplastamiento de perforaciones de pernos

✓

✓

Caso (b) Para un perno en una conexión con perforaciones de ranura larga

(perpendicular a la dirección de la fuerza)

(CORTE)

(APLASTAMIENTO)

donde: d = diámetro nominal del perno (cm) Fu = resistencia última mínima especificada del material conectado (kgf/cm2) lc = distancia libre en la dirección de la carga - entre el borde de la perforación y el borde de la perforación adyacente (cm) - entre el borde de la perforación y el borde del material (cm) t

= espesor del material conectado (cm)


3. Diseño de elementos soldados en tracción ✓

Alcance

Esta sección se basa en el capítulo J.2 de la especificación ANSI/AISC360-10, el cual aplica todas las disposiciones de la AWS D1.1, con las excepción de las secciones de la Especificación AISC enumeradas a continuación, que aplican en vez de las disposiciones AWS citadas: ✓

Sección J1.6, en vez de la Sección 5.17.1, AWS D1.1

✓

Sección J2.2a, en vez de la Sección 2.3.2, AWS D1.1

✓

Tabla J2.2, en vez de la Tabla 2.1, AWS D1.1

✓

Tabla J2.5, en vez de la Tabla 2.3, AWS D1.1

✓

Tabla A3.1 del Anexo 3, en vez de la Tabla 2.4, AWS D1.1

✓

Sección B3.9 y el Anexo 3, en vez de la Parte C, Sección 2, AWS D1.1

✓

Sección M2.2, en vez de la Secciones 5.15.4.3 y 5.15.4.4, AWS D1.1

Es aplicable a elementos sometidos a tracción estática actuando en el centroide de la sección y elementos conectores como planchas y Gussets.




No existe límite de esbeltez máxima en tracción. Sin embargo, en elementos sometidos a tracción, salvo barras o colgadores en tracción, se recomienda la siguiente esbeltez máxima:

donde: λ = esbeltez del elemento L = largo del elemento r = menor radio de giro del elemento

El límite de esbeltez no esencial dentro de la integridad estructural de miembros en tracción. Tiene la función de asegurar un grado de rigidez tal que permita limitar movimientos laterales indeseables (impactos o vibraciones). Este límite de esbeltez está basado en el juicio del ingeniero y consideraciones económicas prácticas, facilidades de manejo y seguridad requeridos de manera tal de minimizar daños inadvertidos durante la fabricación, transporte y montaje.



Soldadura

“Unión de dos o más partes por calentamiento o presión, o inclusive una combinación de ambos, de forma tal que los materiales formen un continuo. Puede ser usado un material de aporte con un punto de fusión similar al material base.”

Aunque la soldadura moderna existe desde hace bastantes años, sólo en las últimas décadas ha adquirido gran importancia en la ingeniería estructural. La adopción de la soldadura estructural fue muy lenta durante varias décadas, porque muchos ingenieros pensaban que tenía dos grandes desventajas: i)

poca resistencia a la fatiga en comparación con las conexiones apernadas

ii)

imposibilidad de asegurar una alta calidad de la soldadura si no se contaba con una inspección irracionalmente alta y costosa.



Ventajas de la soldadura

✓

Grandes ahorros en el peso del acero utilizado. (ahorro de gran porcentaje de placas de conexión, de cabezas de tornillos, tuercas, etc.)

✓

Mayor zona de aplicación que los tornillos.

✓

Las estructuras soldadas son más rígidas, porque lo miembros por lo general están soldados directamente uno a otro.

✓

El proceso de fusionar las partes por unir, hace a las estructuras realmente continuas.

✓

Resulta más fácil realizar cambios en el diseño y corregir errores durante el montaje (a menor costo), si se usa soldadura.

✓

Proceso silencioso.

✓

Se utilizan menos piezas y, como resultado, se ahorra tiempo en detalle, fabricación y montaje de la obra.



Soldaduras precalificadas

La AWS acepta cuatro procesos de soldar como precalificados.

La palabra precalificada se usa para significar que los procesos son aceptables sin necesidad de pruebas anteriores sobre su adecuabilidad por medio de procedimientos de calificación.

Los procesos aceptados por la especificación 1.3.1 del AWS son los siguientes:

1) SMAW

soldadura por arco metálico protegido (Manual)

2) SAW

soldadura por arco sumergido

(automático o semiautomático)

3) GMAW

soldadura de arco metálico con gas

(automático o semiautomático)

4) FCAW

soldadura de arco con núcleo fundente (automático o semiautomático)




✓

1) SMAW (Shielded Metal Arc )

La soldadura de arco metálico protegido “SMAW” corresponde al proceso de soldadura más utilizado mundialmente, el cual emplea un arco eléctrico producido entre un electrodo revestido y la pieza. El proceso genera una protección gaseosa producida por la descomposición del revestimiento, sin aplicación de presión y con un metal de aporte proporcionado por el electrodo.




✓

2) SAW (Sumerged Arc)

En el proceso de arco sumergido "SAW", el arco es iniciado entre el material base a ser soldado y la punta de un electrodo consumible, los cuales son cubiertos por una capa de un fundente granulado. El arco es, por consiguiente, escondido en esta capa densa de fundente granulado el cual parte se funde para formar una cubierta protectora sobre el cordón de soldadura fundido, en donde sus remanentes pueden ser recuperados para ser usado nuevamente. El proceso es principalmente llevado a cabo con equipo totalmente automático. Para incrementar la productividad un arreglo con varios electrodos o multi-alambre puede ser implementado. Por su alto poder de deposición de metal de aporte, es particularmente conveniente para las soldaduras rectas de gran longitud con excelente calidad en posición de piso.




✓

3) GMAW (Gas Metal Arc)

La soldadura al arco metálico bajo protección gaseosa “GMAW” es un proceso de soldadura al arco que une metales por calentamiento de ellos, mediante un arco eléctrico que es establecido entre un electrodo consumible (alambre) y la pieza de trabajo. La protección del baño de soldadura se efectúa por medio de un gas de protección suministrado en forma externa. Es similar a la soldadura MIG (soldadura por arco con gas inerte), pero se distinguen en el gas protector que emplean. Es más barata que la soldadura MIG debido al menor precio de gas que utiliza.




✓

4) FCAW (Flux Cored Arc)

La soldadura de arco con núcleo fundente “FCAW”, es muy parecida a la soldadura MIG/MAG en cuanto a manejo y equipamiento se refiere. Sin embargo, el electrodo continuo no es sólido si no que está constituido por un tubo metálico hueco que rodea al núcleo, relleno de flux. El electrodo se forma, a partir de una banda metálica que es conformada en forma de U en una primera fase, en cuyo interior se deposita a continuación el flux y los elementos aleantes, cerrándose después mediante una serie de rodillos de conformado.



Clasificación de las soldaduras

Existen tres clasificaciones para las soldaduras, las cuales se basan en el tipo de junta, la posición de las soldaduras y el tipo de soldadura realizada. ✓

1) Tipo de junta




✓

2) Posición de las soldaduras



Clasificación de las soldaduras 3) Tipo de soldadura

✓

✓

Filete

El cordón está formado en su sección transversal por un ángulo diedro. Este tipo de soldadura sirve para unir dos piezas no alineadas entre sí, y por ser este caso muy común en la conexión de miembros estructurales, se emplea en el 80% de los casos




✓

De ranura o a tope

✓

Las soldaduras de ranura o a tope se obtienen depositando metal de aportación entre los bordes de dos placas que pueden estar alineadas en el mismo plano. Éstas pueden ser de penetración parcial o de penetración completa:

✓

Penetración parcial

Cuando la soldadura no penetra totalmente las placas, o cuando una placa es más delgada que la otra.




✓

De ranura o a tope

✓

✓

Penetración completa

Cuando la soldadura atraviesa todo el espesor de las placas (iguales). Esta soldadura se prefiere cuando las placas o elementos planos deben quedar en el mismo plano. Son aproximadamente el 15% de las estructuras metálicas.




✓

✓

Tapón o Muesca

Se hacen en placas traslapadas, rellenando por completo con metal de aportación un agujero circular (tapón) o alargado (muesca) hecho en una de ellas y teniendo como fondo la otra placa. Se emplean cuando la longitud de filete no es suficiente para proporcionar toda la resistencia de la conexión. Forman aproximadamente el 5% de las estructuras metálicas.




✓

3) Tipo de soldadura (resumen)



Símbolos de soldaduras precalificadas

Los símbolos estándar se pueden encontrar en la siguiente norma: - AWS 2.4:2012 “Standard Symbols for Welding, Brazing, and Nondestructive Examination”.



Símbolos de soldaduras precalificadas



Símbolos de soldaduras precalificadas ✓

1) Localización de la flecha



Símbolos de soldaduras precalificadas 1) Localización de la flecha

✓

✓

a) Soldadura al lado de la flecha

El símbolo de la soldadura debe especificarse bajo la línea.

✓

b) Soldadura al otro lado de la flecha

El símbolo de la soldadura debe especificarse sobre la línea.



Símbolos de soldaduras precalificadas 1) Localización de la flecha

✓

c) Soldadura en ambos lados de la flecha

✓

✓

Símbolos de soldadura simétricos

Los símbolos de la soldadura deben especificarse en ambos lados de la línea (centrados).

✓

Símbolos de soldadura asimétricos

Los símbolos de la soldadura deben especificarse en ambos lados de la línea (alineados a la izquierda).




2) Orientación del símbolo de la soldadura

Los símbolos de soldadura de filete, de bisel, de tipo J o de bisel abocinado deben ser siempre dibujados con la línea perpendicular a la izquierda.

✓

3) Quiebre en la flecha

La flecha debe quebrarse para apuntar el lado ranurado en una soldadura de tipo bisel o tipo J. La flecha no debe quebrarse si es obvio o no hay preferencia acerca del lado de la soldadura.




4) Combinación de símbolos de soldadura

Los símbolos de soldadura se pueden combinar en el caso que se requiera.

✓

5) Múltiples flechas

Se pueden utilizar múltiples flechas cuando existen soldaduras idénticas.




6) Soldadura en terreno

El símbolo de soldadura en terreno debe indicarse perpendicular a la línea de referencia.

✓

7) Soldadura alrededor

Se utiliza el símbolo de soldadura alrededor entre la línea de referencia y la flecha cuando se utiliza una soldadura continua.



Símbolos de soldaduras precalificadas 8) Cola en la línea de referencia

✓

Se utiliza para especificar un proceso de soldadura o una referencia. La cola puede ser omitida.

9) Múltiples líneas de referencia

✓

✓

a) Secuencia de operaciones

Dos o más líneas de referencia pueden ser utilizadas para indicar una secuencia de operaciones. La primera operación se especifica en la línea más cercana a la flecha, y así sucesivamente.



Símbolos de soldaduras precalificadas 9) Múltiples líneas de referencia

✓

✓

b) Información adicional

La cola de líneas de referencia adicionales pueden ser utilizadas para indicar información adicional.

✓

c) Soldadura en terreno y soldadura alrededor

Los símbolos de soldadura en terreno y/o alrededor pueden ser indicados en cada operación.



Símbolos de soldaduras precalificadas 10) Contorno de la soldadura

✓

✓

a) Tipo de contorno de la soldadura

Se pueden especificar los siguientes contornos aproximados: a ras, plano, convexo o cóncavo.

✓

b) Métodos para generar un tipo contorno

Se pueden especificar los siguientes métodos para especificar un contorno, pero no un grado.



Símbolos de soldaduras precalificadas 10) Contorno de la soldadura

✓

✓

c) Método no especificado para generar un tipo contorno

Cuando se requiere especificar uno de los siguientes contornos aproximados (a ras, plano, convexo o cóncavo), sin especificar un método particular, se utiliza la letra “U”.

✓

d) Símbolo de canto

Este símbolo se utiliza sólo cuando se utiliza una soldadura de penetración completa y se requiere una raíz en un lado de la soldadura. El símbolo debe ser ubicado en el lado opuesto del símbolo de la soldadura y su dimensión se debe especificar a la izquierda del símbolo.




11) Especificación de la tolerancia de la dimensión de la soldadura

Cuando una tolerancia límite sea aplicable a un símbolo de soldadura, debe ser especificado en la cola de la línea de referencia, con referencia a la dimensión especificada. La tolerancia puede también especificarse en las planos o en una especificación aparte.



Símbolos de soldaduras precalificadas (ejemplos)
















ASD

LRFD

El diseño de elementos soldados en tracción queda controlado por cuatro estados límites: 1) Resistencia del metal base: fluencia en tracción en el área bruta de la sección (fuera de la conexión)

2) Resistencia del metal base: fractura en tracción en el área neta efectiva 3) Resistencia del metal base: fractura en corte en el área neta efectiva 4) Resistencia del metal base: fractura en corte y fractura en tracción (Bloque de Corte) 5) Resistencia de la soldadura




1) fluencia en tracción en el área bruta:

2) fractura en tracción en el área neta efectiva:

(fuera de la conexión)

- del miembro

- del miembro





3) fractura en corte en el área neta efectiva:

- del miembro





4) bloque de corte: fractura en corte y fractura en tracción




5) resistencia de la soldadura


3. Diseño de elementos soldados en tracción Resistencia disponible en tracción

✓

1) Estado límite de fluencia en tracción en el área bruta del miembro (fuera de la

✓

conexión)

Ra


Ω

= 1,67 (ASD)

Ru


Ф

= 0,90 (LRFD) ✓

Miembros

✓

NOTA: En Placas Gussets y placas conectoras no se considera este estado límite

donde: F y = tensión de fluencia mínima (kgf/cm2) A g = área bruta del miembro (cm2)



✓

✓

2) Estado límite de fractura en tracción en el área neta efectiva

Ra


Ω

= 2,00 (ASD)

Ru


Ф

= 0,75 (LRFD)

donde: F u = tensión última mínima (kgf/cm2) A e = área neta efectiva (cm2).




✓


✓

✓

Miembros

✓

Placas Gussets y placas conectoras

donde: A n = área neta (cm2) A w = área efectiva de Whitmore (cm2) U = factor de corte diferido (Shear Lag) Sin embargo, cuando se presentan perforaciones en un miembro con conexión soldada en sus extremos, o en conexiones soldadas mediante soldadura de ranura o tapón, debe calcularse el área neta efectiva (Ae) a través de las perforaciones.




✓


✓

✓

Determinación del área neta, An

En la mayoría de los casos, el área neta (A n) es igual al área bruta (A g) del miembro o de la placa conectora. Sin embargo, existen casos, tales como secciones tubulares circulares o rectangulares conectadas mediante una placa Gusset concéntrica, en los cuales el área neta (A n) debe ser calculada de acuerdo a la figura adjunta:




✓


✓ ✓

Determinación del área efectiva de Whitmore, Aw




✓


✓ ✓


l = distancia entre los pernos extremos g = distancia entre líneas de pernos

be = ancho efectivo de Whitmore




✓


✓


✓ ✓

Error común en la sobreestimación del ancho efectivo de Whitmore




✓


✓


✓ ✓

Se genera excentricidad (a considerar en el diseño) por diferencia de material




✓


✓


✓ ✓





✓


✓


✓ ✓


Sin embargo, existen dos formas para eliminar esta excentricidad:




✓

✓

Determinación del Factor de Corte Diferido (U)

Si un miembro que no sea una barra o una placa plana se somete a tracción axial hasta que ocurre la falla en su sección neta, el esfuerzo real de falla a tensión probablemente será menor que el obtenido en una probeta, a menos que las diversas partes que conforman la sección estén conectadas de manera que el esfuerzo se transmita uniformemente a través de la sección. Si las fuerzas no son transferidas uniformemente a través de la sección transversal de un miembro, habrá una región de transición de esfuerzo no uniforme que irá de la conexión al miembro a lo largo de cierta distancia. Entre más nos alejamos de la conexión, más uniforme se vuelve el esfuerzo. En la región de transición, el esfuerzo en la parte conectada del miembro puede fácilmente exceder Fy y entrar al rango de endurecimiento por deformación.




✓

✓


A menos que la carga sea reducida, el miembro podrá fracturarse prematuramente. Para tomar en cuenta este fenómeno de distribución no uniforme del esfuerzo, la especificación AISC estipula que el área neta efectiva (Ae) de dicho miembro se determine multiplicando su área neta (An) por un factor de reducción denominado Factor de Corte Diferido (U) El factor U se determina de acuerdo a la siguiente tabla de la especificación AISC:




✓


✓ ✓

Determinación de U mínimo

Para secciones abiertas tales como secciones W, M, S, C, HP, WT, ST, L y TL, el factor de corte diferido, U, no requiere ser menor que la razón entre el área bruta del elemento(s) conectado(s) y el área bruta del elemento.

Este límite no se aplica a secciones cerradas (tales como secciones HSS) ni a placas conectoras.




✓


✓

✓

Cualquier elemento en el cual todas sus partes se encuentran conectadas mediante soldadura

Para conexiones en los extremos de perfiles tubulares solicitadas a tracción, hechas comúnmente mediante soldadura alrededor del perímetro del perfil tubular, no existe corte diferido o reducción en el área bruta. Por lo tanto, se considera U = 1. Los casos 4, 5 y 6 prevalecen sobre el caso 1.




✓


✓

✓

Perfiles abiertos en los cuales no todas sus partes se encuentran conectadas con soldadura longitudinal o combinación de soldadura longitudinal y transversal

En este caso no corresponde revisar el caso 7 u 8, tal como se indica en la descripción, ya que esa alternativa sólo aplica a uniones apernadas.




✓


✓

✓

Cualquier elemento en el cual no todas sus partes se encuentran conectadas con soldadura transversal

Este caso corresponde a secciones o placas conectoras en las cuales la carga es transmitida mediante soldaduras transversales sólo a algunos elementos de la sección.




✓


✓

✓

Placas conectoras conectadas sólo con soldadura longitudinal a la carga




✓


✓

✓

Secciones tubulares circulares conectadas mediante una placa Gusset concéntrica




✓


✓

✓

Secciones tubulares rectangulares conectadas mediante una placa Gusset concéntrica dos placas excéntricas




✓


✓

✓





✓


✓

✓


x corresponde a la distancia perpendicular desde el plano de conexión, o cara del miembro, hasta el centroide de la sección del miembro que resiste la fuerza de conexión.




✓


✓

✓

.




✓

✓

3) Estado límite de fractura en corte en el área neta efectiva

Ra


Ω

= 2,00 (ASD)

Ru


Ф

= 0,75 (LRFD)

donde: F u = tensión última mínima (kgf/cm2) A nv = área neta solicitada al corte (cm2).



✓

✓

4) Estado límite de fractura en corte y fractura en tracción (Bloque de Corte)

Ra Ω


Ru Ф


fractura del área en corte + fractura del área en tracción

donde: F u = tensión última mínima (kgf/cm2) A nt = área neta solicitada a tracción (cm2) A nv = área neta solicitada a corte (cm2)



Resistencia disponible en tracción 4) Estado límite de fractura en corte y fractura en tracción (Bloque de Corte)

✓

✓

Determinación del área neta en tracción y corte

En conexiones soldadas, el área neta en tracción (Ant) y área neta en corte (Anv) son equivalentes al área bruta en tracción (Agv) y área bruta en corte (Agv), respectivamente.



Resistencia disponible en tracción 4) Estado límite de fractura en corte y fractura en tracción (Bloque de Corte)

✓

✓


En la Especificación, el estado límite de fractura del área en tracción queda reducido por un factor Ubs. Este factor toma en cuenta la distribución de tensiones en el área en tracción.

En elementos soldados, debido a que las tensiones en el área en tracción son uniformes, Ubs = 1,0



✓

✓

5) Resistencia de la soldadura

La resistencia de diseño o admisible de juntas soldadas debe ser el valor menor entre la resistencia del material base determinada de acuerdo con los estados límites de fractura en tracción y fractura en corte y la resistencia del metal de soldadura determinada de acuerdo con el estado límite de fractura, como se menciona a continuación:

(a) Para el metal base: (casos 2,3 y 4) (b) Para el metal de soldadura:

fractura en tracción fractura en corte fractura

donde: FnBM = tensión nominal del metal base, según Tabla J2.5 (kgf/cm2) ABM

= área de la sección transversal del metal base (cm2)

Fnw

= tensión nominal del metal de soldadura, según Tabla J2.5 (kgf/cm2)

Awe

= área efectiva de la soldadura (cm2)



Resistencia disponible en tracción 5) Resistencia de la soldadura

✓

✓

Soldadura balanceada

Los grupos de soldadura en los extremos de cualquier miembro que transmite carga axial deben ser dimensionados de manera tal que el centro de gravedad del grupo coincida con el centro de gravedad del miembro, a no ser que se considere su excentricidad en el diseño.

NOTA: La disposición anterior no es aplicable a conexiones extremas de ángulos simples, ángulos doble, y miembros similares cargados estáticamente.




✓


✓

✓

Caso 1: Ángulo, considerando su eje neutro




✓


✓

✓

Caso 1: Ángulo, considerando su eje neutro




✓


✓

✓

Caso 2: Ángulo, considerando su eje central




✓

Soldadura de filete

✓

✓

Soldadura paralela a la fuerza aplicada




✓

Soldadura de filete

✓

✓

Soldadura transversal a la fuerza aplicada




✓

✓

Soldadura de filete




✓

✓

Soldadura de filete: Resistencia al corte

✓

(a) Metal Base: según Sección J4

De acuerdo a la especificación, los estados límites que controlan el metal base sólo corresponden a los estados de fractura en tracción y fractura en corte de la sección J.4. Por lo tanto, los estados límites a considerar son los siguientes: 1) fluencia en tracción en el área bruta (fuera de la conexión)

2) fractura en tracción en el área neta efectiva 3) fractura en corte en el área neta efectiva 4) fractura en corte y fractura en tracción (Bloque de Corte)



✓


✓


✓

✓

(b) Soldadura:

i) Determinación de factor de minoración (Ф) y factor de seguridad (Ω)

Ra


Ω

= 2,00 (ASD)

Ru


Ф

= 0,75 (LRFD)





✓


✓

✓

(b) Soldadura:

ii) Determinación de la tensión nominal del metal de soldadura (Fnw)

De acuerdo a la Tabla J2.5: Sin embargo, de acuerdo a nota [d], cuando se considera la compatibilidad de deformaciones de un grupo de soldaduras con un tamaño (w) constante, cargado a través del centro de gravedad, se permite alternativamente:



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✓


✓

✓

(b) Soldadura:

1 MPa = 0,145 ksi = 10,204 kgf/cm2


donde: FEXX = Fu (kgf/cm2) [dependiendo del número de clasificación del electrodo]

θ

= ángulo de carga medido desde el eje longitudinal de la soldadura (grados)




✓


✓

✓

(b) Soldadura:





✓


✓

✓

(b) Soldadura:

iii) Determinación del área efectiva de la soldadura (Awe)

El área efectiva de una soldadura de filete será la longitud efectiva multiplicada por la garganta efectiva.

Garganta efectiva (tw): menor distancia desde la raíz hasta la superficie de la soldadura.




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✓

✓

(b) Soldadura:

iii) Determinación del área efectiva de la soldadura (Awe) Tamaño mínimo de la soldadura de filete: w(min) no debe ser menor que el tamaño requerido para transmitir las fuerzas calculadas, ni menor que el tamaño que se muestra en la Tabla J2.4.




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✓

✓

(b) Soldadura:

iii) Determinación del área efectiva de la soldadura (Awe) Tamaño máximo de la soldadura de filete: w(max) (a) A lo largo de los bordes del material con espesor menor que 6 mm (1/4”), no mayor que el espesor del material. (b) A lo largo de los bordes de las soldaduras de filete con espesor igual o mayor a 6 mm (1/4”), no mayor que el espesor del material menos 2 mm (1/16”).




✓


✓

✓

(b) Soldadura:

iii) Determinación del área efectiva de la soldadura (Awe) Longitud mínima de la soldadura de filete: L(min) Cuando las soldaduras de filete longitudinales son empleadas solamente en las conexiones de los extremos de los miembros modelados como estructuras de barras planas solicitadas a tracción, la longitud de cada filete de soldadura no debe ser menor que la distancia perpendicular entre ellas. La longitud mínima de las soldaduras de filete, diseñadas por resistencia no debe ser menor que cuatro veces el tamaño nominal (w). En caso contrario, se debe considerar que el tamaño nominal de la soldadura (w) no exceda un cuarto de su longitud (L).




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✓

✓

(b) Soldadura:

iii) Determinación del área efectiva de la soldadura (Awe) Longitud efectiva de la soldadura de filete: LW La longitud efectiva se determina como la longitud real (L), reducida por un factor β




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✓

✓

(b) Soldadura:

iii) Determinación del área efectiva de la soldadura (Awe) Juntas de traslape: En juntas de traslape, la cantidad mínima de traslapo debe ser de cinco veces el espesor de la parte unida más delgada, pero no menor que 25 mm (1”).




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✓

✓

(b) Soldadura:

iii) Determinación del área efectiva de la soldadura (Awe) Longitud mínima en juntas de traslape: Las juntas de traslape que unen planchas o barras solicitadas por tracción axial, y que solamente utilizan soldadura de filete transversal, deben ser soldadas a lo largo del extremo de ambas partes traslapadas, excepto cuando la flexión de las partes traslapadas esté suficientemente restringida para prevenir una apertura de la junta bajo condiciones de carga máxima.




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✓

✓

(b) Soldadura:

iii) Determinación del área efectiva de la soldadura (AW) Soldaduras de filete en perforaciones y ranuras: Se pueden utilizar para: - transmitir corte y resistir cargas perpendiculares a la superficie de falla en juntas de traslape. - unir las partes que componen los elementos armados. Tales soldaduras de filete pueden traslaparse, sujetas a las disposiciones de la sección J2. Estas no deben considerarse como soldaduras de tapón.




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✓

✓

(b) Soldadura:

iii) Determinación del área efectiva de la soldadura (AW) Longitud efectiva de soldaduras de filete intermitentes: Liw Se permite utilizar soldaduras de filete intermitentes para transmitir las tensiones calculadas a través de la junta o superficies de contacto y para unir componentes de miembros armados. La longitud efectiva de cualquier segmento de soldadura no debe ser menor que cuatro veces el tamaño de la soldadura (w), con un mínimo de 38 mm.




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✓

(b) Soldadura:

iii) Determinación del área efectiva de la soldadura (Awe) Terminaciones de soldadura: En muchos casos, las terminaciones de soldadura de filete no afectan a la resistencia o el estado de servicio de las conexiones. Sin embargo, en algunos casos la disposición de las soldaduras afecta la función planeada para la conexión. Por este motivo, la especificación distingue 4 casos que requieren de limitaciones especiales.




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✓

✓

(b) Soldadura:

iii) Determinación del área efectiva de la soldadura (Awe) Terminaciones de soldadura: Caso 1: Para los elementos traslapados de miembros en que una parte conectada se extiende mas allá del borde de otra parte conectada solicitada por la tracción calculada, las soldaduras de filete deben terminar a una distancia no menor que el tamaño de la soldadura desde el borde tensionado.




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✓

✓

(b) Soldadura:

iii) Determinación del área efectiva de la soldadura (Awe) Terminaciones de soldadura: Caso 1: Sin embargo, cuando los ángulos de conexión se extiendan mas allá del alma de la viga a la cual son soldados, el extremo libre del alma de la viga es sujeto a tensión cero. Por lo tanto, se permite que la soldadura de filete se extienda de forma continua a través del extremo superior, a lo largo del borde y a lo largo del extremo inferior del ángulo hacia el extremo de la viga.




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✓

✓

(b) Soldadura:

iii) Determinación del área efectiva de la soldadura (Awe) Terminaciones de soldadura: Caso 2: Para las conexiones donde se requiere 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.




✓


✓

✓

(b) Soldadura:

iii) Determinación del área efectiva de la soldadura (Awe) Terminaciones de soldadura: Caso 3: Las soldaduras de filete que conectan atiesadores transversales a las almas de vigas de espesor de 19 mm o menor, deben terminar a una distancia no menor que cuatro veces ni mayor que seis veces el espesor del alma en el pie donde se ubican las soldaduras alma-ala, excepto donde los extremos de los atiesadores sean soldados al ala.




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✓

✓

(b) Soldadura:

iii) Determinación del área efectiva de la soldadura (Awe) Terminaciones de soldadura: Caso 4: Soldaduras de filete que ocurren en lados opuestos en un plano común deben ser interrumpidas en la esquina común de ambas soldaduras. La terminaciones de soldadura de filete deben ser ubicadas aproximadamente a un alto de soldadura desde el borde de la conexión para minimizar las muescas en el metal base.




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Soldadura de filete: Resistencia a la tracción paralela al eje de la soldadura

No se necesita considerar la tracción paralela a una soldadura en el diseño de las soldaduras que unen las partes.




✓

✓

Soldadura de ranura o a tope (penetración parcial)



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✓

✓

Soldadura de ranura o a tope (penetración parcial): Tracción normal al eje de la soldadura

✓

(a) Metal Base


Ra


Ω

= 2,00 (ASD)

Ru


Ф

= 0,75 (LRFD)




✓

✓


✓

(a) Metal Base

ii) Determinación de la tensión nominal del metal base (FnBM)

De acuerdo a la Tabla J2.5: iii) Determinación del área de la sección transversal del metal base (AnBM)

Se deben considerar las áreas Ae y Anv, correspondiente a los estados límites de fractura en tracción y fractura en corte, establecidos en la sección J4.



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✓

✓


✓

(b) Soldadura


Ra


Ω

= 1,88 (ASD)

Ru


Ф

= 0,80 (LRFD)




✓

✓


✓

(b) Soldadura

1 MPa = 0,145 ksi = 10,204 kgf/cm2

ii) Determinación de la tensión nominal de la soldadura (Fnw)

De acuerdo a la Tabla J2.5:





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✓


✓

(b) Soldadura


El área efectiva de una soldadura de tope o ranura será la longitud efectiva multiplicada por la garganta efectiva. Garganta efectiva (tw): cuando se utilice una junta de penetración parcial (PJP), se debe considerar la dimensión señalada en la Tabla J2.1. Este tamaño depende del proceso utilizado y de la posición de la soldadura.




✓

✓





✓

✓


✓

(b) Soldadura


Tamaño mínimo de la garganta efectiva: tw(min) no debe ser menor que el tamaño requerido para transmitir las fuerzas calculadas, ni menor que el tamaño que se muestra en la Tabla J2.3. El tamaño mínimo se determina con la más delgada de las dos partes unidas.




✓

✓





✓

✓


✓

(b) Soldadura

iii) Determinación del área efectiva de la soldadura (Awe) Soldaduras de tope con bisel convexo: El tamaño efectivo de las soldaduras de tope con bisel convexo se debe determina de acuerdo a la Tabla J2.2




✓

✓

Soldadura de ranura o a tope (penetración parcial): Tracción paralela al eje de la soldadura

No se necesita considerar la tracción paralela a una soldadura en el diseño de las soldaduras que unen las partes.




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✓

Soldadura de ranura o a tope (penetración parcial): Resistencia al corte

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De acuerdo a la especificación, los estados límites que controlan el metal base sólo corresponden a los estados de fractura en tracción y fractura en corte de la sección J.4. Por lo tanto, los estados límites a considerar son los siguientes: 1) fluencia en tracción en el área bruta (fuera de la conexión)

2) fractura en tracción en el área neta efectiva 3) fractura en corte en el área neta efectiva 4) fractura en corte y fractura en tracción (Bloque de Corte)



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(b) Soldadura


Ra


Ω

= 2,00 (ASD)

Ru


Ф

= 0,75 (LRFD)




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(b) Soldadura

1 MPa = 0,145 ksi = 10,204 kgf/cm2


De acuerdo a la Tabla J2.5: donde: FEXX = Fu (kgf/cm2) [dependiendo del número de clasificación del electrodo]




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(b) Soldadura


El área efectiva de una soldadura de tope o ranura será la longitud efectiva multiplicada por la garganta efectiva.

Garganta efectiva (tw): cuando se utilice una junta de penetración parcial (PJP), se debe considerar la dimensión señalada en la Tabla J2.1. Este tamaño depende del proceso utilizado y de la posición de la soldadura.




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(b) Soldadura


Tamaño mínimo de la garganta efectiva: tw(min) no debe ser menor que el tamaño requerido para transmitir las fuerzas calculadas, ni menor que el tamaño que se muestra en la Tabla J2.3.

El tamaño mínimo se determina con la más delgada de las dos partes unidas.




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(b) Soldadura

iii) Determinación del área efectiva de la soldadura (Awe) Soldaduras de tope con bisel convexo: El tamaño efectivo de las soldaduras de tope con bisel convexo se debe determina de acuerdo a la Tabla J2.2




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Soldadura de ranura o a tope (penetración completa)




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Soldadura de tapón o muesca




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Soldadura de tapón o muesca: Corte paralelo a la superficie de contacto en el área efectiva

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De acuerdo a la especificación, los estados límites que controlan el metal base sólo corresponden a los estados de fractura en tracción y fractura en corte de la sección J.4. Por lo tanto, los estados límites a considerar son los siguientes: 1) fluencia en tracción en el área bruta (fuera de la conexión) 2) fractura en tracción en el área neta efectiva 3) fractura en corte en el área neta efectiva 4) fractura en corte y fractura en tracción (Bloque de Corte)



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(b) Soldadura


Ra


Ω

= 2,00 (ASD)

Ru


Ф

= 0,75 (LRFD)




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(b) Soldadura

1 MPa = 0,145 ksi = 10,204 kgf/cm2


De acuerdo a la Tabla J2.5:





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(b) Soldadura

iii) Determinación del área de corte efectiva de la soldadura (Awe)

El área de corte efectiva de una soldadura de tapón y de muesca será considerada como el área nominal de la perforación en el plano de la superficie de contacto. Se permite que las soldadura de tapón o muesca sean utilizadas para transmitir el corte en juntas de traslape o para prevenir el pandeo de partes traslapadas y para unir las partes que componen a los miembros armados.



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(b) Soldadura

iii) Determinación del área de corte efectiva de la soldadura (Awe) Soldadura de tapón:

donde: dpw

= diámetro de la perforación de la soldadura de tapón (cm)




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(b) Soldadura

iii) Determinación del área de corte efectiva de la soldadura (Awe) Soldadura de tapón: Determinación del diámetro: dpw El diámetro de las perforaciones para una soldadura de tapón no debe ser menor que el espesor de la parte conectada más 8 mm aproximado al mayor valor par (en mm), ni mayor que el diámetro mínimo más 3 mm o 21/4 veces el espesor de la soldadura.




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(b) Soldadura

iii) Determinación del área de corte efectiva de la soldadura (Awe) Soldadura de tapón: Determinación del diámetro: dpw

donde:




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(b) Soldadura

iii) Determinación del área de corte efectiva de la soldadura (Awe) Soldadura de tapón: Determinación del espesor de la soldadura: w

donde: t = espesor de la perforación (cm)



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(b) Soldadura

iii) Determinación del área de corte efectiva de la soldadura (Awe) Soldadura de muesca:

donde: dsw

= ancho de la muesca (cm)

Lsw

= longitud de la muesca (cm)




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(b) Soldadura

iii) Determinación del área de corte efectiva de la soldadura (Awe) Soldadura de muesca: Determinación de la longitud de la muesca: Lsw La longitud de la ranura para una soldadura de muesca no debe exceder de 10 veces el espesor de la soldadura (w).




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(b) Soldadura

iii) Determinación del área de corte efectiva de la soldadura (Awe) Soldadura de muesca: Determinación del ancho de la muesca: dsw El ancho de una soldadura de muesca no debe ser menor que el espesor de la parte que lo contiene más 8 mm aproximado al mayor valor par (cm) ó 2 veces el espesor de la parte que lo contiene, y no debe ser mayor que 21/4 veces el espesor de la soldadura.




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(b) Soldadura

iii) Determinación del área de corte efectiva de la soldadura (Awe) Soldadura de muesca: Determinación del ancho de la muesca: dsw

donde:




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(b) Soldadura

iii) Determinación del área de corte efectiva de la soldadura (Awe) Soldadura de muesca: Determinación del espesor de la soldadura: w

donde: t = espesor de la ranura (cm)



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(b) Soldadura

iv) Espaciamientos mínimos Soldadura de tapón: El espaciamiento centro a centro mínimo de soldaduras de tapón, en ambas direcciones, debe ser igual a cuatro veces el diámetro de la perforación.

donde: dpw

= diámetro de la perforación de la soldadura de tapón (cm)




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(b) Soldadura

iv) Espaciamientos mínimos Soldadura de muesca: El espaciamiento mínimo de líneas de soldaduras de muesca en la dirección transversal a su longitud debe ser cuatro veces el ancho de la muesca. El espaciamiento centro a centro mínimo en la dirección longitudinal de cualquier línea debe ser dos veces la longitud de la muesca.


4. Diseño de barras roscadas en tracción ✓

Resistencia disponible en tracción ASD

LRFD

Ra


Ω

= 2,00 (ASD)

Ru


Ф

= 0,75 (LRFD)

donde: Fnt = tensión de tracción nominal (kgf/cm2), según Tabla J3.2 AD = área bruta de la parte roscada (cm2)


4. Diseño de barras roscadas en tracción ✓

Resistencia disponible en tracción ✓

1 MPa = 0,145 ksi = 10,204 kgf/cm2

Determinación de la tensión de tracción nominal, Fnt


5. Diseño de miembros conectados por pasadores ✓


ASD

LRFD

El diseño de miembros conectados por pasadores queda controlado por requerimientos dimensionales y por cuatro estados límites: 1) requerimientos dimensionales

2) fluencia en la sección bruta 3) rotura en tracción en el área neta efectiva 4) rotura en corte en el área efectiva 5) aplastamiento en el área proyectada del pasador


5. Diseño de miembros conectados por pasadores ✓


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1) Requerimientos dimensionales


5. Diseño de miembros conectados por pasadores Resistencia disponible en tracción

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2) Estado límite de fluencia en la sección bruta

Ra


Ω

= 1,67 (ASD)

Ru


Ф

= 0,90 (LRFD)

donde: Fy

= tensión de fluencia mínima (kgf/cm2)

Ag

= área bruta del miembro o de la placa conectora (cm2)



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3) Estado límite de rotura en tracción en el área neta efectiva

Ra


Ω

= 2,00 (ASD)

Ru


Ф

= 0,75 (LRFD)

donde: t

= espesor de la placa (cm)

be

= 2 · t + 1,6 (cm)

pero no más que la distancia actual entre el borde de la perforación hasta el borde de la parte medida en la dirección normal a la fuerza aplicada.

Fu

= tensión última mínima especificada del tipo de acero utilizado (kgf/cm2)



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4) Estado límite de rotura en corte en el área efectiva

Ra


Ω

= 2,00 (ASD)

Ru


Ф

= 0,75 (LRFD)

donde: Fu

= tensión última mínima del tipo de acero utilizado (kgf/cm2)

Asf

= 2 · t · ( a + d / 2 ) (cm)



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5) Estado límite de aplastamiento en el área proyectada del pasador

Ra


Ω

= 2,00 (ASD)

Ru


Ф

= 0,75 (LRFD)

donde: Fy


Apb

= d∙t (cm2)


6. Diseño de bielas en tracción ✓

Resistencia disponible en tracción ASD

LRFD

Ra


Ω

= 1,67 (ASD)

Ru


Ф

= 0,90 (LRFD)

donde: Fy


Ag

= w · t ≤ 8 · t2 (cm2)

t

= espesor de la biela


6. Diseño de bielas en tracción ✓

Resistencia disponible en tracción ✓

Requerimientos dimensionales

D6.2: Un espesor de menos de 13 mm es permitido solamente si son provistas tuercas extremas para fijar placas de pasador y placas de relleno en zonas de contacto estrecho.


7. Diseño de miembros armados en tracción


7. Diseño de miembros armados en tracción ✓

Espaciamiento longitudinal entre conectores

Los espaciamientos longitudinales límites de los componentes del miembro armado generados por conectores tales como una plancha y un perfil o dos planchas, deben ser determinados de acuerdo a la sección J3.5. Sin embargo, se recomienda un espaciamiento máximo entre conectores de manera que la esbeltez máxima de cualquier componente del miembro armado entre conectores no sea mayor a 300. ✓

Dimensión mínima de los conectores

Tanto las planchas de cubierta perforadas como planchas sin diagonales están permitidas para ser utilizadas en los lados abiertos de los miembros armados en tracción. ✓

Planchas sin diagonales

Longitud mínima:

No menor que 2/3 de la distancia entre las líneas de soldadura o conectores que la conectan a los componentes del miembro armado. Espesor mínimo: No menor que 1/5 de la distancia entre éstas líneas. Espaciamiento longitudinal entre soldaduras intermitentes o conectores: No menor que 150mm.

Diseño en Acero i - Rev.c (08!08!2017)

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