Capítulo f.4 Estructuras de Acero Con Perfiles de Lamina Doblada en Frio

NSR-09 Captulo F.4 Estructuras de acero con perfiles de lmina doblada en fro

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CAPITULO F.4 ESTRUCTURAS DE ACERO CON PERFILES

DE LAMINA DOBLADA EN FRO F.4.1 - GENERALIDADES F.4.1.1 LIMITES DE APLICABILIDAD Y TERMINOLOGA

F.4.1.1.1 - Alcance y lmites de aplicabilidad - Esta Especificacin debe aplicarse al diseo de miembros estructurales de acero de bajo carbono (acero dulce) o de baja aleacin, cuya seccin ha sido formada en fro, a partir de lminas, rollos, tiras, platinas o barras de espesor menor o igual a 25.4 mm (1 pulgada) y usados para sostener cargas en:

a) Edificios, donde el diseo debe hacerse de acuerdo con las especificaciones del mtodo DCCR

(Diseo con Coeficientes de Carga y Resistencia) (o el mtodo de Diseo por Esfuerzos Admisibles (DEA), donde se indique explcitamente1)

b) Otro tipo de estructuras, distintas de edificios, teniendo en consideracin las condiciones generadas por los efectos dinmicos.

F.4.1.1.2 - Terminologa Los siguientes son los significados de los diferentes trminos utilizados a lo largo de esta especificacin: Acero Virgen (Virgin Steel) Es el material tal y como es recibido del productor de acero o bodega antes de ser formado en fro como un resultado de las operaciones de fabricacin. Ala de una Seccin en Flexin (Flange of a Section in Bending) Es el ancho plano de un ala incluyendo cualesquiera rigidizadores intermedios ms las esquinas adyacentes. Alma (Web) - En un miembro sujeto a flexin, es la parte de la seccin que est unida a las dos alas, o que est unido a una sola ala y que atraviesa el eje neutro. Anlisis Racional de Ingeniera (Rational Engineering Analysis) Anlisis basado en una teora que es apropiada para la situacin, en resultados de ensayos disponibles que sean relevantes y en el juicio de una buena ingeniera. Los factores de resistencia mnimos que deben utilizarse cuando se hace un anlisis de este tipo son los siguientes: Para miembros:

0.80 = (DCCR) Para conexiones:

0.65 = (DCCR) Ancho Efectivo de Diseo (Effective Design Width) Es el ancho plano de un elemento reducido para propsitos de diseo, tambin conocido simplemente como el ancho efectivo Ancho Plano (Flat Width) Es el ancho de un elemento excluyendo las esquinas medido a lo largo de su plano. rea de la Seccin Transversal (Cross-Sectional Area):

1 El mtodo de diseo con coeficientes de carga y resistencia, DCCR, ser el procedimiento vlido de diseo bajo las disposiciones de esta norma. Solo se permitir el mtodo de diseo por esfuerzos admisibles, DEA, donde se defina explcitamente. En el numeral F.4.7, referente al diseo de Tableros Metlicos para Trabajo en Seccin Compuesta, se permite el uso de este.


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rea Efectiva (Effective Area) El rea efectiva, , es calculada utilizando los anchos efectivos de los elementos componentes en concordancia con la seccin F.4.2. El rea efectiva ser igual al rea bruta o al rea neta, la que sea aplicable, si los anchos efectivos de todos los elementos componentes, determinados de acuerdo con la seccin F.4.2, son iguales a los anchos planos reales.

eA

rea Total (Full, Unreduced Area) Es el rea total o completa, no reducida, , calculada sin reducir los anchos de los elementos componentes a sus anchos efectivos. Esta puede ser un rea bruta no reducida o un rea neta no reducida, dependiendo donde sea aplicable.

A

rea bruta (Gross Area) El rea bruta, , es aquella donde no se consideran reducciones por huecos, aberturas y cortes.

gA

rea Neta (Net Area) El rea neta, , es igual al rea bruta menos el rea de huecos, aberturas y cortes.

nA

Cabecero (Header) Es un miembro horizontal que hace parte de un entramado estructural usado sobre aberturas de piso, cubierta o muro para transferir las cargas alrededor de la abertura a los miembros estructurales de soporte. Canal Gua (Track) Un miembro de un entramado que consiste de solo un alma y dos (2) alas. La altura del alma ser medida al interior de las alas. Cargas de Servicio (Service Loads) Carga bajo la cual se evalan los lmites del Estado de servicio Carga Mayorada (Factored Load) Producto de la carga nominal y el factor de mayoracin (factor de carga) Cargas Nominales (Nominal Loads) Son las magnitudes de las cargas especificadas por la norma aplicable no incluyendo los factores de mayoracin. Conexin (Connection) Combinacin de elementos estructurales y nudos (o juntas) usada para transmitir las fuerzas entre dos o ms miembros. Correa (Purlin) Miembro estructural horizontal el cual soporta un tablero de cubierta y est sujeto principalmente a flexin bajo las cargas aplicadas tales como nieve, viento o cargas muertas. DCCR Diseo con Coeficientes de Carga y Resistencia (LRFD Load and Resistance Factor Design) Es un mtodo para dimensionar componentes estructurales (miembros, conectores, elementos de conexin y montajes) tal que la resistencia de diseo iguala o excede la resistencia requerida del componente bajo la accin de las combinaciones de carga para Diseo con Coeficientes de Carga y Resistencia. Este es el mtodo que se utilizar en estas especificaciones. DEA Diseo por Esfuerzos Admisibles (ASD Allowable Stress Design) Es un mtodo para dimensionar componentes estructurales (miembros, conectores, elementos de conexin y montajes) tal que la resistencia admisible iguala o excede la resistencia requerida del componente bajo la accin de las combinaciones de carga para Diseo por Esfuerzos Admisibles DEA. Este mtodo no se utilizar en estas especificaciones, a menos que se indique lo contrario. Diafragma (Diaphragm) cubierta, entrepiso u otra membrana o sistema de arriostramiento que transfiere fuerzas en la direccin de su propio plano al sistema resistente a fuerzas laterales. Efecto de Carga (Load Effect) Fuerzas, esfuerzos, y deformaciones producidas en un componente estructural debido a las cargas aplicadas Elemento Multirigidizado (Multiple-Stiffened Element) Es un elemento rigidizado entre almas, o entre un alma y un borde rigidizado, por medio de rigidizadores intermedios paralelos a la direccin del esfuerzo. Elementos en Compresin No Rigidizados (Unstiffened Compression Elements) Elemento en compresin plano rigidizado en solo un borde paralelo a la direccin del esfuerzo.


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Elementos en Compresin Rigidizados o Parcialmente Rigidizados (Stiffened or Partially Stiffened Compession Elements) Elemento en compresin plano (El ala plana en compresin de un miembro en flexin o un alma o ala de un miembro en compresin, por ejemplo) en el cual, ambos bordes paralelos a la direccin del esfuerzo estn rigidizados por uno u otro de los siguientes elementos: alma, ala, pestaa rigidizadora o labio atiesador, rigidizador intermedio, o similares. Ensayo de Comportamiento (Performance Test) Ensayo realizado sobre miembros estructurales, conexiones, y montajes donde su comportamiento no puede ser determinado por las provisiones dadas en esta especificacin o sus referencias. Ensayo de Comprobacin (Confirmatory Test) Prueba realizada, cuando es requerida, sobre miembros, conexiones y montajes, diseada de acuerdo a las provisiones del Captulo F.4 de esta especificacin, o sus referencias, con el objeto de comparar el comportamiento real con el calculado. Esfuerzo (Stress) El esfuerzo como es usado en esta especificacin significa la fuerza por unidad de rea. Esfuerzo de fluencia (Yield Stress) Trmino genrico para denotar ya sea, el punto de fluencia o la resistencia a fluencia, segn sea apropiado para el material Especificacin Publicada (Published Specification) Requerimientos para un acero listado por un fabricante, procesador, productor, comercializador, u otro ente, los cuales 1. Estn generalmente disponibles para dominio pblico o bajo requerimiento, 2. Son establecidos antes que el acero sea ordenado, y 3. Especifican al menos, las propiedades mecnicas mnimas, los lmites de la composicin qumica y, si es recubierto, las propiedades del recubrimiento. Espesor (Thickness) El espesor, , de cualquier elemento o seccin ser el del acero base, no incluyendo algn tipo de recubrimiento.

t

Factor de Mayoracin (Load Factor) Factor que toma en cuenta las desviaciones entre la carga real y la carga nominal debido a incertidumbres en el anlisis que transforma la carga en un efecto de carga, y la probabilidad de que ms de una carga extrema ocurra de manera simultnea. Factor de Resistencia, (Resistance Factor) Es un factor que toma en cuenta inevitables desviaciones entre la resistencia real y la resistencia nominal adems de la manera y consecuencias de la falla. Factor de Seguridad, (Safety Factor) Factor que toma en cuenta las desviaciones entre la resistencia real y la resistencia nominal, desviaciones entra la carga real y la carga nominal, incertidumbres en el anlisis que transforma la carga en un efecto de carga, y la manera y consecuencias de la falla. Este factor solo se definir en aquellas partes donde se utilice el mtodo DEA. Fatiga (Fatigue) Estado lmite de iniciacin de la fisura y su crecimiento, resultante de la aplicacin repetida de las cargas vivas. Grado (Grade) Es una designacin utilizada para el esfuerzo de fluencia mnimo. Larguero (Girt) Miembro estructural horizontal el cual soporta paneles de muro y est sujeto, principalmente, a flexin bajo las cargas horizontales aplicadas, tales como cargas de viento. Miembro Alma (Web Member) Es un miembro estructural en una cercha que se conecta al cordn superior e inferior, pero no es un miembro cordn. Miembro Cordn (Chord Member) Es un miembro estructural que constituye al componente superior o inferior de una cercha. Miembro Estructural de Acero Formado en Fro (Cold-Formed Steel Structural Member) Son secciones fabricadas a partir de presin mecnica sobre piezas planas provenientes de lminas, longitudes cortadas de rollos o platinas, o por formacin rolada en fro de rollos o lminas de acero laminado en fro o laminado en caliente. Ambas operaciones de formacin son realizadas a temperatura ambiente, lo cual indica que no se introduce calor, como se hace con el proceso de formacin en caliente.


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Momento de Fluencia (Yield Moment) En un miembro sujeto a flexin, es el momento en el cual la fibra ms extrema alcanza la primera fluencia. Muro Cortina (Curtain Wall) Es un muro que transfiere cargas transversales (fuera de su plano) y es limitado a una carga vertical sobreimpuesta, no incluyendo el peso del material del tablero, no mayor a 1.46 kN/m (100 lb/pie), o una carga vertical sobreimpuesta no mayor a 0.89 kN (200 lb) Muro de Corte (Shear Wall) Muro que provee resistencia a cargas laterales en el plano del muro y asimismo estabilidad para el sistema estructural. Pandeo (Buckling) Estado lmite de cambio repentino en la geometra de una estructura o cualquiera de sus elementos bajo una condicin crtica de carga. Pandeo Distorsional (Distorsional Buckling) Es un modo de pandeo que envuelve cambios en la forma de la seccin transversal, excluyendo el pandeo local. Pandeo Flector (Flexural Buckling) Modo de pandeo en el cual un miembro a compresin flexiona lateralmente sin torsin o cambio en la forma de la seccin transversal. Pandeo Flexo-Torsional (Torsional-Flexural Buckling) Modo de pandeo en el cual un miembro en compresin dobla y se gira sobre su eje (torsional) simultneamente sin cambio en la forma de la seccin transversal. Pandeo Local (Local Buckling) Estado lmite del pandeo para un elemento en compresin donde la lnea de conexin entre elementos permanece derecha y los ngulos entre elementos no cambian. Pandeo Torso-Lateral Modo de pandeo de un miembro en flexin que envuelve deflexin fuera de su plano de flexin ocurriendo simultneamente con torsin alrededor del centro de cortante de la seccin transversal. Paral (Stud) Miembro vertical de un entramado en un sistema de muro ensamble. Paral de Muro Cortina (Curtain Wall Stud) Miembro en un sistema de muro exterior de acero que transfiere cargas transversales (fuera de su plano) y es limitado por una carga axial sobreimpuesta, exclusiva de los materiales de cerramiento, no mayor a 1460 N/m (100 lb/pie), una carga axial puntual sobreimpuesta no mayor a 890 N (200 lb) por paral. Propiedades del Acero Virgen (Virgin Steel Properties) Propiedades mecnicas del acero virgen tales como punto de fluencia, resistencia ltima y elongacin. Punto de Fluencia (Yield Point) El punto de fluencia es el primer esfuerzo en el material en el cual ocurre un incremento en la deformacin sin ningn incremento del esfuerzo, tal como es definido por la NTC correspondiente. Punto de Fluencia Mnimo Especificado (Specified Minimum Yield Point) Lmite inferior del punto de fluencia en un ensayo especificado para calificar como adecuado un lote de acero, de uso en miembros estructurales de acero formado en fro, diseado en ese punto de fluencia. Punto de Panel (Panel Point) Regin de conexin entre un miembro alma y un miembro cordn en una cercha. Punto de Quiebre (Pitch Break) Regin de conexin entre dos miembros cordones de cercha donde existe un cambio de pendiente, no incluyendo el taln. Relacin Ancho Plano-Espesor (Flat-Width-to-Thickness Ratio) Es el ancho Plano de un elemento medido a lo largo de su plano, dividido por su espesor. Resistencia a la Fluencia (Yield Strength) Esfuerzo en el cual el material exhibe una desviacin lmite especificada de la proporcionalidad entre el esfuerzo y la deformacin como es definido por la NTC correspondiente.


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Resistencia Admisible (Allowable Strength) Es la resistencia nominal divida por el factor de seguridad, nR . Solo se utilizar en aquellas secciones de esta norma donde se indique.

Resistencia de Diseo (Design Strength) Es la resistencia nominal multiplicada por un factor de resistencia, . nR Resistencia Disponible (Available Strength) Resistencia de diseo o resistencia admisible, segn sea el caso Resistencia Nominal (Nominal Strength) Resistencia de una estructura o componente (sin los factores de resistencia o factores de seguridad aplicados) para soportar los efectos de las cargas, tal como es determinado conforme con lo estipulado en esta especificacin. Resistencia Requerida (Required Strength) Son las fuerzas, esfuerzos y deformaciones actuantes sobre un componente estructural, determinadas ya sea por un anlisis estructural, para combinaciones de carga por DEA o DCCR, segn sea apropiado, o como es especificado en esta norma. Resistencia ltima (Tensile Strength) Mximo esfuerzo alcanzado por un material en el ensayo de tensin. Rollo Madre (Master Coil) Es un rollo continuo sin juntas soldadas tal y cual como es manejado por un molino en caliente, molino en fro, una lnea de recubrimiento metlico o lnea de pintura e identificable por un nico nmero de rollo. Este rollo puede ser cortado o flejado en rollos ms pequeos, sin embargo, de estos ltimos puede decirse que vienen del mismo Rollo Maestro si, de acuerdo con la trazabilidad, puede determinarse el nmero del Rollo Original. Seccin Asimtrica (Unsymmetric Section) Seccin no simtrica alrededor de ningn eje o punto. Seccin de Simetra de Punto (Point-Symmetric Section) Es una seccin simtrica alrededor de un punto (centroide) tal como una seccin Z con alas iguales. Seccin de Simetra Doble (Doubly-Symmetric Section) Es una seccin simtrica alrededor de dos ejes ortogonales que pasan por su centroide. Seccin de Simetra Sencilla (Singly-Symmetric Section) Es una seccin simtrica alrededor de slo un eje que pasa por su centroide. SS (Structural Steel) Designacin ASTM para ciertos aceros planos destinados a aplicaciones estructurales Subelemento de un Elemento Multirigidizado (Sub-Element of a Multiple Stiffened Element) Porcin de un elemento mutirigidizado entre rigidizadores intermedios adyacentes, entre el alma y un rigidizador intermedio o entre el borde y rigidizador intermedio. Taln (Heel) Regin de conexin entre los cordones superior e inferior de una cercha con cordones no paralelos F.4.1.1.3 Unidades Esta especificacin ha sido desarrollada de tal manera que cualquier sistema compatible de unidades pueda ser utilizado, excepto en aquellas situaciones donde se establezca algo diferente de manera explcita. Las unidades de trabajo consideradas en esta seccin son las determinadas por el Sistema Internacional SI (fuerza en Newtons, longitud en milmetros y presin o esfuerzo en Megapascales, MPa) y alternativamente pueden utilizarse las unidades del sistema ingls (fuerza en kilolibras, kips, longitud en pulgadas, pulgada, y presin o esfuerzo en kilolibras por pulgada cuadrada, ksi)

F.4.1.2 - MATERIALES

F.4.1.2.1 - Aceros aplicables Esta Especificacin requiere el uso de acero de calidad estructural segn lo definido en las siguientes especificaciones NTC de ICONTEC o ASTM de la Sociedad Americana para Ensayos y Materiales (American Society for Testing and Materials):


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NTC 6 (ASTM A1011/A1011M SS Grados 30 (205), 33 (230), 36 (250) Tipos 1 y 2, 40 (275), 45 (310), 50 (340), y 55 (380); HSLAS Clases 1 y 2, Grados 45 (310), 50 (340), 55 (380), 60 (410), 65 (450), y 70 (480); HSLAS-F Grados 50 (340), 60 (410), 70 (480), y 80 (550)) Productos planos laminados en caliente de aceros, al carbono, estructurales, alta resistencia baja aleacin y alta resistencia baja aleacin con capacidad de deformado estampado- NTC 1920 ASTM A36/A36M Acero estructural al Carbono. NTC 1950 (ASTM A242/A242M) Acero estructural de alta resistencia y baja aleacin. NTC 1985 (ASTM A572) Aceros de alta resistencia y baja aleacin con colombio y vanadio, de calidad estructural. NTC 2012 (ASTM A588/A588M) Acero estructural de alta resistencia y baja aleacin con esfuerzo mnimo de fluencia de 345MPa (50ksi) y hasta 100mm (4pulg.) de espesor. NTC 3325 (ASTM A283/A283M) Lminas gruesas de acero al carbono de resistencia a la tensin baja e intermedia. NTC 4007 (ASTM A529/A529M) Especificaciones para el acero al carbono-manganeso de alta resistencia y calidad estructural. NTC 4009 (ASTM A606) Lminas y flejes de acero laminados en fro y en caliente de alta resistencia y baja aleacin, con resistencia mejorada a la corrosin. NTC 4011 (ASTM A653/A653M SS Grados 33 (230), 37 (255), 40 (275), y 50 (340) Clase 1 y Clase 3; HSLA tipos A y B, grados 40 (275), 50 (340), 60 (410), 70 (480) y 80 (550)) Productos planos de acero recubiertos con zinc galvanizados o recubiertos con aleacin hierro zinc galvano-recocido mediante procesos de inmersin en caliente. NTC 4015 (ASTM A792/A792M (Grados 33 (230), 37 (255), 40 (275), y 50 clase 1 (340 clase 1)) Productos planos de acero recubiertos con aleacin 55% Aluminio-Zinc, mediante el proceso de inmersin en caliente. NTC 4526 (ASTM A500) Tubera estructural de acero al carbono formada en fro, con y sin costura, redonda y de otras formas. NTC 5091 (ASTM A1008/A1008M SS Grados 25 (170), 30 (205), 33 (230) Tipos 1 y 2, y 40 (275) Tipos 1 y 2; HSLAS Clases 1 y 2, Grados 45 (310), 50 (340), 55 (380), 60 (410), 65 (450), y 70 (480); HSLAS-F Grados 50 (340), 60 (410), 70 (480), y 80 (550)) Productos planos, laminados en fro, de aceros: al carbono, estructurales, de alta resistencia baja aleacin y alta resistencia baja aleacin con capacidad de deformado -estampado- ASTM A847 Tubos estructurales de alta resistencia y baja aleacin formados en fro, soldados y sin costura con mejorada resistencia a la corrosin ambiental. ASTM A875/A875M (SS Grados 33 (230), 37 (255), 40 (275), y 50 (340) clase 1 y clase 3; HSLAS Tipos A y B, Grados 50 (340), 60 (410), 70 (480) y 80 (550)) Productos planos de acero recubiertos con aleacin zinc 5% Aluminio, mediante el proceso de inmersin en caliente. ASTM A1003/A1003M (ST Grados 50 (340) H, 40 (275) H, 37 (255) H, 33 (230) H) Productos planos de acero, acero al carbono, con recubrimientos metlicos y no metlicos para miembros formados en fro de uso en entramados. ASTM A1039/A1039M (SS Grados 40 (275), 50 (340), 55 (380), 60 (410), 70 (480) y 80 (550)) Especificaciones estndar para acero en lminas, laminado en caliente, al carbono, comercial y estructural, fabricado mediante el proceso de fundida en rollos mellizos. Espesores del Grado 55 (380) y mayores que no cumplen el requerimiento del 10% de elongacin mnima estn limitados por la seccin F.4.1.2.3.2.

F.4.1.2.2 Otros aceros La lista dada en F.4.1.2.1 no excluye el uso de aceros de hasta 25.4 mm (1 pulgada) de espesor, ordenados o producidos de acuerdo con otras especificaciones, siempre y cuando se cumpla que:


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(1) Los aceros deben cumplir con los requisitos mecnicos y qumicos de cualquiera de las

especificaciones mencionadas anteriormente, u otra especificacin publicada. (2) Las propiedades mecnicas y qumicas sern determinadas por el productor, el proveedor, o el

vendedor, de acuerdo con las siguientes especificaciones: Para lminas recubiertas, NTC 39402; para acero laminado en caliente, en fro, en rollos y lminas, NTC 73; para placas y barras, ASTM A6/A6M; para secciones estructurales huecas, los ensayos deben realizarse en concordancia con los requerimientos de la NTC 45264 (para acero al carbn) o ASTM A847 (para acero de alta resistencia baja aleacin, HSLA)

(3) Las propiedades del recubrimiento en los aceros se determinarn por el productor, el proveedor o el vendedor de acuerdo con lo establecido en NTC 3940

(4) El acero debe cumplir los requisitos de la seccin F.4.1.2.3. (5) Si el acero va a ser soldado, su idoneidad para el proceso destinado de soldadura ser

establecido por el productor, proveedor o vendedor de acuerdo con las especificaciones de AWS D1.1 D1.3 (American Welding Society), segn sea el caso.

Si la identificacin y documentacin de la produccin del acero no han sido establecidas, entonces adicionalmente a los anteriores cinco puntos, el fabricante del producto de acero formado en fro establecer (a su proveedor o a quien corresponda) que el esfuerzo de fluencia (punto de fluencia) y la resistencia ltima de tensin del rollo madre sean, al menos, 10% mayores que la suministrada en la especificacin publicada de referencia.

F.4.1.2.3 Ductilidad Los aceros que no estn en la lista de F.4.1.2.1 y que se usen para miembros y conexiones estructurales, de acuerdo con la seccin F.4.1.2.2, deben cumplir con uno de los siguientes requisitos de ductilidad:

F.4.1.2.3.1 - La relacin entre la resistencia a la tensin y el esfuerzo de fluencia no debe ser menor que 1.08, y la elongacin total no debe ser menor que el 10% en una longitud testigo de 50 mm (2 pulgadas) 7% en una longitud testigo de 200 mm (8 pulgadas) de la probeta estndar ensayada de acuerdo con la norma ASTM A370. Si estos requisitos no se pueden cumplir, se deben satisfacer los siguientes criterios: 1. la elongacin local en una longitud de 12.7 mm (1/2 pulgada) a travs de la fractura no debe ser menor del 20%, 2. La elongacin uniforme en la regin externa a la fractura no debe ser menor del 3%. Cuando la ductilidad del material se determina con base en los criterios de elongacin local y uniforme, se restringe su uso al diseo de correas5 y largueros de acuerdo con F.4.3.3.1.1(a), F.4.3.3.1.2, F.4.4.6.1.1, F.4.4.6.1.2 y F.4.4.6.2.1. Para correas, largueros y parales de muros-cortina sujetas a carga axial y a momento flector combinados (seccin F.4.3.5), c nP P no exceder 0.15 para DEA (ASD) u c nP P no exceder 0.15 para DCCR (LRFD).

F.4.1.2.3.2 Los aceros conforme a la norma ASTM A653/A653M SS Grado 80 (550MPa), ASTM A1008/A1008M SS Grado 80 (550MPa), A792/A792M Grado 80 (550MPa), A875/A875M SS Grado 80 (550MPa) y espesores de la norma ASTM A1039 Grado 55 (380MPa), 60 (410MPa), 70 (480MPa) y 80 (550MPa) que no cumplen el requerimiento del 10% de elongacin mnima, y otros aceros que no cumplen lo estipulado en el numeral F.4.1.2.3.1 se permitirn para uso en miembros en compresin de secciones cerradas cajn concntricamente cargados de acuerdo con lo descrito en la Excepcin 1, seguidamente, y en configuraciones de almas mltiples tales como cubiertas, cerramientos (siding) y tableros de piso tal como se describe en la Excepcin 2 descrita en este numeral, siempre y cuando se cumpla que:

(1) El esfuerzo de fluencia, yF , usado para la determinacin de la resistencia nominal en los

captulos F.4.2, F.4.3, F.4.4 y F.4.5 se toma como el menor valor entre el 75% del Punto de Fluencia Mnimo Especificado y 410 MPa (60 ksi)

(2) La resistencia ltima de tensin, uF , utilizada para determinar la resistencia nominal en el

numeral F.4.5, es tomada como el menor valor entre el 75% de la resistencia ltima mnima especificada y 427 MPa (62 ksi)

2 Documento Referencia ASTM A924/A924M for coated sheets. 3 Documento Referencia ASTM A568/A568M for hot-rolled or cold-rolled sheet and strip. 4 Documento Referencia ASTM A500-03 for carbon steel 5 Miembros estructurales horizontales que soportan tableros de techo o paneles de cubierta y cargas aplicadas por flexin, principalmente.


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Alternativamente, se debe demostrar la aplicabilidad de tales aceros para la configuracin con almas mltiples por medio de ensayos de carga, de acuerdo con las disposiciones de la seccin F.4.6.1. Las resistencias de diseo que se basen en estos ensayos no deben exceder las resistencias disponibles calculadas de acuerdo con los numerales F.4.2 a F.4.8, usando el esfuerzo de fluencia mnimo especificado, , y la resistencia ltima mnima especificada

. syF

uF

Excepcin 1: Para configuraciones con almas mltiples, ser permitido el uso de un esfuerzo de fluencia mnimo especificado reducido, , para la determinacin de la resistencia nominal a flexin (resistencia a momento) en numeral F.4.3.3.1.1(a), para lo cual el factor de reduccin, debe determinarse como sigue:

b syR F

bR

(a) Alas en compresin rigidizadas y parcialmente rigidizadas Para syw t 0.067E F bR 1.0= 0

Para sy sy0.067E F w t 0.974E F< <

( ) 0.4b syR 1 0.26 wF tE 0.067 = (F.4.1.2-1) Para sy0.974E F w t 500 bR 0.7= 5

(b) Alas en compresin no rigidizadas

Para syw t 0.0173E F bR 1.0= 0

Para sy0.0173E F w t 60<

( )b sR 1.079 0.6 wF tE= y

= Mdulo de elasticidad = Punto de fluencia mnimo especificado como se describe en la seccin

F.4.1.6.1 550 MPa (80 ksi) = Espesor de la seccin = Ancho plano del ala en compresin

La excepcin antes expuesta no aplica en tableros de acero (steel deck) para uso en seccin compuesta con una losa de concreto (composite slabs), debido a que el tablero acta como un refuerzo en tensin para este caso. Excepcin 2. Para miembros en compresin, de secciones cerradas tipo cajn, concntricamente cargados, se permitir el uso de un esfuerzo de fluencia reducido de , en lugar de , en las ecuaciones F.4.3.4-2, F.4.3.4-3 y F.4.3.4-4 para la determinacin sistencia axial en la seccin F.4.3.4. Se usar un radio de giro reducido

(F.4.1.2-2) Donde: E syF

t w

sy0.9F yF de la re ( ) ( )rR r en la ecuacin F.4.3.4-5 cuando el valor

de la longitud efectiva sea menor a , donde es dado por la ecuacin F.4.1.2-3 y es dado por la ecuacin F.4.1.2-4.

KL o1.1L oL

rR


F-223

o cL r E F= r (F.4.1.2-3)

( )r

o

0.35 KLR 0.65

1.1L= + (F.4.1.2-4)

Donde oL = Longitud en la cual el esfuerzo de pandeo local iguala al esfuerzo de

pandeo flector r = Radio de giro de la seccin transversal completa no reducida crF = Esfuerzo crtico mnimo de pandeo para la seccin, calculado de

acuerdo con la ecuacin F.4.2.2-5. rR = Factor de reduccin

KL = Longitud efectiva

F.4.1.2.4 Espesor mnimo entregado El espesor mnimo de acero sin revestimiento, del producto formado en fro tal como se entrega a la obra no debe ser en ningn sitio menor que el 95% del espesor, t , usado en su diseo; sin embargo, los espesores pueden ser menores en los dobleces, tales como esquinas, debido a los efectos del formado en fro.

F.4.1.3 CARGAS

F.4.1.3.1 Cargas Nominales Las cargas nominales sern determinadas de acuerdo con las especificaciones establecidas el ttulo B de esta Norma.

F.4.1.4 DISEO POR ESFUERZOS ADMISIBLES

F.4.1.4.1 Bases del Diseo Las especificaciones de diseo dadas bajo esta seccin de la norma estn basadas en los principios del Diseo por Esfuerzos Admisibles. No aplicarn los requerimientos de este mtodo en seccin alguna de esta norma, excepto donde se indique lo contrario. Las bases del diseo para esta norma estarn de acuerdo con lo registrado en la seccin F.4.1.5, desarrollada para el mtodo DCCR.

F.4.1.4.1.1 Requerimientos para Diseo por Esfuerzos Admisibles Este mtodo, en el caso que se especifique como el procedimiento de diseo, satisfar los requerimientos de esta norma cuando la resistencia admisible de cada componente estructural iguala o excede a la resistencia admisible requerida, determinada con base en las cargas nominales, para todas las combinaciones de carga aplicables. El diseo bajo este mtodo debe ser hecho de acuerdo con la siguiente ecuacin:

nR R (F.4.1.4-1) Donde: R = Resistencia Admisible Requerida, usada donde se indique. nR = Resistencia Nominal Especificada en los captulos F.4.2 a F.4.8.

= Factor de Seguridad especificado, usado donde se indique. nR = Esfuerzo de Diseo Admisible, usado donde se indique.

F.4.1.4.1.2 Combinaciones de carga para Diseo por Esfuerzos Admisibles Las combinaciones de carga para el mtodo de Diseo por Esfuerzos Admisibles estn estipuladas en el numeral B de esta norma.

F.4.1.5 DISEO CON COEFICIENTES DE CARGA Y RESISTENCIA (DCCR)

F.4.1.5.1 Bases del Diseo Las especificaciones de diseo dadas bajo esta seccin de la norma estn basadas en los principios del Diseo con Coeficientes de Carga y Resistencia (DCCR) Deben aplicar todos los requerimientos de esta seccin para el diseo con miembros estructurales formados en fro, excepto donde se especifique lo contrario.


F-224

F.4.1.5.1.1 Requerimientos para el Diseo con Coeficientes de Carga y Resistencia (DCCR) El diseo satisfar los requerimientos de esta norma cuando la resistencia de diseo de cada componente estructural iguala o excede la resistencia requerida determinada con base en las cargas nominales multiplicadas por los apropiados coeficientes de mayoracin de carga, para todas las combinaciones de carga aplicables. El diseo debe ser realizado de acuerdo con la siguiente ecuacin: U nR R (F.4.1.5-1)

Donde: UR = Resistencia Requerida

nR = Resistencia Nominal especificada en los captulos F.4.2 a F.4.8 = Coeficiente de Resistencia especificado en los captulos F.4.2 a F.4.8

nR = Resistencia de Diseo

F.4.1.5.1.2 Coeficientes y combinaciones de carga para DCCR Los coeficientes de carga y sus combinaciones para el mtodo DCCR estn estipulados en el ttulo B de esta norma.

F.4.1.6 INCREMENTO EN EL PUNTO DE FLUENCIA Y LA RESISTENCIA DEBIDO AL TRABAJO DE FORMACIN EN FRO

F.4.1.6.1 Esfuerzo de Fluencia El esfuerzo de fluencia usado en el diseo, , ser un valor no mayor al esfuerzo de fluencia mnimo especificado de los aceros listados en las secciones F.4.1.2.1 F.4.1.2.3.2, o el que se establece en el captulo F.4.6, o incrementado por efecto del trabajo de formacin en fro descrito en la seccin F.4.1.6.2.

yF

F.4.1.6.2 Incremento en la resistencia debido al trabajo de formacin en fro El incremento en la resistencia debido al trabajo de formacin en fro permitir la sustitucin de por , donde es el promedio del esfuerzo de fluencia de la seccin completa. Tal incremento debe ser limitado a de acuerdo con las secciones F.4.3.2, F.4.3.3.1 (excluyendo la seccin F.4.3.3.1.1 (b)), F.4.3.4, F.4.3.5, F.4.4.4 y F.4.4.6.1. Las limitaciones y mtodos utilizados en la determinacin de son los siguientes:

yaF yF yaF

yaF

(a) Para miembros en compresin cargados axialmente y miembros en flexin para los cuales sus proporciones son tales que la cantidad para la determinacin de la resistencia es igual a la unidad (1.00), calculado acorde con la seccin F.4.2.2 de esta norma para cada uno de los elementos componentes de la seccin, el punto de fluencia de diseo, yaF , del acero ser determinado con base en uno de los siguientes mtodos:

(1) Ensayos a tensin de la seccin completa (Ver prrafo (a) de la seccin F.4.6.3.1) (2) Ensayos sobre columnas cortas (Ver prrafo (b) de la seccin F.4.6.3.1) (3) Calculado como sigue:

( )ya yc yf uvF CF 1 C F F= + (F.4.1.6-1)

= Esfuerzo de fluencia promedio de la seccin completa no reducida para miembros en compresin o de secciones con alas completas para miembros en flexin

= Relacin entre el total del rea de las esquinas y el total del rea de la seccin transversal de la seccin completa, para miembros en compresin; o relacin entre el total del rea de las esquinas del ala que controla y el total del rea del ala que controla, para miembros en flexin.

Donde: yaF

c


F-225

yfF = Es la media ponderada del punto de fluencia a tensin de las porciones planas establecidas de acuerdo con la seccin F.4.6.3.2 de esta norma o el punto de fluencia del acero virgen si no se realizan ensayos.

( )myc c yvF B F R t= (F.4.1.6-2) La anterior expresin define el esfuerzo de fluencia a tensin de las esquinas. Esta ecuacin es aplicable solamente cuando uv yvF F 1.2 , R t 7 , y el ngulo incluido es

120 o

( ) ( )2c uv yv uv yvB 3.69 F F 0.819 F F 1.79= (F.4.1.6-3) ( )uv yvm 0.192 F F 0.068= (F.4.1.6-4)

Donde R = Radio interno de doblez t = Espesor de la seccin yvF = Esfuerzo de fluencia a tensin del acero virgen especificado en la seccin F.4.1.2

de esta norma o segn como se establece en F.4.6.3.3. uvF = Resistencia a tensin del acero virgen especificado por la seccin F.4.1.2 o

establecido de acuerdo con la seccin F.4.6.3.3

(b) Para miembros en tensin axialmente cargados el punto de fluencia del acero ser determinado ya sea por el mtodo 1. o el mtodo 3. prescrito en el prrafo a) de esta misma seccin.

(c) El efecto de la soldadura sobre las propiedades mecnicas de un miembro ser determinado con

base en ensayos sobre probetas de seccin completa que contengan, dentro de la longitud testigo, el tipo de soldadura que el fabricante se propone utilizar. Se deben tomar las medidas necesarias para considerar tal efecto en el uso estructural del miembro.

F.4.1.7 - ESTADO DE SERVICIO DE LA ESTRUCTURA - Una estructura ser diseada para llevar a cabo las funciones requeridas durante su vida esperada. Los estados lmite de servicio deben ser escogidos con base en la funcin destinada para la estructura, y deben ser evaluados usando cargas y combinaciones de carga realistas. F.4.1.8 - DOCUMENTOS DE REFERENCIA Los siguientes documentos son referenciados en esta norma: American Iron and Steel Institute. (AISI), 1140 Connecticut Avenue, NW, Washington, DC20036: AISI S200-07, North American Standard for Cold-Formed Steel Framing General Provisions AISI S210-07, North American Standard for Cold-Formed Steel Framing Floor and Roof System Design AISI S211-07, North American Standard for Cold-Formed Steel Framing Wall Stud Design AISI S212-07, North American Standard for Cold-Formed Steel Framing Header Design AISI S214-07, North American Standard for Cold-Formed Steel Framing Truss Design AISI S901-02, Rotational-Lateral Stiffness Test Method for Beam-to-Panel Assemblies AISI S902-02, Stub-Column Test Method for Effective Area of Cold-Formed Steel Columns AISI S906-04, Standard Procedures for Panel and Anchor Structural Tests


F-226

AISI S213-07, North American Standard for Cold-Formed Steel Framing Lateral Design AISI S908-04, Base Test Method for Purlins Supporting a Standing Seam Roof System American Society of Civil Engineers (Sociedad Americana de Ingenieros Civiles) (ASCE), 1801 Alexander Bell Drive, Reston VA, 20191: ASCE/SEI 7-05, Minimun Design Loads in Buildings and Other Structures American Welding Society (AWS), 550 N.W. LeJeune Road, Miami, Florida 33135: AWS D1.3-98, Structural Welding Code Sheet Steel AWS C1.1/C1.1M2000, Recommended Practices for Resistances Welding American Society of Mechanical Engineers (Sociedad Americana de Ingenieros Mecnicos), ASME B46.1-2000 Surface Texture, Surface Roughness, Waviness, and Lay Normas NTC (Normas Tcnicas Colombianas) del ICONTEC ASTM (American Society for Testing and Materials) segn aplique: NTC 6 (ASTM A1011/A1011M-05a) Productos planos, laminados en caliente de aceros: al carbono, estructurales, alta resistencia baja aleacin y alta resistencia baja aleacin con capacidad de deformado estampado NTC 1920 (ASTM A36/A36M-00a) Acero estructural al Carbono. NTC 1950 (ASTM A242/A242M-00a) Acero estructural de baja aleacin y alta resistencia. NTC 1985 (ASTM A572/A572M-06) Aceros de calidad estructural de alta resistencia baja aleacin Niobio (Columbio) vanadio NTC 2012 (ASTM A588/A588M-05) Acero estructural de alta resistencia y baja aleacin con lmite de fluencia mnimo de 345MPa 50ksi en espesores hasta 100mm 4pulg NTC 2633 (ASTM A283/A283M-00) Barras y chapas de acero al carbono de media y baja resistencia a la tensin NTC 3353 (ASTM A370-05) Definiciones y mtodos para los ensayos mecnicos de productos de acero. NTC 4007 (ASTM A529/A529M-05) Especificaciones para el acero al carbono-manganeso de alta resistencia y calidad estructural. NTC 4009 (ASTM A606-04) Lminas y flejes de acero, laminados en fro y en caliente de alta resistencia y baja aleacin, con resistencia mejorada a la corrosin. NTC 4011 (ASTM A653/A653M-06) Productos planos de acero recubiertos con Zinc galvanizados o recubiertos con aleacin hierro zinc galvano-recocido mediante procesos de inmersin en caliente. NTC 4015 (ASTM A792/A792M-05) Productos planos de acero recubiertos con aleacin 55% aluminio-zinc, mediante el proceso de inmersin en caliente. NTC 4028 (ASTM A490M-04a) Elementos de fijacin. Pernos de acero de alta resistencia, clase 10.9 y 10.9.3 para juntas de acero estructurales sistema mtrico NTC 4029 (ASTM A325M-06) Elementos de fijacin. Pernos de alta resistencia destinados a juntas de acero estructurales sistema mtrico NTC 4031 (ASTM F436M-04) Elementos de fijacin. Arandelas de acero templado sistema mtrico NTC 4034 (ASTM A307-00) Elementos de fijacin. Especificacin para tornillos y pernos de acero al carbono con 60,000psi de resistencia a la tensin. NTC 4035 (ASTM A194/A194M-00b) Especificacin para tuercas de acero al carbono y aleado para alta presin y servicios de alta temperatura.


F-227

NTC 4479 (ASTM A449-04b) Tornillos y pernos de acero al carbono templados y revenidos. NTC 4511 (ASTM A563M-04) Especificaciones para tuercas de acero aleado y al carbono sistema mtrico NTC 4512 (ASTM A354-04) Tornillos, pernos y otros elementos de fijacin roscados externamente, templados y revenidos, de aleacin de acero. NTC 4526 (ASTM A500-03a) Tubera estructural de acero al carbono formada en fro, con y sin costura, redonda y de otras formas. NTC 4701 (ASTM F959-04) Elementos de fijacin. Indicadores directos de tensin tipo arandela compresible para uso con elementos de fijacin estructurales. NTC 4965 (ASTM A563-00) Tuercas de acero al carbono y acero aleado. NTC 5091 (ASTM A1008/A1008M-05b) Productos planos, laminados en fro, de aceros: al carbono, estructurales, alta resistencia baja aleacin y alta resistencia baja aleacin con capacidad de deformado estampado ASTM A325-06 Pernos estructurales de acero, tratados trmicamente, con resistencia ltima mnima de 120/105ksi ASTM A490-06 Pernos estructurales de acero tratados trmicamente (calor) con mnima resistencia ltima de 150ksi. ASTM A847/A847M-05 Tubos estructurales de alta resistencia y baja aleacin formados en fro, soldados y sin costura con mejorada resistencia a la corrosin ambiental ASTM A875/A875M-05 Productos planos de acero recubiertos con aleacin zinc 5% Aluminio, mediante el proceso de inmersin en caliente. ASTM A1003/A1003M-05 Productos planos de acero, acero al carbono, con recubrimientos metlicos y no metlicos para miembros formados en fro de uso en entramados. ASTM A1039/A1039M-04 Especificaciones estndar para acero en lminas, laminado en caliente, al carbono, comercial y estructural, fabricado mediante el proceso de fundida en rollos mellizos ASTM E1592-01 Mtodo de ensayo estndar para el comportamiento estructural de cubiertas metlicas y sistemas de cerramiento mediante la diferencia esttica y uniforme de presin de aire ASTM F436-04 Elementos de fijacin. Arandelas de acero templado. ASTM F844-04 Arandela, aceros y productos planos, no templados de uso general ASTM F959M-05a Elementos de fijacin. Indicadores directos de tensin tipo arandela compresible para uso con elementos de fijacin estructurales sistema mtrico American Institute of Steel Construction (AISC), 1140 Connecticut Avenue, NW, Washington, DC20036: ANSI/AISC 360-05, Specification for Structural Steel Buildings Steel Deck Institute. Design Manual for Composite Decks, Form Decks and Roof Decks, publication No 30, 2000 Steel Deck Institute. Composite Deck Design Handbook, March 1997 Steel Deck Institute. Manual of Construction with Steel Deck, 1991 F.4.2 - ELEMENTOS F.4.2.1 LMITES Y CONSIDERACIONES DIMENSIONALES

F.4.2.1.1 Consideraciones para la relacin ancho plano-espesor de alas


F-228

F.4.2.1.1.1 - Relaciones mximas ancho plano-espesor de alas Las mximas relaciones admisibles ancho plano-espesor, w t , sin consideracin de rigidizadores intermedios y tomando como t el espesor real del elemento, deben ser las siguientes:

(1) Elemento a compresin rigidizado con solo un borde longitudinal conectado a un elemento

alma o ala y el otro borde rigidizado por: Labio o pestaa sencilla .......................................................... w t 60 Cualquier otra clase de rigidizador

(i) cuando s aI I< ......................................................... w t 60 (ii) cuando s aI I ......................................................... w t 90

Donde: sI = Momento de inercia real del rigidizador completo alrededor de su propio eje

centroidal paralelo al elemento a ser rigidizado. aI = Momento de inercia adecuado del rigidizador, de tal forma que cada elemento

componente se comportar como un elemento rigidizado. (2) Elemento a compresin rigidizado con ambos bordes longitudinales conectados a otros

elementos rigidizados. ....... w t 500 (3) Elemento a compresin no rigidizado. ........ w t 60 Nota: Los elementos en compresin no rigidizados que tengan una relacin, w t , superior a aproximadamente 30 y los elementos en compresin rigidizados que tenga una relacin, w t , superior a aproximadamente 250 son susceptibles a desarrollar una deformacin perceptible bajo la resistencia total disponible (resistencia multiplicada por un factor), sin afectar la capacidad del miembro a desarrollar la resistencia requerida (efecto de las cargas mayoradas). Los elementos rigidizados con relaciones, w t , mayores que 500 pueden ser usados con una resistencia de diseo adecuada para soportar las cargas requeridas; sin embargo, las deformaciones importantes de tales elementos invalidarn las ecuaciones de diseo especificadas en esta norma.

F.4.2.1.1.2 Deflexin hacia el interior de la longitud completa del Ala Cuando el ala de un miembro en flexin es inusualmente ancha, y se desea limitar la mxima curvatura o movimientos de esta hacia el eje neutro, la siguiente ecuacin aplica a las alas en compresin y tensin independiente de si estn rigidizadas o no:

( )4f avw 0.061tdE f 100c d= f

= Ancho del ala que se proyecta ms all del alma; o la mitad de la distancia entre almas para vigas en cajn o U.

= Espesor del ala = Altura de la viga = Cantidad de desplazamiento debido a los bucles (encocamiento) = Esfuerzo promedio en el ancho de ala no reducido (en el caso que los miembros sean

diseados mediante el procedimiento del ancho efectivo, el esfuerzo promedio es igual al mximo esfuerzo multiplicado por la relacin entre el ancho efectivo de diseo y el ancho real)

F.4.2.1.1.3 Efectos de variacin debido al corte (Luces cortas soportando cargas concentradas) Cuando la luz de la viga es menor que segn se define ms adelante) y soporta una carga concentrada o varias cargas espaciadas a un distancia mayor que , el ancho efectivo de diseo de cualquier ala, bien sea en tensin o en compresin, debe limitarse de acuerdo con la tabla F.4.2.1-1

(F.4.2.1-1) Donde fw

t d fc

avf

f30w ( fwa f2w


F-229

Tabla F.4.2.1-1

Luces cortas y alas anchas. Mxima relacin permisible entre el ancho de diseo efectivo ( )b y ancho real ( )w

fL wRelacin

b w fL wRelacin

b w 30 1.00 14 0.82 25 0.96 12 0.78 20 0.91 10 0.73 18 0.89 8 0.67 16 0.86 6 0.55

Donde L = Luz total para vigas simples; o distancia entre puntos de inflexin para vigas continuas; o el

doble de la longitud para vigas en voladizo. fw = Ancho del ala que se proyecta ms all del alma para vigas I y secciones similares; o la

mitad de la distancia entre almas para secciones cajn o U. Para las alas de las vigas I y secciones similares rigidizadas por pestaas o labios en los bordes exteriores, debe ser tomado como la suma de la proyeccin del ala ms all del alma y el ancho de la pestaa o labio.

fw

F.4.2.1.2 Relacin mxima altura-espesor en almas La relacin h t , de las almas de los miembros en flexin no debe exceder los siguientes lmites:

(a) Para almas no reforzadas ..................................................................................... ( )maxh t 200= (b) Para almas provistas de rigidizadores de apoyo que satisfagan los requisitos de F.4.3.3.7.1:

(1) Cuando se usen rigidizadores de apoyo solamente ................................ ( )maxh t 260= (2) Cuando se usen rigidizadores de apoyo y rigidizadores intermedios...... ( )maxh t 300= Donde h = Altura de la porcin plana del alma, medida a lo largo del plano del alma t = Espesor del alma Cuando el alma conste de dos o ms lminas, se debe calcular para cada una la relacin h t .

F.4.2.2 ANCHOS EFECTIVOS DE ELEMENTOS RIGIDIZADOS

F.4.2.2.1 Elementos rigidizados bajo compresin uniforme

(a) Determinacin de la resistencia

El ancho efectivo, b , se determinar a partir de las siguientes ecuaciones: cuando (F.4.2.2-1) cuando (F.4.2.2-2)

Donde

= Ancho plano como se muestra en la figura F.4.2.2-1 = Factor de reduccin local

=

b w= 0.673 b w= 0.673 >

w

( )1 0.22 (F.4.2.2-3) es un factor de esbeltez determinado como sigue:


F-230

crf F = (F.4.2.2-4) Donde f = Esfuerzo de compresin en el elemento calculado como sigue: Para miembros en flexin:

(1) Si se utiliza el procedimiento 1 de la seccin F.4.3.3.1.1: (a) Cuando la fluencia inicial es en compresin en el elemento en consideracin, yf F= (b) Cuando la fluencia inicial es en tensin, el esfuerzo de compresin, f , en el elemento

en consideracin debe ser determinado con base en la seccin efectiva para el momento yM (momento que causa la fluencia inicial).

(2) Si se utiliza el procedimiento 2 de la seccin F.4.3.3.1.1, f es el esfuerzo en el elemento bajo consideracin para el momento nM determinado con base en la seccin efectiva.

(3) Si se utiliza la seccin F.4.3.3.1.2.1, f es el esfuerzo cF como se describe bajo ese numeral para la determinacin del mdulo de seccin efectiva cS .

Para miembros a compresin f se toma igual al , como es determinado en F.4.3.4. nF

( )22

cr 2E tF k

w12 1

= (F.4.2.2-5)

Donde k = Coeficiente de pandeo de placa = 4 para elementos rigidizados apoyados por un alma en cada borde longitudinal. En las

secciones aplicables se dan valores de k para los diferentes tipos de elementos. = Mdulo de elasticidad = Espesor del elemento rigidizado bajo compresin uniforme. = Relacin de Poisson del acero

(b) Determinacin del Estado de Servicio (deflexiones):

El ancho efectivo, , usado para la determinacin del estado de servicio de la estructura debe ser calculado como sigue:

cuando (F.4.2.2-6) cuando (F.4.2.2-7)

Donde

= Ancho plano = Coeficiente de reduccin determinado por uno de los siguientes procedimientos:

(1) Procedimiento 1.

Se puede obtener un estimativo bajo del ancho efectivo a partir de las ecuaciones F.4.2.2-3 y F.4.2.2-4 donde sustituye a , siendo el esfuerzo de compresin en el elemento bajo consideracin.

(2) Procedimiento 2. Para elementos rigidizados soportados por un alma en cada borde longitudinal, se puede obtener un estimativo mejorado del ancho efectivo, calculando as:

cuando

E t

db

db w= 0.673 db w= 0.673 >

w

df f df

1.00 = 0.673 ( )1.358 0.461 = cuando c0.673 < < (F.4.2.2-8)


F-231

( )y d0.41 0.59 F f 0.22 = + cuando c (F.4.2.2-9) 1.00 para todos los casos

Donde

( )c 0.256 0.328 w t F E = + y (F.4.2.2-10) est definida por la ecuacin F.4.2.2-4, excepto que substituye a . df f

Figura F.4.2.2-1 - Elementos rigidizados

F.4.2.2.2 Elementos rigidizados bajo compresin uniforme con huecos circulares y no circulares

(a) Determinacin de la resistencia Para huecos circulares: El ancho efectivo, , debe determinarse como sigue: b Para h0.50 d w 0 , y w t 70 y la distancia entre centros de huecos es y 0.50w h3d

hb w d= cuando (F.4.2.2-11) 0.673 ( ) ( ) ( )h h0.8d 0.085d0.22w 1

w wb

+ = cuando 0.673 > (F.4.2.2-12) En todos los casos Donde

= Ancho plano = Espesor del elemento

= Dimetro de huecos es definido en la seccin F.4.2.2.1

Para huecos no circulares: Se asumir que un elemento rigidizado bajo compresin uniforme con huecos no circulares consiste de dos franjas no rigidizadas de ancho plano, , adyacentes a los huecos (ver la figura F.4.2.2-2) El ancho efectivo, , de cada franja no rigidizada adyacente al hueco se determinar de acuerdo con la seccin F.4.2.2.1(a), con la excepcin de que el coeficiente de pandeo de placas, , debe ser tomado como y como . Estas especificaciones sern aplicables dentro de los siguientes lmites:

(1) Espaciamiento centro a centro de huecos mm ( pulgadas) (2) Distancia libre entre el hueco y los extremos, 54 mm ( pulgadas) (3) Altura del hueco,

hb w d

wt hd

cb

k 0.43 w c

, s 610 24endS 2 10

hd 63.5 mm ( pulgadas) 2.5


F-232

(4) Longitud del hueco, hL 114 mm ( 4.5 pulgadas) (5) Relacin entre la altura del hueco, hd , y el ancho entre bordes exteriores, ow ,

h od w 0.5 Alternativamente, se permitir la determinacin del ancho efectivo, b , mediante pruebas en laboratorio sobre columnas cortas de acuerdo con el procedimiento de ensayo AISI S902.

Figura F.4.2.2-2 - Elementos rigidizados bajo compresin uniforme con huecos no circulares

(b) Estado de servicio (deflexiones)

El ancho efectivo, usado en la determinacin del estado de servicio ser igual al calculado de acuerdo con el procedimiento 1 de la seccin F.4.2.2.1(b), excepto que substituye el valor de , donde es el esfuerzo de compresin calculado sobre el elemento en consideracin.

db b

dff df

F.4.2.2.3 Almas y otros elementos rigidizados bajo gradiente de esfuerzo La siguiente notacin es usada en esta seccin: 1b = Ancho efectivo, dimensin definida en la figura F.4.2.2-3

2b = Ancho efectivo, dimensin definida en la figura F.4.2.2-3

eb = Ancho efec determinado de acuerdo con la seccin F.4.2.2.1 con sustituyendo a y con determinado como es definido en esta seccin.

= Ancho del ala en compresin entre bordes externos como se define en la figura F.4.2.2-4. = Esfuerzos mostrados en la figura F.4.2.2-3 calculados sobre la base de la seccin efectiva. Donde

y son esfuerzos en compresin, . = Altura del alma medida entre bordes exteriores, tal y como se define en la figura F.4.2.2-4. = Coeficiente de pandeo de placas

tivo b 1f fk

ob

1f , 2f

1f 2f 1 2f foh

k 2 1f f = (valor absoluto) (F.4.2.2-13)


F-233

Figura F.4.2.2-3 - Almas y otros elementos rigidizados bajo gradiente de esfuerzo

(a) Determinacin de la resistencia

(1) Para almas bajo gradiente de esfuerzo ( 1f en compresin y 2f en tensin como se muestra en la figura F.4.2.2-3(a)), los anchos efectivos y el coeficiente de pandeo de placas sern calculados como sigue:

( ) (3k 4 2 1 2 1= + + + + ) (F.4.2.2-14) Para o oh b 4

( )1 eb b 3= + (F.4.2.2-15) 2 eb b= 2 cuando 0.236 > (F.4.2.2-16) 2 eb b b= 1 cuando 0.236 (F.4.2.2-17)

Adicionalmente, 1b b2+ no exceder la porcin en compresin del alma calculada sobre la base de la seccin efectiva. Para o oh b 4>


F-234

( )1 eb b 3= + (F.4.2.2-18) ( )1 eb b 1 b1= + (F.4.2.2-19)

(2) Para otro elemento rigidizado bajo gradiente de esfuerzo ( 1f y 2f en compresin como se

muestra en la figura F.4.2.2-3(b))

( ) (2k 4 2 1 2 1= + + ))

(F.4.2.2-20)

(1 eb b 3= (F.4.2.2-21) 2 eb b b= 1 (F.4.2.2-22)

(b) Determinacin del Estado de servicio (deflexiones) - Los anchos efectivos utilizados en la

determinacin del estado de servicio del miembro sern calculados de acuerdo con la seccin F.4.2.2.3(a) excepto que d1f y d2f substituyen a 1f y 2f , donde d1f y d2f son los esfuerzos calculados 1f y 2f basados en la seccin efectiva hallada con la carga para la cual el estado de servicio es determinado.

Figura F.4.2.2-4 - Dimensiones entre bordes externos de almas y elementos rigidizados bajo gradiente de esfuerzo

F.4.2.2.4 Almas de Secciones C con huecos bajo gradiente de Esfuerzo Las especificaciones de esta parte sern aplicables dentro de los siguientes lmites:

(1) hd h 0.7 (2) h t 200 (3) Huecos centrados en la mitad de la altura del alma (4) Distancia libre entre huecos mm (18 pulgadas) (5) Huecos no circulares con radio de la esquina (6) Huecos no circulares con 4

4572t

hd 6 mm (2.5 pulgadas) y hL 114 mm (4.5 pulgadas) (7) Huecos circulares con dimetro 152 mm (6 pulgadas) (8) 4 mm (9/16 pulgada) Donde

= Altura del hueco en el alma = Altura de la porcin plana del alma medida a lo largo del plano del alma = Espesor del alma = Longitud del hueco en el alma = Anchos efectivos definidos por la figura F.4.2.2-3

(a) Determinacin de la resistencia - Cuando

hd 1>

hd h t hL

1b , 2b

hd h 0.38< , los anchos efectivo y , sern determinados de acuerdo con la seccin F.4.2.2.3(a) asumiendo que no existen huecos en el alma

s, 1b 2b


F-235

Cuando hd h 0.38 , el ancho efectivo ser determinado de acuerdo con la seccin F.4.2.3.1(a) asumiendo que la porcin en compresin del alma consiste de un elemento no rigidizado adyacente al hueco con 1f f= como se muestra en la figura F.4.2.2-3.

(b) Determinacin del Estado de servicio (deflexiones) - Los anchos efectivos sern determinados

de acuerdo con la seccin F.4.2.2.3(b) asumiendo la no existencia de huecos en el alma.

F.4.2.3 ANCHOS EFECTIVOS DE ELEMENTOS NO RIGIDIZADOS

F.4.2.3.1 Elementos no rigidizados bajo compresin uniforme

(a) Determinacin de la resistencia - El ancho efectivo, b , se determinar de acuerdo con la seccin F.4.2.2.1(a), excepto que el coeficiente de pandeo de placa, k , debe ser tomado como 0.43 y w como se define en la figura F.4.2.3-1.

(b) Determinacin del Estado de servicio (deflexiones) - El ancho efectivo, db , usado en la

determinacin del estado de servicio del miembro estructural ser calculado acorde con el procedimiento 1 de la seccin F.4.2.2.1(b), excepto que df substituye a f , y k 0.43= .

Figura F.4.2.3-1 - Elemento no rigidizado bajo compresin uniforme

F.4.2.3.2 Elementos no rigidizados y rigidizadores de borde bajo gradiente de esfuerzo La siguiente notacin aplicar a esta seccin: b = Ancho efectivo medido desde el borde rigidizado o soportado, determinado de acuerdo con la

seccin F.4.2.2.1(a), con igual a y con y f 1f k determinados de acuerdo al procedimiento presentado en esta seccin.

ob = Ancho total del elemento no rigidizado del miembro en seccin C, tal como es definido en la figura F.4.2.3-4

= Esfuerzos mostrados en las figuras F.4.2.3-2, F.4.2.3-3, y F.4.2.3-4 calculados con base en la seccin bruta. Donde tanto como son esfuerzos de compresin y se tiene que

= Altura total del miembro no rigidizado en seccin C, definido de acuerdo con la figura F.4.2.3-4. = Coeficiente de pandeo de placa definido en esta seccin o, de forma diferente, como es

definido en la seccin F.4.2.2.1(a) = Espesor del elemento = Ancho plano del elemento no rigidizado, donde

1f , 2f 1f 2f 1 2f f .

oh k

t w w t 60

1 2f f = (valor absoluto) (F.4.2.3-1) = Factor de esbeltez definido en la seccin F.4.2.2.1(a) con 1f f=

= Factor de reduccin tal como es definido en esta seccin o, de manera diferente, como es definido en la seccin F.4.2.2.1(a)

(a) Determinacin de la resistencia - El ancho efectivo, , de un elemento no rigidizado bajo

gradiente de esfuerzo se determinar de acuerdo co F.4.2.2.1(a) con igual a y el b

n la seccin f 1f


F-236

coeficiente de pandeo de placa, k , determinado de acuerdo con esta seccin, a menos que se indique lo contrario. Para los casos en que 1f es en compresin y 2f es en tensin, , presente en la seccin F.4.2.2.1(a), se determinar de acuerdo con esta seccin.

Figura F.4.2.3-2 - Elementos no rigidizado bajo gradiente de esfuerzo, ambos bordes longitudinales en compresin

(1) Cuando, tanto 1f como 2f son esfuerzos de compresin (figura F.4.2.3-2), el coeficiente de pandeo de placa ser calculado de acuerdo con cualquiera de las siguientes ecuaciones:

Si el esfuerzo decrece hacia el borde no soportado (libre) (figura F.4.2.3-2(a)):

0.578k0.34

= + (F.4.2.3-2) Si el esfuerzo crece hacia el borde no soportado (libre) (figura F.4.2.3-2(b))

2k 0.57 0.21 0.07= + (F.4.2.3-3)

(2) Cuando 1f es en compresin y 2f en tensin (figura F.4.2.3-3) el factor de reduccin y el coeficiente de pandeo de placa ser calculado como sigue: error en los numerales siguientes . deben ser a y b .en lugar de by c vease el original

(a) Si el borde no soportado est en compresin (figura F.4.2.3-3(a)):

1.0 = cuando ( )0.673 1 +

( )( )0.22 1

11

+ = + cuando ( )0.673 1 > + (F.4.2.3-4) 2k 0.57 0.21 0.07= + (F.4.2.3-5)

(b) Si el borde soportado est en compresin (figura F.4.2.3-3(b))

Para 1.0 (F.4.2.3-6) (F.4.2.3-7)

Para

2k 1.70 5 17.1= + + 1.0

1.0 =


F-237

Para la determinacin del ancho efectivo, b , de los elementos no rigidizados de un miembro en seccin C se permitir el uso de los dos mtodos alternativos siguientes, segn sea el caso: Alternativa 1 para secciones C no rigidizadas: Cuando el borde no soportado (libre) est en compresin y el borde soportado est en tensin (figura F.4.2.3-4(a)): b w= cuando 0.856 (F.4.2.3-8) b w= cuando 0.856 > (F.4.2.3-9)

Figura F.4.2.3-3 - Elementos no rigidizados bajo gradiente de esfuerzo, un borde longitudinal en compresin y el otro borde longitudinal en tensin

Donde

0.925 = (F.4.2.3-10) ( )o ok 0.145 b h 1.256= + (F.4.2.3-11)

o o0.1 b h 1.0 Alternativa 2 para secciones C no rigidizadas: Cuando el borde soportado est en compresin y el borde no soportado est en tensin (figura F.4.2.3-4(b)), el ancho efectivo es determinado de acuerdo con la seccin F.4.2.2.3.

Figura F.4.2.3-4 - Elementos no rigidizados de secciones C bajo gradiente de esfuerzo para los mtodos alternativos

En el clculo de mdulo de la seccin efectiva del numeral F.4.3.3.1.1 del numeral F.4.3.3.1.2.1 la fibra extrema en compresin en las figuras F.4.2.3-2(b), F.4.2.3-3(a), y F.4.2.3-4(a) debe ser tomada como el borde de la seccin efectiva ms cercano al extremo no soportado (libre). En el clculo del mdulo de seccin efectiva

del numeral F.4.3.3.1.1, la fibra extrema en tensin en las figuras F.4.2.3-3(b) y F.4.2.3-4(b) ser tomada como el borde de la seccin efectiva ms cerca al extremo no soportado. El siguiente numeral es b y con negrilla y

eS cS

eS

(b) Determinacin del Estado de servicio (deflexiones) - El ancho efectivo, db , usado en la

determinacin del estado de servicio ser calculado de acuerdo con la seccin F.4.2.3.2(a), excepto que d1f y reemplazan a y , respectivamente, donde y son los esfuerzos y calculados tal como se muestra en las figuras F.4.2.3- - y F.4.2.3-4, basados en el rea bruta con la carga para la cual el estado de servicio es determinado.

d2f 1f 2f d1f d2f

1f 2f 2, F.4.2.3 32


F-238

F.4.2.4 ANCHOS EFECTIVOS DE ELEMENTOS BAJO COMPRESIN UNIFORME CON UNA PESTAA SIMPLE COMO RIGIDIZADOR DE BORDE Los anchos efectivos de elementos bajo compresin uniforme con un rigidizador simple de borde sern calculados de acuerdo con a) mediante determinacin de la resistencia y con b) determinacin de estado de servicio.

(a) Determinacin de la resistencia Para w t 0.328S : aI = 0 (No se necesita rigidizador de borde) b w= (F.4.2.4-1) 1 2b b w= = 2 (ver figura F.4.2.4-1) (F.4.2.4-2) s sd d= (F.4.2.4-3)

Para w t 0.328S> :

( ) (1b b 2 R= )I1

(ver figura F.4.2.4-1) (F.4.2.4-4)

2b b b= (ver figura F.4.2.4-1) (F.4.2.4-5) ( )s s Id d R= (F.4.2.4-6) Donde S 1.28 E f= (F.4.2.4-7) w = Dimensin plana definida en la figura F.4.2.4-1 t = Espesor de la seccin aI = Momento de Inercia adecuado del rigidizador de tal forma que cada elemento componente se

comporte como un elemento rigidizado.

= 3

4 4w t w t399t 0.328 t 115 5S S

+

= Porciones del ancho efectivo de diseo tal como son definidos en la figura F.4.2.4-1 = Ancho efectivo reducido del rigidizador tal como es definido en la figura F.4.2.4-1, y utilizado en

el clculo del total de propiedades de la seccin efectiva = Ancho efectivo del rigidizador calculado de acuerdo con la seccin F.4.2.3.2 (ver figura

F.4.2.4-1)

(F.4.2.4-8)

b = Ancho efectivo de diseo 1b , 2b

sd

sd

( )I s aR I I= 1 (F.4.2.4-9) Donde

= Momento de Inercia de la seccin completa del rigidizador alrededor de su propio eje centroidal paralelo al elemento a ser rigidizado. Para rigidizadores de borde, la esquina redondeada entre el rigidizador y el elemento a ser rigidizado no ser considerada como parte del rigidizador.

=

sI

( )3 2d t sen 12 (F.4.2.4-10) Para la definicin de las dems variables remitirse a la figura F.4.2.4-1. El ancho efectivo, , en las ecuaciones F.4.2.4-4 y F.4.2.4-5 se calcular de acuerdo con la seccin F.4.2.2.1 con el coefi iente de pandeo de placa, , tal como es dado en la tabla F.4.2.4-1 a continuacin:

bc k


F-239

Tabla F.4.2.4-1 Determinacin del coeficiente de pandeo de placa ( )k

Pestaa simple rigidizadora de borde ( )o o140 40 D w 0.25 0.25 D w 0.80< <

( )nI3.57 R 0.43 4+ ( )nI5D4.82 R 0.43 4w +

Donde

w t 1n 0.5824S 3

= (F.4.2.4-11)

Figura F.4.2.4-1 - Elementos con pestaa (labio) simple rigidizadora de borde

(b) Determinacin del Estado de servicio (deflexiones) - El ancho efectivo, db , usado en la determinacin del estado de servicio ser calculado de acuerdo con la seccin F.4.2.4(a) excepto que df reemplaza a f , donde df es el esfuerzo de compresin calculado en la seccin efectiva con la carga para la cual se determina el estado de servicio.

F.4.2.5 ANCHOS EFECTIVOS DE ELEMENTOS CON RIGIDIZADORES INTERMEDIOS SENCILLOS O MLTIPLES O ELEMENTOS DE BORDE CON RIGIDIZADORES INTERMEDIOS

F.4.2.5.1 Anchos efectivos de elementos bajo compresin uniforme con rigidizadores intermedios sencillos o mltiples La siguiente notacin es utilizada en esta seccin: gA = rea bruta del elemento, incluyendo rigidizadores.


F-240

sA = rea bruta del rigidizador

eb = Ancho efectivo del elemento, localizado en el centroide del elemento incluyendo rigidizadores, ver figura F.4.2.5-2

ob = Ancho plano total del elemento rigidizado, ver figura F.4.2.5-1

pb = Ancho plano del subelemento ms grande, ver figura F.4.2.5-1

fc = Distancia horizontal a partir del borde del elemento al eje (o ejes) del rigidizador (o rigidizadores), ver figura F.4.2.5-1

crF = Esfuerzo de pandeo elstico de la placa f = Esfuerzo de compresin uniforme actuante sobre el elemento plano h = Ancho de elementos adyacentes a elementos rigidizados (ejemplo. La altura del alma en una

seccin sombrero con rigidizadores intermedios mltiples en el ala a compresin es igual a h si los elementos adyacentes tienen diferentes anchos, utilizar el ms pequeo)

spI = Momento de Inercia del rigidizador alrededor del eje de la porcin plana del elemento. El radio que conecta al rigidizador con la parte plana puede ser incluido.

k = Coeficiente de pandeo de placa del elemento dk = Coeficiente de placa para pandeo distorsional

lock = Coeficiente de placa para pandeo local del subelemento

brL = Longitud no soportada entre puntos de arriostramiento u otras restricciones, las cuales restringen el pandeo distorsional del elemento

R = Factor de modificacin para el coeficiente distorsional de pandeo de placa n = Nmero de rigidizadores en el elemento t = Espesor del elemento i = ndice para el rigidizador "i" = Factor de esbeltez

= Factor de reduccin El ancho efectivo se determinar como sigue:

ge

Ab

t =

(F.4.2.5-1)

cuando 1 = 0.673 ( )1 0.22 = cuando (F.4.2.5-2)

Donde

0.673 >

cr

fF

= (F.4.2.5-3) Donde

( )22

cr 2 o

E tF kb12 1

= (F.4.2.5-4)

El coeficiente de pandeo de placa, , se determinar a partir del mnimo entre y , determinado de acuerdo con la seccin F.4.2.5.1.1 F.4.2.5.1.2, segn corresponda.

= el valor mnimo entre y (F.4.2.5-5)

cuando

k dRk lock

k dRk lock R 2= ob h 1<

o11 b h 1R5 2

= cuando ob h 1 (F.4.2.5-6)


F-241

F.4.2.5.1.1 Caso Especfico: n rigidizadores idnticos igualmente espaciados Para elementos bajo compresin uniforme con rigidizadores idnticos, mltiples e igualmente espaciados, los coeficientes de pandeo de placa y los anchos efectivos se calcularn como sigue:

a) Determinacin de la resistencia

( )2lock 4 n 1= + (F.4.2.5-7) ( ) ( )

( )( )22

d 2

1 1k

1 n 1

+ + +=

+ +n

(F.4.2.5-8)

Donde

( )( )1 41 n 1 = + + (F.4.2.5-9) Donde

sp3

o

10.92 I

b t = (F.4.2.5-10)

so

Ab t

= (F.4.2.5-11) Si se permitir utilizar la relacin br oL < b br oL b en lugar de para tener en cuenta el incremento en la capacidad debido al arriostramiento.

b) Determinacin del Estado de servicio - El ancho efectivo, db , utilizado en la

determinacin del estado de servicio se calcular de acuerdo con la seccin F.4.2.5.1.1(a), excepto que df substituir a f , donde df es el esfuerzo de compresin calculado sobre el elemento en consideracin, basado en la seccin efectiva para la carga en la cual el estado de servicio es determinado.

F.4.2.5.1.2 Caso General: Rigidizadores arbitrarios en nmero, localizacin y tamao Para elementos rigidizados bajo compresin uniforme con rigidizadores mltiples de tamao, localizacin y nmero arbitrario, los coeficientes de pandeo de placa y anchos efectivos se calcularn como sigue:

a) Determinacin de la resistencia

( )2loc o pk 4 b b= (F.4.2.5-12) ( )

( )22 n

i ii 1d 2 n

i ii 1

1 2k

1 2

==

+ + =

+ (F.4.2.5-13)

Donde

1 4ni i

i 12 1=

= + (F.4.2.5-14)

Donde ( )spi 3

o

10.92 I i

b t = (F.4.2.5-15)

2 ii

o

csen

b =

(F.4.2.5-16)


F-242

( )si

o

A ib t

= (F.4.2.5-17) Si se permitir utilizar la relacin br oL b< br oL b en lugar de para tener en cuenta el incremento en la capacidad debido al arriostramiento.

Figura F.4.2.5-1 - Anchos de placa (secciones planas) y ubicacin de rigidizadores

Figura F.4.2.5-2 - Localizaciones de anchos efectivos

b) Determinacin del Estado de servicio (deflexiones) - El ancho efectivo, db , utilizado en la determinacin del estado de servicio se calcular de acuerdo con la seccin F.4.2.5.1.2(a), excepto que df substituir a f , donde df es el esfuerzo de compresin calculado sobre el elemento en consideracin, basado en la seccin efectiva para la carga en la cual el estado de servicio es determinado.

F.4.2.5.2 Elementos de borde con rigidizadores intermedios

(a) Determinacin de la resistencia - Para elementos rigidizados de borde con rigidizadores

intermedios, el ancho efectivo, eb , se determinar como sigue: Si ob t 0.328 S> , el elemento es totalmente efectivo y no se requiere reducir el elemento por pandeo local Si ob t 0.328 S> , entonces el coeficiente de pandeo de placa, , se determinar a partir de las especificaciones brindadas por la seccin F.4.2.4, pero con en lugar de

k

ob w en todas las expresiones numricas Si el valor , calculado a partir de la seccin F.4.2.4, es menor a 4.0 , el rigidizador o rigidizadores intermedios debern ser ignorados y deben seguirse las especificaciones de la seccin F.4.2.4 para el clculo del ancho efectivo. Si el valor , calculado a partir de la seccin F.4.2.4, es igual a 4.0 , el ancho efectivo del elemento rigidizado de borde se calcular de acuerdo con las especificaciones de la seccin F.4.2.5.1, con la siguiente excepcin:

k ( )k 4 > y

yc y

e

10F10F F 19 36F

= (F.4.3.3-8)

Para e yF 0.56Fc eF F= (F.4.3.3-9)

Donde yF = Esfuerzo de fluencia de diseo determinado acorde con la seccin F.4.1.6.1

eF = Esfuerzo crtico elstico de pandeo torso-lateral calculado de acuerdo con (a) o (b), a continuacin:

(a) Para secciones de simetra sencilla, doble y de punto

(i) Para flexin alrededor del eje de simetra:


F-247

para secciones de simetra sencilla y doble

b oe e

f

C AF

S y t= (F.4.3.3-10)

Para secciones de simetra de punto

b oe e

f

C r AF

2S y t= (F.4.3.3-11)

Donde

maxb

max A B C

12.5 MC

2.5 M 3M 4M 3M= + + + (F.4.3.3-12)

Donde

maxM = Valor absoluto del momento mximo en el segmento no arriostrado

AM = Valor absoluto del momento en el cuarto del segmento no arriostrado

BM = Valor absoluto del momento en el centro del segmento no arriostrado

CM = Valor absoluto del momento a los tres-cuartos del segmento no arriostrado

bC puede ser tomado, de manera conservadora, igual a la unidad para todos los casos. Para voladizos donde el extremo libre no est arriostrado, , se tomar igual a la unidad.

bC

or = Radio polar de giro de la seccin transversal alrededor del centro de corte

= 2 2 2x y or r x+ + (F.4.3.3-13) Donde xr , = Radios de giro de la seccin transversal alrededor de los

ejes centroidales principales yr

ox = Distancia desde el centro de cortante al centroide, medida a lo largo del eje principal x , se toma como negativo

= rea transversal completa no reducida = Mdulo elstico de la seccin completa no reducida respecto

a la fibra extrema en compresin

A fS

( )2

ey 2y y y

E

K L r

= (F.4.3.3-14)

Donde

= Mdulo de elasticidad del acero = Factor de longitud efectiva para flexin alrededor del eje

= Longitud no arriostrada del miembro para flexin alrededor del eje

E yK y

yL y


F-248

( )2

wt 2 2

o t t

EC1 GJAr K L

= + (F.4.3.3-15)

Donde G = Mdulo de cortante J = Constante de torsin de Saint-Venant de la seccin transversal wC = Constante de alabeo torsional de la seccin transversal

tK = Factor de longitud efectiva para torsin

tL = Longitud no arriostrada del miembro para torsin Para secciones de simetra sencilla el eje es el eje de simetra orientado de tal forma que el centro de cortante tenga una coordenada negativa.

xx

Para secciones de simetra de punto, tales como secciones Z, el eje debe ser el eje centroidal perpendicular al alma.

x

Alternativamente, puede ser calculado usando la ecuacin dada en (b) para secciones I de simetra doble, secciones C de simetra sencilla, o secciones Z de simetra de punto.

eF

(ii) Para secciones de simetra sencilla con flexin alrededor del eje

centroidal perpendicular al eje de simetra:

( )2 2s exe s o tTF f

C AF j C j r

C S ex = + + (F.4.3.3-16)

sC 1= + para momento causando compresin en el lado del centro de

corte, medido desde el centroide sC 1= para momento causando tensin en el lado del centro de corte,

medido desde el centroide

( )2

ex 2x x x

E

K L r

= (F.4.3.3-17)

Donde

xK = Factor de longitud efectiva para flexin alrededor del eje = Longitud no arriostrada del miembro para flexin alrededor del

eje

x

xL x ( )TF 1 2C 0.6 0.4 M M= (F.4.3.3-18)

Donde

es el momento ms pequeo y es el momento ms grande en los extremos de la longitud no arrios a en el plano de flexin, y donde

1M 2Mtrad

1 2M M (relacin de momentos en el extremo) es positiva cuando y tienen el mismo signo (flexin de curvatura doble o reversa y

negativa cuando son de signos opuestos (flexin de curvatur ) ndo el momento flector en cualquier punto dentro de la longitud no

ostrada es ms grande que los momentos en ambos extremos de gitud, ser tomado igual a la unidad (1.00)

1M

2M )a sencilla

Cuaarriesta lon TFC


F-249

3 2o

y A A

1j x dA xy dA x2 I

= + (F.4.3.3-19)

(b) Para secciones I, secciones C de simetra sencilla, o secciones Z bajo flexin

alrededor del eje centroidal perpendicular al alma (eje x), es permitido el uso de las siguientes ecuaciones, para el clculo de eF , en lugar de las presentadas en el inciso a): Para secciones I con simetra doble y secciones de simetra sencilla C

( )2

b ye 2

f y y

C EdIF

S K L

= c (F.4.3.3-20)

Para secciones Z con simetra de punto

( )2

b ye 2

f y y

C EdIF

2S K L

= c (F.4.3.3-21)

Donde d = Altura de la seccin ycI = Momento de inercia de la porcin en compresin de la seccin, alrededor

del eje centroidal de la entera seccin paralelo al alma, utilizando la seccin completa no reducida.

Los otros trminos son definidos en (a)

F.4.3.3.1.2.2 Resistencia al pandeo torso-lateral de miembros de secciones cajn cerradas Para miembros cajn cerrados, la resistencia nominal a flexin (resistencia a momento), , se determinar como sigue: nM Si la longitud no arriostrada lateralmente del miembro es menor o igual a , la resistencia nominal a flexin (resistencia a momento) se determinar utilizando la seccin F.4.3.3.1.1.

debe ser calculado como sigue:

uL

uL

bu y

y f

0.36CL E

F S= GJI

, tal como se calcula en la ecuacin anterior, la resistencia nominal a flexin (resisten momento) se determinar de acuerdo con la seccin F.4.3.3.1.2.1, donde el esfuerzo ico de pandeo torso-lateral, , es calculado como sigue:

(F.4.3.3-22)

Las variables son definidas en la seccin F.4.3.3.1.2.1. Si la longitud no arriostrada lateralmente de un miembro es ms grande que uL

cia acrt

eF

be y

y y f

CF E

K L S= GJI (F.4.3.3-23)

Donde

= Constante torsional de la seccin cajn = Momento de inercia de la seccin completa no reducida alrededor de su eje centroidal

paralelo al alma Las otras variables son definidas en la seccin F.4.3.3.1.2.1.

J yI


F-250

F.4.3.3.1.3 Resistencia a flexin de miembros de seccin tubular cilndrica cerrada Para miembros de seccin tubular cilndrica cerrada que tienen una relacin dimetro exterior a espesor de pared, D t , no mayor a y0.441E F , la resistencia nominal a flexin (resistencia a momento), , ser calculada de acuerdo con la ecuacin F.4.3.3-24. El factor de resistencia dado en esta seccin se usar en la determinacin de la resistencia a flexin de diseo (resistencia a momento multiplicada por un factor) de acuerdo con el mtodo de diseo con coeficientes de carga y resistencia, DCCR, considerado en la seccin F.4.1.5.

nM

n cM F S= f (F.4.3.3-24) b 0.95 = (DCCR)

Para yD t 0.0714 E F c yF 1.25 F= (F.4.3.3-25)

Para y y0.0714 E F D t 0.318 E F<

yc y

E FF 0.970 0.020 F

D t

= + (F.4.3.3-26)

Para y y0.318 E F D t 0.441 E F<

( )cF 0.328E D t= (F.4.3.3-27) Donde D = Dimetro externo del tubo cilndrico t = Espesor cF = Esfuerzo crtico de pandeo flector

fS = Mdulo elstico de la seccin transversal completa no reducida respecto a la fibra extrema en compresin.

Las otras variables son definidas en la seccin F.4.3.3.1.2.1 F.4.3.3.1.4 Resistencia al pandeo distorsional Las especificaciones de este numeral aplicarn a secciones I, Z, C y otros miembros de seccin transversal abierta que emplean alas en compresin con rigidizadores de borde, con la excepcin de miembros que cumplen el criterio de la seccin F.4.4.6.1.1, F.4.4.6.1.2 cuando se emplea el factor de la ecuacin F.4.4.6-4, seccin F.4.4.6.2.1. La resistencia nominal a flexin (resistencia a momento) se calcular de acuerdo con las ecuaciones F.4.3.3-28 F.4.3.3-29. El factor de resistencia dado en esta seccin se usar en la determinacin de la resistencia a flexin de diseo (resistencia a momento multiplicada por un factor) de acuerdo con el mtodo de diseo con coeficientes de carga y resistencia, DCCR, considerado en la seccin F.4.1.5.

R

b 0.90 = (DCCR)

Para

(F.4.3.3-28) Para

d 0.673 n yM M=

d 0.673 > 0.5 0.5

crd crdn y

y y

M MM 1 0.22 M

M M

= (F.4.3.3-29)

Donde

d y cM M = rd (F.4.3.3-30)


F-251

y fyM S F= y

F

(F.4.3.3-31) Donde fyS = Mdulo elstico de la seccin completa no reducida respecto a la fibra extrema en la primera

fluencia crd f dM S= (F.4.3.3-32)

Donde fS = Mdulo elstico de la seccin completa no reducida respecto a la fibra extrema en

compresin dF = Esfuerzo de pandeo elstico distorsional calculado de acuerdo con cualquiera de las

secciones F.4.3.3.1.4(a), (b) (c)

(a) Disposiciones simplificadas para secciones C y Z no restringidas con pestaa rigidizadora simple Para secciones C y Z que no tienen restricciones rotacionales en el ala a compresin y estn dentro de los lmites dimensionales suministrados en esta seccin, se permite el uso de la ecuacin F.4.3.3-33 para un clculo predictivo conservador del esfuerzo de pandeo distorsional, . Remitirse a la seccin F.4.3.3.1.4(b) F.4.3.3.1.4(c) para disposiciones alternativas y para miembros fuera de los lmites dimensionales de esta seccin.

dF

Se aplicarn los siguientes lmites dimensionales:

(1) o50 h t 200 (2) o25 b t 100 (3) 6.25 D t 50< (4) o o45 90

1 2f f= , web 2 = )

(c) Anlisis racional de pandeo elstico - Se permitir el uso de un anlisis racional elstico que considera el pandeo distorsional en lugar de las expresiones dadas en la seccin F.4.3.3.1.4(a) (b). Aplicar el factor de resistencia registrado en la seccin F.4.3.3.1.4.

F.4.3.3.2 Cortante

F.4.3.3.2.1 Resistencia al corte de almas sin huecos La resistencia nominal a cortante, , ser calculada de acuerdo con la ecuacin F.4.3.3-44. El factor de resistencia dado en esta seccin se utilizar para la determinacin de la resistencia a cortante de diseo (resistencia a cortante multiplicada por un factor) de acuerdo con el mtodo de diseo con coeficientes de carga y resistencia, DCCR, considerado en la seccin F.4.1.5.

nV

n wV A F= v (F.4.3.3-44) v 0.95 = (DCCR)

(a) Para v yh t Ek F

v yF 0.60F= (F.4.3.3-45)

(b) Para v y v yEk F h t 1.51 Ek F<

( )v y

v0.60 Ek F

Fh t

= (F.4.3.3-46)

(c) Para v yh t 1.51 Ek F>

( ) ( )2

vv 22

EkF

12 1 h t

=

(F.4.3.3-47a)

( )2v0.904Ek h t= (F.4.3.3-47b) Donde

= Resistencia nominal al corte = rea del elemento alma

nV

wA ht= (F.4.3.3-48) Donde

= Altura de la porcin plana del alma medida a lo largo de su plano = Espesor del alma = Esfuerzo nominal de corte = Mdulo de elasticidad del acero = Coeficiente de pandeo al corte calculado de acuerdo con 1. 2. como sigue:

h t vF

E vk

(1) Para almas no reforzadas, vk 5.34= (2) Para almas con rigidizadores transversales que satisfacen los requi

seccin F.4.3.3.7

sitos de la


F-255

Cuando a h 1.0

( )v 25.34k 4.00a h

= + (F.4.3.3-49)

Cuando a h 1.0>

( )v 24.00k 5.34a h

= + (F.4.3.3-50)

Donde a = Longitud del panel de corte para el elemento alma no reforzado = Distancia libre entre rigidizadores transversales de elementos alma

reforzados yF = Esfuerzo de fluencia de diseo determinado acorde con la seccin

F.4.1.6.1 = Relacin de Poisson 0.3= Cuando el alma consta de dos o ms lminas, cada lmina debe considerarse como un elemento separado que soporta su parte correspondiente de cortante.

F.4.3.3.2.2 Resistencia al corte de almas de secciones C con huecos Las disposiciones de este numeral sern aplicables dentro de los siguientes lmites:

(1) hd h 0.7 (2) h t 200 (3) Huecos centrados en la mitad de la altura del alma (4) Distancia libre entre huecos 457 mm (18 pulgadas) (5) Radio en la esquina 2t para huecos no circulares. (6) hd 64 mm (2.5 pulgadas) y hL 114 mm (4.5 pulgadas) para huecos no circulares (7) Dimetro 152 mm (6 pulgadas) para huecos circulares (8) hd 14> mm (9/16 pulgada) Donde hd = Altura del hueco en el alma

h = Altura la porcin plana del alma medida a lo largo de su plano t = Espesor del alma

= Longitud del hueco en el alma Para almas de secciones C con huecos, la resistencia a cortante se calcular de acuerdo con la seccin F.4.3.3.2.1, multiplicada por el factor de reduccin, , tal y como es definido en este inciso. Cuando

hL

sq

c t 54 sq 1.0=

Cuando 5 c t 54 <

( )sq c 54t= (F.4.3.3-51) Donde

hc h 2 d 2.83= para huecos circulares (F.4.3.3-52) hc h 2 d 2= para huecos no circulares (F.4.3.3-53)

F.4.3.3.3 Flexin y corte combinados


F-256

F.4.3.3.3.1 Mtodo de Diseo con Coeficientes de Carga y Resistencia (DCCR) Para vigas bajo flexin y cortante combinados, la resistencia requerida a flexin (momento mayorado), M , y la resistencia requerida al corte (cortante mayorado), V , no deben exceder y b nM v nV , respectivamente. Para vigas con almas no reforzadas, la resistencia requerida a flexin (momento mayorado), M , y la resistencia requerida al corte, V , deben tambin satisfacer la siguiente ecuacin de interaccin:

2 2

b nxo v n

M V 1.0M V

+ (F.4.3.3-54)

Para vigas con rigidizadores transversales en el alma, cuando ( )b nxoM M 0.5 > y ( )v nV V 0. > 7 , M y V deben tambin satisfacer la siguiente ecuacin de interaccin:

b nxo v n

M V0.6 1.3M V

+ (F.4.3.3-55)

Donde

nM = Resistencia nominal (resistencia a momento) cuando solo se considera flexin M = Resistencia requerida a flexin (momento mayorado). uM M= (DCCR) b = Factor de resistencia para flexin (ver seccin F.4.3.3.1.1) nxoM = Resistencia nominal a flexin (resistencia a momento) alrededor del eje centroidal

determinado de acuerdo con la seccin F.4.3.3.1.1 x

V = Resistencia requerida a cortante (cortante mayorado). uV V= v = Factor de resistencia para cortante (ver seccin F.4.3.3.2)

= Resistencia nominal cuando se solo se considera cortante

F.4.3.3.4 Arrugamiento del alma

F.4.3.3.4.1 Resistencia a arrugamiento de almas sin huecos La resistencia nominal a arrugamiento del alma, , se determinar de acuerdo con la ecuacin F.4.3.3-56 F.4.3.3-57, segn sea aplicable. Los factores de resistencia en las tablas F.4.3.3-1 a F.4.3.3-5 se usarn para la determinacin de la resistencia de diseo (resistencia multiplicada por un factor) de acuerdo con el mtodo de diseo con coeficientes de carga y resistencia, DCCR, considerado en la seccin F.4.1.5.

nV

nP

2n y R N h

R NP Ct F sen 1 C 1 C 1 Ct t

= + h

t

(F.4.3.3-56)

Donde

= Resistencia nominal a arrugamiento del alma = Coeficiente de la tabla F.4.3.3-1, F.4.3.3

Capítulo f.4 Estructuras de Acero Con Perfiles de Lamina Doblada en Frio

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