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DISEO SIMPLIFICADO DE MIEMBROS DE ACERO A COMPRESIN BASADO EN LA NSR-2010

CARLOS A. PEA MONTENEGRO Estudiante de Ingeniera Civil, Universidad Nacional de Colombia, Medelln, capenamon@unal.edu.co

LUIS GARZA VSQUEZ Profesor Universidad Nacional de Colombia, Medelln, lgarza@unal.edu.co

1. INTRODUCCION

En este artculo se presenta el procedimiento para encontrar la resistencia a compresin pura de miembros estructurales de simetra doble y ngulos dobles en acero segn la Norma Sismo Resistente 2010, a partir de un diagrama de flujo que ilustra los pasos requeridos para el diseo de acuerdo al captulo F.2.5. Adems se propone una simplificacin que facilita el diseo con criterios conservadores. Este procedimiento se ilustra con unos ejemplos aclaratorios.

2. NOMENCLATURA

A: rea total de la seccin transversal del miembro, mm2 Ab: rea del conector, mm2 Ae: Sumatoria de las reas efectivas de los elementos de la seccin transversal, calculadas con base en los

anchos efectivos reducidos, be, mm2 Ag: rea bruta del miembro, mm2 Ai: rea de un ngulo, mm2 Cw: Constante de alabeo, mm6 D: Dimetro exterior para secciones circulares cargadas axialmente, mm E: Modulo de elasticidad del acero 200.000 Mpa Fcr: Esfuerzo de pandeo determinado analticamente, Mpa Fe: Esfuerzo critico de pandeo elstico calculado segn corresponda en el capitulo F.2.5 o mediante un

anlisis de pandeo elstico, Mpa Fy: Esfuerzo de fluencia mnimo especificado para el tipo de acero usado, Mpa G: Mdulo de elasticidad a cortante del acero 77.200 Mpa Ib: Inercia del conector asociada a la flexin Ix,Iy: Momento de inercia alrededor de los ejes principales, mm4 J: Constante torsional, mm4 L: Longitud no arriostrada del miembro en el plano en que se considera el pandeo, mm Lb: Longitud del conector medida entre los centroides de los ngulos, mm L/r: Relacin de esbeltez (L/r)m: Relacin de esbeltez modificada para el miembro armado (L/r)0: Relacin de esbeltez del miembro armado, tratado como una unidad en la direccin de pandeo considerada PF: Pandeo por flexin PFT: Pandeo por flexo-torsin PL: Pandeo local Pn: Resistencia nominal a compresin, N PT: Pandeo por torsin Q: =1 para miembros con secciones esbeltas, segn las definiciones del numeral F.2.2.4.1 (NSR 2010) para

elementos bajo esfuerzos de compresin uniforme =QsQa para miembros con secciones esbeltas, segn las definiciones del numeral F.2.2.4.1 (NSR 2010)

para elementos bajo esfuerzos de compresin uniforme. Qa: Factor de reduccin para una seccin con elementos atiesados esbeltos Qs: Factor de reduccin para elementos no atiesados esbeltos a: Distancia entre conectores, mm b: Ancho total del elemento a compresin no atiesado de la mayor aleta del ngulo, segn el

numeral F.2.2.4 , mm be: Ancho efectivo reducido, mm bei: Ancho efectivo reducido de cada elemento, mm bi: Ancho total del elemento a compresin no atiesado de cada aleta del ngulo, segn el

numeral F.2.2.4 , mm

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h: Distancia entre centroides de los componentes individuales, medida perpendicularmente al eje de pandeo del miembro, mm

ho: Distancia entre centroides de aletas, mm n: Factor de forma para deformaciones por cortante =3.33 para conectores en perfil angular =1.2 para conectores de seccin rectangular =1.11 para conectores circulares r: Radio de giro asociado al modo de pandeo considerado, mm ro: Radio polar de giro con respecto al centro de corte, mm rx: Radio de giro alrededor del eje geomtrico paralelo a la aleta conectada, mm ry: Radio de giro alrededor del eje y, mm rz: Radio de giro para el eje principal menor, mm ri: Radio mnimo de giro de un componente individual, mm rib: Radio de giro de un componente individual relativo a su eje centroidal paralelo al eje de pandeo del

miembro, mm tw: Espesor del alma, mm t: Espesor de pared del elemento, mm yc: Distancia del centro de la aleta al centroide, mm ys: Distancia del centro de corte al centroide, mm x0, y0: Coordenadas del centro de corte con respecto al centroide, mm : Relacin de separacin =h/2rib : Factor de resistencia para compresin Pn: Resistencia de diseo a compresin, N

En los diagramas de flujo se utilizan las siguientes convenciones:

Proceso

Decisin

Terminador

Sub rutina

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3. PROCEDIMIENTO COMPLETO

La norma NSR 10 presenta la tabla F.2.5.1-1, que se muestra a continuacin, como una ayuda para visualizar los numerales de la norma que aplican para cada caso particular, en este trabajo se presenta un procedimiento para miembros de doble simetra (casos 1,3 y 4) y otro procedimiento separado para ngulos dobles (caso 6). Se han seleccionado estos casos por ser los de miembros estructurales ms frecuentes en la prctica.

Tabla F.2.5.1-1 Seleccin de los numerales aplicables para el diseo a compresin

El diagrama de flujo que se presenta a continuacin para miembros de doble simetra est dividido en tres partes para facilitar su consulta, en el primer diagrama se hace referencia a las dos subrutinas que se requieren para evaluar la esbeltez de los miembros. En los ejemplos 5.1, 5.2 y 5.3 se ilustran 1,3 y 4 de la tabla anterior.

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FIN

Si No

Compresin en miembros con simetra doble

ye QFF 44,0

1Esbeltez de elementos

atiesados

2Esbeltez de elementos

No atiesados

No

ecr FF 877,0=

200,