ManualDE

Aplicación

DE ÁNGULOS DE ACEROLAMINADOS EN CALIENTE

ASTM A572 GRADO 50

MANUAL DE APLICACIÓN DE ÁNGULOSDE ACERO LAMINADOS EN CALIENTE

ASTM A572 GRADO 50

CONTENIDOPAG.

1. Presentación............................................................ 3

2. Comparación entre los aceros ASTM A36y ASTM A572 Grado 50........................................... 5

3. Propiedades geométricas para diseño..................... 9

4. Certificados de calidad........................................... 13

5. Especificaciones de diseño.................................... 17

6. Miembros en tracción............................................. 19

7. Miembros en compresión....................................... 23

8. Miembros en flexión............................................... 35

9. Procedimiento de soldadura .................................. 39

10. Protección.............................................................. 45

Anexo A:Especificaciones para miembros en tracción................ 49

Anexo B:Especificaciones para miembros en compresión.......... 55

1era EDICIÓN

1. Presentación

Desde hace más de 30 años la industria de la construccióndel Perú ha usado ángulos de la calidad ASTM A36 para lafabricación de estructuras de acero. La industria de laconstrucción en los Estados Unidos y Europa está usandoaceros de mayor límite de fluencia en la fabricación deestructuras metálicas obteniendo de esta manera estructurasmás livianas y de menores costos.

La fabricación de ángulos de mayor resistencia por parte deAceros Arequipa permitirá ir con la tendencia mundial en eluso de aceros de mayor resistencia y permitirá mayoresbeneficios económicos.

CORPORACIÓN ACEROS AREQUIPA S.A.

2. Comparación entre los aceros ASTM A36 yASTM A572 Grado 50

Las características técnicas del acero ASTM A572 Grado 50comparadas con el acero ASTM A36 se indican acontinuación:

Composición química

Los aceros estructurales más conocidos son los Aceros alcarbono (ASTM A36) y los denominados Aceros de altaresistencia (ASTM A572 Grado 50) que consiguen esaresistencia gracias a la incorporación de otros elementosquímicos.

A continuación se presenta una tabla con los requerimientosquímicos para estos tipos de acero:

Requerimientos químicos (análisis de colada)

Componente ASTM A36 ASTM A572-50% carbono 0.26 máx. 0.23 máx.% manganeso no especifica 1.35 máx.% fósforo 0.04 máx. 0.04 máx.% azufre 0.05 máx. 0.05 máx.% silicio 0.40 máx. 0.40 máx.% vanadio no especifica 0.01 - 0.15% columbio no especifica 0.005 - 0.05

* Los porcentajes están dados en peso.

Propiedades Mecánicas - valores mínimos

Propiedad ASTM A36 ASTM A572-50

Límite de fluencia, kg/cm2 2540 (36) 3520 (50)Resistencia a la tracción, kg/cm2 4080 (58) 4580 (65)% de alargamiento en 8" 20 18

Los valores entre paréntesis indican las propiedades enklibras/pulg2.

Miembros en tracción

Para determinar el ahorro en peso que se consigue usando elacero ASTM A572 Grado 50 respecto al acero A36,consideramos una varilla de 1000 mm de longitud, a la quese aplica una carga de 10000 kg. Los resultados se muestranen la siguiente tabla:

Acero A36 A572 G50Punto de fluencia, kg/cm2 2540 3520Esfuerzo permisible*, kg/cm2 1524 2112Área requerida, cm2 6.56 4.73Peso relativo 1.000 0.721

* Según AISC ASD 89

De esto se resume que, el requerimiento en peso de usaracero ASTM A572 Grado 50 es menor en 27.8% que el usarel ASTM A36.

Por otro lado, de una comparación de la carga admisible entracción de perfiles angulares de ambas calidades de acero,se consigue un incremento de capacidad con ASTM A572Grado 50 del orden del 38.8 % respecto al ASTM A36.

Los resultados de estos cálculos se muestran en el siguientegráfico:

Carga admisible en tracción para ángulos dobles

0

10

20

30

40

50

L2x3/16 L2x1/4 L2.1/2x3/16 L2.1/2x1/4 L3x1/4 L3x5/16

Car

ga a

dmis

ible

(to

n)

A36

A572 Grado 50

* Según AISC ASD 89 Perfil

Miembros en compresión

El incremento de la capacidad de carga admisible enmiembros en compresión es variable, esto debido la longitudefectiva de pandeo del miembro.

A continuación se presenta el beneficio que se logra usandoacero ASTM A572 Grado 50 frente al ASTM A36. A modode ilustración se muestra los resultados obtenidos paramiembros conformados por dos ángulos de 3”x3”x5/16”.

Carga admisible en compresiónpara ángulos dobles L3”x5/16”

0

10

20

30

40

50

0 60 90 120

150

180

210

240

270

300

330

360

390

420

450

Car

ga a

dmis

ible

(to

n)

A36

A572 Grado 50

* Según AISC ASD 89 Longitud efectiva (cm)

Se aprecia en el gráfico un incremento de la capacidad sobreel 30% cuando la longitud del elemento es menor a 150cm;para 210cm un incremento del 18%. Por sobre los 300cm nose aprecia incremento en la capacidad.

3. Propiedades geométricas para diseño

En la Tabla 1 se proporcionan las propiedades geométricaspara los perfiles angulares fabricados por Aceros Arequipa.

Para secciones conformadas por dos ángulos igualescolocados lado a lado con separaciones de 0, 3/8” y 3/4” laspropiedades geométricas se encuentran en la Tabla 2.

Tabla 1. PROPIEDADES GEOMÉTRICAS DE SECCIÓN ÁNGULO SIMPLE

Eje X-X y Eje Y-Y Eje Z-Z

Perfil k Peso por m. Area I S r x e y rIn. In. kg cm2 cm4 cm3 cm cm cm

L3 x 3 x 5/16 5/8 9.080 11.48 62.85 11.59 2.34 2.20 1.501/4 9/16 7.290 9.29 51.61 9.45 2.36 2.14 1.50

L21/2 x 21/2 x 1/4 9/16 6.100 7.68 29.26 6.46 1.95 1.82 1.253/16 1/2 4.570 5.82 22.77 4.96 1.98 1.76 1.26

L2 x 2 x 1/4 1/2 4.750 6.05 14.48 4.04 1.55 1.50 0.993/16 7/16 3.631 4.61 11.32 3.12 1.57 1.45 1.00

YZ

Xyk

xZ

Tabla 2. PROPIEDADES GEOMÉTRICAS DE SECCIÓN ÁNGULOS DOBLES

Eje Y-YEje X-X Radio de giro (cm)

Perfil Peso por m. Area I S r y Separación de ángulosin kg cm2 cm4 cm3 cm cm 0 3/8" 3/4"

L3 x 3 x 5/16 18.16 22.90 125.70 23.20 2.34 2.20 3.20 3.56 3.941/4 14.58 18.58 103.64 18.90 2.36 2.14 3.20 3.53 3.89

L21/2 x 21/2 x 1/4 12.20 15.35 58.69 12.90 1.95 1.82 2.67 3.02 3.403/16 9.14 11.61 45.37 9.90 1.98 1.76 2.64 3.00 3.35

L2 x 2 x 1/4 9.50 12.13 28.93 8.10 1.55 1.50 2.16 2.51 2.903/16 7.26 9.23 22.68 6.20 1.57 1.45 2.13 2.48 2.87

Y

sy

X

4. Certificados de calidad

El cumplimiento de las propiedades mecánicas de nuestrosperfiles según la Norma ASTM A572 Grado 50 quedacertificado según Informe Técnico del Laboratorio deMateriales de la Pontificia Universidad Católica del Perú.

El Ensayo de Tracción se realizó en cuatro muestrasextraídas de perfiles angulares de 2x2x1/4”.

Según los resultados que se aprecian a continuación, losesfuerzos o tensiones alcanzados tanto de fluencia comomáximos están por encima de los valores nominales queindica la Norma ASTM A572 Grado 50.

Los resultados de alargamiento o elongación que alcanzanlas muestras también cumplen con lo especificado en laNorma.

Por otro lado, el cumplimiento de los requisitos de pesos,medidas y propiedades mecánicas está garantizado en todanuestra producción pues nuestra empresa se rige en todo suproceso bajo los estándares de calidad mundial certificadocon el ISO 9002 cuya certificación poseemos; tanto paranuestra Planta N° 1 en Arequipa Certificado N° 33215 comopara nuestra Planta de Pisco Certificado N° 32450.

5. Especificaciones de diseño

Todo cálculo que se está presentando en este Manual serealiza en base a la norma Americana para el diseño deestructuras de acero Specification for Structural SteelBuildings, en su última edición por el AMERICANINSTITUTE OF STEEL CONSTRUCTION - AISC.

La norma Americana en la actualidad presenta dos formatospara el diseño estructural en acero. El diseño por esfuerzospermisible Allowable Stress Design - ASD, en su novenaedición de 1989 y el diseño por factores de carga yresistencia, Load and Resistance Factors Design - LRFD, ensu segunda edición de 1993.

Hasta la aprobación de la norma Peruana para el diseño deestructuras de acero, los cálculos se ejecutarán a base de lanorma Americana.

Los cálculos y tablas que se presentan en este manual estándeterminados empleando el formato de esfuerzos permisible.

6. Miembros en tracción

Los miembros en tracción son desde el punto de vista delaprovechamiento del material altamente eficientes por estarexentos de los problemas de pandeo.

Las Especificaciones para el diseño de miembros en tracciónse presentan en el Anexo A.

El acero ASTM A572 Grado 50 tiene un punto de fluenciade Fy = 3520 kg/cm2, para los perfiles angulares se tiene unacarga máxima admisible de:

Perfil Area (cm2) Carga admisible (kg)L2x3/16 4.61 9740L2x1/4 6.05 12790L2.1/2x3/16 5.82 12300L2.1/2x1/4 7.68 16230L3x1/4 9.29 19640L3x5/16 11.48 24260

Para el caso de miembros en tracción diseñados con perfilesangulares dobles de acero ASTM A36, estos pueden serreemplazados con perfiles angulares dobles ASTM A572Grado 50 usando la misma longitud de alas pero con 1/16 dereducción en espesor. Así se tiene:

Perfil A36 Perfil A572 G50 reducción en peso2L2x2x1/4 2L2x2x3/16 23.9 %2L2.1/2x2.1/2x1/4 2L2.1/2x2.1/2x3/16 24.3 %2L3x3x5/16 2L3x3x1/4 18.8 %

Sin embargo, la condición de fractura en las conexiones debetambién ser controlada. Es así que, como ayuda al diseñadorse presentan tablas que indican la correcta ejecución de loshuecos en el caso de resolver conexiones mediante pernos yvalores de áreas neta para conexiones de ángulos simples ydobles con uno, dos y cuatro huecos.

Tabla 3. GRAMIL RECOMENDADO PARA ÁNGULOS

Perfil g d - g φPerno máxmm mm

L3 x 3 x 5/16 40 35 3/4"1/4 40 35 3/4"

L21/2 x 21/2 x 1/4 35 27 3/4"3/16 35 27 3/4"

L2 x 2 x 1/4 30 20 1/2"3/16 30 20 1/2"

DIÁMETRO DEL AGUJERO

φ Perno Dmm

1/2"5/8"3/4"

151821

D

g

d

Tabla 4. ÁREAS NETAS PARA ÁNGULOS EN cm2

Perfil ángulo simple un hueco ángulo simple 2 huecos ángulos dobles 2 huecos ángulos dobles 4 huecos

1/2" 5/8" 3/4" 1/2" 5/8" 3/4" 1/2" 5/8" 3/4" 1/2" 5/8" 3/4"

L3 x 3 x 5/16 10.29 10.06 9.82 9.10 8.63 8.15 20.59 20.11 19.63 18.21 17.25 16.301/4 8.34 8.15 7.96 7.39 7.00 6.62 16.68 16.29 15.91 14.77 14.01 13.25

L21/2 x 21/2 x 1/4 6.72 6.53 6.34 5.77 5.39 5.01 13.45 13.07 12.69 11.54 10.78 10.023/16 5.10 4.96 4.82 4.39 4.10 3.82 10.21 9.92 9.64 8.78 8.21 7.64

L2 x 2 x 1/4 5.10 -- -- 4.15 -- -- 10.20 -- -- 8.29 -- --3/16 3.90 -- -- 3.18 -- -- 7.80 -- -- 6.37 -- --

7. Miembros en compresión

Las Especificaciones para el diseño de miembros encompresión se presentan en el Anexo B.

Se presentan tablas para el uso de los perfiles angularessimples y dobles bajo cargas de compresión.

Los valores de esfuerzo admisible para miembros encompresión con acero ASTM A572 Grado 50 se presenta enla Tabla 5, teniendo en consideración que 107 es el valor derelación de esbeltez que divide el rango inelástico al elásticode pandeo; y de valor 1.0 como factor de reducción deesfuerzo por pandeo local.

Las propiedades flexotorsionales de ángulos simples seproporcionan en la Tabla 6.

Tabla 5. ESFUERZO ADMISIBLE DE COMPRESIÓN

Kl/r Fa Kl/r Fa Kl/r Fa Kl/r Fa Kl/r Fa

1 2109 41 1810 81 1325 121 719 161 4062 2104 42 1800 82 1311 122 707 162 4013 2100 43 1790 83 1297 123 695 163 3964 2095 44 1780 84 1282 124 684 164 3915 2089 45 1769 85 1268 125 673 165 3866 2084 46 1759 86 1253 126 663 166 3827 2079 47 1748 87 1238 127 652 167 3778 2073 48 1737 88 1223 128 642 168 3739 2067 49 1727 89 1208 129 632 169 368

10 2061 50 1716 90 1193 130 623 170 36411 2055 51 1705 91 1178 131 613 171 36012 2049 52 1693 92 1163 132 604 172 35613 2042 53 1682 93 1147 133 595 173 35214 2036 54 1671 94 1132 134 586 174 34815 2029 55 1659 95 1116 135 577 175 34416 2022 56 1648 96 1100 136 569 176 34017 2016 57 1636 97 1084 137 561 177 33618 2008 58 1624 98 1068 138 552 178 33219 2001 59 1613 99 1052 139 545 179 32820 1994 60 1601 100 1036 140 537 180 32521 1986 61 1588 101 1020 141 529 181 32122 1979 62 1576 102 1003 142 522 182 31823 1971 63 1564 103 987 143 515 183 31424 1963 64 1552 104 970 144 507 184 31125 1955 65 1539 105 953 145 500 185 30726 1947 66 1527 106 936 146 494 186 30427 1939 67 1514 107 919 147 487 187 30128 1930 68 1501 108 902 148 480 188 29829 1922 69 1488 109 886 149 474 189 29530 1913 70 1475 110 870 150 468 190 29131 1904 71 1462 111 854 151 461 191 28832 1895 72 1449 112 839 152 455 192 28533 1886 73 1436 113 824 153 449 193 28234 1877 74 1422 114 810 154 444 194 28035 1868 75 1409 115 796 155 438 195 27736 1859 76 1395 116 782 156 432 196 27437 1849 77 1381 117 769 157 427 197 27138 1840 78 1367 118 756 158 421 198 26839 1830 79 1354 119 743 159 416 199 26640 1820 80 1340 120 731 160 411 200 263

Tabla 6. PROPIEDADES FLEXOTORSIONALES ÁNGULO SIMPLE

Perfil Peso Area J xo ro rn rz

kg/m cm2 cm4 cm cm cm cm

L3 x 3 x 5/16 9.080 11.48 2.41 2.54 4.17 2.95 1.501/4 7.290 9.29 1.25 2.59 4.22 2.98 1.50

L21/2 x 21/2 x 1/4 6.100 7.68 1.03 2.12 3.48 2.46 1.253/16 4.750 5.82 0.44 2.15 3.53 2.50 1.26

L2 x 2 x 1/4 4.750 6.05 0.81 1.70 2.77 1.95 0.993/16 3.631 4.61 0.35 1.70 2.79 1.98 1.00

YZN

X

N Z

Carga admisible de compresión para ángulossimples ASTM A572 Grado 50

El caso de ángulos simples cargados concéntricamente sepuede presentar en miembros de torres de transmisión o decomunicaciones, es así que se presenta a continuación unatabla de la carga admisible de compresión para cada uno denuestros perfiles.

En los siguientes ejemplos se ilustra el empleo de la Tabla 7en casos prácticos:

EJEMPLO 1Para un ángulos de 2”x2”x1/4” hallar la carga admisiblesabiendo que el material es ASTM A572 Grado 50, si ladistancia entre los apoyos con extremo articulado es 100 cm.

De la Tabla 5:

A = 6.05 cm2

rz = 0.99 cmFy = 3520 kg/cm2

Solución:Primero hallemos la relación de esbeltez del ala

b/t = 5.08/0.635 = 8

Comparando este valor con el dado por la fórmula paraángulos simples:

Pa = ?

100 cm

SECCIÓN

Pa

640/ 3520 = 10.8 > 8 ∴ Q = 1 (no existe pandeo local)

Calculemos ahora el esfuerzo admisible de compresión Fa,sin considerar excentricidad para el pandeo flexionalalrededor de su eje principal menor:

Kl

r z

= 100/0.99 = 101

De la Tabla 6 se determina el esfuerzo admisible decompresión para Fy = 3520 kg/cm2.

Fa = 1020 kg/cm2

Verificando la posibilidad de pandeo flexotorsional:

Kl

r max

= 101 >

5 4. ( / )b t

Q =

5 4 8

1

. ( ) = 43.2

∴ El pandeo flexotorsional no controla.

Pa = Fa A = 1020 (6.05) = 6170 kg.

Por otro lado, haciendo uso de la Tabla 7, interpolamosvalores entre longitudes efectivas de 90 y 120 cm:

7140100 90

120 904340 7140 6200+

−−

− =( ) kg.

∴ La carga admisible para este ángulo de 90 cm es 6200 kg.

EJEMPLO 2Un miembro de una columna de celosía está formado por unángulo de 3x3x5/16” y tiene una longitud libre en el sentidodel eje X de 90 cm y de 45 cm en el sentido del eje Y. Hallarla carga admisible. Acero Fy = 3520 kg/cm2.

Solución:Dado que todos los miembros se consideran articulado-articulado, K =1. Las relaciones de esbeltez alrededor decada eje son:

Kl

rx

x

=×

=1 90

2 34385

..

Kl

ry

y

=×

=1 45

2 3419 2

..

Kl

rz

z

=×

=1 90

15060

. ∴ pandeará alrededor del eje Z.

En realidad, los ángulos simples siempre pandearán alrededordel eje Z (eje débil); de la Tabla 7 se tiene:La carga admisible es 18310 kg (Kl = 90 cm).

De la Tabla 1:

A = 11.48 cm2

rx = ry = 2.34 cm4

rz = 1.50 cm

sección

lxly

y x

Tabla 7. CARGA ADMISIBLE DE COMPRESIÓN EN kg

Perfil L2"x2" L21/2"x2.1/2" L3"x3"l 1/4" 3/16" 1/4" 3/16" 5/16" 1/4"

0 10370 7490 12660 8740 19100 14540

30 10320 7460 12620 8710 19060 1451060 9620 7340 12500 8630 18950 1442090 7140 5490 11070 7760 18310 14220120 4340 3360 8390 5920 15330 11900150 2780 2150 5560 3940 11860 9210

180 3860 2740 8360 6490210 2840 2010 6140 4770240 4700 3650270 3450 2680

Z N

NZ

Carga admisible de compresión para ángulosdobles ASTM A572 Grado 50

El caso de ángulos dobles se presenta frecuentementeformando parte de vigas de celosía en estructuras decubierta, así como también forman parte de armaduras ypórticos de celosía. En los siguientes ejemplos se ilustra elempleo de las Tablas 8 y 9:

EJEMPLO 3En la viga mostrada, determinar la carga admisible de labrida superior sometida a esfuerzos de compresión.Usar 2 L3×3×1/4” ASTM A572 Grado 50.

Solución:En este caso, las longitudes de pandeo alrededor de los ejesX e Y son diferentes, así se tiene:

Klx = 150 cm, Kly = 300 cm

Carga admisible de compresión (Klx, Tabla 8) = 27700 kgCarga admisible de compresión (Kly, Tabla 9) = 21400 kg

∴ La carga admisible de 2 L3×3×1/4” para las condicionespresentadas es de 21400 kg.

300cm

300cmcorrea

brida sup.

sección debrida superior

EJEMPLO 4Sobre la montante mostrada actúa una carga de servicio de16000 kg (compresión). Determinar la solución óptima enángulos dobles. ASTM A572 Grado 50.

Solución:Como el criterio de optimización se considera el pesomínimo, según la Tabla 2, los perfiles formados por ángulosdobles están ordenados, del más liviano al más pesado:

1) 2 L2×2×3/16 4) 2 L2.1/2×2.1/2×1/42) 2 L2.1/2×2.1/2×3/16 5) 2 L3×3×1/43) 2 L2×2×1/4 6) 2 L3×3×5/16

Como Klx = Kly = 120 cm, se tiene que verificar por pandeoalrededor del eje X e Y para seleccionar los ángulos solución:

Por pandeo alrededor del eje X, de la Tabla 8, se tienen2L2.1/2×2.1/2×3/16 cumplen con Pa = 17300 kg >16000 kg.

Sin embargo, por pandeo alrededor del eje Y (de la Tabla 9),este perfil sólo soporta 15900 kg < 16000 kg.

Entonces, elegimos el perfil inmediato superior en peso,2 L2×2×1/4” y se tiene de las Tablas 8 y 9, respectivamente:

Pandeo alrededor del eje X (Tabla 8): 16400 kgPandeo alrededor del eje Y (Tabla 9): 20500 kg

∴ La solución es 2 L2×2×1/4” que para las condicionesplanteadas tiene carga admisible de 16400 kg > 16000 kg.

120cm

Tabla 8. CARGA ADMISIBLE DE COMPRESIÓN EN TONELADASLONGITUD EFECTIVA ALREDEDOR DEL EJE X-X

Perfil L2"x2" L2.1/2"x2.1/2" L3"x3"

l 1/4" 3/16" 1/4" 3/16" 5/16" 1/4"

Fy 36 50 36 50 36 50 36 50 36 50 36 500 18.6 25.5 14.1 19.5 23.2 32.3 17.3 22.7 35.0 48.6 28.2 37.7

60 16.4 22.3 12.7 16.8 21.4 29.1 15.9 20.5 32.7 44.5 26.4 35.090 15.0 19.5 11.4 15.0 20.0 26.8 15.0 19.1 30.9 41.4 25.0 32.7120 13.2 16.4 10.0 12.7 18.6 24.1 14.1 17.3 29.1 38.6 23.6 30.5150 11.4 12.7 8.6 10.0 16.8 20.9 12.7 15.0 27.3 35.5 22.3 27.7180 9.1 9.1 6.8 7.3 15.0 17.3 11.4 12.7 25.0 31.4 20.5 25.0

210 6.8 6.8 5.5 5.5 12.7 13.6 9.5 10.5 22.7 26.8 18.6 21.8240 5.0 5.0 4.1 4.1 10.5 10.5 8.2 8.2 20.0 22.3 16.4 18.2270 4.1 4.1 3.2 3.2 8.2 8.2 6.4 6.4 17.3 17.7 14.1 14.5300 3.2 3.2 2.7 2.7 6.8 6.8 5.0 5.0 14.1 14.1 11.8 11.8330 5.5 5.5 4.1 4.1 11.8 11.8 9.5 9.5360 4.5 4.5 3.6 3.6 10.0 10.0 8.2 8.2

390 8.6 8.6 6.8 6.8420 7.3 7.3 5.9 5.9450 6.4 6.4 5.0 5.0

XX

3/8”

Perfil L2"x2" L2.1/2"x2.1/2" L3"x3"l 1/4" 3/16" 1/4" 3/16" 5/16" 1/4"

Fy 36 50 36 50 36 50 36 50 36 50 36 500 18.6 25.5 14.1 19.5 23.2 32.3 17.3 22.7 35.0 48.6 28.2 37.7

60 15.9 21.4 11.4 15.0 19.5 25.9 13.2 16.4 29.5 39.5 22.7 28.690 15.9 21.4 11.4 15.0 19.5 25.5 13.2 15.9 29.1 39.1 22.3 28.2120 15.5 20.5 11.4 14.5 19.1 25.0 13.2 15.9 29.1 38.6 22.3 28.2150 14.5 18.6 10.9 13.6 18.6 24.5 12.7 15.5 28.6 37.7 21.8 27.7180 13.6 16.8 10.0 12.3 18.2 23.2 12.7 15.0 28.2 36.8 21.8 27.3

210 12.3 15.0 9.1 10.9 17.3 21.4 12.3 14.5 26.8 34.5 20.9 25.9240 11.4 12.7 8.2 9.5 15.9 19.5 11.4 13.2 25.9 32.7 20.5 25.0270 10.0 10.5 7.3 7.7 15.0 17.3 10.5 11.8 24.5 30.0 19.1 23.2300 8.6 8.6 6.4 6.4 13.6 15.0 10.0 10.5 23.2 27.7 18.2 21.4330 7.3 7.3 5.0 5.0 12.3 12.7 8.6 9.1 21.4 24.5 16.8 19.1360 5.9 5.9 4.5 4.5 10.5 10.5 7.7 7.7 20.0 21.8 15.9 16.8

390 5.0 5.0 3.6 3.6 9.1 9.1 6.8 6.8 18.2 19.1 14.1 14.5420 4.5 4.5 3.2 3.2 7.7 7.7 5.9 5.9 16.4 16.4 12.7 12.7450 3.6 3.6 2.7 2.7 6.8 6.8 5.0 5.0 14.5 14.5 11.4 11.4480 3.2 3.2 2.3 2.3 5.9 5.9 4.5 4.5 12.7 12.7 10.0 10.0540 5.0 5.0 3.6 3.6 10.0 10.0 7.7 7.7600 8.2 8.2 6.4 6.4

3/8”

Y

Tabla 9. CARGA ADMISIBLE DE COMPRESIÓN EN TONELADAS LONGITUD EFECTIVA ALREDEDOR DEL EJE Y-Y

Tabla 10. CARGA ADMISIBLE DE COMPRESIÓNCOLUMNAS SIMPLEX (en toneladas)

Designación L2"x2"x3/16" L3"x3"x5/16"Lado B (cm) 15 20 22 25 35 40Barra (mm) 12 12 12 12 25 25paso (cm) 15 20 22 25 35 40

0 40.3 40.3 40.3 40.3 96.5 96.5

60 39.3 39.6 39.7 39.8 95.7 95.890 38.8 39.2 39.4 39.5 95.3 95.5120 38.1 38.8 39.0 39.2 94.8 95.0150 37.4 38.4 38.6 38.9 94.3 94.5180 36.7 37.9 38.2 38.5 93.7 94.2

210 35.9 37.4 37.8 38.2 93.2 93.7240 35.1 36.9 37.3 37.8 92.6 93.2270 34.2 36.3 36.8 37.4 92.0 92.7300 33.2 35.7 36.3 37.0 91.4 92.2

330 32.2 35.1 35.8 36.6 90.7 91.1360 31.2 34.5 35.3 36.1 90.0 91.1390 30.1 33.8 34.7 35.7 89.3 90.6420 29.0 33.2 34.1 35.2 88.6 90.0450 27.8 32.4 33.5 34.7 87.9 89.4

B

B

8. Miembros en flexión

El uso de perfiles angulares individuales o compuestos comomiembros en flexión no es común porque la experiencia hademostrado que la flecha, más que la resistencia controla sucomportamiento.

El uso más extendido de los perfiles angulares es comomiembros de celosías que pueden competir ventajosamentecon otros perfiles de acero y vigas de concreto armado.

Una celosía adecuadamente proyectada es siempre másliviana que una viga de alma llena. Si bien el aspecto estéticopuede ser una desventaja, también puede representar unaventaja por la facilidad al paso de ductos y servicios de unaedificación.

A continuación se proporcionan las tablas de miembros enflexión para correas y vigas formadas con perfiles angularesen las bridas y barras en diagonal a 45° conformando lacelosía.

Tabla 11CORREAS SIMPLEXCARGA UNIFORME ADMISIBLE(en toneladas)

Designación L2"x2"x3/16"H en cm 16 18 20 24

Barra en mm 16 20 20 20100 3.64 4.24 4.84 4.86150 3.63 4.23 4.85 4.86200 3.64 4.24 4.84 4.86250 3.48 4.03 4.55 4.65300 2.91 3.33 3.78 4.20350 2.49 2.87 3.22 3.96400 2.16 2.48 2.84 3.48450 1.94 2.21 2.52 3.06500 1.70 2.00 2.25 2.75550 1.54 1.82 2.04 2.53600 1.44 1.62 1.86 2.28650 1.30 1.50 1.69 2.15

* correas con soporte lateral, paso = H.

paso

H

2*paso SECCIÓN

Tabla 12VIGAS SIMPLEXCARGA UNIFORME ADMISIBLE(en toneladas)

Designación L2"x2"x3/16"H en cm 16 18 20 22

Barra en mm 20 25 25 25250 6.55 7.45 7.53 8.35300 6.54 7.44 7.53 8.37350 6.55 7.46 7.53 8.37400 6.00 6.84 7.52 8.36450 5.31 6.08 6.84 7.56500 4.80 5.45 6.15 6.80550 4.35 4.95 5.56 6.05600 3.96 4.56 5.10 5.64650 3.71 4.16 4.68 5.20700 3.43 3.85 4.34 4.83750 3.15 3.60 4.05 4.50800 2.96 3.36 3.84 4.24

* vigas con soporte lateral, paso = H.

paso

H

2*paso SECCIÓN

9. Procedimiento de soldadura

Las consideraciones generales para lograr una buenasoldadura de ángulos de acero ASTM A572 Grado 50,radica principalmente en el material de aporte, así:

• Para todo tipo de soldadura emplear electrodos AWSE7018*, inclusive en los apuntalados.

• Los electrodos pueden emplearse en toda posición. Sinembargo, el diámetro de los electrodos a emplear varíade acuerdo a la posición de soldadura:

posición de soldadura diámetro de electrodoplanahorizontal

2.5 mm (3/32”)

vertical ascendentesobrecabeza

3.25 mm (1/8”)

• Emplear sólo electrodos secos. (ver recomendacionesadjuntas sobre Mantenimiento de Electrodos).

• Soldar a temperatura ambiente, sin precalentamiento.

• Amperajes recomendados:

diámetro de electrodo amperaje2.5 mm (3/32”) 60 - 85 amp.

3.25 mm (1/8”) 90 -120 amp.

* OERLIKON-Supercito o similar.

• De preferencia usar corriente continua con el electrodo alpolo positivo (polaridad invertida).

• Seguir las recomendaciones sobre los Tipos másfrecuentes de Juntas presentadas en este manual.

• Mantener arco corto.

• Para estas juntas no es necesario el tratamiento térmico dealivio de tensiones.

Tipos más frecuentes de Juntas

La finalidad de preparar adecuadamente las junta es asegurarla calidad de la unión soldada. A continuación se muestranejemplos de tipos más frecuentes de juntas entre perfilesangulares empleando cartelas.

soldaduraa tope

soldadurade filete

soldadurade filetepor ambascaras de laplancha

Junta a tope

• Requiere fusión completa y total.

• Soldar de preferencia en posición plana.

• Prestar atención en la preparación de la junta. Laseparación de los bordes depende del espesor de los ladosde los ángulos a soldar.

Pasesapropiados

t delángulo

preparaciónde junta

gráfico

2 - 3 3/16”

1/4”

a tope, sinpreparación

de borde

3 - 4 5/16” V simple,ángulo deranura 60°

3/32 máx

3/32-1/8”

• Se sugiere iniciar la soldadura por la parte interna delángulo. Luego, antes de aplicar la soldadura por la parteexterna, biselar el reverso de la soldadura (raíz) hastaencontrar el metal limpio (sin escorias u otros defectos).

• Terminar la soldadura tratando de dejar un cordónuniforme con un refuerzo máximo de 1/8”.

• Para biselar, emplear medios mecánicos (esmeril). Noemplear electrodos para el biselado.

1/16” máx

3/32-1/8"

Junta de filete

• Emplear electrodos de 2.5 mm (3/32”) en posicionesvertical ascendente y sobrecabeza (posiciones forzadas),asegurándose en estas posiciones el lograr buena fusión.

• Emplear siempre arco corto.

• El tamaño máximo de filete está de acuerdo al espesor delángulo. Así se tiene:

Inspección Visual

Toda soldadura debe ser inspeccionada visualmente y paraser aceptada debe satisfacer las siguientes condiciones:

• La soldadura no debe tener grietas.

• Debe existir fusión total entre las capas adyacentes delmaterial de aporte y entre el material de aporte con elmaterial base.

• Todos los cráteres deben ser rellenados para conseguiruna sección completa de soldadura, exceptuando en losextremos de soldadura intermitente fuera de la longitudefectiva de soldadura.

t ≤ 1/4” t > 1/4”1/16”

Procedimiento

• Soldar encuentros de ángulos a través de cartelas.

• Soldar la cartela al perfil preparando los bordes a unirsegún las recomendaciones para juntas a tope. Emplearelectrodos E7018 de 3/32” ó 1/8” de diámetro.

• Seguir la secuencia indicada para soldar los ángulos(soldadura de filete) a la cartela.

• El final del cordón debe quedar situado al extremo delángulo. Rellenar el cráter final.

Mantenimiento de Electrodos

• Los electrodos deberán suministrarse siempre en envasemetálico para que garantice su hermeticidad.

• Los electrodos pueden conservarse indefinidamentedentro de su envase metálico siempre y cuando este no sedañe y las condiciones de almacenamiento sean lasadecuadas (ambiente seco).

• No abrir las latas hasta que se proceda a su empleo.

• Los electrodos, una vez extraídos de la lata deben sercolocados de inmediato en un horno de mantenimiento.No se recomienda el almacenamiento al aire libre. Latemperatura del horno debe encontrarse en el rango de100 a 120°C. El horno debe encontrarse operativo las 24horas. El tiempo de permanencia del electrodo a esatemperatura puede ser indefinido y un incremento detemperatura hasta de 30°C por encima del intervalo nodaña los componentes del electrodo.

• En condiciones de alta humedad ambiental el traslado delos electrodos al lugar de trabajo se debe realizar enhornos portátiles. Estos termos deben tener capacidadpara almacenar hasta 5 kg. de electrodos. La temperaturade los termos debe ser de por lo menos 80°C. Se puedeverificar ello haciendo contacto con un lápiz térmico de latemperatura indicada en la colilla del electrodo.

• Evitar todo tipo de contaminación del electrodo: grasa,aceite, agua de lluvia, etc. En todos estos casos elproducto debe ser desechado.

10. Protección

El acero, excepto el inoxidable, desprovisto de protección,está sujeto a la corrosión, tanto en la atmósfera, así como enel agua o en el suelo.

La corrosión, en su estado inicial, constituye un problemameramente estético que puede transformarse en un problemade resistencia y estabilidad en estados avanzados dedestrucción del acero, cuando se debilita la sección por lapérdida característica del material.

Tabla 13. Influencia del medio ambiente en la pérdida deespesor de los perfiles†

Atmósfera características Pérdida anual (µµm*)

rural

urbana

industrial

marina

que no presenta contami-nantes dignos de mención.

Dióxido de azufre y otroscontaminantes en zonasdensamente pobladas sinmayor concentración deindustrias.

Cargadas altamente condióxido de azufre y otroscontaminantes.

en la que predomina lacontaminación con cloruros.

5-70

30-80

40-170

60-250

† en aceros de baja aleación, expuestos sin protección alguna.* 1 µm = 0.001 mm.

Preparación de las superficies

- Métodos mecánicos manuales con cepillo y martilleo(SP2), o mecanizados con cepillos y esmeriles (SP3),complementando la limpieza en cada caso con un barridosoplado de aire comprimido seco.

- Chorro de arena: por el efecto abrasivo de los granosduros y de cantos vivos de una arena de cuarzo, lanzadacon ayuda de aire comprimido contra las superficies. Sediferencia la presentación de la superficie de acuerdo algrado de limpieza logrado:

SP5 metal blanco,SP6 metal comercial,SP10 metal semiblanco.

La rugosidad promedio terminado el proceso dechorreado se fija de 6 a 12.5 µm. No se dejará pasar untiempo mayor de 20 minutos entre la preparación de lasuperficie y la aplicación del recubrimiento.

- Granallado: limpieza por el efecto abrasivo de granosesféricos, metálicos, lanzados a altísima velocidad por uneyector sobre las superficies. Se distinguen los diferentesgrados de limpieza igual al chorro de arena.

- Limpieza térmica: (SP4) mediante la irradiación de llamasde acetileno sobre las superficies, se sueltan y se quemanlas impurezas. Seguidamente, se cepilla o se frota lasuperficie mecánicamente. La primera mano de pintura seaplica sobre las superficies aún calientes.

Materiales de recubrimiento

Se aplican recubrimientos protectores sobre las superficies:pinturas, recubrimientos metálicos u otros, orgánicos einorgánicos. El efecto del recubrimiento es doble:

a) efecto pasivador, que impide la formación de óxido sobrela superficie de acero.

b) efecto protector contra el ataque de la atmósfera

(respectivamente el suelo o el agua).

Pinturas

Están constituidas generalmente por pigmentos, aglutinantesy solventes. Para poder cumplir su función protectora, seaplican generalmente como fondos anticorrosivos yacabados. Su aplicación debe ser continua y uniforme, sindejar lagunas, poros o fisuras, pues por éstas penetra eloxígeno hasta el acero y empieza la formación del óxido queprogresa rápidamente, haciendo desprender el recubrimiento.

Fondos anticorrosivos: se les exige capacidad de penetracióny adherencia, así como buen efecto pasivador. Los máscomunes son el minio de plomo, cianuro de plomo, polvo dezinc metálico, etc. El espesor debe medir entre 40 a 80 µm.

Capas de acabado: Protegen al fondo anticorrosivo y sonresistentes al agua, efectos químicos, etc. Se tiene adisposición una gama muy amplia a base de esmaltes,barnices, resinas epóxicas, silicatos, etc. Se aplican espesoresde 30 a 80 µm, dependiendo de la agresividad del medio.

El espesor total medido en seco (fondos y acabados) depinturas aplicadas a estructuras, dependiendo del medio enque se ubican suelen ser:

Tipo de exposición espesor totalen atmósfera ruralen atmósfera urbanaen atmósfera industrialen atmósfera marina

140 µm180 µm180-220 µm≥200 µm

Recubrimientos metálicos

La protección anticorrosiva por medio de un recubrimientometálico, generalmente zinc, constituye un sistema deprotección muy eficaz pero de sacrificio, pues el metal activoque se combina con el oxígeno que lo ataca formandocompuestos, se va consumiendo lentamente en función a laagresividad del medio, hasta dejar al acero indefenso frente aese medio.

Pérdidas anuales por corrosión de la capa de zinc

Tipo de exposición Desgaste anual en µµmvalores extremos valores promedio

en atmósfera ruralen atmósfera urbanaen atmósfera industrialen atmósfera marina

1.3 - 2.51.9 - 5.26.4 - 13.82.2 - 10.0

1.93.510.16.1

Anexo AEspecificaciones para miembros en tracción

Introducción

Los miembros en tracción son -desde el punto de vista delaprovechamiento de las secciones de acero- altamenteeficaces por estar exentos de los problemas de pandeo.

Criterios de diseño

El procedimiento de diseño de ángulos como miembros entracción consiste esencialmente en seleccionar el área mínimanecesaria para resistir las cargas y verificar que la secciónescogida no exceda la relación de esbeltez máximarecomendada.

Estados límite

La carga axial resistente de un ángulo en tracción será elmenor valor que se obtenga de aplicar los siguientescriterios.

1. Fluencia en la sección total

P = Ft Ae = Ft Ct A

2. Fractura en la sección neta efectiva

P = Ft Ae = Ft Ct An

En las fórmulas anteriores:

A área de la sección total transversal del ánguloAe área neta efectiva de la sección transversal del ánguloAn área neta de la sección transversal del ánguloCt factor de reducción del área total o netaFt esfuerzo admisible en tracción axial

Ft = 0.60 Fy en la sección totalFt = 0.50 Fu en la sección neta efectiva

Fu resistencia mínima de agotamiento en tracciónespecificada para el tipo de acero utilizado

Fy tracción de fluencia mínima especificada para el tipode acero utilizado

P carga axial admisible en tracción

Area total, A

El área de la sección total transversal en un punto cualquierade un miembro se determina sumando las áreas obtenidas almultiplicar el espesor y el ancho total de cada uno de loselementos componentes, debiéndose medir los anchosperpendicularmente el eje del miembro. El ancho total esigual a la suma de los anchos de los dos lados menos elespesor.

Area neta, An

El área de la sección neta se determina al sustituir el anchototal por el ancho neto. En el caso de una sucesión deagujeros que se extiende a través de una parte del miembro

según una línea cualquiera diagonal o en zigzag, el anchoneto de esa parte se obtendrá al restar del ancho total lasuma de los diámetros de todos los agujeros en la sucesiónconsiderada y añadir, para cada espacio entre los agujeros dela sucesión, la cantidad s2/4g, es decir:

bn = b - Σ d + Σ (s2/4g)

dondeb ancho total de la sección consideradabn ancho neto de la sección consideradad diámetro de los agujeros en la sucesión considerada.

Para los efectos de la fórmula se considerarán 2 mmmayores que la dimensión nominal del agujero,medida perpendicularmente a la dirección de latracción aplicada.

G separación transversal (medida perpendicularmente aleje del miembro) entre dos agujeros consecutivoscualesquiera; se acostumbra denominarla gramil.

s separación longitudinal (paralelamente al eje) entrelos mismos dos agujeros; se acostumbra denominarlapaso.

El área correspondiente a la sección neta crítica de la parteconsiderada se obtiene de la sucesión de agujeros queproduzca el menor ancho neto; pero el área neta en unasección donde existe uno o más agujeros no se tomará enningún caso mayor de 85% del área de la sección total.

An max = bn t ≤ 0.85 A

Area neta efectiva, Ae

El área neta efectiva se obtiene al multiplicar el área total o elárea neta por el factor de reducción Ct y cuyos valores sonlos siguientes:

1. En uniones empernadas, Ae = Ct An

Si los dos lados del ángulo están conectados mediantepernos para transmitir las cargas, Ct = 1.00

Si sólo existe unión en uno de los lados y se disponen almenos tres pernos por línea en la dirección de la carga,Ct = 0.85.

y cuando se disponen sólo dos pernos, Ct = 0.75.

2. En uniones soldadas, Ae = Ct A

Cuando la carga se transmite mediante soldadurastransversales dispuestas en algunos elementos de lasección transversal, Ae será el área de los elementosdirectamente conectados.

Cuando la carga se transmite a una plancha a través desoldaduras longitudinales dispuestas a ambos lados delángulo, con una longitud no menor al ancho w del perfil,Ct tomará los siguientes valores:

Cuando l > 2w Ct = 1.00Cuando 2w > l > 1.5w Ct = 0.90Cuando 1.5w > l > w Ct = 0.75

dondel longitud de la soldaduraw ancho del perfil o distancia entre las soldaduras

Relaciones de esbeltez

El concepto de relación de esbeltez es muy importante en losmiembros comprimidos, pero en los miembros en tracción serecomiendan valores máximos para evitar o reducir losmovimientos y vibraciones indeseables y para suministrar unacierta rigidez a los efectos de fabricación, transporte ymontaje (estado límite de servicio). La relación de esbeltezen miembros en tracción se define el cociente de su longitudentre su menor radio de giro, l/r. Los valores máximosrecomendados son los siguientes:

Miembros principales l/r ≤ 240Miembros que no soportan cargas l/r ≤ 300

Anexo BEspecificaciones para miembros en compresión

Introducción

Los ángulos estructurales empleados como miembros entorres de transmisión y vigas de celosía o comoarriostramientos que suministran soporte lateral a vigas ycolumnas son algunos ejemplos de miembros solicitados porfuerzas de compresión. En la figura se muestran algunassecciones de miembros en compresión.

Figura B.1 Angulos como miembros en compresión

sección sección a-a

a

a

sección b-b

b

b

sección c-c

sección d-d

c

c

d

d

sección e-e

sección f-f

e2e1

f2f1

1 2

1 2

Criterios de diseño

Dependiendo de la sección transversal y la longitud efectiva,los miembros comprimidos formados por perfiles angularespueden fallar por:

− Pandeo flexional alrededor del eje con mayor relación deesbeltez.

− Pandeo local de sus alas− Pandeo torsional alrededor de su centro de corte− Pandeo flexotorsional alrededor de su eje de simetría

Pandeo flexional

En la figura se muestra el radio de giro que controla elpandeo flexional del miembro cuando las longitudes entrearriostramientos son las mismas para los ejes x e y.

Figura B.2 Radio de giro de secciones típicas

ZN

XX

Z N

El esfuerzo admisible en la sección total de los miembroscomprimidos axialmente será:

a) Cuando Kl/r ≤ λc

Fa =

( )

( )

QKl r

F

Kl r kl r

cy

c c

12

5

3

3

8 8

2

2

3

3

−

+

−

/

/ /

λ

λ λ

b) Cuando Kl/r > λc

Fa = ( )

12

23

2

2

π E

Kl r/

En ambas fórmulas, λc es la relación de esbeltez de columnasque separa el pandeo elástico del inelástico, la cual seestablece como

λc = 2 2π E

Q Fy

Donde Q se denomina factor de reducción del esfuerzoadmisible por pandeo local de planchas, valor quedefiniremos a continuación.

Pandeo local

En la siguiente figura se indica cómo se mide en loselementos la relación ancho/espesor, b/t.

Figura B.3 Determinación de la esbeltez local b/t

Cuando se superan los valores límites de b/t es necesarioincorporar el factor de reducción Q que reducirá el esfuerzoadmisible de compresión.

Para los perfiles angulares, los valores límite de b/t para loscuales Q = 1.0 son los siguientes:

− En ángulos simples y en ángulos dobles con separadores:

640/ Fy

− En ángulos dobles en contacto: 800/ Fy

t t

b

tb

t

bb

Cuando se excedan estos valores límite, se calcula Q paraperfiles angulares sencillos como se indica a continuación:

Para 650/ Fy < b/t <1300/ Fy :

Q = 1.34 - 0.00053 (b/t) Fy

Para b/t ≥ 1300 Fy :

Q = 1.1E+6 / [Fy (b/t)2]

A continuación se muestra los valores de Q para lasdiferentes configuraciones formadas los perfiles angulares:

Perfil b/t Disposición de los ángulosángulo simple doble-contacto dos en cajón

L3 x 3 x 5/16 9.60 1.00 1.00 1.001/4 12.00 0.96 1.00 1.00

L21/2 x 21/2 x 1/4 10.00 1.00 1.00 1.003/16 13.33 0.92 1.00 1.00

L2 x 2 x 1/4 8.00 1.00 1.00 1.003/16 10.67 1.00 1.00 1.00

Pandeo flexotorsional

Las secciones L y TL tienen simetría respecto a un solo eje,como se indica en la figura, y pueden fallar por compresiónpor pandeo flexional, en la dirección de uno de sus ejes deinercia, o por pandeo flexotorsional, en la dirección del ejede simetría, dependiendo de las dimensiones de su sección

transversal y de la longitud efectiva del miembro. Lacapacidad admisible de carga axial será entonces el menorvalor que se obtenga al determinar las siguientes cargas:

Para perfiles L :Pandeo flexional alrededor del eje zPandeo flexotorsional alrededor del eje n

Para perfiles TL :Pandeo flexional alrededor del eje xPandeo flexotorsional alrededor del eje y

Figura B.4 Ejes de simetría que controlan el pandeoflexotorsional

En el caso de las secciones TL, también se deberá revisar laresistencia individual del perfil L constituyente para lo cual lalongitud a considerar será la correspondiente entre losarriostramientos (enlaces) que impidan el giro de la sección.

El esfuerzo admisible cuando ocurre pandeo flexotorsional secalculan con las siguientes expresiones:

Y

Y

X X

Z

Z

N

N

Cuando Fe > 0.5 Fy

Fa = 05227 67

2

..

FF

Fy

y

e

−

Cuando Fe ≤ 0.5 Fy

Fa = 0.522 Fe

donde

( )F F F F F F Fe ew ej ew ej ew ej= + − + −

1

24

2

ββ

( )F

E

Kl rew =π 2

2/

FG J

A rejo

= 2

β = −

1

2x

ro

o

Para ángulos de lados iguales, el pandeo flexotorsional nocontrola si:

Kl

r

b t

Qmax

>

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