Captulo 1 Introduccin 1.1DISEO ESTRUCTURAL Es t et ext ot ien epor objet ofa cilit a r a los a lu mn os ya los pr ofes ion a les de In gen ier a Es t r u ct u r a l, va r ios delos con ocimien t os qu es et ien en s obr eel compor t a mien t o y dis e o de la sEs t r u ct u r asde Acer o. Cor r es pon dedefin ir , en t on ces , loqu es econ ocecomoDis e oEs -t r u ct u r al:"Unamez cladeArtey Cienciaquecombinalos s enti mientosintuitivos delingenieroconlos principios delaEs tti ca, Dinmica, Mecnica delos Materia les ,y elAnlis is Es tructu ral,paraproducirunaes tructura s egura que s irva s usprops itos"(1).Se s a be qu e,apr in cipiosdel s iglo XIX,el dis e o es t r u ct u r a l er am sa r t e qu ecien cia , per oeldes a r r ollodelos con ocimien t os h a s idot a n s ign ifica t ivo enes t os lt imost iempos ,qu e s e pu ede a fir ma rqu e, losmodelosma t em t icospr opu es t os pa r a va t icin a r elcompor t a mien t odemiembr os es t r u ct u r a lesin dividu a les ,s u s con exion es ,ylos con ju n t os es t r u ct u r a les ys u s a poyoss obr eelt e r r en os on , a h or a , degr a n pr ecis in , pos ibilit a n doqu es epu eda naju s tar la e xa ct it u d de la sca r ga s , u s a n do combin a cion esba s a da senmt odoses t a ds t icos . Cier t a men t e lala boroper a t ivas e h amu lt iplica do, per o conlaa yu dade lacompu t a dor a , s e h aa livia do el t r a ba jo de t a l modo qu e s e pu ede decirqu e la ses t r u ct u r a s dea cer os on ,en la a ct u a lida d,m s s egu r a s ymejoraprovech adas . 1.2OPTIMIZACION An t es dedefin ir la s diver s a s et a pa s deldis e o,es pr ecis oda r a con ocer u n aideade lo pt imo qu e s e bu s caent odo t r a ba jo.Es t e cr it er io qu e in icia lmen t e fu es ola men t ein t u it ivoocu a lit a t ivova empeza n doa t en er , en In gen ier aDISEO ESTRUCTURAL EN ACEROLUIS F. ZAPATA BAGLIETTO 1 - 2 Es t ru ct u r a l, u ns ign ifica do m spr ecis o, como: a )Cos t o mn imo; b)Pes o mn imo; c)Tiempo de con st r u ccinmn imo; d)Tr a ba jo mn imo; e)M ximaeficien ciaoper a t ivapa r ael pr opiet a r io. Mu ch a s veces ,va r ios dees t os cr it er ios pu e den es t a r combin a dos .EnPer ,en elca s odela s es t r u ct u r a s dea cer o,elcr it e r iodelpes omn imo qu iz ss eael m su s a do. La opt imiza cin pu edelogr a r s emedia n t ela defin icin deu n a Fu n cinObjet ivo qu e in volu cr e u n aexpr es in(porejemplo,el pe s o de la ses t r u ct u r a ) qu es epr et en demin imiza r , ju n t ocon la s in ecu a cion es der es t r iccion esr ela cion a da s con los es fu er zos m ximos ,defor ma cion es per misibles y pos ibilida ddelos ma t er ia les dis pon ibles ,qu elimit a n la s va r ia bles qu e in t er vien enenlafu n cinobjet ivo. Si h a y u n acla r adefin icinde la smis ma ses pos ibleen con t r a r la s olu cin deu n a es t r u ct u r a demen or pes o,con laa yu da demt odos ma t e mt icos qu ees t a blecen es ept imomedia n t eu n ab s qu edas is t em t ica . 1.3PROCEDIMIENTO DEL DISEO ESTRUCTURAL Lala bordel dis e o s e compon e de dospa r t es , lar ela cion a daconlosas pect osfu n cion a les de laobr aaejecu t a r ,y laqu e t ien e qu e ver con eldis e odeloscompon en t es dela s es t r u ct u r a s .En elpr imer ca s o,a s pect os t a les comolapr ovis in de r ea s a decu a da s det r a ba jo,dimen s ion es mn ima s ,ven t ila cin , ilu min a cin , fa cilida desde t r a n s por t e o de cir cu la cin , como s oncor r edor es , es ca ler a s ,a s cen s or es ;a ir ea con dicion a do,en er ga ,pos icin deequ ipos , cu ida doa mbien t a l,es t t ica ,s on t ema s a dis cu t ir con elclien t eylos ot r ospr ofes ion a lesqu e es t nr ela cion a dosconlacon s t r u ccin . Lo s egu n do,o s eael es t u dio del es qu elet o es t r u ct u r a l,s e r efier e alas eleccinde losmiembr ospa r at r a s mit irla sca r ga scons egu r ida d h a s t ael s u elo. Se r ecomien dael s igu ien t e pr oces o it er a t ivo : 1.Pla n ea mien t o: Es t a blecimien t odela s con dicion es fu n cion a les a la s qu ela es t r u ct u r adebe s er vir . Aqu s e defin e el cr it er io de lo pt imo. 2.Con figu r a cinpr elimin a res t r u ct u r a l: Aqu es don dela exper ien cia yloqu es epodr a lla ma r elin gen iodel 1.3 PROCEDIMIENTO DEL DISEO ESTRUCTURAL1 - 3 diseador deben ser importantes.Se tiene que fijar la disposicin de los miem-bros ysus tamaos iniciales para ser discutidos con el cliente y los otros prof-esionales. 3.Determinacin de las cargas: Estimadasinicialmente,pero conocidas con ms precisin en las sucesivas iteraciones. 4.Seleccinpreliminardelos miembros estructurales: Quepermitainiciarunanlisises-tructural en la siguiente etapa. 5.Anlisis Estructural: Se crea el modelo matemtico ms adecuadoalarealidaddel verdadero comportamiento estructu-raldelaedificacin.Se aplican los mtodosdelaMecnicapara determinarlosesfuerzosinternos queseesperanquesetendrnen losmiembrosestructurales,conel objetodepodercompararlosconla resistenciaquedeberntener dichosmiembros,cosaquese efecta en el siguiente paso. 6.Evaluacin: Se debe preguntar si la resistencia o condicionesdeservicioqueseob-tienendeacuerdoaunreglamento superanalasdemandasquese establecenenlosresultadosdela etapaprevia.Sihayunmargen de seguridadadecuadoyeconmico sepuededarporconcluidoeldise-o; si no se va la siguiente etapa. 7.Rediseos: Repeticin de los pasos 3. a 6. para lograr cumplir los objetivos, mediante un proceso iterativo. DISEO ESTRUCTURAL EN ACEROLUIS F. ZAPATA BAGLIETTO 1 - 4 8.Decis in : Qu eda , fin a lmen t e, decidir s ies qu es eh a a lca n za doelpt imobu s ca do en u n dis e o. Sis epien s a qu es eh a logr a do, en t on ces s eda porcon clu ido el pr oces o it er a t ivo. 9.Ela bor a cin dePla n os deDis e oyla s Es pecifica cion esdet r a ba jo cor r espon dien t es .En a lgu n os ca s os ,s on n eces a r ios la pr es en t a cin de ma qu et a so mt odosde iza je; enot r osca s oss e r equ ier e laela bor a cin de los lla ma dos Pla n os deFa br ica cin ,qu es on a qu ellos en qu es edet a llaca da miembr opa r a qu es ea n pr epa r a dos en los t a ller es ,a s comot oda ss u scon exion es . 1.4CARGAS Set ien equ epen s a r , a n tes det odo, qu ela det er min a cin dela s ca r ga s qu e a ct a n s obr ela s es t r u ct u r a s n opu edes er exa ct a en ma gn it u dyen u bica -cin ;a n cu a n dos econ ozca la exa ct a pos icin dela ca r ga ys u ma gn it u d, qu edas iempr e lain t er r oga n t e de cmo s e t r a s mit enla sca r ga senlosa poyosdelmiembr o,por loqu emu ch a s veces ,s on n eces a r ia s s u pos icion es qu e pon en en du da els en t idodela exa ct it u dbu s ca da . Sepr ocedea defin iralgu n asde lascar gasmscon ocidas . CARGA MUERTA Es u n a ca r ga degr a veda dfija en pos icin yma gn it u d, ys edefin ecomoel pes o de t odosa qu elloselemen t osqu e s e en cu en t r a nper ma n en t emen t e enlaes t r u ct u r a oa dh er idos a ella ,comot u ber a s ,con du ct os dea ir e,a pa r a t os de ilu min acin ,a ca ba dos des u per ficie,cu bier t a s det ech os ,cielos r a s os s u s pen didos , et c.Se complet a la in for ma cin dees t a s ca r ga s cu a n dos eh at er min a doeldis e o.En la pr ct ica ,los r egla men t os decon s t r u ccinpr opor cion a n t a bla s qu ea yu da n a ldis e a dor a t en er u n a mejor idea delama gn it u d de la smis ma s .

CARGA VIVA Es a qu ella ca r ga degr a veda dqu ea ct a s obr ela es t r u ct u r a cu a n dos t a s e en cu en t r a ya en s er vicioyqu epu edeva r ia r en pos icin yva lor du r a n t elavida t ildela es t r u ct u r a .Algu n os ejemplos pu e den s er ,la s per s on a s , mu ebles , equ ipo mvil, ve h cu los , y mer ca der aendeps it o,et c.Los r egla men t os decon s t r u ccin t oma n mu yen cu en t a la s egu r ida dde 1.4CARGAS 1 - 5 las con s t r u ccion es yla s ca r ga s viva s s on es pecifica da s con cier t oexces ode s egu r ida d lu ego de cu ida dos oses t u dioses t a ds t icosy de pr u eba s . En Per , elReglamen t oNacion aldeCon s t r u ccion es es t a blecedich a sca r ga s . En USA, es dign odemen cion a r elANSIA58. 1(Amer ican Nat ion al St an dar ds , Des ign Loads for Bu ildin gs an dot h er St r u ct u r es )cu ya lt imaver s in da t a de1989ydon de,dea cu er doa la ocu pa cin ,s ein dica n la sCar gasVivasMn imasUn ifor memen t e Repa r t ida s .Qu eda s iempr e,a r es pon s a bilida ddeldis e a dor ,es t a blecer la pos i cindela s ca r ga s pa r a qu epr odu zca n los m ximos efect os s obr ela s es t r u ct u r a s . Aveces s er n eces a r iot en er t r a mos pa r cia lmen t eca r ga dos pa r a pr odu circier t os efect os m ximos ,por ejemplo,flexin en a r cos pa r a blicos ,oen el ca s odepr t icos ,s er n eces a r ioca r ga r cier t os pa os pa r a pr odu cir losm ximosefect osencier t a ss eccion esde la sviga so de la scolu mn as. Seh a pen s a dos iempr een la pos ibilida ddequ et odou n pis on opu ede es t a r 100%ca r ga do.Es por elloqu e,a con t in u a cin ,s eda n a lgu n osext r a ct osdel ANSI A58.1 pa r adefin irlaca r gavivar edu cidade loselemen t oses t r u ct u ralesm simpor t a n t esqu e t ien en r ea st r ibu t a r ia ss ign ifica t iva s : DISEO ESTRUCTURAL EN ACEROLUIS F. ZAPATA BAGLIETTO 1 - 6 "Par acar gas vivas dems de100ps f(libr as por piecu adr ado),apr oxima da -men t e500kg/ m2, ya qu ellos miembr os qu et en ga n m s de400s q-ft (piescu a dr a dos ), a pr oxima da men t e37m2, est os s edis e ar n par alacar gaviva r edu cidas igu ien t e: don deL= carga viva redu cida; Lo= car ga viva n o r edu cida; Ai= r eade in flu en cia",enpies cu adr ados . "El r ea dein flu en cia s econ s ider a como4veces el r ea t r ibu t a r ia deu n acolu mn a ,2veces el r ea t r ibu t a r ia deu n a viga eigu a la l r ea delt r a moenu n alos aar madaen dos s en t idos .Lacar gavi va r edu cida n os er men or del 50% de laca r ga viva Lo pa r amiembr osqu e s opor t enu npis o n i men ora l 40% de la carga Lo enot r osca s os .Lar edu ccinde ca r gavivan o podr s era plica daen r ea s a s er ocu pa da s por r eu n ion es p blica s ypa r a los a s a r ma da s en u ns lo s en t ido cu a n do laca r gavivas ea 100 ps f omen os . La r edu ccines pa r acar gasvivasmayor esa 100 ps f o msy par a gar agesy t ech osbajo cir cu n s t an -cia ses pecia les . " IMPACTO Sedefin ecomoimpa ct oa lefect odin micodela s ca r ga s viva s s bit a men t e a plica da s .No s e con s ider a ncomo ca r ga sde impa ct o el t r a n s it a rde per s on a so el movimien t o de mu eblesy m sbient ien endich o efect o a lgu n a sca r ga sde equ iposcomo eleva dor eso pu en t esgr a sy equ iposde a r r a n qu e o det en cinin s t a n t n eos .Pa r acon s ider a rel impa ct o,el Regla men t o AISC in dicaqu e la sca r ga s viva s n omin a les s er n in cr emen t a da s en u n por cen t a jecomos e in dica nacon t in u a cin : Pa r aes t r u ct u r a sconeleva dor eso eleva dor esde ma qu in a r ia sPa r aes t r u ct u r a sconma qu in a r ia , impu ls a daporeje o mot orPar a es t r u ct u r asconma qu in a r iavibr a t or iao u n ida desde en cen dido a u t om t ico n o men osdePa r at ir a n t esde pis oso vola dizosPa r avigat ecle mvil oper a daenca bin ay t oda ss u scon exion es Pa r avigat ecle mvil oper a dama n u a lmen t e y t oda ss u s con exion es .....100% .......20% .......50% .......33% .......25% .......10% Pa r ael dis e o de la slla ma da sViga sCa r r iler a sy s u scon exion esqu e s opor t a nPu en t es gr a s ,s econ s ider a r n la s fu er za s h or izon t a les pr oven ien t es )A / 15 + 0.25 (L= Li o 1.4CARGAS 1 - 7 delfr en a dodelca r r o-mvil(Ver Fig. 1. 3)en la s igu ien t efor ma :20%delas u madel pes o leva n t a do m sel pes o del ca r r o-mvil. Es t afu er zas e con s ider a r a plica daa l t ope del r iel, a ct u a n do per pen dicu -la r men t e al y ena mboss en t idosy dis t r ibu ida de a cu er do alar igidez la t er a l dela es t r u ct u r a qu es opor t a elPu en t egr a . Adicion a lmen t e, debidoa laa celer a cin odes a celer a cin delPu en t egr a , s econ s ider a r n fu er za s en ladir eccin dela s Viga s Ca r r iler a qu en os er n men or es a 10%delas car gasm xima sa plica da senla sr u eda sdel Pu en t e gr a . CARGA DE NIEVE Au n qu e enPer lama yor ade la ses t r u ct u r a ss e con s t r u yenenzon a s don de lan ieve n o ess ign ifica t iva , esr ecomen da ble qu e lost ech osde la ses t r u ct u r a squ e s e en cu en t r enau n aa lt it u d de m sde 3000 m.s ea ndis e a dospa r au n as obr eca r ga den ievedeu n pes oes pecficon omen or de150kg/ m3, yu nes pes orn o men orde 30 cm. CARGAS DE VIENTO Toda sla ses t r u ct u r a ses t ns u jet a salaa ccindel vien t o y enes peci a lla s de m sde 2 o 3 pis osde a lt u r ao ena qu ella senla szon a sdon de lavelocida d del vien t o ess ign ifica t ivao enla squ e debido as ufor ma , s onm svu ln er a ble alosefect os a er odin micos .En elca s odela s es t r u ct u r a s dea cer o,por s u pes o pr opior e la t iva men t eba joygr a n des s u per ficies expu es t a s a la a ccin del vien t o,la s ca r ga s delvien t opu eden s er m s impor t a n t es qu ela s ca r ga sdebida sa l s is mo.Enel Regla men t o Na cion a l de Con s t r u ccion ess e t r a t amu y br evemen t ees t et ipodeca r ga , por loqu een es t a pu blica cin , s eh a cr edo DISEO ESTRUCTURAL EN ACEROLUIS F. ZAPATA BAGLIETTO 1 - 8 con ven ien t e da ra lgu n os con cept os ymt odos deobt en cin dela s ca r ga s de vien t o, del t r a ba jo "Efect odelVien t os obr elas Es t r u ct u r as ",des a r r olla do enlaUNI (2). Au n qu eelvien t ot ien en a t u r a leza din mica , es s at is fact or iot r at ar al vien t ocomou n a ca r ga es t t ica .Seen t ien demejor los fa ct or es qu ea ct a ns obr e lapr es ines t t icamedia n t e laecu a cins igu ien t e: don dep=In t en s ida d de lapr es ines t t icaequ iva len t e; Cp=Coeficien t e qu e depen de de lafor made laes t r u ct u r a ; Cr=Coeficien t equ edepen dedela ma gn it u ddela velocida des dela sr fa ga sdel vien t o y de laflexibilida d ver t ica l. q=In t en s i da d de laa ccindin micadel vien t o, don de v. 0.5 = q2 y 2=den s ida d del a ir e; v=velocida ddelvien t odedis e oa la a lt u r a Hs obr eels u eloen la cu a l p s e ca lcu la , o u n aa lt u r aca r a ct er s t icade laes t r u ct u r a . En es t a pu blica cin s et oma r n en cu en t a s ola men t elos fa ct or esdepen dien t esde lafor made laes t r u ct u r ay loscoeficien t esde r fa gama sn o a s losde loscoeficien t esde t opogr a fapors erca s oses pecia les .Elflu jodelvien t oa lr ededor delos edificios es u n pr oces oex-t r ema da men te complejo y n o pu ede s erdes cr it o porr egla ss imples .Laa mpliava r ieda d ent a ma o y for made losmis mos , t ipo de expos icina lvien t o,t opogr a fa loca la s comola n a t u r a leza for t u it a delvien t ot ien deacomplica r elpr oblema .La s ca r a ct er s t ica s dees t os flu jos s los epu edenes t a blecer a t r a vs deobs er va cion es dir ect a s en t a ma on a t u r a lo r ecu r r ien do apr u eba sent n elesde vien t o.Sinemba r go,lacon du ct apu ede s erfija dacon s ider a n do a lgu n a ss it u a cion esde flu jo t pica s . Flujo tpico del viento alrededor de edificios Un a s it u a cin deflu jot picos eilu s t r a en la Figu r a 1.4don deelvien t oes t s opla n do s obr e u n aca r adel edificio cont ech o adosa gu a s . Losflu joss onlen t oso des a celer a dosamedidaqu e s e a cer ca na l edificio, pr odu cin d os e un a pr es in pos it iva en la ca r a deba r loven t o.Cr ea da laobs t r u ccin ,por ca u s a deledificio,es t eflu jos evu elca a lr ededor dela ses qu in a s ydelt ech o. Elflu jos epa r a do(llega a s er s epa r a dodela s u per ficie deledificio)en es t os pu n t os yla ba ja pr es in , por deba jodela pr es ina t mos fr ica , or igin au n apr es inn ega t ivao s u ccinenlosmu r osext r emosy en cier t a por cin delos t ech os . Un a gr a n zon a deba ja pr es in deflu jo q .C.C= pr p 1.4CARGAS 1 - 9 r et a r da does cr ea da a s ot a ven t odeledificio,la cu a lpr odu ceu n a s u ccin enel mu r o de s ot a ven t o y as ot a ven t o del t ech o. La spr es ion esenes t azon an o s ones t a blesn i u n ifor mes ,s inemba r gos e h aes t a blecido qu e losflu josn o s e a lt er a na pr ecia blemen t e conu nca mbio enlavelocida d del vien t o. La s pr es ion es a ct u a n t es en u n t ech odepen den complet a men t edes uin clin a cin ;s on gen er a lmen t epos it iva s en la zon a deba r loven t opa r ain clin acion es ma yor es de ?=30gr a dos per opa r a in clin a cion es men or es , laca r a a ba r loven t odelt ech opu edees t a r s u jet a a s u ccion es s ever a s yqu e a lca n za nu nm ximo au n ain clin a cinde 10 gr a dosa pr oxima da men t e.Ba jo con dicion es devien t os ext r emos es t a s s u ccion es pu eden ven cer elpes o pr opio r equ ir in dos e pa r aes t e ca s o,u na decu a do s is t emade a n cla je. Los r es u lt a dos dediver s os es t u dios r ea liza dos en u n ca s oes pe cia lde for ma dees t r u ct u r a s h a n con du cidoa la Ta bla VI(a )"Cu bier t a s Simt r ica sdedos Agu a s "qu eseda en la Pa g. 1-12pa r a la det er min a cin del Coeficien t e Cp.Pa r aot r osca s oss e r ecomien daleer(2). Velocidad del Viento: Sedeben con s ider a r diver s os a s pect os en la s eleccin deu n a ve locida dde vien t o,s obr ela cu a ls eba s a n la s ca r ga s dedis e opar a edificios u ot r a ses t r u ct u r a s .En ellos s ein clu yen la clima t ologa del r ea geogr fica ,lar u gos ida ddelt er r en oen gen er a l,ela s pect odela t opogr a fa loca l,la a lt u r aDISEO ESTRUCTURAL EN ACEROLUIS F. ZAPATA BAGLIETTO 1 - 10 deledificioyeln ivela cept a bledelr ies godeexceder la ca r ga dedis e o. Lamedicin deda t os devien t oyelpr ocedimien t opa r a obt en er velocida desb s ica s fu er on dis cu t idos a n t er ior men t e.Pa r a ela n lis is es t a ds t icodela svelocida desm xima sde vien t o, losda t osdebens ercon fia blesy con s t it u iru ngr u poh omogn eo. Pa r a Per , elSENAMHIes la en t ida den ca r ga da de r ecoger s is t em t ica men t ees t a in for ma cin .En los cdigos moder n os la svelocida des b s ica s delvien t odedis e oes t n es pecifica da s cla r a men t eent r min ospr oba bils t icosy conel con ocimien t o de pr oba bilida d de ocu r r en cia develocida des a lt a s devien t o,obt en ida s deu n a n lis is es t a ds t icodelosr egis t r osde velocida desde vien t o.Exis t en a lgu n os pr ocedimien t os b s icos pa r a elc lcu lodees t a spr oba bilida des deocu r r en cia devien t os ext r emos .La n a t u r a leza dela sva r ia bles pr opu es t a s pa r a qu efu n cion eu n modeloa pr opia dodevien t o ext r emo espr opor cion a daporla sdis t r ibu cion espr oba bils t ica sde losva lor esa lt os . Las eleccinde u nin t er va lo medio de r ecu r r en cia(IMR) conlacu a l h a y a s ocia da u n a ciertave locida db s ica delvien t o, depen dedela fu n cin del edificioyla s con s ecu en cia s des u fa lla . En es t et ext os er ecomien da s eu s e u nIMR de 50 a osy s e t ome encu en t ael Ma paEli c oqu es ea dju n t a (VerPa g.1-11), don des epr es en t a n la s is ot a ca s ela bor a da s en la UNI,yqu e per mit en es t a blecer la velocida dm xima es per a da en diver s os pu n t os del t er r it or ion a cion a len u n per odode50a os . Exis t et a mbin u n a va r ia cinde lavelocida d del vien t o conlaa lt u r ade laedifica cin . Se s u gier e con s u lt a r(2). Cargas de diseo por Viento: A con t in u a cins e dau nr es u mende laPr opu es t ade Ca r ga sde Vien t oqu es e ela bor enlapu blica cin(2): "La ocu r r en cia depr es ion es os u ccion es pdebida s a lvien t oen s u per ficiesver t ica les h or izon t a les oin clin a da s deu n a edifica cin s er n con s ider a da ss imu lt n eamen t eys es u pon dr n per pen dicu la r es a la s u per ficies obr elacu a la ct a n .La ca r ga devien t odepen dedela for ma .Dich a s obr eca r ga p s obr ela u n ida ddes u per ficiees u n m lt iplodela pr es in din mica qys e expr es aa s : )m/kg (qC C= p2r p(1. 1) don deCp= coeficien t e de pr es iny Cr= esu ncoeficien t e de r fa ga(a mboss onn mer osa bs t r a ct os ) )m/kg ( v0.005 = q2 2 1.4CARGAS 1 - 11 DISEO ESTRUCTURAL EN ACEROLUIS F. ZAPATA BAGLIETTO 1 - 12 1.4CARGAS 1 - 13 en don deves t en kilmet r os por h or a .La ve locida db s ica delvien t os e obt en dr delos Ma pa s Elicos .En n in g n ca s os et oma r n pr es ion esdin mica s men or es deq= 1 5k g/ m2 ". "La s pr es ion es pu eden s er pos it iva s (pr es in )on ega t iva s (s u cc i n ), det er min a da sporu ncoeficien t e Cp, pos it ivo o n ega t ivo y s er ncon s ider a da scomodifer en cia les con r ela cin a la pr es in a t mos fr ica n or ma l.Ver Ta bla scor r espon dien t es ." " Pr es ion esin t er ior es: Cu a n do el por cen t a je de a ber t u r a"n " de a lgu n ade la spa r edes dela con s t r u ccin s ea ma yor de30%dela pa r t ede r ea expu es t aqu ecor r es pon dea dich a pla n t a ,en a dicin a la s pr es ion es os u ccion esext er ior es s edeber n con s ider a r pr e s ion es os u ccion es ca lcu la da s s eg n laecu a cin(1.1) conva lor esCpi s igu ien t es :" Si laa ber t u r as e en cu en t r aa l la do de ba r loven t oCpi = 0. 8 Si laa ber t u r as e en cu en t r aa l la do de s ot a ven t oCpi= -0.5 Pa r a va lor es de"n "men or es de30%,s econ s ider a r n pa r a elc lcu lodela spr es ion esin t er n a slosva lor esde Cpi m sdes fa vor a blesen t r e loses pecifica dosacon t in u a cin : Si laa ber t u r as e en cu en t r aa l la do de ba r loven t oCpi =0 . 8 n / 3 0 (1 -n / 3 0 ) Si laa ber t u r as e en cu en t r aa l la do de s ot a ven t oCpi = -0 . 5 n / 3 0 (1 -n / 3 0 ) Si lacon s t r u ccinn o t ien e a ber t u r a s , s e t oma r Cpi= 0 . 3 "Coeficien t es deR fa ga:Par aes t r u ct u r as cu ya es belt ezodimen s ion esh or izon t a les r edu cida s la s h a cen s en s ibles a la s r fa ga s decor t a du r a cin y cu yos per odos la r gos fa vor ecen a la ocu r r en cia deos cila cion es impor t a n t escomopor ejemplo, edificios der ela cin dea s pect ode5a 1ycon per odo fu n da men t a ldem s de2s e gu n dos ocon a lt u r a dem s de60m,s e r ecomien dau s a ru nCoeficien t e de R fa gaCr = 1. 7 enlaecu a cin(1. 1) ". Enel Apn dice de es t e Ca pt u lo s e dau nEjemplo complet o pa r adet er mi-n a rla sa ccion esde vien t o s obr e u n a es t r u ct u r a t pica. CARGAS DE SISMO Los t er r emot os pr odu cen movimien t os h or izon t a les yver t ica les .Losmovimien t os h or izon t a les s on los qu egen er a n en la es t r u ct u r a s los efect osm s s ign ifica t ivos .Cu a n doels u elos emu eve,la in er cia dela ma s a delaes t r u ct u r a t ien de a r es is t irt al movi mien t o, como s e mu es t r aenlaFig. 1.7. DISEO ESTRUCTURAL EN ACEROLUIS F. ZAPATA BAGLIETTO 1 - 14 As porel Pr in cipio de D`Alember t : Con ocidos los valor es deX, s epu eden det er min a r la s fu er za s decor t edel pis o y la sfu er za sde pis oFi = Vi - Vi-1. Es t ea n lis is es dificu lt os opa r a edifica cion es ,a de m s dela sin cer t idu mbr esqu e s e des pr en den dela s h ipt es is a con s ider a r pa r a logr a relmodeloma t em t ico.Es por elloqu emu ch os r egla men t os a cept a n t oma ren cu en t a s lola ca r ga C.W,a plica da h or izon t a lmen t e,pr es cr it a en for maempr ica . Es t a cargas e r epr es en t aconlaexpr es in don de: ;';'1111]1

;'1111]1

(t)x m(t)x m(t)x m=xxx*k k- 0k-k+k k-0k-k+k+xxx*m0 00m00 0m g 3g 2g 13213 33 3 2 22 2 1321321& && && && && && & F = X K+ X M& & )X-X(K=V1 i- i i i X K=V1 1 base WRC S U Z= Hd(1. 2) 1.4CARGAS 1 - 15 Z= Fa ct orde zon ifica cins s mica : Z = 1.0(zon a1); Z = 0.7(zon a2); Z = 0.3(zon a3). U= Fa ct orde u s o e impor t a n cia : U = 1.0,Edifica cion es Ca t egor a C:Edifica cion es dedepa r t a men t osy oficin a s , h ot eles , ca s a sh a bit a cin , comer cio; U = 1.3,Edificacion esCa t egor aB:Hos pit a les , cen t r a lest elefn ica s , colegios , mu s eos , et c. S= Fa ct ordel t ipo de s u elo: Su elo I, S = 1. 0, s u elo du r o(r oca , gr a vaden s a,gr avaar en os a du r a ); Su elo II,S = 1. 2, s u eloin t er medio(a r en a den s a , s u elo coh es ivo du r o o fir me); Su elo III,S = 1. 4, s u elobla n do(s u elos gr a n u la r es s u elt os ,s u eloscoh es ivosmedia n oso bla n dos ) C= Coeficien t e Ss mico: ) 1 +T/T ( /0.8 = Cs don de 0.40 C 0.16 T= Per odo fu n da men t a l de vibr a cinde laes t r u ct u r a Ts= Per odo pr edomin a n t e del s u elo: Su elo I, Ts = 0. 3 s eg; Su elo II,Ts = 0. 6 s eg; Su elo III,Ts = 0. 9 s eg W= Ca r gaper ma n en t e s obr e lacon s t r u ccinqu e s e ca lcu la r a dicion a n do alaca r gamu er t au ncier t o por cen t a je de laca r gaviva . ) . v . c ( W+ ) . m . c ( W= W Tipo de edifica cin A B C Deps it os Azot ea s Ta n qu esy Silos1.0 0.5 0.25 0.8 0.25 1.0 DISEO ESTRUCTURAL EN ACEROLUIS F. ZAPATA BAGLIETTO 1 - 16 Rd= Fa ct or der edu ccin por du ct ilida d.La r es pu es t a in el s t ica delaedifica cin es oca s ion a da por movimien t os s s micos s ever os ,dis ipa n do a s en er ga a t r a vs dela for ma cin s u ces iva der t u la s .Debidoa lacomplejida ddela n lis is in el s t icos eh a des a r r olla doellla ma do Mt ododelFa ct or deDu ct ilida d;s es u pon eu n compor t a mien t o el s t icodela edifica cin a n pa r a movimien t os s eve r os yla r es pu es t aobt en idaesapa r t irde es ar es pu es t ael s t icaper odividapor u n fact orde du ct ilida d (VerFig. 1.8). SiV=Vy o dise ...... V/ V=Ry e dR/ V=Vd e y. Elfa ct or dedu ct ilida dt oma en cu en t a la s ca r a ct er s t ica s dela r igidez pr opiade laes t r u ct u r ay s uca pa cida d de dis ipa ren erga . VV= = u yeyi 1.5TIPOS DE PERFILES ESTRUCTURALES 1 - 17 1.5TIPOS DE PERFILES ESTRUCTURALES Ha y va r iost iposde elemen t osde a cer o qu e s e emplea nenla scon s t r u ccion es . Los llamados Pr odu c t os La min a dos e n Ca lie n t e yqu epu eden s erpr odu ct os n oplan os (per files n gu los ,ca n a les ,per files a la s a n ch as ,t u bos , var illaslis as ,et c.) y lospr odu ct osplan os , qu e s onla spla n ch a s . Dela s pla n ch a s , s ea n s t a s la min a da s en ca lien t eoen fr o, s eobt ien enloslla ma dosPer filesPlegados ,y losPer filesSoldados qu es on u n s egu n do t ipo de per filesm semplea do enlapr ct ica . Dela s pla n ch a s odelos per files la min a dos en ca lien t eoplegados o s olda dos s epu eden for ma r Se c c ion e s Combin a da s s old n dolos o u n in dolos ; es t a ss eccion esin t e gr a nu nt er cert ipo.Cu a n docu a lqu ier a delos per files men cion a dos a r r iba s eu n en con el con cr et os edicequ es efor ma n Seccion es Compu es t as .Hayvigascompu est a s ycolu mn a s compu est a s .Es t os elemen t os in t egr a n u n cu a r t o t ipo. Los per files la min a dos en ca lien t et ien en u n a des ign a cin pa r a s ua pr opia dadescr ipcin , as C6x10. 5, s ign ifica u n ca n a lde6"deper a lt eyu npes o de 10. 5 lb/ pie,o u n n gu lo L2"x2"x3/ 16,o u nper fil W18x40qu ees u nper fila la s a n ch a s de18"deper a lt eyde40lb/ pie, et c. Es t a n omen cla t u r acor r es pon dea la des ign a cin de per filesr ecomen da daporel AISC.Losper filess olda dos ,u s a dosenPer ,t ien e lades ign a cina dopt ada porITINTEC 341-154.Es t osper filesfu er ones t u dia dosenlaUNI (3). DISEO ESTRUCTURAL EN ACEROLUIS F. ZAPATA BAGLIETTO 1 - 18 Los per files plega dos n os er n ma t er ia dees t a pu blica cin ya qu epor lalimit a cin dela mis ma n oper mit edes a r r olla r la t eor a qu es u s t en t a s ucompor t a mien t o n i la ses pecifica cion esAISI cor r es pon dien t es . Es t osper filesfu er ones t u dia dosenlaUNI (4). Verm sexplica cins obr e losPer filesSolda dosenel Apn dice . 1.6TIPOS DE ESTRUCTURAS DE ACERO En gen er a lt r es s on los t ipos dees t r u ct u r a s dea cer om s con oci dos :LosPr t i c os ,las Ar madu r as ,yla s Es t r u ct u r as Lamin ar es .Toda s ella scon t ien en es qu elet os for ma dos demiembr os dea lma llen a odea lma de celos a . 1.6TIPOS DE ESTRUCTURAS DE ACERO 1 - 19 La pr in cipa ldifer en cia en t r ela s es t r u ct u r as apor t icadas ylas ar madu r as esqu e s t a s lt ima st r a s mit ens lo a ccion esa xia lesat r a vsde s u smiembr osy s ecu ida ,en t on ces ,qu es u s n u dos s ea n libr es der ot a r ypor lot a n t o in ca pa cesde t r a s mit enmomen t osyqu e la sca r ga st r a n s ver s a lesr epos enenlosn u doss ola men t e. Lospr t icospu edent en ern u dosr gidoso s emir gidos(Ca p. 9)ys u s miembr os s opor t a n flexion es . La s est r u ct u r a s la min a r es s ones t r u ct u r a s es pa cia les don des epr ocu r a qu elos ma yor es es fu er zos s e t r a s mit a n a lola r godes u s u per ficieobt en ien dopr ovech oa s del compor t a mien t o es pa cia l. Los pr t icos , en r ea lida dt ien en , en elca s odeedificios , u ncompor t a mien t ot r idimen s ion a l,s in emba r go,en mu ch os ca s os s ones t u diados , con s er vador amen t e, como es t r u ct u r a sbidimen s ion a les .La s a r ma du r a s pu edet en er compor t a mien t oen u n pla n o, ou ncompor t amien t o es pa cia l como ocu r r e enla sTor r esde Tr a s mis ino enTor r esde An t en a s .Enes t apu blica cinn o s e t r a t a r nla sest r u ct u r a sla min a r es , n i est emael ca s o de losPu en t es . 1.7LAS ESPECIFICACIONES AISC COMO REGLAMENTO DE DISEO En pr imer lu ga r ,pa r a a pr ecia r u n docu men t ot a n impor t a n t e,s ede be con ocerqu esel In s t it u t o Amer ican o de la Con s t r u ccinenAcer o (AISC). Set r a t a deu n in s t it u t odein ves t iga cin ,r e da ccin den or ma s yde divu lga cin delos con ocimien t os qu es obr eelu s odela cer os eva na dqu ir ien do. Fu efu n da doen 1912ydes de1921h a ela bor a do9ver s ion esdela s "Es pecificacion es par aelDi s e o, Con s t r u c c in yMon t a je deEs t r u ct u r as deAcer opar aEdificacion es ".ElAISCes t in t egr a dopor lospr odu ct or esde per files ,porlosu s u a r iosy porin dividu osqu e s e en cu en t r a nin t er es a dosenel des a r r ollo del a cer o como ma t er ia l pa r alacon s t r u cci n . Un aEs pecifica cinesu ncon ju n t o de r egla squ e t ien enporobjet o con s e -gu ir u n a es t r u ct u r a s egu r a yes t a bleen elt iempo.Es impos i blequ ela ses pecifica cion es in volu cr en t oda s los a s pect os dela s egu r ida ddeu n aes t r u ct u r a pa r t icu la r por loqu esedicequ e"eldis e a dor es elqu et ien ela lt imar es pon s a bilida d pa r au n aest r u ct u r as egu r a ". La s Es pecifica cion es AISCmen cion a da s a n t er ior men t es on r econ oci dasen Per a fa lt a deu n a s Es pecifica cion es n a cion a les , dea cu erdoa losin dica do porel Regla men t o Na cion a l de Con s t r u ccion es . Dos s on los en foqu es delDis e oes t r u ct u r a len a cer ocon for mea lo dis pon ible alafech a : "Dis e opor Es fu er zos Per mis ibles",con ocidopor s u s s igla s ASD (Allowa ble St r es sDes ign ) "Dis e opor Es t a dos Lmit es",con ocidopor s u s s igla s LRFD(Loa da n d Res is t a n ce Fa ct orDes ign ). DISEO ESTRUCTURAL EN ACEROLUIS F. ZAPATA BAGLIETTO 1 - 20 La s ver s ion es m s r ecien t es delos r e gla men t os qu ea mpa r a n es t a s dosfilos ofa sde dis e o fu er onda da sacon oceren1989 y 1986, r es pect iva men t e. Elmt odoASDya t ien em s de100a os dea plica cin ;con ls epr ocu r acon s egu ir qu elos es fu er zos u n it a r ios a ct u a n t es r ea les en los miembr oses t r u ct u r a les s ea n men or es qu elos es fu er zos u n it a r ios per mis i bles ,a con s eja dosporel r egla men t o.Sin emba r go, du r a n t ela s dos lt ima s dca da s ,eldis e oes t r u ct u r a ls e es t movien doh a cia u n pr ocedimien t o m s r a cion a lba s a doen con cept osde pr oba bilida des yden omin n dos e"es t a dolmit e"a qu e lla con dicin delaes t r u ct u r aenlacu a l ces acu mplirs ufu n cin . Loses t a doslmit ess e dividenendosca t egor a s : Re s is t e n c ia y Se r vi c i o. Elpr imer es t a dot ien equ ever con elcompor t a mien t opa r a m ximar es is t en cia d ct il,pa n deos ,fa t iga ,fr a ct u r a ,volt eoodes liza mien t o.El s egu n does t a dot ien equ ever con la fu n cion a lida ddela es t r u ct u r a , ens it u a cion es t a les comodeflexion es , vibr a cion es , defor ma cin per ma n en t ey r a ja du r a s . Loqu es epr et en de, en t on ces , es con s egu ir qu ela es t r u ct u r a n o s obr epa s elos es t a dos lmit es men cion a dos ,per ocomoes impos ible con s egu irr ies go cer o enlapr ct ica ,eldis e a dor s edebecon for ma r con u npr oba bilida da decu a da ,ba s a da cier t a men t een m t odos es t a ds t icos ,qu es e den omin a n "Mt odos deCon fia bilida ddemomen t os depr imeror den -s egu n door den "pa r a n os obr epa s a r la r es ist en cia delos elemen t os ,qu e eslo qu e m spr eocu paa l dis e a dor . Ta les mt odos a s u men qu ela Ca r gaQyla Res is t en cia Rs on va r ia blesa lea t or ia s , como s e mu es t r a nenlaFig. 1.12.Cu a n do R excede Qs et en dr u n ma r gen des egu r ida d, per ot a mbin pu ededa r s eelca s ocon t r a r ioR 5. 70 t O. K. b)Con exins inDes liza mien t o: Si s e r equ ir ier aqu e lacon exinn o t en gades liza mien t o en t r e s u spa r t esencon dicion esde Ca r gade Ser vicio: Fv = 1.97 t / cm2en h u ecos es t n da r pa r a per n os A325con s u per ficiede con t a ct o Cla s e B.(VerTa bla4.7) Rpermis ible= Fv*m*Ab = 1. 97*1*2. 86 = 5. 63 t> 3. 96 t O. K. PROBLEMAS 4 - 23 PROBLEMAS 4. 1En elPr oblema 3. 2delCa pt u lo3, det er min a r f Pn con for mea lar es is t en ciade losper n osin dica dos . J u n t a sCon t a ct o. 4. 2 En elPr oblema 3. 5delCa pt u lo3, det er min a r f Pn a plica blea dich acon exin ,con s ider a n do: (a )J u n t aCon t a ct o. (b)Sila ca r ga des er vicioa plica da es 20t (30%ca r ga mu er t a y70% car gaviva),ver ificar s ilos 4per n os 5/ 8"A325-Xs on s u ficien t es o esn eces a r io ca mbia r losporu ndi met r o ma yor , s i lau n inesJ u n t as inDes liza mien t o cons u per ficiesCla s e B. 4. 3Dis e a rlacon exindel br a qu et e pa r alaca r gaexcn t r icaPu . Us a rper n osASTM A325-X Acer o del per fil y pla n ch a : A36 Pr ocedimien t o: (1)Det er min a res fu er zosenper n os . (2)Seleccion a rdi met r odeper n os y ver ifica rcor t e y a pla s t a mien t o. (3)Ver ifica res pa cia mien t os . (4)Sila J u n t a s edes ea con ver t ir la en J u n t a s in Des liza mien t oylaca r ga des er vicioes ,P=4t ,ver ifica r s ies pos iblela s olu cinobt en idaen t er ior men t e.Su per fici e Cla s e A. 4. 4 Ma t er ia l:Acer o A36 Per n os 5/ 8" A325 Det er min a r Tu yCu mximosa plica bles en la con exinmos t rada. DISEO ESTRUCTURAL EN ACEROLUIS F. ZAPATA BAGLIETTO 4 - 24 4. 5 La figu r a mu es t r a elempa lme dela "pa t a "deu n a t or r ede a n t en afor ma daporLsde a cer o A36. La s Ca r ga s CyTs on ca r ga s de s er vicio. Ver ifica r s ila u n in t ipoJ u n t as in Des liza mien t oes t con for -me. Su per ficie Cla s e B. Not a.- La smedida senmm. 4. 6La pla n ch a dea poyodeAcer oA36 es t a n cla da a con cr et ocon 4 per n os dea n cla je3/ 4"-500, ASTM A307. Ver ifica rs i dich osper n osde a n cla je s onade cu ados paracort e-t r accin , a s i como s ua poyo enlapla n ch a . Not a.- Enes t e pr obleman o s e es t u -dia la r es is t en cia delcon cr et oa loses fu er zosde losper n osde a n cla je. La smedida senmm.

5.1GENERALIDADES 5 - 1 Captulo 5 Soldadura 5.1GENERALIDADES Enel Ca pt u lo 2 de es t e t ext o s e t r a t del t emacon cer n ien t e a l ma t er ia l qu e s eemplea pa r a la s s olda du r a s .En es t eCa pt u los ea mpla n es t oscon ocimien t os pa r a des cr ibir los Pr oces os deSolda du r as ,la ca lida ddelas olda du r a , lar es is t en ciaes per a dade loscor don esde la ss olda du r a sy s uu s o a decu a doen la s con exion es . Set r a t a r n s locon exion es elemen t a lesdeja n do,como enel ca s o de la scon exion esemper n a da s ,la su n ion esde VigaaColu mn ay ot r a spa r ael Ca pt u lo 9. Se h acr edo con ven ien t e da ru n abr eve r es e a h is t r ica deldes a r r ollodela s olda du r a ,des des u s in icios h a s t a el pr es en t e,conel objet o de qu e el lect ora pr ecie qu e las olda du r aesu n au n inmu y a n t igu a , conu ngr a nfu t u r o. 5.1.1 Desarrollo histrico de la soldadura La s oldadur a esel mt odo par a un irdoso mspiezasde met al calen t n do-las h as t aquees t n en es t adopas t os o, emplean doon opr es i n .Seh a nen con t r a doobjet os dea r t equ eda t a n des dela poca delos egipcios (3000 A. C),enqu e s e ve qu e la su n ion ess e h a nr ea liza do fu s ion a n do el met a l. Es t e t ipodes olda du r a es con ocidocomoSolda du r a deFr a gu a yqu es ema n t u vo envigen ciah a s t ael s iglo pa s a do.Enlaa ct u a lida d las olda du r ade fr a gu aesu n a r t epr ct ica me n t eolvida do,s ien do,a h or a la s olda du r a ,u n pr oces o mu ch o m scomplejo y r efin a do.

DISEO ESTRUCTURAL EN ACEROLUIS F. ZAPATA BAGLIETTO 5 - 2 Enlas egu n damit a d del s iglo pa s a do, a pr ovech a n do la sven t a ja sdel arco voltaico(1877),a pa r ecen la s pr imer a s m qu in a s pa r a s olda r ,h a cien dou s o del ca lorin t en s o qu e gen er ael a r co elct r ico,in icia lmen t e conelect r odosde ca r bn ylu egocon elect r odos demet a ldes n u do(N. G. Sla n vion off, r u s o,1888).EnUSA, St r oh meyer(1889) con s i gu ela pr imer a pa t en t epa r a elu s o deelect r odos pr ot egidos par aobviar los in con ve n ien t es delelect r odon o pr ot egido qu e oxidalas olda du r a . Ca s ia lmis mot iempo,T.Flet ch er con s igu ecor t a r met a lcon u n a mezclade oxgen o y a cet ilen o qu e pr odu ce u n alla made in t en s o ca lor .In icia lmen t ela s olda du r a moder n a fu deu s oin t en s oen la repa r a cinde ba r cosda a dos ,enes pecia l enla1r a .Gu er r aMu n dia l. Se con t in u ,lu ego,conlaexper imen t a cinde lospr oces osde s olda du r adea r cocon ga s in er t eys emejor elma t er ia ldepr ot eccin (r ecu br imien t o de loselect r odos ) y el polvo lla ma do "fu n den t e" pa r alas olda du r as u mer gida . Al pr es en t e h a y mu ch oss is t ema sdes a r r olla dospa r aefect u a rs oldadu r asde dis t in t osma t er ia les ; s e pu ede decirqu e pa r aca daca s o pa r t icu la rh a y u npr oces o es pecfico.Lat en den ciaesalama yora u t oma t iza ciny s egu r ida d de las olda du r a , conu nma n ejo a decu a do de lafu en t e de ca lory cu ida do con t r alasdis t or s ion es ,conel empleo de s en s or esy compu t a dor a squ e con t r ola nel pr oces o y lavelocida d de laejecu cinde loscor don es . Enes t e t ext o s e t r a t a r de las oldadur a aplicada al acer o es t r uct ur al. 5.1.2 Procesos bsicos Las olda du r as e or igin aporlafu s inde met a lesqu e s e ca lien t a npa r au n ir s e yfor ma r u n s loma t er ia l,pr ocu r a n doqu en os eoxidecon la a t ms fer a .Lafu en t e de ca loreslaen er gaelct r icaqu e pr odu ce el a r co elct r ico, porlo qu e s e le den omin aS old ad ura al Arco.La spieza sala squ e s e lesa plicaes t e ca lordeben t en er u n es pes or dem s de2mm. pa r a qu en os e"qu emen ". Pa r apieza s demen or es pes or s edebeu s a r la lla ma da Solda du radeRes is t en cia Elct r ica,qu ea t r a vs depu n t os ,con u n a cor r ien t edea lt oa mpe r a je,pr odu ceu n a fu s in loca liza da delma t er ia l, yla s pieza s delga da s s eu n encomo enu n acos t u r a . Enes t e t ext o n osr efer ir emoss ola men t e alaSoldadu r aalAr co a plica ble a a cer os es t r u ct u r a les def cils olda bilida d(con t en idos ba jos deca r bon oy a lea cion es )ya los pr oces os des olda du r a s m s con ocidos :Soldadu r aconAr c oPr ot e gidoySolda du r a de Ar c oSu me r gido. La den omin a cin delosmis moses t r ela cion a daalafor macmo s e fu n de el elect r odo pa r afor ma rel ma t er ia l de r ellen o del cor dn . 5.1GENERALIDADES 5 - 3 Pr oces o de Soldadu r a al Ar co conElect r odo Pr ot egido: Esel pr oce s o m sa n t igu o y el m ss imple.El ca lorder r it e lava r illapr ot e gida , qu ees dea ce r ocon u n r ecu br imien t oqu er odea a lelect r odo;es t e r ecu br imien t o or igin aa l qu ema r s e a lr ededordel ma t er ia l r ecindepos it a do,u n a a t ms fer a dega s r icoen COqu eimpideelpa s odeloxgen oh a cia las olda du r a , for ma n do CO2 .Elr ecu br imien t odelelect r odoes u n a mezcla de celu los a , ca r bon a t os ya lea cion es qu epr evia men t es emu elen ylu egos e cocin a npa r as eca r losy pega r losa l elect r odo.Es t e r ecu br imien t o r ea lizala ss igu ien t es fu n cion es :Evit a a loxida cin delma t er ia lcon u n a a t ms fer aadecu ada,comos edijoa n t er ior men t e, ya dem s pr odu ceu n a cos t raqu e depos it a daen cimade las olda du r ama n t ien e el cor dnfu er adel con t a ct o del oxgen o del a ir e mien t r a ss e vaen fr ia n do.El ma t er ia l del elect r odo s e des ign a , enla sEs pecifica cion esASTM, como EABXX, en don deEs ign ifica elect r odopr ot egido, ABcor r es pon den a losn mer os dela r es is t en cia a la fr a ct u r a delma t er ia ldepos it a dopor elelec-t r odo, Fu , ( Ej.: E60XX, E70XX, et c. )yXX esladen omin a cinqu e iden t ificael t ipo de cor r ien t e o lapos icinpa r ael s olda dor . DISEO ESTRUCTURAL EN ACEROLUIS F. ZAPATA BAGLIETTO 5 - 4 Pr oces o de Soldadu r a al Ar co Su mer gido: En es t eca s oelelect r odoes u n a va r illa des n u da con t in u a dea ce ro.Elarco s e efect aden t r o de u n aca pagr u es ade fu n den t equ e esu npolvo in er t e qu e a is lalas olda du r ade laa t ms fer apa r a qu en os eoxide.Es t epolvos er et ir aconu n aa s pir a dor ay s e gu a r dapa r aot r aoca s in . Comos ededu ce,es t epr oces oes a decu a dopa r a m qu in a s a u t om t icas os emia u t om t ica s , per ot ien eelin con ven ien t equ es lor ea lizas oldadu r as"pla n a s ", s i n o el fu n den t e s e der r a ma .Loselect r odoss ondes ign a dosporel pr efijo F s egu ido pordosdgit os qu e in dica n Fu (es fu er zodefr a ct u r a delma t er ia ldepos i t a do)ylu egopor EXXX qu e des ign ael t ipo de elect r odo qu e s e t r a t a . 5.1.3 Soldabilidad de los aceros No t odoslosa cer oscon ocidoss ons olda bles ; s inemba r go, s e pr ocu r aqu e losa cer oses t r u ct u r a less ea ns olda blespa r as umejora pr ovech amien t o.Las olda bilida d eslapr opieda d del a cer o pa r alogr a rs olda du r a slibr esde pr oblema s . Depen demu ch odela compos icin qu mica dela cer oyenes pecia l del con t en ido de ca r bon o. A con t in u a cins e dau n aTa blaconlacompos icinqu micade losa cer osa lca r bon oqu ein dica los con t en idos delos difer en t es compon en t es qu elosin t egr a ny qu e t ien enqu e verconlas olda bilida d del a cer o. Tabla 5.1Composicin qumica del acero soldable ElementoRango Normal (%) Porcentaje que requiere cuidado especial Ca r bon o Ma n ga n es o Silicio Su lfu r o Fs for o 0.06 - 0.25 0.35 - 0.80 0.100 m x. 0.035 m x. 0.030 m x. 0.35 1.40 0.30 0.05 0.04 5.1GENERALIDADES 5 - 5 5.1.4 Tipo de Juntas soldadas Los t ipos deJ u n t a s Solda da s b s ica s s emu es t r a n en la figu r a s s igu ien t esdon depr ima la for ma s en qu es eu n en la s pieza s . Dos deella s mer ecenes pecia l a t en cin :J u n t asa t ope y la sJ u n t ast r aslapadas. La sJ u n t a sat ope s ir venpa r ada rcon t in u ida d adospieza sat r a vsde s u sbor des .Mu ch a s veces es t os bor des s epr epa r a n con bis e les pa r a qu elas olda du r apen et r e. La s J u n t a s t r a s la pa da s s ir ven pa r a qu edos pieza s s eu n a n a t r a vs de s u s cos t a dos ys on mu ycon ocida s en la s s olda du r a s deper files n gu los conpla n ch a s . No r equ ier enpr epa r a cines pecia l de s u sbor des . DISEO ESTRUCTURAL EN ACEROLUIS F. ZAPATA BAGLIETTO 5 - 6 5.2 SOLDADURAS ESTRUCTURALES Son 4t ipos :Soldadu r as Acan aladas , Soldadu r as deFilet e, Soldadur as de Tar u go y Soldadu r asde Ran u r a. 5.2.1 SoldadurasAcanaladas Son s olda du r a s a t opequ econ ect a n dos pieza s qu es een cu en t r a n en el mis mopla n o.Mu ch a s veces t r a s mit en la fu er za t ot a ldeu n a pieza a la ot r a , por loqu edeben s er pr epa r a da s media n t ebis eles o"ca n a let a s "don des e depos it a elma t er ia ldela s olda du r a pa r a u n a pen et r a cin t ot a ldelas olda du r a. Cu a n do n o s e r equ ier ens eccion escomplet a sde s olda du r a ss e lesden omin a s olda du r a s depen et r a cin pa r cia l,depos it n dos es lou n a pa r t e de s olda du r a . Es t a ss olda du r a sr equ ier enmu ch apr ecis inenlosa lin ea mien t osde la spieza s ,a s comoelempleodes olda dor es ca lifica dos .Los es fu er zos qu e 5.2SOLDADURAS ESTRUCTURALES 5 - 7 t r a s mit ens ondir ect os , esdecir , de a qu ellosqu e u n enla spieza so qu e t r a t a ndes epa r a r los ya s ea por t r a ccin ocor t e,a difer en cia dela s s olda du r a s de filet e qu e s lo s onca pa cesde t r a s mit ircu a lqu ieres fu er zo de u n apiezaaot r acon es fu er zos de cort e in t er n osenlas eccinde s olda du r a . 5.2.2Soldaduras de Filete La ss olda du r a sde filet e,como s e dijo,n o r equ ier enpr epa r a cinde bor desy s onf cilesde ejecu t a r ,enes pecia l enel s it io de laobr a .Son lla ma da s t a mbin "s olda du r a s de n gu los "por qu es on es pecia lespa r a con ect a r per files n gu los con pla n ch a s (ca r t ela s en n u dos de ar madu r as ). 5.2.3Soldaduras de tarugo o de ranura Enla sfigu r a ss igu ien t ess e mu es t r a ns olda du r a sde filet e ju n t o cons olda du -r a sde t a r u goode r a n u r a .Sona decu a da spa r apr even irqu e la spieza senlacon exin s edis t or s ion en en t r ecor don es mu ys epa r a dos , dis min u yen dola sdis t a n cia sde s epa r a cinde la spieza s , y, pa r at r a n s mit ires fu er zos . DISEO ESTRUCTURAL EN ACEROLUIS F. ZAPATA BAGLIETTO 5 - 8 5.2.4Simbologa de la Soldadura Con elobjet oqu es ees t a blezca u n a comu n ica cin en t r eeldis e ador yel per s on a len ca r ga dodeefect u a r la s s olda du r a s ,a t r a vs delos pla n os y dibu jos ,s e h aidea do u n as imbologay qu e s e mu es t r aacon t in u a ciny qu e s e debe alaSocieda d Amer ica n ade Solda du r a(AWS).5.2SOLDADURAS ESTRUCTURALES 5 - 9 Loss mbolosde s olda du r a ss e e s cr iben deizqu ier da a der ech a a lola r gode laLn eade Refer en cia s ,de a cu er do alacon ven cinu s u a l de dibu jo. Acon t in u a cin s eda n a lgu n os ejemplos deu s odela s imbologa de s oldadu r a. Sign ifica s olda r t odoa lr ededor cons oldadu r ade filet e de 1/ 4" Sign ifica s olda r t a n t oella doin dica dodela flech a comoa lot r ola docons olda du r ade filet e de 6 mm. Sign ifica s olda r con s olda du r aa ca n a la da de5/ 8"en u n a lon git u d de6"con u n a a ber t u r a der a zde 1/ 8" y el bis el h a ce u n n gu lo de 60 gr a dos . 5.2.5Factores que afectan la calidad de la Soldadura a )Pos icinpar a s oldar Cu a n do s e t r a t ade s olda du r a sejecu t a da sma n u a lmen t e poru nope r a r io ca lifica do,la ca lida da s comola velocida ddea va n cequ es eobt ien ea l ejecu t a r u n pa s e, es t n mu yliga dos a la pos icin en qu es er ea liza las oldadu r a. Secon ocen 4pos icion es qu eh a cen qu eels olda dor t en ga u n a ma yor o men ordificu lt a d pa r aejecu t a rloscor don es . DISEO ESTRUCTURAL EN ACEROLUIS F. ZAPATA BAGLIETTO 5 - 10 La Pos icin Pla n a(fla t ),es la pos icin m s f cilydebepr efer ir s epor lavelocida dyca lida d;la pos icin h or izon t a l, per mit eobt e n er bu en osr es u lt a dosper o amen orvelocida d; pos icinver t ical, s imila ralaa n t er ior ; y lapos icin s obr eca bezaqu ees la m s difcilyqu es loes cor r ect a men t e ejecu t a da por s olda dor es ca lifica dos u s a n doelect r odos es pecia les convelocida d r edu cida ,porlo qu e es t e t ipo de s olda du r a ss lo debe efect u a r s e ens it io enca s oses pecia les . b)Calificacindel Soldador La ca lida ddela s olda du r a depen der en or memen t edela h a bilida ddel s olda dor qu ela s ejecu t a en for ma ma n u a lodeloper a r ioqu econ t r ola u n am qu in a s emia u t om t ica des olda r .En elca s odels olda dor qu eejecu t as olda du r a sma n u a lesde elect r odospr ot egidoss e debe t en erlas egu r ida d qu e es t ca lifica do pa r aes e t rabajo.Exis t enes cu ela sde en s e a n zaes pecia liza daqu e ot or ga nCer t ificadospa r aga r a n t iza rqu e el s olda doresh bil pa r as olda ren d et ermin a da s pos icion es . Sin emba r go, cu a n don oes pos iblecon s egu irs olda dor es a dies t r a dos ,pa r a a s egu r a r s u compet en cia ,s epr es en t a u n aPr u ebade Ca mpo qu e s e des cr ibe acon t in u a cin : 5.2SOLDADURAS ESTRUCTURALES 5 - 11 Se pr epa r a ndospla n ch a s ,como s e mu es t r aenlafigu r aa n t er ior ,y s e le pide a l s olda dorqu e efect e las olda du r aenlapos icinqu e s e des eapr oba r lo. Un avez qu e s e en fr ael es peci men ,s e esmer ilael cor dny s e cor t aen4 t ir a s . Se con s ider a npa r ala spr u eba sla sdoscen t r a les ,por qu e la sext er n a st ien ens iempr ede fect os des olda du r a s por elin icioyfin dela r coqu ea u men t a lacor r ien t equ ema n doelcor dn .Es t a s t ir a s s edobla n deca n t oh a s t a for ma ru n aU,a lr ededorde u nt u bo de 2",conlaa yu dade u n apa la n ca .Unen s a yo de dobla do s e h a r con t r alar az y ot r o con t r ael r efu er zo. Sepu ededecir qu eelen s a yoh a da dor es u lt a dos cor r ect os s ilu e godel dobla do n o h a y in diciosde r a ja du r a sde las olda du r a . c) Pr epar acinadecu ada de losbor des Enlas igu ien t e figu r as e mu es t r acmo s e pr epa r a nlosbor desens olda du r a sacan aladas . Exis t en Ta bla s con es qu ema s det oda s la s u n ion es qu es epu eden h a cerydon des emu es t r a la geomet r a dela s ca n a let a s .La s u n ion es qu es igu enes t os det a lles s eden omin a n J u n t as Pr ecalificadas AISC-AWS. En es t e t ext os er ecomien da qu es er evis en la s p gin a s 5. 180a 5. 196delMa n u a l AISC-LRFD;cu a t r odeella s h a n s idor epr odu cidas en es t et ext os lopa r afin es deen s e a n za . Cier t a men t equ eelgr os or dela s pieza s a s comos us epa r a cin ,la pos icin dels olda dor ,et c.s et oma n en cu en t a pa r a defin ir lageomet r a . La exper ien cia in dica qu ela s s olda du r a s qu es igu en loslin ea mien t os dela s J u n t a s Pr eca lifica da s n ot en dr n pr oblema s en ladepos icindel elect r odo der r et ido. d) Con t r ol de lasdis t or s ion es Ot r ofa ct or qu ea fect a la ca lida ddela s olda du r a es elen cogimien t oqu e ocu r r een la s olda du r a cu a n dos een fr a .Es t een cogimien t os edebea l in t en s o ca lorqu e or igin aqu e pa r t e del ma t e r ia ls elic emien t r a s qu een s ua lr ededorcon t in e s lido,pr opicia n do dis t or s ion es impor t a n t esenla spieza s DISEO ESTRUCTURAL EN ACEROLUIS F. ZAPATA BAGLIETTO 5 - 12 5.2SOLDADURAS ESTRUCTURALES 5 - 13 DISEO ESTRUCTURAL EN ACEROLUIS F. ZAPATA BAGLIETTO 5 - 14 5.2SOLDADURAS ESTRUCTURALES 5 - 15 DISEO ESTRUCTURAL EN ACEROLUIS F. ZAPATA BAGLIETTO 5 - 16 ocr ea n does fu er zos r es idu a les . Pa r a dis min u ir es t os pr oblema s s e r ecomien das egu iru n aSecu en ciade Solda du r a ,esdecirma n t en eru nor dena decu a do pa r as olda rloselemen t os . Exis t eu n a es pecia liza cin mu yliga da a la exper ien cia pa r a evit a r la sdis t or s ion es en elca s odepla n ch a s gr a n des comoen t a n qu es odeps it oss oldados . 5.2.6Defectos en las soldaduras Losdefect osm simpor t a n t esporu n at cn icain a decu a dade s olda du r a s on : la s ocavacin,lafa lt a defu s in ypen et r a cin ,lain clu s in dees cor ia ylapor os ida d. 5.2SOLDADURAS ESTRUCTURALES 5 - 17 La s ocavacines qu iz s eldefect om s fr ecu en t eys edebea u n exces ode a mper a je.Se pr odu ce lalla ma da"s olda du r aqu ema da ". Se den omin a falt adefu s in cu a n doelma t er ia lba s eyeldea por t a cinn os eu n en . Sedebea qu eexis t ema t er ia lext r a oen la u n in qu eimpide u n abu en aliga zn . La pen et r a cin in complet a es elca s oen qu eelelect r ododer r et idon o llegaalar a z.Se or igin aes t afa lla ,enu n ama lapr epa r a cindel det a lle de laca n a let ao a l empleo de elect r odosde di met r osexces iva men t e gr a n despa r alaca n a let a ,velocida d exces ivade depos icino cor r ien t e in s u ficien t e. La in clu s in dees cor ia con s is t een la pr es en cia dexidos met licosden t r odela s olda du r a ,xidos qu es on elr es u lt a dodela s r ea ccion esqu mica s en t r eelmet a l, ela ir eyelr ecu br imien t odelelect r ododu r a n t eel deps it o y las olidifica cindel met a l de a por t a cin . Las oca va ciny lapen etr a cinin complet as ondet ect a da svis u a lmen t e. 5.2.7Inspeccin y Control Elxit oen or mequ eh a n t en idola s es t r u ct u r a s s olda da s s eh a de bidoenbu en apa r t e,aqu e h a ns egu ido la ss igu ien t escon dicion espa r alain s peccinde laca lida d de las olda du r a : 1.Es t a blecimien t odebu en os pr ocedimien t os des olda du r a . Comolaa dopcin dela s J u n t a s Pr eca lifica da s yla s Nor ma s AWS.Us odeloselect r odosa pr opia dos . 2.Empleodes olda dor es u oper a dor es ca lifica dos ,s ola men t e.Solda dor esqu emu est r a n cer t ifica dos deca pa cida doqu eh a n pa s a dopr u eba s de calidad. 3.Empleodein s pect or es ca lifica dos con exper ien cia ys u pr es en cia con t in u aenel t a llery enlaobr a . 4.Us o de t cn ica ses pecia lesde in s peccincu a n do s e n eces it a . 5.M qu in a sde s olda rca davez m sper feccion a da s . Exis t en va r ios mt odos pa r a la in s peccin dela s s olda du r a s ,s ien doel visu al el m ss imple per o qu e r equ ier e exper ien cia ; s e debe t en erpr es en t e el t a ma o, for ma ylon git u ddelos cor don es , a s comola socavacin .La r a diogr a fa yelu lt r a s on idos on mt odos qu es ea plica n en s olda du r a simpor t a n t esde u n aes t r u ct u r ay enca s osde s egu r ida d, como enlost a n qu esapr es in . DISEO ESTRUCTURAL EN ACEROLUIS F. ZAPATA BAGLIETTO 5 - 18 5.2.8Qu ventajas tiene la soldadura con relacin a los pernos? Enlafigu r aa n t er iors e mu es t r a ndoscon exion esde laes qu in ade u nPr t ico Rgidoa dos Agu a s .Es u n a con exin pa r a t r a s mit ir Momen t oyCor t e, pr in cipa lmen t e. Pa r a la con exin emper n a da s er equ ier en h u ecos , per n os ,pla n ch a s a dicion a les ygr a n pr ecis in ;t a mbin h a yqu econ s ider a r pr didader es is t en cia por los h u ecos , per os epu edeejecu t a r en la obr a s in mu ch adificu lt a d. Enlacon exins olda das e n ot au nlimpiezaenlosdet a lles ,men ospieza sa dicion a lesy s inh u ecos ,per o s e a pr eciaqu e s er amu y difcil ejecu t a rt odoslos cor don es des olda du r a en obr a ,ca s is edir a impos ible,por loqu e,a l men os ,es t acon exindebe s err ealiza da en t a ller yelempa lmecon elr es t o dela con s t r u ccin en ot r a zon a delpr t icomen os es for za da , por ejemploenel P. I., conju n t a semper n a da so s olda da s . La econ oma deu n a con exin depen dedemu ch os ot r os fa ct or es , en t r e los cu a les es t elcos t odela ma n odeobr a qu es ea pr ecia por elt iempode ejecu cin dela con exin ;s in emba r go, elcos t odela ma n odeobr a en Peresr edu cido, encompa r a cinconel de ot r ospa s es ,porlo qu e el a u t orde es t e t ext os ein clin a r a por u s a r la ma yor ca n t ida ddecon exion es s olda da spos iblesenu n acon s t r u ccin . 5.2.9Limitaciones en tamaos y longitudes de Soldaduras de Filete Acon t in u a cin s et r a t a n la s con exion es con s olda du r a s defilet emos t r a n do la sr ecomen da cion esqu e AISC-LRFD h aes t a blecido pa r aa s egu r a rqu e s t a ss e efect encor r ect a men t e y s ea nca pa cesde t en erla sRes is t en cia sde dis e o qu e s e t r a t a r ndes pu s . 5.2SOLDADURAS ESTRUCTURALES 5 - 19 1.Ta ma o mn imo:VerTabla 5.2 Tabla 5.2 Espesor de la pieza ms gruesa unida T (pulgadas) Tamao mnimo soldadura de filete Tamao mnimo garganta sold. Penetracin parcial pulg.mmpulg.mm 1/ 8 < T 3/ 16 3/ 16< T 1/ 4 1/ 4 < T 1/ 2 1/ 2 < T 3/ 4 3/ 4 < T 1. 1/ 2 1.1/ 2 < T 2. 1/ 4 1.1/ 4 < T 6 6 < T 1/ 8 1/ 8 3/ 16 1/ 4 5/ 16 5/ 16 5/ 16 5/ 16 335688881/ 16 1/ 8 3/ 16 1/ 4 5/ 16 3/ 8 1/ 2 5/ 8 1.535689. 51216 2.Ta ma o m ximo de las olda du ra: Cu a n do el es pes ordel bor de esme -n or oigu a la 1/ 4", eles pes or m xi-mo pu ede s erws = 1/ 4" (6. 4 mm) Cu a n do el es pes ordel bor de esma -yorde 1/ 4",el m ximo t a ma o de las olda du r apodr s erigu a l a l es pe s orde lapiezamen os1/ 16" (1. 5 mm) 3.Lon git u d mn imade u ncor dn : La lon git u dlsdelcor dn n os er men or qu e4veces elt a ma odelas olda du r a .As imis mo n o men oraladis t a n cia bqu elos s epa r a .Ha br u nr et or n o de 2ws.Ta mbin la lon -git u d del t r a s la pe n os er men or de 5*T. DISEO ESTRUCTURAL EN ACEROLUIS F. ZAPATA BAGLIETTO 5 - 20 5.2.10Areas efectivas en las soldaduras -Par alas s oldadu r as acan aladas depe n et r a cin t ot a lla ga r ga n t a s er el es pe s or dela pieza men os gr u es a u n ida ,comos ein dica en la s figu r a ss igu ien t es . -Par a lass oldadu r asacan aladasde pe n et r a cinpa r cia l el es pes orefect ivo acon s ider a rs er el in dica do enla sfigu r a ss igu ien t es . -Pa r a la s s olda du r a s defilet e ,con s ide r a n dola idea liza cin dela s eccinen u n t r i n gu lor ect n gu lois s celes , la ga r ga n t a (dimen s in cr t ica )s er Te= (0. 707ws) pa r as olda du r a sde a r co conelect r odospr ot egidos .En ca mbioenel ca s o de s olda du r a sde a r co s u mergido,t oma n do encu en t alamejorca lida d de la smis ma ss e con s ide ra: 1. Solda du r a sconws 3/ 8" (9.5 mm): laga r ga n t aTes er ws 2. Soldadu r asconws > 3/ 8" (9. 5): laga r gant a Tes er 0.707ws + 0.11" (2.5mm) 5.2SOLDADURAS ESTRUCTURALES 5 - 21 -Pa r ala ss olda du r a sde r a n u r ay t a r u go s e con s ider ael r eade las eccint r an s ver s al de la s oldadu r a. 5.3RESISTENCIA NOMINAL DE LAS SOLDADURAS En pr in cipiola s s olda du r a s deben t en er s u ficien t ema t er ia ldelelect r odo a decu a do pa r at r a s mit irt oda sla sca r ga squ e s e le impon ga n ;la s s olda du r a sacan aladass e dimen s ion ar npa r at r a s mit irloses fu er zosdir ect os , ya s ea de t r a ccin ,compr es in ocor t e,mien t r a s qu ela s s olda du r a s defilet e,n o impor t aladir eccinde laca r ga , s e con s ider a r qu e lat r a s mis iness iempr e porcor t e enlas eccincr t ica ,esdecirenlaga r ga n t a . 5.3.1Resistencia Nominal de las soldaduras acanaladas:Rnw Secon s ider a qu ela r es is t en cia dela s s olda du r a s a ca n a la da s es igu a la lar es is t en ciadel rea efect ivade la ss olda du r a squ e s e u n en . Se r equ ier e,es o s , qu epa r a es fu er zos per pen dicu la r es a lcor dn , elelect r ododeber t en eru n a r es is t en cia qu es ecompa r econ la r es is t en cia dela s pieza s u n ida s(ma t ch in g ma t er ia l). Si el es fu er zo esde compr es in ,s e per mit e u nma t er ia l de elect r odo h a s t a10 ks i men or . Rn w = TeFy pa r at r a ccino compr es inRn w = Te(0.60 Fy) pa r acor t e. DISEO ESTRUCTURAL EN ACEROLUIS F. ZAPATA BAGLIETTO 5 - 22 5.3.2Resistencia Nominal de las soldaduras de filete:Rnw La Res is t en cia Rn wdeu n a s olda du r a defilet epor u n ida ddelon git u d(poru n apu lga da , s i s e t r a t ade u n ida desin gles a s ) s e ba s aenlas u pos icinde qu e lafa llade las olda du r aesporcort e ens us eccincr t ica( r eaefect iva ) o s i n o porcor t e enel r eade con t a ct o en t r e el cor dny el ma t er ia l ba s e. Rn w = Te(0. 60 Fexx)pa r ael met a l de s olda du r a . Rn w = ws (0.60 Fy)pa r ael met a l ba s e. En r ea lida dla dis t r ibu cin dees-fu er zos a lola r godeu n a s olda du r ade filet e escomplejacomo s e mu es-t r a en la figu r a Depen dedelalon git u dydir eccin dela s fu er za sen r ela cin a los cor don es . Sinemba r go, es t os eign or a ys e pr efier es u pon er u n a dis t r ibu cinigu a l ent odo el cor dn . 5.4ESPECIFICACIONES AISC-LRFD PARA SOLDADURAS Volvien doa la filos ofa ,qu es eh a expu es t ova r ia s veces en es t et ext oconr ela cina l Mt odo de dis e o LRFD,s e t ien e: f Rn i1Qi don def Fa ct orde r es is t en cia ; Rn = Rn wRes is t en cian omin a l,porlo qu ef Rn w = Res is t en ciade Dis e o.i2 Fa ct orde ma yor iza cin ; QiEfect os dela s ca r ga s a plica da s ,por loqu e i3Qis on los efect osfact or izadosde lascar gasRu . En t on ces ,s e deber t en er :f Rn w Rudon de Ru= Ca r gafa ct or iza daporu n ida d de lon git u d enlau n ins olda da . 5.4ESPECIFICACIONES AISC-LRFD PARA SOLDADURAS 5 - 23 5.4.1Soldadura acanalada:(AISC-LRFD J2.1) La Res is t en cia deDis e odela s con exion es a ca n a la da s por u n ida dde lon git u dpa r a u n a s olda du r a depen et r a cin t ot a ldepen dedelt ipode es fu er zo a plica do:VerFig. 5.27 1.Traccino compr es inper pen dicu la r a l r ea efect iva yt r a ccin pa r a lela a l eje de las olda du r a :Eficien cia= 100% f Rn w= 0. 90 TeFy,pa r ael ma t er ia l ba s e. f Rn w= 0. 90 TeFyw, par a la s oldadu r a. 2.Cor t eenel r ea efect iva :Eficien cia= 100% f Rn w= 0. 90 Tey4, = 0. 90 Te(0.60Fy), pa r ael met a l ba s ef Rn w= 0. 80 Te(0. 60Feex), par a la s oldadu r a. Se n ot a qu ela r es is t en cia a lcor t edelma t er ia l y5es con s ider a docomoel 60% de lar es is t en ciaalafr a ct u r adel ma t er ia l alat r a ccin . No s e t r a t aenes t e t ext o el ca s o de s olda du r a sa ca n a la da sde pen et r a cinpa r cia l, de poco u s o enPer . 5.4.2Soldadura de filete: (AISC-LRFD J2.2) LaRes is t en ciade Dis e o poru n ida ddelon git u ddecor dn des olda du r a s e ba s aenlar es is t en ciaa l cor t e at r a vsde laga r ga n t ade lamis ma : f Rn w = 0. 75 Te (0.60Fexx) pa r alas olda du r a , y n o men orde lar es is t en ciaalafr a ct u r adel met a l ba s e a dya cen t e: f Rn w = 0.75 ws(0.60Fu ) Te dimen s inde laga r ga n t awst ama o de las olda du r aFexxRes is t en ciaalafr a ct u r ade las oldadu r a. Fu Res is t en ciaalafr a ct u r adel met a l ba s e. A con t in u a cins e da nTa bla spa r afa cilida d del dis e a dorDISEO ESTRUCTURAL EN ACEROLUIS F. ZAPATA BAGLIETTO 5 - 24 Tabla 5.3Resistencia por una pulgocm de soldadura de filete ELECTRODO PROTEGIDO Tamao Nominal Resistencia de Diseo al corte de la soldadura E60XXE70XX Pulg.mmkip/pulgt/cmkip/pulgt/cm 1/ 8 3/ 16 1/ 4 5/ 16 3/ 8 7/ 16 1/ 2 9/ 16 5/ 8 11/ 16 3/ 4 3 5 6 8 911 1214161719 2.38 3.58 4.77 5.97 7.16 8.35 9.54 10.74 11.93 13.12 14.32 0 . 4 1 20 . 6 6 70 . 8 0 01 . 0 6 81.2141 . 4 9 41 . 6 3 41 . 9 2 1 2 . 1 3 52 . 3 4 82 . 5 6 3 2.77 4.18 5.57 6.96 8.35 9.74 11.14 12.53 13.92 15.31 16.70 0 . 4 8 00 . 7 7 90 . 9 3 41 . 2 4 51.4161 . 7 4 31.9142 . 2 4 22 . 4 9 1 2 . 7 3 42 . 9 8 8 Tabla 5.4Resistencia por una pulgocm de soldadura de filete ELECTRODO SUMERGIDO Tamao Nominal Resistencia de Diseo al corte de la soldadura E60XXE70XX Pulg.mmkip/pulgt/cmkip/pulgt/cm 1/ 8 3/ 16 1/ 4 5/ 16 3/ 8 7/ 16 1/ 2 9/ 16 5/ 8 11/ 16 3/ 4 3 5 6 8 911 1214161719 3.38 5.06 6.75 8.44 10.13 11.32 12.51 13.71 14.90 16.09 17.29 0 . 5 8 50 . 9 4 31 . 1 3 21 . 5 8 21.8132 . 0 2 62 . 2 3 92 . 4 5 32 . 6 6 62 . 8 7 93 . 0 9 4 3.94 5.91 7.88 9.84 11.81 13.21 14.60 15.99 17.38 18.78 20.17 0 . 6 8 21 . 1 0 21 . 3 2 21 . 7 6 1 2.1132 . 3 6 42 . 6 1 32 . 8 6 1 3.1103 . 3 6 1 3 . 6 1 0 5.4ESPECIFICACIONES AISC-LRFD PARA SOLDADURAS 5 - 25 EJ EMPLO 5 . 1Compr oba r elva lor da doen la Ta bla 5.3pa r a u n s olda du r a defilet edeAr co Pr ot e gido conws = 1/ 4" y elect r odo E60XX. SOLUCION Te= 0. 707(1/ 4) = 0. 18 in . f (0.60Fexx) = 0.75(0.60*60) = 27 ks i0. 18*27 = 4. 77 kip/ in . EJ EMPLO 5 . 2Compr oba r elva lor da doen la Ta bla 5.4pa r a u n a s olda du r a deAr co Su mer gido conws = 3/ 8" y elect r odo F70EXX. SOLUCION Te= ws para ws 3/ 8";Te= 0. 707ws + 0.11, par a ws > 3/ 8".....Te= 3/ 8" f (0.60Fexx) = 0.75(0.60*70) = 31.50 ks i0. 375*31. 5 = 11. 81 kip/ in . EJ EMPLO 5 . 3Det er min eelt a ma oyla lon git u ddela s olda du r a pa r a la ju n t a t r a s la pa dade lafigu r a . Us a relect r odospr ot egidosE60XX y pla n ch a sA36 (Fu= 4.08 t / cm2). Aplica rel Mt odo LRFD.Ca r ga s : D = 8 t ;L = 25 t SOLUCION Se debe s eleccion a rws en t r e wsma xywsmin : Tama o mximo:ws = 12 - 1.6 10 mm Ta ma o mn imo:ws = 5 mm (pa r apla n ch ade 1/ 2") VerTa bla5.2 DISEO ESTRUCTURAL EN ACEROLUIS F. ZAPATA BAGLIETTO 5 - 26 Se decide por : ws = 8 mm VerTabla 5.3.....f Rn w = 1. 068 t / cm.qu e n o debe excederlar es is t en ciaalafr a ct u r ade cor t e de lapla n ch aenlaba s ede las olda du r ade filet e: f Rn w= f ws(0.60Fu ) = 0. 75(0. 8)(0.6*4.08) = 1.469 t / cm. Con t r ola : f Rn w = 1.068 t / cm Pu= 1.2*8 + 1.6*25 = 49.6 tLon git u d de loscor don es= 49. 6/ 1. 068 = 46 cm,esdecir50 cm VerenlaFigu r a5.31, ladis pos icinde loscor don es . Ver ifica cinde lalon git u d del t r a s la pe: 17.5/ 1.27 = 14 > 5 vecesel es pe s orde lapla n ch a .O. K. Lon git u d mn imade loscor don esla t er a les : 17. 5 > b = 15 cm O. K. ! 5.4.3Soldaduras de filete para cargas excntricas Como enel ca s o de per n osconca r gaexcn t r icah a y dosMt odosde a n lis ispa r adet er min a rloses fu er zosqu e s e pr odu cenenu n as olda du r a cu a n dos e t ien eca r ga s excn t r ica s s it u a da s en elmis mopla n o;eldelos cen t r osin s t a n t n eos der ot a cin delos cor don escu a n dos ea plica n dich a s ca r ga s y qu e eslaba s e pa r ael a n lis i sden omin a do de r es is t en cia lt ima ,y el mt odo t r a dicion a l el s t icoqu ees mu ch om s s implecon r es u lt a dos con s er va dor es . Enes t e t ext o s e explica r ,el Mt odo de An lis isEl s t ico. Es t e mt odo s e ba s aenlas igu ien t escon s ider a cion es : 1.Ca da s egmen t or es is t eu n a pa r t epr opor cion a ldela ca r ga cu a n dos t a escon cn t r ica . 2.La r ot a cin ca u s a da por elmomen t ot or s ion a ldela ca r ga excn t r ica s e con s ider aa lr ededordel cen t r oide de lacon figu r a cinde la ss olda du r a s . 3. La ca r ga en ca da segmen t odela s olda du r a ,ca u s a da por elmomen t o t or s ion a l s e con s ider aqu e espr opor cion a l aladis t a n ciaa l cen t r oide y s udir eccin per pen dicu la raladis t a n ciar a dia l aes e cen t r oide. 4.La scompon en t esde la sfu er za sdebida sala sca r ga sdir ect a sy a la t or s ins oncombin a da svect or ia lmen t e. 5.4ESPECIFICACIONES AISC-LRFD PARA SOLDADURAS 5 - 27 A = TeLs(Ls = lon git u d s olda da )f' = P/ A,es fu er zo porcor t e dir ect o T = Momen t o t or s ion a lf" = T.r / Ip,es fu er zo porel momen t o La sdoscompon en t ess on :f' x = Px/ Ayf' y = Py/ A As imis mo: Enenpu n t o (x, y)f"x = (Px.ey + Py.ex). y/ Ip f"y = (Px.ey + Py.ey). x/ Ip; don de Ip s e den omin aMomen t o pola r , y es t ada do pa r aloscor don es : Ip = Ix + Iy=Ip = Te / 6 [ Lw (Te )2 + 12 Lw (c)2 + Lw3 ] como Teespequ e o encompa r a cinconlosot r osva lor ess e pu ede des pr ecia rel pr imert r min o den t r o del cor ch et e enlaa n t er iorexpr es in : Ip = Te / 6 [ 12 Lw (c)2 + Lw3 ]

En la figu r a con t igu a con lan u e va n omen cla t u r a qu es e mu es t r a yh a cien doTe =1,pa r adet er min a r la fu er za en cada u n ida ddelon git u ddelos cor don eslaa n t er iorexpr es ines : Ip = 1/ 6 [ 12 b(d/ 2)2 + b3 ] Ip = b/ 6 (3d2 + b2) EJ EMPLO 5 . 4Ca lcu lela m xima ca r ga qu es epr odu ceen la s olda du r a delbr a qu et e. Con s ider equ ela pla n ch a es los u ficien t egr u es a qu en ocon s t it u ya u n apos ibilida d de es t a do lmit e. DISEO ESTRUCTURAL EN ACEROLUIS F. ZAPATA BAGLIETTO 5 - 28 SOLUCION Losm ximoses fu er zosocu r r ir nenlospu n t osA y B a)Ubica cindel cen t r oide : 2 = 6 + 6 * 23 * 6 * 2=x b)C lcu lo del Momen t o de in er ciapola r : Ip = Ix + Iy = (6)3/ 12 + 2(6*32) + 2((6)3/ 12) + 2(6(1)2 + 6(2)2) = 198 in3. Rv = P/ Ls = 10/ 18 = 0. 56 k/ in . Rx = P. e. y/ Ip = 10*10*3/ 198 = 1. 56 k/ inRy = P. e. x/ Ip = 10*10*4/ 198 = 2. 02 k/ in R= )22.02 + 0.56 ( + 5621. = 3. 045 k/ in EJ EMPLO 5 . 5Enel Ejemplo a n t er iordet er min e el t a ma o de las olda du r ade filet e ws a cep-t a n do qu e s e va naemplea relect r odosE60XX y lapla n ch aesde a cer o A36. La ca r ga s des er vicios on :Ca r ga mu er t a =2kips yCa r ga viva =8kips . Apliqu e la sEs pecifica cion esAISC-LRFD. SOLUCION -Car ga fact or izada:Pu =1. 2*2+ 1.6*8 = 15.2 k porlo t a n t o lafu erzaenu ns egmen t o u n it a r io de s olda du r a :Ru= 3. 045(15. 2/ 10) = 4. 58 k/ in . -Lar es is t en ciade dis e o de las olda du r a : Rn w = 0.75 ws (0.707) (0.6Fexx) = 19.1 wsyRn w = 0.75 ws (0.6*58) = 26.1 ws -Porlo t a n t o el t a ma o de las olda du r ade filet e: ws = 4. 58/ 19. 1 = 0. 24 inSe emplea :ws = 1/ 4" Captulo 6 Mi embr os en Compr esi n Axi al 6.1GENERALIDADES EnelCaptulo3setrateltemadelosmiembrosenTraccinAxial, en donde se apreci que dichos miembros soportaban las cargas sin problemas depandeos (falta de estabilidad interna), y con una preocupacin slo secundaria por su longitud o la forma de su seccin transversal. EnesteCaptuloseestudiarnlosMiembrosenCompresinAxialenloscualesla resistenciaalascargasaplicadasdepende,entreotrascosas,delalongitudefectivadel miembro as como de la forma de su seccin transversal.Lalongitud efectiva, depende, a su vez, de los tipos de conexiones y del desplazamiento relativo de sus nudos. Losmiembrosencompresinpuedensufrirpandeos.Alcrecerlacargaaxialde compresinaplicada,algunodelospandeossepresentacuandosealcanzaunacarga crtica, denominada Carga de Pandeo, y se debe a: a)Excesivaflexinalrededordeunodelosejesdesuseccintransversal,llamado eje crtico;aestepandeoseleconoceconelnombredePandeo flexional (o pandeo de Euler) o, b)Rotacin alrededor delcentro de corte de su seccin transversal; a este pandeo se le denomina Pandeo torsional,o, c)Excesiva flexin combinada con rotacin; denominado Pandeo flexo-torsional o, d)Pandeolocaldeloselementos(placas)componentesdelaseccintransversal;las deformacionesexcesivasdestospuedenserlacausadelaprdidadelaresistencia de los miembros en compresin. DISEO ESTRUCTURAL EN ACEROLUIS F. ZAPATA BAGLIETTO 6 - 2 Luegodeunpandeoglobaldelmiembroencompresin,seobservarquehan ocurridopandeoslocalesalolargodelmiembro,porloquesecreequeelpandeolocal siempre acompaa al pandeo global. Influyen,tambin,enelcomportamientodelmiembroencompresinaxial,los esfuerzos residuales, el punto de fluencia del material y la rectitud inicial del miembro. En este texto se tratar en primer lugar, elPandeo flexional que es el ms conocido y luego,deacuerdoalaseccintransversalyelespesorde sus componentes, se estudiarn las otras formas de pandeo. 6.2EXPLICACION DEL FENOMENO DE PANDEO Se define como fenmeno del Pandeo aquella situacin que se produce en un elemento prismtico cuandolacargaactuantePdecompresinalcanzaunvalorcrticoPcr (carga crtica de pandeo), causandounadeformacinlateraldemagnitudindeterminada.EnlaFig.6.1semuestra,enun dominio P vs. d este fenmeno. 6.2.1Idealizacin matemtica de una columna con rectitud inicial Con el objeto de explicar el pandeo flexional se usar un modelo de columna que consiste de dos barras rgidas con tres rtulas, la rtula del centro tiene un resorte en espiral que concentra toda la rigidez flexionante del modelo: Al producirse el pandeo, en la rtula central se tiene un giro igual a 2?.El momento interno ser: Mi = k2? = 4k.d/L, el momento externo ser: Me = P.d; igualando los momentos Mi = Me se obtiene: 6.2EXPLICACION DEL FENOMENO DE PANDEO 6 - 3 P.d = 4k.d/L De esa expresin se puede deducir lo siguiente:(Ver tambin Fig. 6.1) a)Cuandod=0,Ppermaneceindeterminado,estoquieredecirquecualquiervalordeP cumple. b)Cuando d 0,ocurre el pandeo y P toma un valor nico que se denomina Carga crtica: Pcr = 4k/L 6.2.2Idealizacin matemtica de una columna sin rectitud inicial Enrealidadlascolumnastienenimperfecciones,unadeellaseslafaltaderectitud,do,alaque corresponde un ngulo ?o.Ver Fig. 6.3. Procediendo como en el caso anterior, calculando Me y Mi e igualndolos se tiene: P (d - do) = 2 (? - ?o) k; siendo ?o= 2do/Ly? = 2d/L;P= (d - do) 4k/L = (d - do) Pcr finalmente:d = do )P / P - 1 (1cr DISEO ESTRUCTURAL EN ACEROLUIS F. ZAPATA BAGLIETTO 6 - 4 En la expresin anterior se observa que d, en cualquier instante de la aplicacin de la carga, es el valor inicial do multiplicado por un Factor de Amplificacin. En la figura 6.3 se muestra que el incremento de la carga se realiza con una deformacin lateral creciente desde el comienzo, siendo cada vez ms acelerado conforme se acerca a Pcr. En este caso nunca se llega a Pcr. 6.3PANDEO FLEXIONAL ELASTICO LateoradelpandeoelsticoflexionalfueinicialmenteplanteadacorrectamenteporL.Euler en 1744.Se denomina pandeo elstico porque, en el instante del pandeo, los esfuerzos en la seccin se encuentran en el rango elstico. Unacolumnaidealsemuestraenlafiguraconsusdos extremos articulados y sujeta a una carga axial.Esta columna, a diferenciadelosmodelostratadosanteriormente,notienesu rigidez de flexin concentrada en una rtula central sino repartida alolargodelamisma,porlotantoelestudio se puede realizar haciendo uso del anlisis diferencial como sigue: Mx = -1/? EI = -EI d2y/dx2; Mx = P.y; 6.3PANDEO FLEXIONAL ELASTICO 6 - 5 igualando y acomodando los trminos se tiene la ecuacin diferencial: EI d2y/dx2 + P.y = 0 cuya solucin es: Delascondicionesdeextremos:x=0,y=0,resulta:B= 0, con lo que la ecuacin anterior se reduce a: Para satisfacer y = 0 cuando x = L se debe cumplirP/EI 3= np/L, de donde: P = Pcr = n2p2EI; L2 tomando n, el valor entero, como 1, se tiene para el menor valor posible de P: Pcr = p2EI................(a) L2 EstevalorcaractersticoPcr se conoce como laCarga crtica de Pandeo Elstico o Carga de Euler.Seobservaqueporestardentrodelrangoelsticodelmaterial,elpuntodefluencia del acero,Fy,notienerelacinconPcr,ystienenmuchaimportancia,larigidezflexionantedela columna y por consiguiente, la longitud de la misma. Si en la ecuacin (a) se dividen ambos miembros por A y se introduce la expresin I = A.r2, se tiene: Fcr = Pcr/A = p2E/(L/r)2 donde Fcresfuerzo unitario de pandeo elstico rradio de giro L/rrelacin de esbeltez La longitud de pandeo de la columna no es la distancia entre sus extremos (slo ocurre en las columnasconextremosarticulados)sinoquedependedelalibertaddegirodesusnudosydel desplazamientoentrelosmismos,porloqueesnecesariointroducir,entonces, el concepto de la longitudefectiva=KL,dondeKeselfactordelongitudquepermitedefinirlallamadaondade pandeo, que viene a ser la distancia entre los puntos de inflexin de la curva de pandeo que adopta la columna.Por lo tanto una mejor expresin de Fcr es: Fcr = p2E/(KL/r)2 x . P/EI cos . B + x. P/EI sen . A = y x . P/EI sen . A = y DISEO ESTRUCTURAL EN ACEROLUIS F. ZAPATA BAGLIETTO 6 - 6 6.4PANDEO INELASTICO Mientras que el esfuerzo crtico Fcr no exceda el lmitedeproporcionalidadFp,loanteriores vlido.Sin embargo en la curva esfuerzo-defor-macin del acero, con esfuerzos residuales en su seccin,seapreciaquecuandoelesfuerzo aplicadoexcedeFp, ya no es vlido el valor de E,masbienEt,denominado Mdulo Tangente; por lo tanto la ecuacin de Euler no es vlida en esterango.Engesser,en1889,determin que laecuacindeEulerpodasermodificada para esterango,usandoelMduloTangenteEt, en vezdelMduloElsticoEyassetienelaex-presin: Fcr = p2Et/(KL/r)2 Sinembargo,Jasinski,en1895,poneunaobjecinyhacenotarquecuandoseiniciael pandeo, se genera traccin en el lado convexo de la seccin que disminuye el esfuerzo y gobierna eneseladoelmduloE,adiferenciadelazonacncava en que debe considerarse Et.Ver Fig. 6.6. EngesserseretractadesuteoradelMduloTangenteydesarrollalallamadaTeora del Mdulo Reducido que es similar a la anterior pero que toma en cuenta los diferentes mdulos E y Et e involucra tambin la forma de la seccin.Esta teora conduce a la expresin: Fcr=p2Er

(KL/r)2 donde Er es el mdulo reducido que tiene un valor: Et < Er < E. A pesar que esta teora es lgica, los resultados de pruebas cuidadosamente efectuadas daban valores que se acercaban ms a los estimados por la Teora del Mdulo Tangente. 6.4PANDEO INELASTICO 6 - 7 EstaincongruenciafuedilucidadaporShanleyen1948,quienexperimentando con pequeas columnasdealuminioymedianteelusodeunmodelomatemticoadecuadoexplicloque realmente suceda:la deflexin lateral del pandeo empieza muy cerca del valor de la carga crtica predichaporlaTeoradeMduloTangente,peroeranecesariointroducirunapequeacarga adicionalparallegaralafalladepandeo, sin que se alcance el valor de la carga de la Teora del Mdulo Reducido.De esta forma se abandona la idea que, luego de la deflexin inicial, ya no se poda tener carga mayor, por el pandeo sbito.En otras palabras, la carga de pandeo del Mdulo Tangente era el lmite inferior, mientras que la carga de pandeo de la teora del Mdulo Reducido era el lmite superior. Como es ms prctico y conservador determinar la carga por la Teora del Mdulo Tangente, elCRC(ColumnResearchCouncil,ahoraconocidoporStructuralStabilityResearchCouncil, SSRC) adopt esta ltima y este mismocriterio es tambin la base de la frmula del AISC. 6.5INFLUENCIA DE LOS ESFUERZOS RESIDUALES Losesfuerzosresidualessonoriginadosporelprocesode fabricacin y permanecen en el interior delaseccindelacolumnacuandostaesyaunproductoterminado.Lainfluenciadeloses-fuerzosresidualesesdemuchaimportanciasobretodoencolumnasrelativamentecortasdondese espera esfuerzos altos,relativamente cercanos al Punto de Fluencia, pero que al combinarse con los esfuerzos residuales determinan que las columnas trabajen en el rango inelstico. DISEO ESTRUCTURAL EN ACEROLUIS F. ZAPATA BAGLIETTO 6 - 8 Enlasiguientefigurasepuedenobservardistribucionestpicasdeesfuerzosresiduales encontrados en perfiles laminados en caliente y en perfiles soldados, indicndose adems los valores mximos. Ciertamentequecuandoseaplicancargas,algunasfibrasllegarnalosesfuerzosdefluencia ms rpido que otras, con la consiguiente prdida de rigidez de la seccin.Si se sigue el comporta-miento de un especimen real en compresin, como se ve en la Fig. 6.8, se nota que entre los puntos A y 2 se difiere grandemente del comportamiento de un especimen aliviado de esfuerzos residuales. 6.5INFLUENCIA DE LOS ESFUERZOS RESIDUALES 6 - 9 6.5.1CurvasdelComportamientodeColumnasqueincluyenEsfuerzos Residuales LosinvestigadoresBeedle,HuberyTallpropusieronuntratamientoparaestablecerlasllamadas CurvasdeResistenciadeColumnasqueproporcionanelesfuerzocrticodepandeodelos miembrosencompresinaxialvs.larelacindeesbeltez,enlosrangosdepandeoelsticoe inelstico.Es sta una forma prctica de resolver el problema, como se ve en la Fig. 6.9 (c). En las Fig. 6.9 anteriores se puede ver cmo varan las propiedades de un espcimen de acero en compresin.Es posible establecer la curva (c) para dicho elemento. Paralaseccindeunacolumna,se conocequelasfibrasexterioresdelas alas llegan primero a Fy como se ve en la figura contigua.Cuando la fibra llega a Fy pierdesurigidezylaseccintiene entonces, zonas elsticas y plastificadas, o sea,zonasdeMomentodeInercia efec-tivo capaces dedar resistencia flexional al pandeo,yotraszonasquenoofrecen dicha colaboracin. Unaexpresinaquesellegaesla siguiente: donde Iees el momento de inercia efectivo Ages el rea total de la seccin. A*) (KL/r/I)I( E=A*F=P g2e2g cr cr DISEO ESTRUCTURAL EN ACEROLUIS F. ZAPATA BAGLIETTO 6 - 10 Considerandoelcasodepandeoalrededor del EjeY con una distribucin de esfuerzos residuales idealizada como se da en la figura 6.11 se tiene la siguiente expresin: De la Fig. 6.10: Pcr, en el estado elastoplstico puede expresarse: Pcr = 2 [ f.b.t - 2(1/2) (f - 2/3 Fy) (1/2 - xo/b) b.t ]() Deunarelacinentretringuloscontrazos discontinuos en la Fig. 6.12: y resolviendo para f: f = (1- xo/b)4Fy/3, que introducido en Pcr da: Pcr = AgFy (1 - 4/3(xo/b)2) y asi: Fcr = Pcr/Ag = Fy(1 - 4/3(xo/b2)) ...... ( ) Combinando con ,paraelaceroA36,sepuedenobtenerlosvalores y el grfico siguientes, aceptando que los esfuerzos residuales mayores son1/3Fy, y varan triangularmente: ) (KL/r/I)I( E=F2e2cr tb12) / (1 2 t ) x (2 12) / (1 2= /I I330e b/) (x 8 = /I I330 e ) (KL/r) /b x ( E 8=F2302cr(a) 2 b/3 /F2=b /b)x- 2 / (13 /F2 - fyoy 6.5INFLUENCIA DE LOS ESFUERZOS RESIDUALES 6 - 11 xo/bFcrKl/r 0.50 0.45 0.40 0.35 0.30 0.25 0.20 0.10 24 ksi 26.3 28.3 30.2 31.7 33.0 34.1 35.5 109.289.072.057.044.132.923.28.0

La curva de la Fig. 6.13 es la base para las llamadas Curvas de Resistencia de Columnas, donde se pretendeestablecerlaresistenciadeunmiembroencompresintomandoencuentalosesfuerzos residuales.Los resultados experimentales concuerdan con ellos. En forma similar puede establecerse la Curva de Resistencia de Columnas cuando el pandeo ocurre alrededor del eje x, pero este tema no se desarrollar en este texto. 6.5.2Curvas de Resistencia de Columnas: ( SSRC ) Enlafiguracontiguasemuestralacurva propuestaporelConsejodeInvestigacinde EstabilidadEstructural(SSRC)yqueesuna parbolabasadaenlacurvaderesistenciade columnas cuya obtencin se trat anteriormente. Esta curva tpica es aplicable para todos los acerosenelrangoinelstico,esdecirdonde los esfuerzos residuales se hacen sentir.Es una curva de compromiso entre las curvas de resistencia en cada uno de los ejes principales de perfiles.Note queseintroduceunparmetro c,envezde KL/r,queesdenominadoFuncin de Esbeltez y que se define como: ) (KL/rEF=F/F=22y(Euler) cry2c DISEO ESTRUCTURAL EN ACEROLUIS F. ZAPATA BAGLIETTO 6 - 12 Por lo tanto: E / FrKL=2y c entonces, la parbola propuesta por SSRC en trminos decse convierte en: Fcr/Fy =4 / - 12c para 2c . Se advierte que cuando: 2 =c la parbola y la hiprbola de Euler coinciden. Para valores de 2 >c vale la frmula de Euler. 6.6ESPECIFICACIONES AISC-LRFD La ecuacin parablica propuesta por el SSRC provee una aproximacin razonable para una Curva de Resistencia de Columnas con una transicin entre el pandeo inelstico y elstico de las columnas, comoseapreciaenlafigura6.15.Lacurvaplanteadacoincidebastantebienconunabandade resultadosexperimentalescuyospuntossemuestran.ParaelPandeoElsticoesaplicablela Frmula de Euler. EnestecasosemuestralaCurvadeResistenciaFcrvs.KL/ryaquesiempreesposible establecer una relacin entre KL/ryc. ElComitAISCdeColumnasacostumbrabaarecomendar,ensusEspecificacionesASD,una 6.6ESPECIFICACIONES AISC-LRFD 6 - 13 curva parablicapara el Rango Inelstico de pandeo de las columnas y la hiprbola de Euler para el RangoElstico.Usaba,asimismo,unfactordeseguridadvariableparalosesfuerzospermisibles (desde 1.67 a 1.92). En las nuevas frmulas AISC-LRFD para las columnas cargadas axialmente y que pandean en el rango inelstico, se prefiere usar unaexpresin de una regresin estadstica como se aprecia en E2-2 que se ajusta a las curvas de resistencia de columnas. En elrangoelsticosesigueusandolafrmuladeEuler,peroconunadisminucindelos valores que se espera alcanzar con dicha frmula, para considerar que la falta de rectitud (1/1500) de las columnas esbeltas va a disminuir la resistencia de las mismas. 6.7FORMULASDELAISC-LRFDPARACOLUMNASCARGADASAXIAL-MENTE Elrequerimientoderesistenciadeunacolumnacargadaaxialmente,deacuerdoaloindicadopor LRFD-E2 puede declararse como sigue: fc Pn Pu donde fc= 0.85 Pnresistencia nominal = Ag.Fcr PuCarga factorizada FcrEsfuerzo crtico de pandeo, dado como sigue: a)Cuandoc 1.5.......... F)658(0. =F y cr2c .........E2-2 b)Cuandoc> 1.5.......... F(0.877)=F y2ccr.........E2-3

Sin embargo, elApndice E del reglamento AISC-LRFD introduce un factor de reduccin Q para considerar el caso en que haya espesores delgados en los elementos de la seccin, (cuando las relaciones ancho-espesor de las placas constituyentes de la seccin son grandes). Estefactorsirveparacontrolarelpandeolocaldeloselementosdelaseccindecolumnaque pandea en el rango inelstico. Q puede ser igual a 1 cuando las placas son gruesas, pero puede ser menor que 1, cuando las placas son delgadas, por lo que, Q, se introduce en las expresiones anteriores as: F/F= E /F. /rKl =e y2y c DISEO ESTRUCTURAL EN ACEROLUIS F. ZAPATA BAGLIETTO 6 - 14 a)Cuando Qc 1.5.......... FQ )658(0. =F yQcr2c .......A-E2-1 b)Cuando Qc > 1.5.......... F(0.877)=F y2ccr.......A-E2-3 Seobservaque,paraelcasodepandeoelsticonohayinfluencia del grosor de las placas de las seccin(medianteQ)yaqueelesfuerzoaqueocurreelpandeoelsticoespequeoypuede asegurarse que, antes de ocurrir el pandeo local de los elementos de la seccin, ocurrir el pandeo elstico global.Posteriormente se tratar del factor Q y el pandeo local. Losdiseadoressehanacostumbradoaempleartablasquedanlosesfuerzoscrticospara cargas de compresin axial a partir de Kl/r en vez de c12.Con las nuevas frmulas AISC-LRFD, esto no es difcil por la relacin directa que hay entre ambos valores.En el Apndicedeestetextoseproporciona una Tabla para Acero con Fy = 2530 kg/cm2, conelobjetodefacilitarelusodelasfrmulasdelesfuerzocrtico.Asimismoseproporcionan Tablas para columnas formadas de Perfiles Soldados, para la seleccin directa de perfiles; parte de una se reproduce en esta pgina. 6 - 15 EJEMPLO 6.1 Determinar fPn de la columna mostrada Pu SOLUCION fPn = 0.85 Ag Fcr El eje dbil de la columna controla L/ry = 610/4.99 = 122 2100000 / 2530 / 122 = /EFL/r=y c c = 1.34 < 1.5 fFcr = 0.85*6580.1.342 *2.53 = 0.985 t/cm2 fPn = 53.1*0.985 = 52.30 t Por seguridad, la carga aplicada Pu ser menor que fPn. Se puede usar la Tabla de fc Fcr(Ver Pag. 6.14) en donde, para Kl/ry = 122, se encuentra: fc.Fcr = 0.985 t/cm2 y entonces: fPn = 53.1*0.985 = 52.303 t O de la Tabla de Cargas axiales para columnas (Ver Pag. 6.14): Con Ly = 610 cm, se interpola fc Pn = 53 t. DISEO ESTRUCTURAL EN ACEROLUIS F. ZAPATA BAGLIETTO 6 - 16 6.8PANDEO FLEXO-TORSIONAL Cuandounmiembroestsujetoacompresinaxialpuedepandearentresformasdiferentes: pandeoflexionalalrededordealgunodesusejesprincipales,pandeotorsional,opandeoflexo-torsional, como se indic en la Pag. 6 - 1. Esto se ilustra en las figuras siguientes: Para secciones condoblesimetra tales como secciones W, I, CS, CVS, slo pueden tener pandeos flexionales (llamados pandeos de Euler) o pandeos torsionales.Si los apoyos extremos o cualquier soporte lateral intermedio impiden la rotacin transversal de dichas secciones, entonces el pandeoflexionalcontrolar.EstaeslaraznporlaquelasEspecificacionesAISC-LRFD dan frmulas del tipo de Euler. Sin embargo, es prudente advertir, que si se usanarrostramientos, tales como varillas de arriostre,comosemuestraenlafigura,para disminuirlalongituddepandeoalrededordel ejeY,talarriostrenoevitalarotacindela seccin que pretende arriostrar y la longitud de pandeoentorsinsermslargaquela longituddepandeoflexionalporloqueel pandeo torsional controlar.En esta situacin se debe evitartan precarioarrostramiento . 6.8PANDEO FLEXO-TORSIONAL 6 - 17 porque el pandeo torsional es complicado.Se deben usar, mas bien, perfiles como arrostramientos, paraevitarelmovimientolateralylarotacindelaseccinquesepretendearriostrar.Enestos casos se pueden usar frmulas tipo Euler para secciones de doble simetra. Para seccionesunisimtricastalescomongulosdeladosiguales,ngulosdobles,canalesy perfiles T, los cuales son muy empleados como miembros de armaduras o como arrostramientos, se espera que ocurrapandeo flexional alrededor del eje x (eje z en ngulos) opandeo flexo-torsional alrededor del eje y(eje w en ngulos). Paraseccionesquenotienenningnejedesimetra,comongulosdeladosdesiguales,slo ocurrir pandeo flexo-torsional. En elApndice E de las Especificaciones AISC-LRFD se dan frmulas de pandeo torsional o el pandeo flexo-torsional para estos casos.Sin embargo, se hace notar que, para la mayora de los perfileslaminadosdeparedgruesa,elpandeoflexionaleselquecontrola la carga axial aplicable.Antesdetranscribirlasfrmulasdepandeoflexo-torsional, es necesario conocer la ubicacin del centro de corte, que es el punto alrededor del cual la seccin rota.Se presenta la figura 6.20 donde sedalaubicacin de los centros de corte de algunos perfiles.Para una mayor informacin sobre centrosdecorte,ascomoparaladerivacin de los expresiones de las cargas crticas de pandeo flexo-torsionalotorsional,serecomiendaconsultarRef.11.Enestetextose da por conocido lo anterior. DISEO ESTRUCTURAL EN ACEROLUIS F. ZAPATA BAGLIETTO 6 - 18 6.8.1Especificaciones AISC-LRFD para Pandeo Flexo-torsional " La resistencia de diseo de un miembro en compresin axial determinada por el estado lmite del pandeo torsional o del pandeo flexo-torsional es fc Pn, donde: fc=0.85 PnResistencia nominal en compresin, kips (t) = Ag Fcr; AgArea tota