Por el cual se establecen los requisitos de carácter técnico y científico para construcciones sismorresistentes NSR-98

La resistencia de diseño a corte de un perno en una conexión de deslizamiento crítico sometida a una fuerza de tensión T debida a cargas de servicio será el producto de la resistencia nominal de F.2.10.3.8 y del siguiente factor de reducción:

en donde:

Tb = pretensionamiento mínimo del perno según la tabla F2-7.

Para conexiones de deslizamiento critico bajo cargas mayoradas, véase F.2.19.2.2.

F.2.10.3.10 - Esfuerzo de aplastamiento en agujeros de pernos- La resistencia de diseño por aplastamiento de los agujeros de pernos es fRn.

en donde.

= 0.75

Rn= resistencia nominal por aplastamiento

La resistencia por aplastamiento deberá verificarse tanto para conexiones tipo aplastamiento como para conexiones de deslizamiento crítico. El uso de agujeros agrandados y de ranura corta y larga paralelos a la línea de la fuerza se restringe a conexiones de deslizamiento crítico de acuerdo con F.2.10.3.2.

Se definen a continuación los siguientes términos que se emplearán más adelante:

Le = distancia a lo largo de la línea de la fuerza medida desde el borde de la parte conectada al centro del hueco estándar o al centro de los huecos de ranura corta o larga perpendiculares a la línea de la fuerza. Para huecos agrandados y huecos de ranura corta y larga paralelos a la línea de la fuerza, Leserá incrementado por el coeficiente C2, de la tabla F2-14, mm

S = distancia a lo largo de la línea de la fuerza entre centros de huecos estándar o entre centros de huecos de ranura larga o corta perpendiculares a la línea de la fuerza. Para huecos agrandados y huecos de ranura corta y larga paralelos a la línea de la fuerza, s será incrementado por el coeficiente de espaciamiento C1, de la tabla F2-13, mm

d = diámetro del perno, mm

Fu = resistencia a la tensión mínima especificada de la parte crítica, MPa

t = espesor de la parte crítica conectada. Para pernos y remaches con avellanado, debe restarse la mitad de la altura del avellanado

• (a) Cuando Le 1.5d y s 3d y hay dos o más pernos en la línea de la fuerza:

Para huecos estándar, huecos de ranura corta y larga perpendiculares a la línea de la fuerza, huecos agrandados en conexiones de deslizamiento crítico y para huecos de ranura corta y larga en conexiones de deslizamiento crítico con el eje del hueco paralelo a la línea de la fuerza:

Si la deformación alrededor del agujero del perno es una consideración de diseño,

Rn= 2.4dtFu (F.2-57)

Si la deformación alrededor del agujero del perno no es una consideración de diseño, para el perno más cercano al borde,

Para agujeros de ranura larga para pernos perpendiculares a la línea de la fuerza:

Rn= 2.0dtFu (F2-60)

• (b) Cuando Le< 1.5d o s < 3d o para un perno individual en la línea de la fuerza:

Para huecos estándar, huecos de ranura corta y larga perpendiculares a la línea de la fuerza, huecos agrandados en conexiones de deslizamiento crítico y para huecos de ranura corta y larga en conexiones de deslizamiento crítico con el eje del hueco paralelo a la línea de la fuerza:

Para el hueco de un perno individual o para el hueco del perno más cercano al borde cuando hay dos o más huecos de pernos en la línea de la fuerza,

Tabla F2-13

Valores del incremento de separación C1, mm

Nota:

• (a) Cuando la longitud de la ranura es menor que la máxima permitida en la tabla F2-11, el incremento C1, puede reducirse en la diferencia entre la longitud máxima y la longitud real de la ranura.

Tabla F.2-14

Valores del Incremento de distancia al borde C2, mm

Nota:

• (a) Cuando la longitud de la ranura es menor que la máxima permisible (véase la tabla F2-11), C2puede reducirse a la mitad de la diferencia entre las longitudes máxima y real de la ranura.

F.2.10.3.11 - Pernos esbeltos- Elnúmero de pernos NTC 4034 (ASTM A307) que proporcionen resistencias de diseño se aumentará en un 1% por cada incremento adicional de 2.0 mm en la longitud de agarre del perno, cuando ésta sea mayor de 5 diámetros.

F.2.10.4 - RESISTENCIA DE DISEÑO A LA ROTURA

F.2.10.4.1- Resistencia a la rotura por cortante- Laresistencia de diseño para el estado límite de rotura a lo largo del plano de falla por corte en los elementos afectados de miembros conectados será Rn,

en donde:

= 0.75

Rn = 0.6FuAnv

Anv = área neta sometida a corte, mm2

F.2.10.4.2 - Resistencia a la rotura por tensión- Laresistencia de diseño para el estado límite de rotura a lo largo de la trayectoria de tensión en los elementos afectados de miembros conectados será Rn,

en donde:

= 0.75

Rn = FuAnt

Ant = área neta sometida a tensión, mm2

F.2.10.4.3 - Resistencia a la rotura por bloque cortante- Elbloque cortante es un estado límite en el que la resistencia es determinada sumando la resistencia al corte de la o las trayectorias de falla y la resistencia a la tensión de un segmento perpendicular. La resistencia a la fractura por bloque cortante se verificará en conexiones de extremo en vigas, donde la aleta superior se destijera y en situaciones similares, tales como en los miembros a tensión y platinas de unión. Cuando se utiliza la resistencia última sobre la sección neta de un segmento para determinar su resistencia, deberá utilizarse el esfuerzo de fluencia en la sección bruta del segmento perpendicular. La resistencia de diseño a la rotura por bloque cortante Rn, se determinará como sigue:

F.2.10.5 -ELEMENTOS DE CONEXION - Este numeral se aplica al diseño de elementos de conexión, tales como platinas, cartelas, ángulos, ménsulas y tableros de conexiones viga-columna.

F.2.10.5.1 - Conexiones excéntricas - Los miembros solicitados por carga axial se conectarán en tal forma que sus ejes centroidales se intersecten en un punto siempre que sea posible. En caso contrario, deben considerarse los esfuerzos flectores y cortantes debidos a la excentricidad. Véase también F.2.10.1.8.

F.2.10.5.2 - Resistencia de diseño de elementos de conexión a tensión - La resistencia de diseño Rn, de los elementos soldados, empernados o remachados estáticamente solicitados por tensión (platinas de empalme y cartelas de unión) será el valor más bajo obtenido de los estados límites de fluencia, de rotura del elemento de conexión o de rotura en bloque por cortante.

(a) Por fluencia a tensión del elemento de conexión:

= 0.90

Rn= AgFy (F.2-67)

• (b) Por rotura a tensión del elemento de conexión

= 0.75

Rn= AnFu (F.2-68)

donde Anes el área neta y no debe exceder 0.85Ag.

(c) Para rotura por bloque cortante de elementos de conexión, véase F.2.10.4.3.

F.2.10.5.3 -Otros elementos de conexión - Para todos los demás elementos de conexión, la resistencia de diseño Rnse determinará para el estado límite aplicable a fin de garantizar que la resistencia de diseño sea igual o mayor que la resistencia requerida, donde Rnes la resistencia nominal que se ajusta a la geometría y al tipo de carga en el elemento. Para fluencia a corte del elemento de conexión:

= 0.90

Rn= 0.60AgFy (F.2-69)

Si el elemento de conexión se áncuentra sometido a compresión, deberá hacerse un análisis de estado límite apropiado.

F.2.10.6 -PLATINAS DE RELLENO - En construcciones soldadas cualquier platina de relleno con espesor igual o mayor a 6 mm deberá extenderse más allá de los bordes de la platina de empalme y deberá soldarse a la parte sobre la cual se acomode con suficiente soldadura para transmitir la carga de la platina de empalme, aplicada sobre la superficie de la platina de relleno. Las soldaduras que unen las platinas de empalme al elemento de relleno deberán poder transmitir la carga de la platina de empalme y deberán tener suficiente longitud para evitar sobrecargas en el elemento de relleno a lo largo de la ras de la soldadura. Cualquier platina de relleno con espesor menor de 6 mm deberá quedar a ras con los bordes de la platina de empalme. El tamaño de la soldadura deberá ser el requerido para transmitir la carga en la platina de empalme incrementado en el espesor de la platina de relleno.

Cuando los pernos o remaches que transmiten cargas atraviesan platinas de relleno con espesores superiores a 6 mm, excepto en conexiones diseñadas para deslizamiento crítico, dichas platinas deberán extenderse más allá del material de empalme. La extensión de la platina de relleno deberá asegurarse con suficientes pernos o remaches para distribuir el esfuerzo total del elemento sobre la sección combinada del elemento y de la platina de relleno, de lo contrario, se debe incluir en la conexión un número equivalente de sujetadores. Las platinas de relleno con espesores entre 6.4 mm y 19.1 mm inclusive, no necesitan extenderse y desarrollarse ya que la resistencia de diseño a cortante de los pernos se reduce por el coeficiente 0.016(t-6), donde t es el espesor total en mm de las platinas de relleno hasta 19.1 mm.

F.2.10.7 - EMPALMES- Los empalmes con soldaduras acanaladas en vigas y vigas ensambladas de alma llena se diseñarán para desarrollar la resistencia total de la pieza conectada más pequeña. Los otros tipos de empalmes en secciones transversales de vigas y vigas ensambladas de alma llena se diseñarán para desarrollar la resistencia requerida por las fuerzas en el punto de empalme.

F.2.10.8 - RESISTENCIA AL APLASTAMIENTO - La resistencia al aplastamiento está dada por Rn,

en donde:

= 0.75

Rnse define más adelante de acuerdo a los diferentes tipos de apoyo.

F.2.10.8.1 - Superficies maquinadas- Parasuperficies maquinadas, de pasadores en perforaciones rimadas o taladradas y en extremos de rigidizadores de apoyo

Rn= 1.8FyApb (F1-70)

en donde:

Fy = esfuerzo mínimo especificado a la fluencia, MPa

Apb = área de apoyo (en proyección), mm2

F.2.10.9 - BASES DE COLUMNAS Y APOYOS SOBRE CONCRETO - Se deberán tomar previsiones adecuadas para transmitir las cargas y momentos de columnas a las bases y las fundaciones.

En ausencia de especificaciones se podrá tomar cPp como la carga de diseño por aplastamiento sobre el concreto.

En el área total de un apoyo de concreto:

Pp= 0.85f'cA1 (F.2-73)

En un área parcial de un apoyo en concreto:

F.2.10.10 - PERNOS DE ANCLAJE Y BARRAS EMBEBIDAS- Los pernos de anclaje y las barras embebidas se diseñarán de acuerdo con los criterios del Instituto Americano del Concreto (ACI) o del Instituto Americano del Concreto Preesforzado. Si se utilizan las cargas mayoradas y las combinaciones de carga dadas en B.2.5.2, se hará una reducción de los coeficientes del ACI basada en la relación de coeficientes de carga dada en B.2.5.4 y en el ACI.

F.2.11 - FUERZAS CONCENTRADAS, EMPOZAMIENTO DE AGUA Y FATIGA

Esta sección cubre las consideraciones sobre la resistencia de diseño de miembros sometidos a fuerzas concentradas, empozamiento de agua y fatiga.

F.2.11.1 - ALETAS Y ALMAS CON FUERZAS CONCENTRADAS

F.2.11.1.1 - Bases de diseño- F.2.11.1.2 a F.2.11.1.7 se aplican a fuerzas concentradas simples y doble tal como se indica en cada numeral. Una fuerza concentrada simple es una fuerza de tensión o de compresión. Las fuerzas concentradas dobles son aquellas formadas por una fuerza de tensión y una de compresión, formando un par en el mismo lado del miembro cargado.

Se requieren rigidizadores transversales en los puntos de aplicación de fuerzas concentradas de tensión de acuerdo con F.2.11.1.2 para el estado límite de flexión local de la aleta y en los extremos no aporticados de vigas y vigas armadas de acuerdo con F.2.11.1.8. También se requieren rigidizadores transversales o platinas de refuerzo en los puntos de aplicación de cargas concentradas de acuerdo con F.2.11.1.3 a F.2.11.1.6 para los estados límites de fluencia, arrugamiento, pandeo lateral y pandeo por compresión. Para el estado límite de cortante en la zona del tablero del alma se requieren platinas de refuerzo o rigidizadores diagonales de acuerdo con F.2.11.1.7.

Los rigidizadores transversales y diagonales requeridos en F.2.11.1.2 a F.2.11.1.8 deberán cumplir los requisitos de F.2.11.1.9. Las platinas de refuerzo requeridas por F.2.11.1.3 a F.2.11.1.6 deberán cumplir los requisitos de F.2.11.1.10.

F.2.11.1.2 - Flexión local de las aletas- Estenumeral se aplica tanto a las fuerzas concentradas simples de tensión como a la componente de tensión de las fuerzas concentradas dobles.

Un par de rigidizadores transversales extendiéndose al menos la mitad de la altura del alma, se colocarán adyacentes a una fuerza concentrada de tensión centralmente aplicada a través de la aleta cuando la resistencia requerida de la aleta exceda Rnen donde,

= 0.90

Rn= 6.25Fyf (F.2-75)

en donde:

Fyf = mínimo esfuerzo de fluencia especificado para la aleta, MPa

tf = espesor de la aleta cargada, mm

Si la longitud de la zona cargada medida a través de la aleta es menor que 0.15b, donde b es el ancho de la aleta del miembro, no se necesita verificar la fórmula F.2-75.

Cuando la fuerza concentrada que debe soportarse se aplica a una distancia del extremo del miembro inferior a 10tDse debe reducir en un 50%.

Cuando se requieren rigidizadores transversales, estos se soldarán a la aleta cargada para desarrollar la porción soldada del rigidizador. La soldadura que conecta los rigidizadores transversales con el alma deberá tener dimensiones capaces de transmitir la fuerza no balanceada del rigidizador al alma. Véase también F.2.11.1.9.

F.2.11.1.3 - Fluencia local del alma- Estese aplica tanto a las fuerzas concentradas simples como a ambas componentes de fuerzas concentradas dobles.

Un par de rigidizadores transversales o una platina de refuerzo, extendiéndose por lo menos a la mitad de la altura del alma, se colocarán adyacentes a una fuerza concentrada de tensión o de compresión cuando la resistencia requerida del alma en el pie de la transición alma-aleta exceda Rn

en donde:

= 1.0

y Rnse determina como sigue a continuación:

(a) Cuando la fuerza concentrada que ha de resistirse está aplicada a una distancia del extremo del miembro mayor que la profundidad d del miembro,

Rn= (5k + N)Fywtw (F2-76)

(b) Cuando la fuerza concentrada que ha de resistirse está aplicada a una distancia del extremo del miembro menor o igual que la profundidad d del miembro,

Rn= (2.5k + N)Fywtw (F.2-47)

en donde:

Fyw = mínimo esfuerzo de fluencia especificado para el alma, MPa

N = longitud de apoyo (no inferior a k para reacciones de apoyo de vigas), mm

k = distancia desde la cara exterior de la aleta hasta el pie de la transición alma-aleta, mm

tw = espesor del alma, mm

Cuando se requieran para una fuerza de tensión perpendicular a la aleta, los rigidizadores transversales se soldarán a la aleta cargada para desarrollar la porción conectada del rigidizador. Cuando se requieran para una fuerza de compresión perpendicular a la aleta, los rigidizadores transversales deberán apoyarse o estar soldados a la aleta cargada para desarrollar la fuerza transmitida al rigidizador. La soldadura que conecta los rigidizadores transversales al alma deberá dimensionarse de modo que sea capazde transmitir la fuerza no balanceada del rigidizador al alma. Véase también F.2.11.1.9.

Alternativamente, si se requieren platinas de refuerzo, véase F.2.11.1.10.

F.2.11.1.4 - Arrugamiento del alma- Estese aplica tanto a las fuerzas concentradas simples de compresión como a la componente de compresión de las fuerzas concentradas dobles.

Un rigidizador transversal sencillo, o un par de rigidizadores transversales o una platina de refuerzo que se extiendan al menos la mitad de la altura del alma, deberán colocarse adyacentes a una fuerza concentrada de compresión cuando la resistencia requerida del alma exceda Rn

en donde

= 0.75

y Rnse determina como sigue a continuación:

(a) Cuando la fuerza concentrada de compresión a soportar se aplica a una distancia del extremo del miembro mayor o igual que d/2,

en donde:

d = altura total del miembro, mm

tf = espesor de la aleta, mm

Cuando se requieren rigidizadores transversales, estos deberán apoyarse o estar soldados a la aleta cargada para desarrollar la fuerza transmitida al rigidizador. La soldadura que conecta los rigidizadores transversales al alma tendrá dimensiones capaces de transmitir la fuerza no balanceada del rigidizador al alma. Véase también F.2.11.1.9.

Alternativamente, si se requieren platinas de refuerzo, véase F.2.11.1.10.

F.2.11.1.5 - Pandeo lateral del alma- Estenumeral se aplica únicamente a fuerzas concentradas simples de compresión aplicadas a miembros en donde el movimiento lateral relativo entre la aleta cargada a compresión y la aleta a tensión no está restringido en el punto de aplicación de la fuerza concentrada.

La resistencia de diseño del alma es Rn

en donde:

= 0.85

y Rn, se determina como sigue a continuación:

Cuando la resistencia requerida del alma excede Rnse deberá brindar arriostramiento lateral local a la aleta en tensión o bien se colocará un par de rigidizadores transversales o una platina de refuerzo, extendiéndolos por lo menos la mitad de la altura del alma y ubicándolos adyacentes a la fuerza concentrada de compresión.

Cuando se requieran rigidizadores transversales, estos deberán apoyarse o estar soldados a la aleta cargada para desarrollar la fuerza total aplicada. La soldadura que conecta los rigidizadores transversales al alma tendrá dimensiones capaces de transmitir la fuerza del rigidizador al alma. Véase también F.2.11.1.9.

Alternativamente, cuando se requieran platinas de refuerzo, éstas deberán tener dimensiones capaces de desarrollar la totalidad de la fuerza aplicada. Véase también F.2.11.1.10.

Cuando la resistencia requerida del alma excede Rnse colocará arriostramiento lateral local en ambas aletas en el punto de aplicación de la fuerza concentrada.

En las ecuaciones anteriores:

I = la mayor longitud sin soporte lateral a lo largo de cualquier aleta en el punto de aplicación de la carga, mm

bf = ancho de la aleta, mm

tw = espesor del alma, mm

h = para perfiles laminados es la distancia libre entre aletas menos el filete o el radio de curvatura de la transición alma-aleta, para perfiles ensamblados con soldadura es la distancia entre líneas adyacentes de conectores o la distancia libre entre aletas, mm

Cr = 6600000 cuando Mu < Myen el punto de localización de la fuerza, MPa

= 3300000 cuando Mu Myen el punto de localización de la fuerza, MPa

F.2.11.1.6 - Pandeo del alma sometida a compresión- Este numeral se aplica a un par de fuerzas concentradas simples de compresión o a las componentes de compresión de un par de fuerzas concentradas dobles, actuando en las dos aletas de un miembro en la misma localización.

Un rigidizador transversal, o un par de rigidizadores transversales, o una platina de refuerzo que se extiendan en la totalidad de la altura del alma deberán colocarse adyacentes a fuerzas concentradas de compresión que actúan en ambas aletas cuando la resistencia requerida del alma exceda Rn:

Cuando el par de fuerzas concentradas de compresión a resistir se aplique a una distancia del extremo del miembro inferior a d/2, Rnse reducirá en un 50%.

Cuando se requieren rigidizadores transversales, estos deberán apoyarse o estar soldados a la aleta cargada para desarrollar la fuerza transmitida al rigidizador. La soldadura que conecta los rigidizadores transversales al alma tendrá dimensiones capaces de transmitir la fuerza no balanceada en el rigidizador al alma. Véase también F.2.11.1.9.

Alternativamente, si se requieren platinas de refuerzo, véase F.2.11.1.10.

F.2.11.1.7 - Cortante en la zona del tablero del alma- Se colocarán platinas de refuerzo o rigidizadores en diagonal dentro de los límites de la conexión rígida de miembros cuyas almas estén en un plano común cuando la resistencia requerida exceda Rv,

en donde:

= 0.90

y Rvse determina como sigue:

(a) Cuando no se considera en el análisis el efecto de la deformación de la zona del tablero en la estabilidad del marco.

(b) Cuando se considera la estabilidad del marco en el análisis, incluyendo la deformación plástica de la zona del tablero.

en donde:

tw = espesor del alma de la columna, mm

bcf = ancho de la aleta de la columna, mm

tcf = espesor de la aleta de la columna, mm

db = altura de la viga, mm

dc = altura de la columna, mm

Fy = esfuerzo de fluencia del alma de la columna, MPa

Py = FyA = resistencia axial de fluencia de la columna, N

A = área de la sección transversal de la columna, mm2

Cuando se requieren platinas de refuerzo, se calcularán de acuerdo con los criterios de F.2.6.2 y deberán ir soldadas para desarrollar la proporción de la fuerza total de corte que debe soportarse.

Alternativamente, si se requieren rigidizadores diagonales, la soldadura que conecta los rigidizadores diagonales con el alma deberá tener dimensiones capaces de transmitir al alma la fuerza del rigidizador causada por los momentos no balanceados. Véase también F.2.11.1.9.

F.2.11.1.8 - Extremos no aporticados de vigas y viguetas- Enlos extremos no aporticados de vigas y viguetas que no estén restringidas contra la rotación respecto a su eje longitudinal, se colocará un par de rigidizadores transversales que se extiendan a lo largo de toda la altura del alma. Véase también F.2.11.1.9.

F.2.11.1.9 - Requisitos adicionales para los rigidízadores para cargas concentradas- Losrigidizadores transversales y diagonales deberán también cumplir los siguientes criterios:

• (a) El ancho de cada rigidizador más la mitad del espesor del alma de la columna no debe ser inferior a un tercio del ancho de la aleta o de la platina de conexión resistente a momento que transmite la fuerza concentrada.

• (b) El espesor de un rigidizador no será menor que la mitad del espesor de la aleta o de la platina de conexión resistente a momento que transmite la fuerza concentrada, y no debe ser inferior de Fy / 250 veces su ancho.

Cuando las fuerzas concentradas se aplican a la aleta de una viga laminada o ensamblada, los rigidizadores transversales se extenderán a lo largo de toda la altura del alma y se diseñarán como miembros comprimidos axialmente (columnas) de acuerdo con los requisitos de F.2.5.2, con una longitud efectiva de 0.75h, suponiendo una sección transversal compuesta por dos rigidizadores y una franja del alma que tenga un ancho de 25twpara rigidizadores intermedios y de 12twpara rigidizadores en los extremos de los miembros.

La soldadura que conecta los rigidizadores de apoyo con el alma tendrá dimensiones capaces de transmitir el exceso de cortante del alma al rigidizador. Para el diseño de los rigidizadores de apoyo, véase F.2.10.8.

F.2.11.1.10 - Requisitos adicionales para platinas de refuerzo bajo cargas concentradas- Lasplatinas de refuerzo requeridas de acuerdo con F.2.11.1.3 a F.2.11.1.6 también deberán cumplir con los siguientes criterios:

• (a) Se colocarán platinas de refuerzo de espesor y extensión adecuados para suministrar el material adicional que permita igualar o exceder los requisitos de resistencia.

• (b) La platina de refuerzo se soldará para desarrollar la proporción de la fuerza total transmitida a la platina de refuerzo.

F.2.11.2 - EMPOZAMIENTO DE AGUA - El sistema de cubierta deberá investigarse mediante un análisis estructural a fin de obtener la resistencia y estabilidad adecuadas bajo condiciones de empozamiento, a menos que la superficie de la cubierta esté provista de pendiente suficiente hacia desagües individuales adecuados para prevenir la acumulación de aguas lluvias.

El sistema de cubierta se considera estable y no se requiere investigación adicional si:

Lp = espaciamiento entre columnas en dirección de las vigas principales (longitud de los miembros principales), m

Ls = espaciamiento entre columnas en dirección perpendicular a las vigas principales (longitud de los miembros secundarios), m

S = espaciamiento entre miembros secundarios, m

Ip = momento de inercia de los miembros principales, mm4

Is = momento de inercia de los miembros secundarios, mm4

Id = momento de inercia del tablero metálico apoyado en los miembros secundarios, mm4/m

Para cerchas y viguetas en celosía, el momento de inercia Isse debe disminuir en un 15% cuando se utilizan las fórmulas anteriores. Un tablero de lámina plegada podrá considerarse como miembro secundario cuando está soportado directamente por los miembros principales.

Para una determinación alterna de la rigidez de una estructura de cubierta plana, véase F.2.20.1.

F.2.11.3 - FATIGA - Son pocos los miembros o conexiones de edificios convencionales que necesitan diseños por fatiga, puesto que en la mayoría de los casos, la variación de las cargas en tales estructuras se presenta pocas veces o bien produce solamente pocas fluctuaciones de esfuerzos. La ocurrencia de las cargas totales de viento o sismo no son tan frecuentes para necesitar consideraciones de diseño a la fatiga. Sin embargo, los puentes grúas y estructuras de soporte de maquinaria y equipos, con frecuencia están solicitados por condiciones de carga que implican fatiga.

los miembros y sus conexiones solicitados por cargas de fatiga se diseñarán de acuerdo con lo establecido en F.2.20.2 para cargas de servicio,

F.2.12 - CONSIDERACIONES DE DISEÑO TENIENDO EN CUENTA EL FUNCIONAMIENTO

Esta sección tiene por objeto proporcionar una guía de diseño para las condiciones de servicio.

La condición de servicio es un estado en el cual la función de un edificio, su aspecto, conservación, durabilidad y la comodidad de sus ocupantes se mantiene bajo uso normal.

Los requisitos de diseño general para las condiciones de servicio se dan en F.21.5.4. Los valores límites del comportamiento estructural para asegurar la condición de servicio (deflexiones máximas, aceleraciones, etc.) se seleccionarán de acuerdo con la función para la cual se diseña la estructura.

Cuando sea necesario, se verificará el comportamiento utilizando las cargas apropiadas para el estado límite de la condición de servicio.

F.2.12.1 - CONTRAFLECHA - Si se requieren algunos requisitos especiales de contraflecha por otras causas, como la fijación de rnarcos de ventanas, estos requisitos deberán establecerse en los documentos de diseño.

Las vigas y cerchas detalladas sin una contraflecha especificada se fabricarán de tal forma que cualquier contraflecha que resulte después del montaje, causada por el proceso de laminación o ensamble en el taller, sea hacia arriba. Si para producir la contraflecha se requiere el montaje de cualquier miembro precargado, así deberá aclararse en los documentos de diseño.

En general, a las armaduras de 25 o más metros de luz, se les dará una contraflecha que contrarreste aproximadamente la deflexión debida a la carga muerta. A los puentes grúas de 23 o más metros de luz, se les dará en cambio una contraflecha que compense aproximadamente la deflexión causada por la carga muerta más la mitad de la deflexión producida por la carga viva.

F.2.12.2 - EXPANSION Y CONTRACCION - Se tomarán las precauciones necesarias para permitir que la estructura se contraiga y expanda apropiadamente de acuerdo con sus condiciones de servicio.

F.2.12.3 - DEFLEXIONES, VIBRACION Y DERIVA

F.2.12.3.1 - Deflexiones - Lasdeformaciones en miembros y sistemas estructurales debidas a cargas de servicio no deben menoscabar la condición de servicio de la estructura.

Las vigas principales y secundarias que soportan cubiertas y pisos, se deben dimensionar con debida atención a la deflexión producida por las cargas de diseño. Estas vigas, cuando soportan cielos rasos de pañete, se deben dimensionar de modo que la flecha máxima debida a la carga viva no sobrepase 1/360 de la luz.

F.2.12.3.2 - Vibración de piso- Lavibración debe tenerse en cuenta en el diseño de las vigas que soportan grandes áreas abiertas, libres de tabiques u otras fuentes de amortiguación donde la vibración excesiva debida al tránsito peatonal o a otras causas es inaceptable.

F.2.12.3.3 - Deriva - Ladesviación lateral o deriva de las estructuras debida a las cargas de viento o sismo establecidas por la norma, no deberá causar colisiones con estructuras adyacentes ni exceder los valores límite apropiados o especificados.

F.2.12.4 - DESLIZAMIENTO EN CONEXIONES - Véanse F.2.10.3.8 y F.2.10.3.9 para el diseño de conexiones de deslizamiento crítico.

F.2.12.5 - CORROSION - Siempre que sea apropiado se deben diseñar componentes estructurales para tolerar la corrosión o deben protegerse contra la corrosión que pueda menoscabar la resistencia o la condición de servicio de la estructura.

Cuando las vigas están expuestas deben sellarse contra la corrosión de las superficies interiores o quedar suficientemente espaciadas para facilitar la limpieza y pintura.

F.2.13 - FABRICACION, MONTAJE Y CONTROL DE CALIDAD

Esta sección presenta los requisitos que se deben cumplir para la elaboración de los planos de taller, fabricación, pintura de taller, montaje y control de calidad.

F.2.13.1 - PLANOS DE TALLER - Con anterioridad a la fabricación de los componentes de una estructura se deben preparar planos de taller que suministren la totalidad de la información necesaria para la fabricación, incluyendo localización, tipos y dimensiones de pernos, remaches y soldaduras. En los planos de taller debe diferenciarse claramente entre pernos y soldaduras de taller o de montaje e identificar con claridad las conexiones de deslizamiento crítico a realizar con pernos de alta resistencia.

Los planos de taller se deben elaborar en conformidad con la mejor práctica y prestando atención a la rapidez y economía en la fabricación y el montaje.

Cada plano de taller debe contener, como mínimo:

(a) Esquema con ejes teóricos

(b) Dibujos de los miembros en sí, a escala adecuada, en donde se muestren:

• Las líneas de gramil, los ejes teóricos o ambos, determinando claramente el punto de corte de los ejes.

• Los perfiles, con indicación del material y su ubicación real, es decir, el sentido que deben tener sus aletas teniendo en cuenta las distancias de gramiles o líneas teóricas, numeración o posición de cada uno para su fácil identificación y las vistas o detalles necesarios para mostrar y aclarar todas las perforaciones, destijeres o soldaduras.

• Las dimensiones de cada elemento, es decir, si se trata de una estructura remachada o atornillada, longitud total, descuentos, distancias entre las perforaciones y símbolos de éstas; o si es soldada, longitud del miembro, descuentos, destijeres y símbolos de la soldadura necesaria.

• La forma de las cartelas y su numeración. En cuanto a la forma se determinará según el número de pernos o remaches, o la longitud de soldadura, correspondiente a cada uno de los perfiles que se van a unir por intermedio de la cartela.

• El título, en donde se indique de qué elemento se trata y la cantidad necesaria de él para ejecutar la obra.

Los cortes, secciones o detalles necesarios para mostrar claramente la unión de los diferentes perfiles o las formas compuestas de los montantes, diagonales y cuchillos.

El despiece de aquellos perfiles que por su forma o localización sea difícil acotar dentro del conjunto.

(c ) Dibujo de las riostras, pies de amigos, o elementos de arriostramiento, en donde se indiquen los ejes teóricos, la forma, etc., si se trata de un plano de cercha o miembro que los necesite.

F.2.13.2 - FABRICACION

F.2.13.2.1 - Contraflechado, curvado y enderezamiento- Paracorregir la contraflecha, la curvatura y la rectitud se pueden utilizar medios mecánicos o calentamiento local del elemento. La temperatura de las áreas calentadas, no deberá exceder de 593°C para acero NTC 4012 (ASTM A852), de 593°C para aceros NTC 4014 (ASTM A514), ni de 650°C para otros aceros, medida de acuerdo con métodos aprobados. Los mismos límites se aplican para grados equivalente de aceros NTC 4005 (ASTM A709).

F.2.13.2.2 - Corte por fusión- Elcorte por fusión de los bordes deberá hacerse de acuerdo con los requisitos AWS sección 3.2.2, con excepción de que los cortes por fusión de los bordes libres sujetos a los esfuerzos estáticos calculados de tensión, deberán estar libres de socavaciones mayores de 5 mm de profundidad y muescas en forma de V. Las socavaciones mayores de 5 mm de profundidad que queden después del corte se deberán pulir o reparar con soldadura.

Las esquinas entrantes, con excepción de las esquinas entrantes de vigas con destijeres y de los huecos de acceso de soldadura, deberán cumplir con los requisitos de la especificación AWS sección 3.2.4. Si se requiere otro contorno específico, deberá indicarse en los planos de diseño.

Los destijeres de vigas y los agujeros de acceso de soldadura deberán cumplir con los requisitos geométricos de F.2.10.1.6. Para destijeres y agujeros de acceso de soldadura en perfiles tipo ASTM A6 grupos 4 y 5 y perfiles armados mediante placas soldadas con espesor mayor de 50 mm, se aplicará un precalentamiento con una temperatura no inferior a 65°C con anterioridad al corte térmico.

F.2.13.2.3 - Cepillado de los bordes- Amenos que se indique específicamente en los planos de diseño o se incluya en las especificaciones de soldadura sobre preparacion de bordes no se requiere un cepillado o pulido de los bordes de platinas o secciones cizalladas o cortadas térmicamente.

F.2.13.2.4 - Construcción soldada- Latécnica de soldadura, la calidad de la mano de obra, el aspecto y la calidad de las soldaduras así como los métodos empleados en la corrección de trabajos defectuosos, deberán estar de acuerdo con el Código de Soldadura para estructuras metálicas de la Sociedad Americana de Soldadura, AWS D.1.1, adaptado por Fedestructuras, excepto lo modificado en F.2.10.2.

F.2.13.2.5 - Construcción atornillada- Todaslas partes de los miembros atornillados deberán estar bien aseguradas con pasadores o pernos y rigidamente unidas durante el ensamble. El empleo de pasadores de ensamble en las perforaciones durante el ensamble, no deberá distorsionar el metal ni agrandar el tamaño de las perforaciones. El alineamiento deficiente de las perforaciones será causa de rechazo.

Si el espesor del material no es mayor que el diámetro nominal del perno más 3 mm, las perforaciones pueden ser punzonadas. Si el espesor es mayor que el diámetro nominal más 3 mm, las perforaciones deberán o bien ser taladradas o subpunzonadas y rimadas. El punzón para todas las perforaciones subpunzonadas, y la broca para las subtaladradas, debe ser por lo menos 2 mm menor que el diámetro nominal del perno. Las perforaciones en platinas de acero NTC 4014 (ASTM A514) de espesor mayor que 13 mm, se deben taladrar.

Las superficies de partes unidas con pernos de alta resistencia, en contacto con la cabeza del perno y con la tuerca, no deben presentar una inclinación mayor que 1 a 20, con respecto a un plano normal al eje del perno. Cuando esta inclinación es mayor, se debe emplear una arandela biselada para compensar la falta de paralelismo.

Las partes unidas con pernos de alta resistencia deben ajustarse entre sí sólidamente cuando se ensamblan, y no deben aparecer separadas por guasas o cualquier otro material compresible interpuesto.

La orientación de calzas totalmente intercaladas dentro de una junta, con espesor total inferior a 6 mm, es independiente de la dirección de aplicación de la carga.

Cuando se ensamblan, todas las superficies por unir, incluyendo las adyacentes a las arandelas, deben estar libres de escamas, excepto las bien adheridas de laminacíón, no presentar mugre, escamas sueltas, u otros defectos que impidan el ajuste total de las piezas.

Las rebabas que impidan un asentamiento sólido de las partes conectadas con ajuste normal deben removerse. En las juntas diseñadas para trabajar por fricción, las superficies deben estar libres de aceite, pintura, laca y otros recubrimientos, excepto como se establece en la tabla 3 de la "Especificación para Juntas Estructurales que utilizan pernos ASTM A325 ó NTC 4028 (ASTM A490)" de la RCSC. El empleo de pernos de alta resistencia debe cumplir con los requisitos de la especificación mencionada.

Se pueden utilizar en las uniones platinas de relleno totalmente encajadas con un espesor inferior a 6 mm, sin necesidad de cambiar la carga de diseño de la conexión. La orientación de estas platinas es independiente de la dirección de aplicación de la carga.

El uso de pernos de alta resistencia deberá ajustarse a los requisitos de las especificaciones de diseño con coeficientes de carga y resistencia del RCSC para uniones estructurales que utilizan pernos grado 5 o grado 8 de ASTM A325 o NTC 4028 (ASTM A490).

F.2.13.2.6 - Juntas a compresión- Enjuntas a compresión, que dependen del contacto por aplastamiento, como parte de la capacidad portante, las superficies de contacto de las piezas individualmente fabricadas deberán ser preparadas por laminado, cepillado o por otros medios apropiados.

F.2.13.2.7 - Tolerancias dimensionales- Sepermitirán las tolerancias dimensionales de acuerdo con el Reglamento de Práctica Estándar del Reglamento de construcciones sismoresistentes.

F.2.13.2.8 - Acabado de las bases de columnas- Lasbases de columnas y las placas de asiento deberán terminarse de acuerdo con los siguientes requisitos:

• (a) Las platinas de apoyo en acero con espesor igual a50 mm o menos podrán utilizarse sin maquinado siempre que se obtenga una superficie de contacto satisfactoria. Las platinas de apoyo con un espesor entre 50 y 100 mm podrán enderezarse por medio de prensas o, si no hay prensas disponibles, rectificando todas las superficies de apoyo (excepto como se indica en los literales b y c de esta sección) para obtener un contacto satisfactorio de apoyo. Las platinas de apoyo de acero con un espesor mayor de 100 mm se rectificarán en todas las superficies de apoyo (excepto como se indica en los literales b y c de esta sección).

• (b) No es necesario rectificar las superficies inferiores de platinas de apoyo o bases de columnas que se inyectan con mortero para obtener una superficie de contacto completa sobre las cimentaciones.

• (c) No es necesario rectificar las superficies superiores de platinas de apoyo cuando se proporcionan soldaduras de penetración completa entre las columnas y las platinas de apoyo.

F.2.13.3 - PINTURA DE TALLER

F.2.13.3.1 - Requisitos generales- Lapreparación de la superficie y la pintura de taller se ajustarán a los requisitos del Código de Práctica Estándar del AISC.

No se requiere pintura de taller si no se especifica claramente en los documentos del contrato.

F.2.13.3.2 - Superficies inaccesibles- Exceptolas superficies en contacto, las superficies inaccesibles después del ensamble de taller deberán limpiarse y pintarse con anterioridad al ensamble, de acuerdo con los requisitos de los documentos de diseño.

F.2.13.3.3 - Superficies de contacto- Sepermite incondicionalmente la pintura en conexiones tipo aplastamiento. Para conexiones por fricción, los requisitos de la superficie de contacto estarán de acuerdo con 3(b) de las especificaciones para juntas estructurales del RCSC que utilizan pernos grado 5 o grado 8 de ASTM A325 o NTC 4028 (ASTM A490).

F.2.13.3.4 - Superficies acabadas- Lassuperficies terminadas a máquina se protegerán contra la corrosión por medio de una película inhibidora de óxido que pueda removerse antes del montaje, o que tenga características que hagan innecesaria su remoción antes de efectuarlo.

F.2.13.3.5 - Superficies adyacentes a soldaduras de campo- Amenos que se especifique otra cosa en los planos de diseño, las superficies a menos de 50 mm de sitios donde se hayan de aplicar soldaduras de campo, deberán estar libres de materiales que impidan el soldado correcto o que produzcan gases tóxicos u objetables mientras se realiza la soldadura.

F.2.13.4 - MONTAJE

F.2.13.4.1 - Alineamiento de bases de columnas- Lasbases de las columnas deberán quedar bien niveladas y a la elevación correcta y en contacto total con las superficies de concreto o mampostería.

F.2.13.4.2 - Arriostramiento - Laestructura de acero del esqueleto de los edificios deberá erigirse a plomo dentro de los límites definidos por el Código de Práctica Estándar del AISC. Se deben colocar arriostramientos temporales, de acuerdo con los requisitos del código citado, donde sean necesarios para resistir todas las cargas a que está sometida la estructura incluyendo los equipos y la operación de los mismos.

Tales arriostramientos deberán dejarse en su sitio durante el tiempo que sea necesario para garantizar la seguridad de la estructura.

F.2.13.4.3 - Alineamiento- Nose colocarán pernos o soldaduras permanentes hasta que las porciones adyacentes de la estructura hayan quedado alineadas apropiadamente.

F.2.13.4.4 - Ajuste de juntas a compresión de columnas y placas base- Seaceptará una falta de ajuste en la zona de contacto, siempre y cuando que no exceda de 2 mm cualquiera que sea el tipo de unión utilizada (empernada o con soldadura acanalada de penetración parcial). Si la abertura excede de 2 mm, pero es inferior a 6 mm y si una investigación adecuada demuestra que no hay suficiente superficie de contacto, la abertura se rellenará con calzas de acero de espesor constante. Las calzas podrán ser de acero corriente, no importa la calidad del material principal.

F.2.113.4.5 - Soldadura de campo- Lapintura de taller que se encuentre en superficies adyacentes a juntas que tengan que soldarse en campo, tendrá que limpiarse con cepillo de alambre, si es necesario, para garantizar la calidad de la soldadura.

La soldadura de campo de anclajes a elementos embebidos en contacto con el concreto deberá ejecutarse en tal forma que evite dilataciones térmicas excesivas del empotramiento las cuales podrían originar resquebrajamiento o agrietamiento del concreto o inducir esfuerzos excesivos en los anclajes.

F.2.13.4.6 - Pintura de campo- Losretoques de pintura, la limpieza de la estructura, así como la pintura general deben realizarse de acuerdo con las prácticas locales aceptadas, las cuales se harán constar explícitamente en los planos de diseño,

F.2.13.4.7 - Conexiones de campo- Amedida que avanza el montaje, la estructura deberá empernarse o soldarse de tal manera que soporte con seguridad todas las cargas muertas, de viento y de montaje.

F.2.13.5 - CONTROL DE CALIDAD - El fabricante deberá establecer los procedimientos de control de calidad que juzgue necesarios para asegurar que todo el trabajo se realice de acuerdo con las presentes especificaciones. Además de los procedimientos de control del fabricante, el material y la mano de obra pueden estar sujetos en todo momento a revisión por parte de los inspectores calificados que actúen en representación del comprador. Si se requiere la inspección por dichos representantes, deberá establecerse en los documentos de diseño.

F.2.13.5.1 - Cooperación- Enlo posible toda inspección por los representantes del comprador se hará en la planta del fabricante y éste ha de cooperar con ellos, permitiéndoles el acceso a todos los lugares donde se está realizando el trabajo. El inspector del comprador deberá programar sus visitas en tal forma que no cause interrupciones en el trabajo del fabricante.

F.2.13.5.2 - Rechazos- Elmaterial o la mano de obra que no cumplan razonablemente con las especificaciones correspondientes, puede rechazarse en cualquier momento durante el desarrollo del trabajo. El fabricante recibirá copias de todos los informes entregados al comprador por la firma interventora.

F.2.13.5.3 - Inspección de la soldadura- Lainspección de la soldadura se hará de acuerdo con las estipulaciones del Código de Soldadura Estructural AWS D1.1 de la Sociedad Americana de Soldadura, adaptado por Fedestructuras, excepto las modificaciones de F.2.10.2.

Cuando se requiera una inspección visual por inspectores con certificados de calificación en soldadura expedidos por la autoridad competente, deberá especificarse así en los documentos de diseño o en el contrato.

Cuando se requieran ensayos no destructivos, su clase, extensión técnica y criterios de aceptación deberán definirse claramente en los documentos de diseño o en el contrato.

F.2.13.5.4 - Inspección de conexiones por fricción con pernos de alta resistencia- Lainspección de conexiones se hará de acuerdo con las especificaciones del diseño de carga y resistencia del RCSC para uniones estructurales que utilizan pernos grado 5 o grado 8 de ASTM A325 o NTC 4028 (ASTM A490).

F.2.13.5.5 - Identificación de las piezas de acero- Elfabricante deberá estar en capacidad de demostrar que cuenta con un procedimiento establecido por escrito y que lo sigue realmente en la práctica, para marcar e identificar el material de los elementos principales de un despacho. Las marcas deben ser visibles por los menos hasta la operación de ajuste de los elementos estructurales principales de la pieza que se está embarcando.

El método de identificación deberá ser tal que permita verificar la aplicación del material apropiado, en relación con:

• (a) Designación de la especificación del material.

• (b) Número de la colada, si se requiere.

• (c) Resultados de ensayos de laboratorio para requisitos especiales.

F.2.14 - REQUISITOS DE DISEÑO

F.2.14.1 - PANDEO LOCAL

F.2.14.1.1 - Clasificación de las secciones de acero- Enmiembros con aletas desiguales y almas sometidas a esfuerzos combinados de flexión y compresión axial, el valor de lrpara el estado límite de pandeo local del alma es

En miembros con aletas desiguales y almas sometidas solamente a flexión, el valor de lr, para el estado límite de pandeo local del alma es:

Donde r, h y hcson los valores definidos en F.2.2.5.1.

Estas substituciones deben hacerse en F.2.16 y F.2.17 cuando éstas se apliquen a miembros con aletas desiguales. Si la aleta a compresión es mayor que la aleta a tensión, r, se debe determinar usando las ecuaciones F2-88 y F2-89 o la tabla F.2.1.

F.2.14.1.2- Elementos esbeltos a compresión- Losmiembros cargados axialmente que contengan elementos solicitados por compresión que tengan una relación ancho/espesor mayor que los valores r, aplicables, tal como se estipula en F.2.2.5.1, se diseñarán de acuerdo con esta sección. Los miembros en flexión con elementos esbeltos en compresión se diseñarán de acuerdo con F.2.16 y F.2.17. Los miembros laminados en flexión cuyas dimensiones no estén comprendidas en F.2.16.1, se diseñarán de acuerdo con esta sección.

F.2.14.1.3-Elementos no rigidizados en compresión- Laresistencia de diseño de elementos no atiesados a compresión cuya relación ancho/espesor exceda el valor limite r, aplicable, de acuerdo con F.2.2.5.1 estará sujeta a un coeficiente de reducción Qs, que se evaluará con las ecuaciones F2-90 a F2-97, según el caso. Cuando los elementos comprendan la aleta en compresión de un miembro a flexión, el máximo esfuerzo de flexión requerido no debe exceder bFyQsdonde b=0.90. La resistencia de diseño de miembros en compresión cargados axialmente se modificará por el coeficiente de reducción apropiado Qs, tal como se estipula en F.2.14.1.5.

(a) Para ángulos sencillos:

• (b) Para aletas, ángulos o platinas que sobresalen de vigas, columnas u otros miembros laminados en compresión.

• (c) Para aletas, ángulos o platinas que sobresalen de columnas u otros miembros ensamblados sometidos a compresión:

El coeficiente kcse calculará como sigue:

• (a) Para secciones en I :

en donde:

h = altura del alma (mm)

tw = espesor del alma (mm)

(b) Para otras secciones.

kc= 0.763

(c) Para almas de tees:

en donde:

b = ancho del elemento no rigidizado en compresión como se define en F.2.2.5.1, mm

t = espesor del elemento no rigidizado, mm

Fy= esfuerzo de fluencia mínimo especificado, MPa

F.2.14.1.4 - Elementos rigidizadosen compresión - Cuando la relación ancho-espesor de elementos rigidizados en compresión uniforme (excepto platabandas perforadas) exceda el valor límite r, estipulado en F.2.2.5.1, se deberá emplear un ancho efectivo reducido beal determinar las propiedades de diseño de la sección que contiene el elemento.

(a) Para aletas de secciones cuadradas y rectangulares de espesor uniforme:

En caso contrario be= b

(b) Para otros elementos solicitados por compresión uniforme:

En caso contrario be= b

en donde:

b = ancho real del elemento rigidizado en compresión tal como se define en F.2.2.5.1, mm.

be = ancho efectivo reducido, mm

t = espesor del elemento, mm.

f = esfuerzo de compresión en los elementos rigidizados, calculado mediante las propiedades de diseño que se especifican en F.2.14.1.5, MPa. Si la sección transversal incluye elementos no rigidizados, f para el elemento rigidizado debe ser tal que el esfuerzo máximo de compresion en el elemento no rigidizado no exceda de cFcrtal como se define en F.2.14.1.5, donde Q = Qs y c= 0.85 ó bFyQscon b= 0.90, el que sea aplicable.

(c) Para secciones circulares cargadas axialmente con una relación diámetro-espesor D/t comprendida entre 22750/Fyy 89635/Fy :

en donde:

D = diámetro exterior, mm

t = espesor de la pared, mm

F.2.14.1.5 - Propiedades de diseño - Laspropiedades de diseño se deben determinar empleando la sección transversal completa del miembro, con las siguientes excepciones:

Al calcular el momento de inercia y el módulo de resistencia elástico de la sección de miembros a flexión, se debe usar el ancho efectivo be, de los elementos rigidizados solicitados por compresión uniforme, tal como se define en F.2.14.1.4 a fin de determinar las propiedades de la sección transversal efectiva.

Para los elementos no rigidizados de la sección transversal, se debe utilizar Qs, como se define en F.2.14.1.3. Para los elementos rigidizados de la sección transversal:

(F.2-101)

donde el área efectiva es igual a la suma de las áreas efectivas de la sección transversal.

F.2.14.1.6 - Resistencia de diseño- Paralos elementos en compresión cargados axialmente, el área bruta de la sección transversal y el radio de giro r se calcularán con base en la sección transversal real. El esfuerzo crítico Fcrse calculará con:

en donde:

Q = QsQa (F.2-104)

Para secciones transversales compuestas totalmente por elementos no rigidizados:

Q = Qs (Qa= 1.0)

Para secciones transversales compuestas totalmente por elementos rigidizados.

Q = Qa (Qs= 1.0)

Para secciones transversales compuestas por elementos rigidizados y no rigidizados:

Q = QsQa

F.2.15 - COLUMNAS Y OTROS MIEMBROS EN COMPRESION

Esta sección se aplica a la resistencia de columnas doblemente simétricas con elementos de lámina delgada, columnas con simetría simple y asimétricas para los estados límites de pandeo por flexo-torsión y torsional.

F.2.15.1 - RESISTENCIA A COMPRESION DE DISEÑO POR FLEX0-TORSION - La resistencia de miembros a compresión determinada por los estados límites de pandeo por torsión y por flexo-torsión será cPndonde:

c = 0.85

Pn =resistencia nominal a la compresión, N

= AgFcr

Ag = área bruta de la sección transversal, mm2

El esfuerzo crítico nominal Fcrse determina así:

El esfuerzo de pandeo elástico por torsión o por flexo-torsión Fese determina como sigue:

• a) Para perfiles doblemente simétricos:

• b) Para perfiles con simetría simple, donde y es el eje de simetría:

• c) Para perfiles asimétricos, el esfuerzo crítico de pandeo elástico por flexo-torsíón, Fe, es la menor raíz cúbica de la ecuación

en donde:

Kz = coeficiente de longitud efectiva para pandeo por torsión

E = módulo de elasticidad, MPa

G = módulo de cortante, MPa

Cw = constante de alabeo, mm

J = constante de torsión, mm 4

lx, Iy = momento de inercia con respecto a los ejes principales, MM4

Xo, yo= coordenadas del centro de corte con respecto al centroide, mm

en donde:

A = área de la sección transversal del miembro, mm2

I = longitud sin apoyo, mm

Kx, Ky = coeficientes de longitud efectiva en las direcciones x e y

rx, ry = radios de giro con respecto a los ejes principales, mm

= radio polar de giro respecto al centro de corte, mm

F.2.16 - VIGAS Y OTROS MIEMBROS A FLEXION

F.2.16.1 - DISEÑO POR FLEXION- La resistencia de diseño para miembros a flexión es bMn, donde b= 0.90 y Mnes la resistencia nominal.

La tabla F.2.17 suministra un resumen tabulado de las fórmulas F2-27 a F2-40 para determinar la resistencia nominal por flexión de las vigas. Para los parámetros de esbeltez de secciones transversales que no estén incluidas en la tabla F. 2-17, véase F.2.14.1.2. Para miembros a flexión con aletas desiguales véase F.2.14.1.1 para determinar el valor de r, para el estado limite de pandeo local del alma.

La resistencia nominal a flexión Mn, es el valor más bajo que se obtiene según los estados límitede:

• (a) Pandeo lateral por torsión (PLT);

• (b) Pandeo local de la aleta (PLP), y

• (c) Pandeo local del alma (PLA).

La resistencia nominal por flexión Mnse determinará como sigue para cada estado límite:

• a) Para p

Mn=Mp (F.2-117)

• b) Para p <r

Para el estado límite de pandeo lateral por torsión:

Para el diseño de vigas con almas esbeltas, no es aplicable el estado límite de pandeo local del alma, véase F.2.17.2.

Los términos utilizados en la tabla son:

A = área de la sección transversal, mm2

FL = el menor valor de (Fyf- Fr) o Fyw, MPa

Fr = esfuerzo residual por compresión en la aleta

= 70 MPa para perfiles laminados

= 115 MPa para perfiles ensamblados con soldadura

Fy = esfuerzo de fluencia mínimo especificado, MPa

Fyf = esfuerzo de fluencia de la aleta, MPa

Fyw = esfuerzo de fluencia del alma, MPa

Iyc = momento de inercia de la aleta en compresión con respecto al eje x o, para flexión con doble curvatura, momento de inercia de la aleta menor, mm4

J = constante de torsión, mm4

Re = véase F.2.17.2 - Factor de viga híbrida - Para vigas homogéneas Re= 1.0

Seff = módulo de la sección efectiva con respecto al eje mayor, mm3

Sxc = módulo de la sección, calculado para la fibra exterior de la aleta en compresión, mm3

Sxt = módulo de la sección, calculado para la fibra exterior de la aleta en tensión, mm3

Z = módulo plástico de la sección, mm3

b = ancho de la aleta, mm

d = altura total, mm

f = esfuerzo de compresión calculado en el elemento rigidizado, MPa

h = distancia libre entre aletas menos el chaflán o el radio esquinero en la unión alma-aleta, mm

ryc = radio de giro de la aleta en compresión con respecto al eje y o, si hay flexión en curvatura doble, de la aleta menor, mm

tf = espesor de la aleta, mm

tw = espesor del alma, mm.

Notas:

PLT sólo aplica para flexión respecto al eje fuerte del elemento

(a) se excluyen ángulos dobles y tees

(b) calculado de la distribución de esfuerzos completamente plásticos para secciones híbridas

• (h) Ecuación para ser utilizada en lugar de la ecuación F2-120

• (i) Seffes el módulo de sección efectivo, para la sección con un patín a compresión be, definido en el numeral F.2.14.1.4

F.2.16.2 - DISEÑO POR CORTANTE

en donde:

kv = 5 + 5 / (a/h)2

= 5 cuando a/h > 3 o a/h > [260 / (h/t)]2

a = distancia entre rigidizadores transversales, mm

h = para perfiles laminados, la distancia libre entre aletas menos el chaflán o el radio esquinero en la unión alma-aleta, mm

= para perfiles ensamblados soldados, la distancia libre entre aletas, mm

= para perfiles ensamblados empernados o remachados, la distancia entre líneas de sujetadores, mm

Los rigidizadores intermedios se pueden interrumpir cerca de la aleta en tensión siempre y cuando no se necesiten para transmitir una carga concentrada o una reacción. La soldadura con la que van unidos los rigidizadores intermedios al alma deberá terminar a no menos de cuatro veces ni más de seis veces el espesor del alma del borde de la soldadura que une el alma y la aleta. Cuando se usan rigidizadores simples, estos deberán conectarse a la aleta en compresión si consisten en una platina rectangular, para resistir cualquier tendencia al levantamiento debida a torsión en la aleta. Cuando se conecta arriostramiento lateral a un rigidizador, o par de rigidizadores, estos a su vez deberán conectarse con la aleta en compresión para transmitir el 1% del esfuerzo total en la aleta, a menos que la aleta esté conformada sólo por ángulos.

Los tornillos que conecten los rigídizadores al alma de la viga deberán espaciarse no más de 305 mm centro a centro. Si se usan soldaduras de filete intermitentes, la distancia entre soldaduras deberá ser menor o igual que 16 veces el espesor del alma y no más de 254 mm.

F.2.16.3 - MIEMBROS ACARTELADOS - El diseño de miembros acartelados que cumplan con los requisitos de este numeral estará regido por lo estipulado en F.2.4 a F.2.8, salvo las modificaciones incluídas en el presente numeral.

F.2.16.3.1 - Requisitos generales- La presente especificación se aplica a miembros acartelados siempre y cuando cumplan con los siguientes requisitos,

§ Tener por lo rnenos un eje de simetría que sea perpendicular al plano de flexión si existen momentos.

§ Las aletas deberán ser iguales y de área constante.

§ La altura deberá variar linealmente de acuerdo con la siguiente ecuación:

F.2.16.3.2 - Resistencia de diseño a la tensión- La resistencia de diseño de miembros acartelados a tensión se determinará de acuerdo con F.2.4.l.

F.2.16.3.3 - Resistencia de diseño a compresión- La resistencia de diseño de miembros acartelados en compresión se determinará de acuerdo con F.2.5.2, utilizando el parámetro de esbeltez efectiva "ef" calculado con la siguiente ecuación:

en donde:

S = KL/roypara la flexión con respecto al eje menor y KyL/roxpara la flexión con respecto al eje mayor

K = coeficiente de longitud efectiva para un miembro prismático

Ky = coeficiente de longitud efectiva para un miembro acartelado, determinado analíticamente

rox = radio de giro con respecto al eje mayor en el extremo más pequeño de un miembro acartelado, mm

roy = radio de giro con respecto al eje menor en el extremo mas pequeño de un miembro acartelado, mm

Fy = esfuerzo mínimo de fluencia especificado, MPa

Q = coeficiente de reducción

= 1.0 si todos los elementos cumplen con las relaciones límite de ancho-espesor r, de F.2.2.5.1

= Qs,Qa, determinado de acuerdo con F.2.14 si cualquiera de los elementos, atiesados o no, exceden las relaciones r de F.2.2.5.1

E = módulo de elasticidad del acero, MPa

En la ecuación F2-17, Pn= AgFcr, se utilizará para Ag, el valor del área más pequeña del miembro acartelado

F.2.16.3.4 - Resistencia de diseño por flexión - La resistencia de diseño por flexión de miembros acartelados para el estado límite de pandeo por torsión lateral es bMn, donde b= 0.90. El momento nominal es:

en donde:

S'x = módulo elástico de la sección crítica en la longitud sin arriostramiento de la viga bajo consideración

rTo = radio de giro de una sección en el extremo menor, considerando únicamente la aleta en compresión más 1/3 del área del alma en compresión, con respecto al eje en el plano del alma, mm

Af = área de la aleta en compresión, mm2

Donde B se determina de la siguiente manera:

(a) Cuando el momento máximo M2, en tres segmentos adyacentes de longitudes no arriostradas aproximadamente iguales, está localizado dentro del segmento central y M1, es el mayor de los momentos en uno de los extremos de la porción que conforman los tres segmentos de un miembro:

• (b) Cuando el mayor esfuerzo de flexión calculado fb2 se presenta en el extremo más grande de dos segmentos adyacentes de longitudes no arriostradas aproximadamente iguales y fb1 es el esfuerzo de flexión calculado en el extremo menor de la porción conformada por los dos segmentos de un miembro:

(c) Cuando el mayor esfuerzo de flexión calculado fb2se presenta en el extremo menor de dos segmentos adyacentes de longitudes no arriostradas aproximadamente iguales, y fb1es el esfuerzo de flexión calculado en el extremo mayor de la porción conformado por dos segmentos de un miembro:

En las expresiones anteriores y= (dL- do)/dose calcula para la longitud no arriostrada donde se presenta el máximo esfuerzo de flexión. M1/M2se considera negativo cuando los momentos producen curvatura sencilla. Cuando la relación M1/M2es positiva, lo cual ocurre rara vez, se recomienda tomarla igual a cero. fb1/fb2se considera negativo cuando produce curvatura simple. Si se presenta un punto de inflexión en uno de los dos segmentos adyacentes no arriostrados fb1/fb2se considera positivo. El cociente fb1/fb2es diferente a 0.

• (d) Cuando el esfuerzo de flexión calculado en el extremo menor de un miembro acartelado, o en un segmento del mismo, es igual a cero:

F.2.16.3.5 - Esfuerzos combinados de flexión y fuerzas axiales- Para miembros acartelados con un solo acartelamiento del alma solicitados por flexión y compresión con respecto al eje mayor se aplican las fórmulas F2-46 y F2-47 con las modificaciones siguientes:

Pny Pexse calcularán según las propiedades del extremo menor, utilizando coeficientes apropiados de longitud efectiva. Mnx, Muy Mpxse calcularán para el extremo mayor.

Mnx= (5/3)S'xFbdonde S'xes el módulo elástico de la sección del extremo mayor y, Fbes el esfuerzo de diseño a flexión de los elementos acartelados. Cmxse reemplaza por Cmdeterminado como sigue:

(a) Cuando el miembro está solicitado por momentos aproximadamente iguales en sus extremos, que le producen curvatura sencilla:

(b) Cuando el momento de flexión calculado en el extremo menor de la longitud no arriostrada es igual a cero:

Cuando el parámetro de esbeltez efectiva, ef1.5 y los esfuerzos combinados se verifican a intervalos a lo largo de la longitud, se puede utilizar el área real y el módulo elástico de la sección real en el tramo que se investiga.

F.2.17 - VIGAS ENSAMBLADAS

Esta sección se aplica a vigas ensambladas en I con almas esbeltas

F.2.17.1 - LIMITACIONES - Las vigas ensambladas, híbridas o no, de alma sencilla, de simetría doble o sencilla, cargadas verticalmente, se diseñarán de acuerdo con los requerimientos del presente numeral o de F.2.16.2, siempre que se satisfagan los siguientes límites:

en donde:

a = distancia libre entre rigidizadores transversales, mm

h = distancia libre entre las aletas menos la transición o radio esquinero para perfiles laminados; y para secciones ensambladas, la distancia entre líneas adyacentes de conectores o la distancia libre entre las aletas si se emplean soldaduras, mm

tw = espesor del alma, mm

Fyf =mínimo esfuerzo de fluencia especificado en la aleta, MPa

En vigas sin rigidizadores h/twdebe ser inferior a 260.

F.2.17.2 - RESISTENCIA DE DISEÑO A LA FLEXION - La resistencia de diseño a la flexión para vigas ensambladas con almas esbeltas, será bMndonde b= 0.90 y Mnes el menor valor obtenido de los estados limite de plastificación de la aleta en tensión y de pandeo de la aleta en compresión. Para vigas con aletas desiguales véase F.2.14.1 para determinar lrpara el estado límite de pandeo local del alma.

Para plastificación de la aleta en tensión:

Mn= SxtReFyt (F2-140)

Para pandeo en la aleta a compresión:

Mn= SxcRPGReFcr (F.2-141)

en donde:

ar = relación entre el área de¡ alma y el área de la aleta en compresión (10)

m = relación entre el esfuerzo de fluencia del alma y el esfuerzo de fluencia de la aleta o Fcr

Fcr = esfuerzo crítico de la aleta en compresión, MPa

Fyt = esfuerzo de fluencia de la aleta en tensión, MPa

Sxc = módulo de sección referido a la aleta en comprensión, mm3

Sxt = módulo de sección referido a la aleta en tensión, mm3

hc = dos veces la distancia del centroide hasta la línea más próxima de sujetadores en la aleta en compresión o a la cara interior de la aleta en compresión cuando se usa soldadura, mm

En estas ecuaciones se calcularán los parámetros de esbeltez tanto para el estado límite de pandeo por torsión lateral como para el estado límite de pandeo local de la aleta; el menor valor resultante de Fcrserá el que gobierna.

(a) Para el estado límite de pandeo por torsión lateral:

rT = radio de giro de la aleta a compresión más 1/3 de la porción comprimida del alma, mm

(b) Para el estado límite de pandeo local de la aleta:

El estado límite de pandeo local del alma en flexión no es aplicable.

en donde:

Cv =relación del esfuerzo "critico" del alma según la teoría de pandeo lineal y el esfuerzo de fluencia por cortante del material del alma

Véanse también 17.2.17.4 y F.2.17.5.

Para los tableros extremos de vigas ensambladas no híbridas, para todos los tableros en vigas híbridas y de alma acartelada y cuando a/h exceda 3.0 o [260/(h/tw)]2, no se permite la acción de campo de tensión y

Vn= 0.6AwFywCv (F.2-156)

El coeficiente de pandeo del alma kvestá dado por la expresión

excepto que kvse tomará como 5.0 si a/h excede 3.0 o [260/(h/tw)]2. El coeficiente por cortante, Cv, se calcula así:

en donde:

Fyst = esfuerzo de fluencia especificado para el material del rigidizador, MPa

D = 1 para rigidizadores dobles

= 1.8 para rigidizadores sencillos en ángulos

= 2.4 para rigidizadores sencillos en platina

Cvy Vn se definen en F.2.17.3, "Vu" es la resistencia al corte requerida en el lugar del rigidizador.

F.2.18 - MIEMBROS SOLICITADOS POR TORSION Y FUERZAS COMBINADAS

Los términos de las anteriores ecuaciones se determinan así:

(a) Para miembros en forma de I:

en donde:

bf = ancho de la aleta, mm

d = altura del miembro, mm

Cm = coeficiente aplicado al término de flexión en la ecuación de interacción para miembros prismáticos y dependiente de la curvatura de la columna causada por los momentos aplicados,véase F.2.3.1.

F.2.19 - CONEXIONES, UNIONES Y PASADORES

El numeral F.2.19.1 brinda una resistencia de diseño alternativa para soldaduras de filete. El numeral F.2.19.2 atañe al diseño de conexiones por fricción usando cargas mayoradas.

F.2.19.1.1 -SOLDADURAS

F.2.19.1.1 - Resistencía de díseño- En lugar de la resistencia de diseño constante para soldaduras de filete dada en la tabla F.2.7 se permite usar el siguiente procedimiento.

F.2.19.2 - PERNOS Y ELEMENTOS ROSCADOS

F.2.19.2.1 -Pernos de alta resistencia en conexiones por fricción

(a)Conexiones por fricción diseñadas con cargas mayoradas - Se permite proporcionar las conexiones por fricción para cargas mayoradas. La resistencia a la fricción de diseño que se usará con cargas mayoradas, Rstr, deberá ser mayor o igual que la fuerza requerida debida a las cargas mayoradas, en donde:

F.2.19.2.2 - Tensión y corte combinados en conexiones por fricción

(a)Conexiones por fricción diseñadas con cargas mayoradas - Cuando se usen cargas mayoradas para el diseño de conexiones por fricción sujetas a una tensión T que reduzca la fuerza neta de atenazamiento la resistencia por fricción Rstr de acuerdo con F.2.19.2.1 deberá multiplicarse por el siguiente factor en el cual Tues la resistencia a tensión requerida bajo cargas mayoradas:

F.2.20 - CONSIDERACIONES SOBRE LA RESISTENCIA DE DISEÑO

F.2.20.1 - EMPOZAMIENTO DE AGUA - Las estipulaciones de este numeral pueden utilizarse cuando se necesita un cálculo más exacto de la rigidez de la estructura de una cubierta plana que aquel dado en F.2.11.2 para el cual Cp+ 0.9Cs 0.25.

Para cualquier combinación de estructura primaria y secundaria, el índice del esfuerzo se calcula como

en donde:

fo = el esfuerzo debido a 1.2D+1.2R (D = carga muerta nominal, R = carga nominal debida al agua lluvia o al granizo excluyendo la contribución del empozamiento de agua)*

• Dependiendo de la situación geográfica, esta carga deberá incluir la cantidad de granizo que pueda presentarse.

Al nivel del índice de esfuerzo, Up, calculado para las vigas principales, entre a la figura F2-1; desplácese horizontalmente hasta el valor, Cs, calculado para las vigas secundarias y luego verticalmente hacia abajo hasta el eje de las abcisas. La rigidez combinada de los miembros principales y secundarios de la estructura es suficiente para evitar el empozamiento de agua si la constante de flexibilidad determinada en la abcisa es mayor que el valor, Cp, calculado para el miembro primario dado. De lo contrario se requiere una viga principal o una secundaria más rígida o una combinación de las dos. De lo anterior

en donde:

Lp = espaciamiento entre columnas en dirección de la viga (longitud de los miembros principales), m

Ls = espaciamiento entre columnas perpendicular a la viga (longitud de los miembros secundarios), m

S = espaciamiento entre miembros secundarios, m

Ip = momento de inercia de los miembros principales, mm4

Is = momento de inercia de los miembros secundarios, mm4

Las estructuras de cubierta que consistan en una serie de vigas uniformemente espaciadas, apoyadas en muros portantes, se consideran como miembros secundarios apoyados sobre un miembro principal infinitamente rígido. En este caso, se entra en la figura F2-2 con el índice del esfuerzo calculado, Us. El valor límite, Cs, se determina interceptando la línea horizontal que representa el valor de, Us, con la curva para Cp=0.

La deflexión por empozamiento de agua generada en una teja metálica es generalmente una parte tan pequeña de la deflexión total causada por el empozamiento en una zona de la cubierta que es suficiente limitar su momento de inercia en mm4, (por metro de ancho normal a la luz) a 3950 veces la cuarta potencia de la luz, m. Sin embargo, se puede requerir alguna investigación para asegurar la estabilidad bajo condiciones de empozamiento de un sistema de cubierta en teja metálica compuesta por miembros relativamente esbeltos sostenidos por vigas que se apoyan directamente sobre columnas. Esta puede realizarse por medio de las figuras F.2-1 o F.2-2 utilizando, Cs, como el coeficiente de flexibilidad para el ancho de 1 metro de la cubierta (S=1.0).

Puesto que la rigidez por corte del diagonalado de las viguetas y cerchas de celosía es menor que el de almas sólidas, el mornento de inercia debe tomarse como el 85% del de sus cuchillos.

F.2.20,2 - FATIGA - Los miembros y las conexiones solicitada por esfuerzos de fatiga se diseñaran de acuerdo con lo establecido en el presente numeral.

La fatiga tal como se emplea en esta especificación se define como el daño que puede convertirse en fractura después de un número determinado de fluctuaciones de esfuerzos repetidos. Se define el rango de esfuerzos como la magnitud de las fluctuaciones. En el caso de inversión de esfuerzos, el rango de éstos se calculará como la suma numérica de los máximos esfuerzos repetidos de tensión y compresión, o como la suma de los valores máximos de esfuerzos cortantes de dirección opuesta en un punto dado, resultantes de las diversas posiciones de la carga viva.