Manual de Construccin para Estructuras Metlicas con base en Perfiles Doblados en Fro Abstract Resumen Intended to supply the urgent need in the processofbuildingmetallicstructures fromcold-formedprofiles,aguideline includingthemostapplicableand importantaspectsofdesigningand buildingtheseprofileshasbeen developed.Itpretendstoestablisha simpleandefficientcalculationmethod, as required by our countrys requisites, to diminishdefectsandtocorrecterrorsin practice. Severalwrittenandoralsources wereconsultedforobtainingthe necessary information.The 1980 edition of the Cold Formed Steel Design Manual wasthemainsourceforestablishinga calculationmethodinaMicrosoftExcel electronicsheetformat.Several observationswerecarriedoutin structuresunderconstruction,and recommendationstofollowinthis processweregiven.Inacold-formed steelfactory,severaltypesofprofiles weremeasuredand,inthelaboratory, tensiontestswerecarriedout to pipettes madeofthesametypeofsteelusedto manufacture the profiles. Itwasfoundthatthoseprofiles withthehighestthicknessdonotmeet with the stiffening-lip condition.The steel tested under tension showed a yield point higherthanthereportedbythe manufacturer. Keywords:MetallicStructures;Cold- Formed Profiles; Metallic Construction. Para satisfacer una necesidad urgente en laconstruccindeestructurasmetlicas abasedeperfilesformadosenfro,se desarrollaunaguaquecontemplelos aspectosdemayoraplicaciny trascendenciaeneldiseoy construccinconstosperfiles; buscando establecer una metodologa de clculosencillayeficaz,acordeconlos requerimientosdenuestropas, disminuyendolosviciosycorrigiendolos errores que se dan en la prctica. Serecurriafuentesescritasy verbalesparaobtenerlainformacin necesaria,siendoelColdFormedSteel DesignManual,edicin1980laprincipal fuenteconsultadaparaconformarun mtododeclculoenhojaelectrnica, formatoMicrosoftExcel.Serealizaron observaciones en estructuras en proceso deconstruccin,generando recomendacionesaseguirendicho proceso.Enunaplantaproductorade perfilesdobladosenfro,setomaron medidas de las dimensiones de variados tiposdeperfiles;enellaboratoriose realizaron pruebas de traccin a probetas deaceroconelquesefabricanlos perfiles.Seencontrquelosperfilesde mayorespesornocumplenlacondicin delabioatiesado.Elaceroprobadoen traccin presenta un esfuerzo de fluencia mayor al reportado por el fabricante. Palabrasclave:EstructurasMetlicas; PerfilesFormadosenFro;Construccin Metlica. Manual de Construccin para Estructuras Metlicas con base en Perfiles Doblados en Fro Manual de Construccin para Estructuras Metlicas con base en Perfiles Doblados en Fro Danilo Monge Guilln Rohanny Vindas Umaa Setiembre 2002 ESCUELA DE INGENIERA EN CONSTRUCCINMANUAL DE CONSTRUCCIN PARA ESTRUCTURAS METLICASCON BASE EN PERFILES DOBLADOS EN FRO1Contenido Prefacio___________________________ 2 Resumen Ejecutivo ________________ 3 Introduccin_______________________ 5 Metodologa _______________________ 7 Marco Terico ____________________ 11 Resultados _______________________ 38 Anlisis de Resultados____________ 46 Recomendaciones para la Construccin_____________________ 49 Conclusiones_____________________ 55 Apndices________________________ 56 Anexos___________________________ 63 Referencias Bibliogrficas_________ 69 MANUAL DE CONSTRUCCIN PARA ESTRUCTURAS METLICASCON BASE EN PERFILES DOBLADOS EN FRO2Prefacio En un mundo en el que cada vez se acortan ms lasdistanciasentodosloscamposdelquehacer humano,porlosprocesosdeintegraciny globalizacinimperantesenlaactualidad,yen dondeseexigelaconstanteactualizacinde conocimientosariesgodequedarserezagados enlacarreratecnolgica.Esvitalquelos sectores acadmicos, como fuente proveedora de conocimientoyprofesionalesqueimpulsanun importantesectordelaeconoma;seandelos primerosendemarcarelcaminoparaesta carrera.ElInstitutoTecnolgicodeCostaRicase hadistinguidoporsupapeldeentedesarrollador detecnologayformadordeprofesionalesqueel pas requiere, a travs de las diversas Escuelas y Centros de Investigacin que lo conforman. La Escuela de Ingeniera en Construccinseencuentrainmersaenesterol,porsu trayectoriadeformacindeprofesionalesdela IngenieraenConstruccin.Hacomprendidoque sta tarea implica un permanente contacto con el entornonacionalyungranconocimientodela naturalezadelosproblemasquesedaneneste sector,afindepoderbrindarsolucionesque ayudenamitigarlosyquetiendanamejorarla calidad de las construcciones. Elempleodeundeterminadomaterial de construccinesunasuntoqueatae directamentealaEscuela,sobretodosidicho materialseestutilizandomasivae indiscriminadamente,enalgunoscasosenforma errneayconimplicacionesgravsimasde seguridad y economa.Lagranutilizacindelosperfiles dobladosenfrocomomaterialdeconstruccin en nuestro pas; con la consiguiente problemtica desuusoyabuso,constituyeunadeestas situaciones,enlasquelosIngenierosen Construccindebeninvolucrarsemarcandopautasqueencaminen,haciaunacorrecta utilizacindeestosperfiles.Esdesuma importanciaqueestudianteseinvestigadores, generen iniciativas tendientes a mejorar la calidad yseguridaddelasestructurasmetlicascon base en perfiles doblados en fro. Elpresentetrabajoconstituyeunade estas necesarias iniciativas. Pretende brindar una solucinalproblemaplanteadoanteriormente, medianteunaguaprcticaqueintegraelementosdediseoydelprocesodela construccin, para estructuras metlicas con base en perfiles C doblados en fro.SeagradeceprimeramenteaDiosya nuestrasfamilias,quienesestuvieroncon nosotrosentodosstosmesesdelabor, apoyndonos constantemente.Elreconocimientoespecialalos IngenierosHugoNavarroyOrlandoMorales Quintana,quienesdesdeeliniciodela investigacin la respaldaron compartiendo con los autores su basto conocimiento y experiencia en el tema. AlosingenierosAsdrbalGamboa CerdasyOscarJimnezAlpzar,Gerentesde ProduccindeTUBOTICOS.A.,ascomoal personaltcnicoquefacilitaronlatomadedatos enlaplantadeprocesoymostraronenorme inters en el desarrollo del Proyecto. Al ingeniero Roberto Vega Guzmn por la labor de gua y revisin del documento final y por sucolaboracinenlaejecucindelosensayos delasprobetasdeacero,ascomoalingeniero GustavoRojasporsuayudaenlamejoradel libro de clculo. AlaingenieraSoniaVargasporsulabor en la coordinacin. AlosfuncionariosdelCentrode InvestigacinenIntegracinBosque-Industria (CIIBI)porsucolaboracinenlarealizacinde los ensayos de traccin.Atodaslaspersonasquedeunauotra forma,prestarondesinteresadamentesus recursosdetiempoyconocimientoenla elaboracin de este trabajo.MANUAL DE CONSTRUCCIN PARA ESTRUCTURAS METLICASCON BASE EN PERFILES DOBLADOS EN FRO3Resumen Ejecutivo En los ltimos aos se ha dado en el sector de la construccindenuestropas,unusoenforma masivadelosperfilesdobladosenfro, especialmentedelosperfilesCconlabios atiesados, conocidos popularmente como perling.Lasventajasqueofrecenestosperfiles comomaterialdeconstruccinsonmuchasy talesquelohancolocadoentrelosmateriales msempleadoscomoelementobasedegran cantidaddeestructuras.Entreestasventajasse puedenenumerar:surelativobajopeso,su facilidaddemanipulacin,suversatilidadpara fungireninfinidaddeaplicacionesascomosu preciorelativamentebajo,queincideencostos bajosdeconstruccin;siendosteunodelos factoresdemspesoalmomentodedecidirse porundeterminadomaterialparaconstruiruna estructura. Sinembargo,lafaltadediseoeneste augehageneradounabusoenlaconstruccin, empleandomallosperfiles,avecespor desconocimiento,otrasporexcesodeconfianza en el material. Esentoncescomosedetectqueen nuestropas,poraoshaexistidounvacoenla difusindebuenasprcticas,tantoenlas metodologasdediseocomodeconstruccin paraestructurasmetlicasconbaseenperfiles atiesadosdoblados en fro.Alsersteunproblemaqueataeala construccin,essumamenteimportantequela EscueladeIngenieraenConstruccindel InstitutoTecnolgicodeCostaRica,propicie iniciativasquebusquensolucionaresa problemtica.Paracontribuirareduciresevacose realizsteproyecto,empleandometodologas deinvestigacindetipodocumentalypor observacin,enelquesedesarrollunagua prctica,integrandoelementosdediseoydel procesodelaconstruccin,demanerasencillay efectiva.Selogrintegrarunametodologade clculopara dimensionar elementos estructurales conformadosporperfilesdobladosenfro, integrandofrmulasyconceptosdelManualde DiseoparaPerfilesDobladosenFrodelAISI, edicin 1980 con parmetros especificados en las normativasnacionalescomoelCdigoSsmico deCostaRicayelReglamentodeConstruccin; todoestoenunlibrodeclculoelectrnicocon formatodeMicrosoftExcel.Ellibroagrupaocho hojas electrnicas distintas, siendo stas: 1.Propiedadesmecnicasdelosperfilesms comunesenelmercadonacionalquedistribuyen METALCOyTUBOTICO;necesariasparael clculo. 2.Tipos de lminas metlicas para cubiertas que sevendenenelmercadonacional,queaportan losdatosdepesorequeridosparaelclculode largueros y vigas de entrepiso. 3.SobrecargasmnimasdadasporelCSCR para el clculo segn cada situacin de uso. 4.Presinbsicadelviento:proporcionalos datosparacalcularlascargasdebidasalviento, segn la ubicacin de la estructura. 5.Diseo de Largueros: presenta el clculo para determinarelolostiposdeperfilesaemplear como larguero y en el caso que se requiera de las soldaduras de unin. 6.DiseodeElementosdeArmaduras:calcula lasseccionestransversalesdeloselementosde unaarmaduraydeterminalosperfilesaemplear as como las soldaduras de unin. 7.DiseodeVigas:determinalosperfilesa emplear en una viga y sus soldaduras de unin. 8.DiseodeColumnas:calculalassecciones apropiadasylosperfilesparaunacolumna, tambin dimensiona las soldaduras de unin. MANUAL DE CONSTRUCCIN PARA ESTRUCTURAS METLICASCON BASE EN PERFILES DOBLADOS EN FRO4Adicionalmentesepresentanalgunas recomendacionesparaelprocesode construccinqueseagruparonporeltipode elementoestructuralquesequieraerigir.Son recomendacionesprcticasydefcil comprensinquebuscanayudaralconstructora obtener una estructura segura y de mayor calidad sin que le implique una inversin alta de recursos. Serevistambinlavariacindelas medidasdelosperfilesqueseproducenenla plantadeTUBOTICOSA,paraestosetomaron lasdimensionesde40perfilesdiferentes, concretamentesemidielperalte,elala,ellabio yelespesordecadaperfil.Seencontrque nueve de estos perfiles presentaron una variacin enalgunadesusdimensionesqueseencuentra porfuera del mbito que establece la Norma JIS, queeslaqueregulaelaceroempleadoyla manufactura de los perfiles. Al revisar las condiciones de atiesamiento delosperfilesofrecidosporMETALCOy TUBOTICO,seencontrquelosdemayor espesornocumplenelatiesamientoporcuanto sulabiotieneunadimensinnominalmenorque larequeridaparaconsiderarelperfilcomode labios atiesados.Estacondicintieneimplicacionesenel diseo, por cuanto los valores de las propiedades mecnicasdeestosperfilescambian,varindose su comportamiento y debindose tratar el perfil de formadiferentedesdeelpuntodevistadel clculo.Enellibrodeclculoseincorporaesa variacin de las condiciones de atiesamiento y en casodequeelperfilnocumpla,elclculose desarrollaempleandolasfrmulasrespectivasa perfiles con labios sin atiesar. Paraverificarlosvaloresderesistencia delaceroreportadosporelfabricantedeperfiles ensucatlogo,sefallaronochoprobetasde acerorealizndoleslapruebadetraccin.Cuatro probetaserandeacerogalvanizadoycuatrode aceronegro.Seencontrquelosvaloresde puntodefluenciadelasprobetasfalladas,estn por encima del valor reportado por el fabricante. Laejecucindeestetrabajode investigacinpermitiadquirirmejores herramientasparaatacarlalabordediseoy construccin empleando perfiles doblados en fro. Seamplienormemente,elcriteriotannecesario paraunapersonaqueserelacionaconlas estructurasmetlicasconbaseenperfiles dobladosenfro,dediscernirloselementosque le ayudaran a desarrollar una estructura en forma segura y econmica. MANUAL DE CONSTRUCCIN PARA ESTRUCTURAS METLICASCON BASE EN PERFILES DOBLADOS EN FRO5 Introduccin Enlosltimosaossehavenidodandoenel sector de la construccin de nuestro pas, un uso enformamasivadelosperfilesmetlicos doblados en fro, especialmente de los conocidos popularmentecomoperlingoperfilC,debido principalmenteasufacilidaddemanejoyasu bajo costo.Lafaltadediseoenesteaugeha generadounabusoenlaconstruccin.Enel diseoseencuentranfaltascomo,porejemplo, procedimientosdeclculoerrneospor desconocimientodelosconceptosbsicosque rigen, malas especificaciones para las uniones en general,excesodeconfianzaenlosdatos reportadosporlosfabricantesparalos parmetrosdediseoymalempleodefactores deseguridad.Enlaconstruccinsetienen gravesproblemastambin,porejemplolagran cantidad de estructuras construidas totalmente en formaemprica;lavariacindelosdiseos originalessinunajustificacintcnica,impulsada porlanecesidadilgicadebajarcostosa expensasdelaseguridad;ascomolaincorrecta manipulacindeloselementos,entremuchas otras.Ennuestropasexistencatlogosy manualestcnicosquetratanalgunosaspectos dediseo, en su mayor parte se limitan a ofrecer tablasconlaspropiedadesmecnicasdelos perfiles.Esmuyescasalainformacin documentadaquetrateaspectosdelprocesode laconstruccin,mientrasquelapocaexistente dejadeladomuchosproblemasrealesquese presentan en forma prctica.Internacionalmenteexisteunainstitucin quesehaencargadoderegulareldiseoyla construccinconperfilesdobladosenfro, llamada Instituto Americano del Hierro y el Acero, AISI,porsussiglaseningls;sinembargo,en nuestropaslavaliosainformacindifundidapor esteinstitutoensuspublicaciones,esobtenida prioritariamenteporpersonasconformacin profesional como ingenieros y arquitectos, debido alaslimitacionesdadasporelidiomayelalto costo.Estoexcluye,portanto,apersonalclave enlaejecucindeobrascivilescomomaestros de obras yoperarios; as mismo casi nadie se ha preocupadopordifundiresosconocimientosque sonesencialesparalabuenaprcticadela construccinmetlicaalamanodeobra especializada,quienesson,afindecuentas,los encargadosdeplasmarmaterialmenteloquese ha concebido en planos. Esentonces,comosehadetectadoque enelreadelaconstruccindeestructuras metlicasennuestropas,concretamenteenlas fabricadasapartirdeperfilesCdobladosenfro, existe un vaco en la difusin de buenas prcticas tantoenlasmetodologasdediseocomode construccin.Esefaltanteexistenteesun elementosumamentepreocupantequedebe hacerreflexionaralaspersonasinvolucradasde alguna u otra manera en sta rea. Elintersporcontribuirareducirese vacoypropiciarelementosvalederospara cubrirloenuna medida aceptable, ha llevado a la realizacindeestetrabajo,quepersigueel desarrollodeunaguaprctica,integrandoelementosdediseoydelprocesodela construccindeunamanerasencillayefectiva paraestructurasmetlicasqueutilicenperfilesC doblados en fro. Enelmarcodeesteobjetivogeneralse tienen los objetivos especficos como lo son:1.Proporcionar una metodologa de clculoque seaprcticayadecuadaalosrequerimientosde nuestro medio. 2.Disminuirenalgunamedidaelempirismo predominante con se que construye gran cantidad de stas estructuras en nuestro pas, difundiendo buenas prcticas para los procesos constructivos, 3.Corroborarlaspropiedadesdelosperfiles mayormente empleados en Costa Rica. MANUAL DE CONSTRUCCIN PARA ESTRUCTURAS METLICASCON BASE EN PERFILES DOBLADOS EN FRO6Sebuscallegartantoadiseadorescomoa constructores,demaneraquecadaunopueda hacerusodelos elementos que le interesen. Por ejemplounprofesionaldelaingenieracontar con una herramienta prctica de clculo; mientras queunapersonaconbajaformacinacadmica, peroconunaltogradodeconocimientoenla construccin, tendr una orientacin que le ayude a producir estructuras ms confiables. Eltrabajosehaconformadoacometiendo dos puntos centrales: por un lado el diseo,concretamenteelproporcionamientode elementosestructurales;porelotro,losaspectos aconsiderarenel proceso constructivo de estos elementos.Porlasituacinexpuestaalinicio,sobre lasestructurasmetlicasconbaseenperfiles dobladosenfroqueseconstruyenennuestro pas,seconsideraqueambospuntosdebenser tratadosenconjuntoparapoderdar una solucin lomsampliaycompletaposiblealproblema. Losaspectosdediseosehanlimitadoal proporcionamientodeelementosbasndoseen lasespecificacionesdelManualdeDiseopara Perfiles de Acero Doblados en Fro, edicin 1980, del Instituto Americano del Hierro y el Acero (AISI por sus siglas en ingls). MANUAL DE CONSTRUCCIN PARA ESTRUCTURAS METLICASCON BASE EN PERFILES DOBLADOS EN FRO7Metodologa Paralaelaboracin del proyecto se realizaron los siguientes pasos: 1.Detectarlasposiblesfuentesdeinformacin, obtenindosedosfuentesbsicas:laverbalyla documental. 2.Realizarentrevistasaprofesionales involucradoseneldesarrollodeestructuras.Con stasentrevistasseobtuvounadireccinhacia donde orientar la investigacin documental. Dicha investigacinserealizbuscandoenfuentes escritas los mtodos de clculo para dimensionar elementos estructurales formados por perfiles con bordesatiesadosdobladosenfro;ascomo tambin los aspectos concernientes al proceso de construccin que se trataran en stas fuentes.La fuente escrita primeramente consultada fueron los apuntes de clase del Curso Estructuras de Acero, delprogramadebachilleratoenIngenieraen ConstruccindelInstitutoTecnolgicodeCosta Rica.Consecuentementeyreferidosporsta primerfuente,seinvestigotraspublicaciones concernientes al tema.3.Se obtuvo una copia del Manual deDiseo de PerfilesdeAceroFormadosenFro,edicinde 1980,delInstitutoAmericanodelHierroyel Acero.Estemanualesunadelasprincipales fuentesdeconsultaempleadasenelproyectoy delsehaextradogranpartedelos procedimientos de clculo aqu tratados. 4.Seconsultaronmsfuentesquecontienen informacindeenormeimportanciapara complementarloyaobtenidodelosapuntesdel curso de Estructuras de Acero y del Manual AISI. DichasfuentescorrespondenalCdigoSsmico deCostaRica,Edicin1986;Reglamentode ConstruccionesdelInstitutoCostarricensede ViviendayUrbanismo;catlogosdefabricantes deperfilescomercialesennuestropas, concretamentedelasempresasTUBOTICOS.A. yMETALCOS.A.;ascomolibrosdetextode esttica,mecnicadeslidos,estructurasde acero y procesos de soldadura. 5.Serevistodalainformacinconquese contaba, se proces y defini que era de inters y aplicacin al propsito perseguido. 6.Se traslad al espaol la informacin obtenida delManualAISI,debidoaquesteseencuentra ensuversinoriginalenidiomaingls;unavez realizadaestatraduccinseprocesla informacin referente a conceptos y frmulas que conforman el procedimiento de clculo. 7.Recopilacindelmtodode proporcionamientodeelementos.steseenfoc para cuatro diferentes componentes estructurales quecomprendenlamayoradecasosenquese emplean los perfiles doblados en fro:Largueros o clavadores de techo. Elementos de cerchas y armaduras Vigas Columnas Elprocedimientodeclculodesecciones para los dos primeros componentes se desarroll tomandodereferencialosapuntesdelcursode Estructuras de Acero, amplindolo con conceptos delCdigoSsmicodeCostaRicaydel ReglamentodeConstrucciones,ascomodel ManualAISI.Enelcasodeloscomponentes3y 4 el desarrollo se bas en los mtodos expuestos porelManualAISI,complementndolotambin conelCdigoSsmicodeCostaRicaydel InstitutoAmericanodelaConstruccinenAcero (AISC). Laspartestomadascomoreferenciade los citados manuales y cdigos corresponden a: Manual AISI: Secciones 1, 2, 3 y 4 tanto de las EspecificacionesparaelDiseodeMiembros EstructuralesconPerfilesdeAceroDobladosen Fro, como de su Comentario, Edicin 1980. Manual AISC:Tabla B5.1 y Tabla C 1.8.1 CdigoSsmicodeCostaRica:Tabla2.5.1.y Captulo 2.13 Reglamento de Construcciones: Artculo XX.8, XX.9, XX.10, XX.11, XX.12 y XX.13 MANUAL DE CONSTRUCCIN PARA ESTRUCTURAS METLICASCON BASE EN PERFILES DOBLADOS EN FRO88.Serealizarondiagramasdeflujoparael procesodeclculo(esteesquemaseamplaen elmarcotericodelpresentetrabajo)paracada unodeloscomponentesestructurales contemplados.Losdiagramasdeflujotienen comoobjetofacilitarlacomprensindel procedimientodeclculoafindetrasladarloa unahojadeclculoelectrnica.Todoslos procedimientosdeclculoseincorporaronen hojaselectrnicasdeMicrosoftExcelXP,de maneraquesesigueunasecuenciaconformea los mtodos de diseo recopilados de las fuentes deinformacin.LaFigura1muestraeldiagrama deflujogeneraldesarrolladoparalaadecuacin delmtododeclculoencadaunadelashojas electrnicasparadiseodeelementos estructurales. Lasfrmulasqueconformanlos diferentes procesos de clculo se programaron de maneraordenadasegnelcasoqueseest contemplando, esto es, se program una hoja con elprocedimientoyfrmulasparael proporcionamientodelargueros,unaparaelde elementosdecerchasarmaduras,otrapara vigasconsusvariacionesencondicionesde apoyo y seccin transversal y finalmente una para columnastambincontemplandosusvariaciones en condiciones de apoyo y seccin transversal. Word XP Figura 1: Diagrama de Flujo Para Mtodo de Clculo en Hoja Electrnica Propiedades de Diseo del Perfil y Seccin Escogida Introduccin Parmetros de DiseoParmetros para Soldadura de Unin Clculo de Esfuerzos Aplicados Clculo de Esfuerzos Admisibles Interaccin entre Esfuerzos Aplicados y Admisibles Clculo de Fuerza Aplicada Clculo de Fuerza Permisible Interaccin entre Fuerza Aplicada y Permisible Cumple No Cumple OKNo Cumple CumpleOKMANUAL DE CONSTRUCCIN PARA ESTRUCTURAS METLICASCON BASE EN PERFILES DOBLADOS EN FRO9 9.Setomarondelasdiferentestablas proporcionadasporlosfabricantesensus catlogos,lasdimensionesnominalesdetalladas paracadatipodeperfilyserecalcularonlas propiedadesmecnicascorroborandolas frmulasdelAISI.Conlosresultadosobtenidos seconstruyunanuevatablaqueagrupalos perfilesdisponiblesenelmercadonacional provedosporTUBOTICOyMETALCO.sta tablaquecorrespondealaprimerhojadellibro, ascomootramsenlasegundahoja, conteniendolaspropiedadesdelaslminaspara techodisponiblesenelmercadonacional, constituyendosbasesdedatosdelasquese alimenta el libro en sus hojas de clculo.10. Consecuentementeacomosefue incorporandoelmtododeclculoenellibro electrnico,ibansurgiendodudasconrespectoa determinadoconcepto,variabledeunafrmulao aplicacindealgunadestas.Antedicha situacin se acudi a las fuentes de tipo verbales, realizandoconsultasespecficasapersonasde granexperienciaenelcampodelasestructuras, queproporcionaronsusinvaluables conocimientosafinderesolverestos inconvenientes. 11. Preparacindelosaspectosaconsiderar duranteelprocesodeconstruccindelas estructuras:Seaplicelmtododelaobservacindirecta de estructuras a base de perfiles doblados en fro,tantoenprocesodeereccincomoya terminadas. Serealizunexamendelasituacinde serviciodelaestructuraascomodelos elementosquelacomponen,anotandolos aciertos y desaciertos en cuanto a posicin de las seccionestransversales,uniones,situacionesde apoyo,deformacionespresentes,proteccinque seaplicalacero,condicionesenquese almacenaron los perfiles previo a su empleo, etc.Conbaseenestasobservacionessepudo determinarquetipodeerroressecometenyel porqu,afindeanalizarlosyproponer solucionesprcticasqueloscorrijan.Estas solucionesseredactaronagrupndolassegnel elementoestructuralquesedeseefabricarde acuerdo al orden seguido en el libro de clculo:1.Largueros o clavadores de techo. 2.Elementos de cerchas armaduras 3.Vigas 4.Columnas Paralograrunamayorcomprensindelas consideracionesanotadas,serealizaronalgunas ilustracionesgrficasquelascomplementanmuy convenientemente. Finalmenteparacomplementareltrabajose realizunalabordeinvestigacinenlaplanta productoradeperfilesdeTUBOTICOS.A.Esta investigacintuvocomopropsitocorroborarlas caractersticasqueseindicanenlastablasde propiedadespublicadasporstaempresa; concretamente las dimensiones y tipos de perfiles ascomoeltipodeaceroysusvaloresde resistencia. Lasaccionesefectuadasenlaplantade TUBOTICO en formasecuencial fueron: 1.Recopilacindeinformacinescritasobrelas caractersticasytipodeaceroempleadoparala fabricacin de los perfiles as como de las normas que rigen para el tipo de acero y los perfiles. 2.Observacindirectadelprocesode fabricacin de los perfiles. 3.Muestreoparaladeterminacindelas caractersticasgeomtricasdelosperfiles, correspondientesa:peralte,ancho,alturadel labio atiesador y espesor. 4.Muestreodelmaterialparalaobtencinde probetas para los ensayos del acero. La prueba de traccin de acero se realizconcuatroprobetasdeacerogalvanizadoy cuatrodeaceronegroobtenidasdeflejesdela plantadeproduccindeTUBOTICO.Las dimensionesdelasprobetasylametodologa paralapruebaascomolainterpretacindelos datosobtenidosse especifican en la Designacin E8M-00b,AnnualBookofASTMStandards,Vol 03.01. Unavezquesecontconlosdatos, stosseordenaronparasucorrespondiente anlisisypodersercomparadosconlos especificadosenlasnormasylosreportadosen los catlogos. MANUAL DE CONSTRUCCIN PARA ESTRUCTURAS METLICASCON BASE EN PERFILES DOBLADOS EN FRO10Eltrabajonoserealizenunlugaroempresa especfica,lasobservacionesfueronhechasen variasobrasenlasqueseutilizperfiles dobladosenfrocomomaterialprincipaldela estructura. Entre estas obras tenemos:Centrodeacopiopararacesytubrculosen Santa Rosa de Pocosol. CentrodeacopioparamangoenJicaralde Puntarenas. Cobertizoparacmaraderefrigeracinen Caas, Guanacaste. Plantaprocesadoraparaplantasmedicinales en Peas Blancas de San Ramn. EdificiodeapartamentosenPiedadesde Santa Ana. Casasdehabitacinendiversossitiosdel rea Metropolitana. Comoseindicoanteriormente,enla plantadeproduccindeTUBOTICOsituadaen Pavas,setomaronlasdimensionesyprobetas de los perfiles de acero. Las pruebas de traccin fueron realizadas enelCentrodeInvestigacinenVivienday Construccin(CIVCO)yenelCentrode InvestigacinenIntegracinBosque-Industria (CIIBI) MANUAL DE CONSTRUCCIN PARA ESTRUCTURAS METLICASCON BASE EN PERFILES DOBLADOS EN FRO11Marco Terico Elfundamentotericodestetrabajo investigativoloconstituyeunaseriedematerial documentalquecomprendecdigostcnicos, talescomo:EspecificacionesparaelDiseode MiembrosEstructuralesconPerfilesdeAcero DobladosenFro,Edicin1980,delInstituto AmericanodelHierroyelAcero(AISI),Cdigo SsmicodeCostaRica,Edicin1986, ReglamentodeConstruccionesdelInstituto CostarricensedeViviendayUrbanismo. Manualesdefabricantesdeperfilescomerciales ennuestropas,concretamentedelasempresas TUBOTICO S.A. y METALCO S.A. Libros de texto deesttica,mecnicadeslidos,estructurasde aceroyprocesosdesoldadura.Material recopiladodelcursodeEstructurasdeAcerode laEscueladeIngenieraenConstruccindel ITCRydelcursodeSoldadurayCorteConArco Elctrico del INA. Entrevistascon profesionales y personalvinculadosalafabricacin,diseoy construccindeperfilesdobladosenfro. Artculos publicados en revistas tcnicas. LasEspecificacionesparaelDiseode MiembrosEstructuralesconPerfilesdeAcero DobladosenFro,conocidasabreviadamente comoManualdelAISI,constituyenlaprincipal gua de diseo que se emplea en nuestro pas. La granmayoradeaspectosconcernientesal diseo que se aplican en el presente trabajo, han sidotomadosdelAISIparaeldesarrollodelas hojas de clculo. LasespecificacionesdediseodelAISI han sido desarrolladas para pases como Estados Unidos,endondesepresentancondicionesde serviciodiferentesenalgunosaspectos,alas dadas en nuestro pas. Esta situacin implica que losprocesosdediseoyconstruccindebanser adaptadosconsiderandolascondiciones imperantes en nuestro medio.Lanecesidaddedichaadecuacinse satisfaceempleandoherramientasdeprimer ordenquerigenennuestropas,comolosonel CdigoSsmicodeCostaRicayelReglamento deConstrucciones.Ambosdocumentos establecenlosparmetrosymetodologasde diseo y construccin que norman las estructuras en nuestro medio.Losmanualesdefabricantesdeperfiles ennuestropas,constituyenunelemento imprescindibleparaeldesarrollodeestetrabajo. Proporcionanlainformacinbsicareferentea laspropiedadesmecnicasdecadaperfilque circulaenelmercadonacional.Estainformacin documentadaenformatodetablasdeconsulta prctica,hasidorecopiladayampliadaconotros parmetrosdeimportanteaplicacinalclculo estructuralysefusionanenunasolatablaque forma parte de este informe. Comocomplementoatodoesteconjunto deinformacin,esnecesariorevisaryagregar conceptosbsicosdeclculodeestructuras y de construccindelasmismas,afindepoder conformarunpanoramacompletodelusodelos perfilesdobladosenfro.Enestesentidolos librosdetextoymaterialdeconsultarecopilados enloscursosbsicosdeEsttica,Mecnicade Slidos y Estructuras de Acero, as como material obtenidoparalacorrectaaplicacindeuniones soldadas,hansidodegranayudaeneste desarrollo. Porltimo,ningncdigo,manualni procedimientodeclculo,tienevalidezporsi mismo,sinoesporlacorrectainterpretaciny aplicacinrealizadaporlaspersonas responsables de llevar a la prctica los conceptos tericos. MANUAL DE CONSTRUCCIN PARA ESTRUCTURAS METLICASCON BASE EN PERFILES DOBLADOS EN FRO12Fabricacin de perfiles Losperfilesdobladosenfroquesefabricanen nuestropas,concretamentelosperfilescon bordesatiesados,seconfeccionanapartirde lminasdeaceroprocedentesdeBrasilyVenezuela.Laspropiedadesparaesteaceroson reguladas por la norma japonesa JIS-G-3132, que especificaalosflejesobandasdeaceroal carbonolaminadasencaliente,conespesor menor a 6.0 mm empleados para fabricar caos y tubos de acero soldados. Suclasificacinconlanormaloidentifica comounacerotipoJIS-G-3132-SPHT-2,concomposicin qumica aproximada de: (Ref. #1) Carbono: 0.18% mximo Silicio: 0.35 % mximo Manganeso: 0.25 0.60 % Potasio: 0.40 % mximo Azufre: 0.40% mximo Enunapruebadetraccinsuresistencia mnimadebeser35kg/mmy25%su alargamiento mnimo. Esteaceropertenecealgrupodems bajocontenidodecarbono,suresistenciaes relativamentebaja,poseeexcelentes propiedadesdeforjabilidad,soldabilidadypuede sertrabajadoenfro.Seusaenaplicaciones estructurales. Dichas propiedades hacen que este aceroseaidealparalafabricacindeperfiles delgados doblados en fro.Enestepuntosehacenecesario comentarunaspectoconcernientealmtodode fabricacindelaceroydelperfil.Esimportante dejarenclarolascaractersticasdecada proceso,paraaspoder comprender la diferencia entreambosyporconsiguientequenosede confusin y un mal empleo de trminos. Despus que se ha llevado a cabo todo el procesodefundicinyconstitucindelacero,stepuedeadquirircualquieradelassiguientes dosformas:enplacasenlingotes,ambas formassondadasencaliente.Delasplacasan encalientesegeneranotrastresformas,dosde lascuales,deacuerdoalprocesodelaminacin danorigenaotrostiposdeproductosdiferentes. Ellaminadofinalsepuededardedosmaneras: 1) el laminado en caliente, que consiste en formar lminasconundeterminadoespesortodavaen calienteyluegosonarrolladasenbobinas.2)el laminadoenfro,queconsisteenpasarlaplaca porunaseriederodillosquevanconformando pocoapocoelespesorfinalquetendrlahoja, esteprocesosedacompletamenteenfro,la lmina final se arrolla tambin en bobinas. Delasbobinaslaminadasencalientese cortanlosflejesquesirvenparaformarlos perfilesCconlabiosatiesadosqueseconocen ennuestropas.Estosflejessonpasadosporun conjuntoderodillosquevandoblndolopocoa poco en un proceso secuencial hasta dar la forma final al canal. El proceso de doblado se realiza sin aplicar calor alguno al fleje por lo que el producto final se conoce como perfil doblado o formado en fro. Lanormaquerigeparalosperfiles dobladosenfro,eslaJIS-G-3350-SSC-41, PerfilesdePequeoEspesorparaConstruccin de Edificios. Latoleranciaenlaformaylas dimensionesdelosperfilesdebernestar conformesconloestablecidoenlaTabla1 mostradaenlasiguientepgina. MANUAL DE CONSTRUCCIN PARA ESTRUCTURAS METLICASCON BASE EN PERFILES DOBLADOS EN FRO13 TABLA 1: TOLERANCIA EN LA FORMA Y LAS DIMENSIONES (Ref. #1) Descripcin y dimensin Tolerancia Menos de 150 mm 1, 5 mm Ms de 150 y menos de 300 mm2, 0 mmAltura (H) Ms de 300 mm3, 0 mm Lado (A) o (B)1, 5 mm Reborde (C)2, 0 mm. Angulo formado por las partes planas adyacentes1. 5 Menos de 7 m +40mm 0 Longitud Ms de 7 m Por cada aumento de 1 m o fraccin sobre el largo, se agregar a la tolerancia arriba mencionada 5 mm ms. Comba Menos de 0, 2% de la longitud total 1,6mm 0,22 mm. 2, 0 mm, 2,3 mm, 0,25 mm, 2,8 mm 0,28 mm 3,2mm. 0,30 mm 4, 0 mm, 4,5 mm 0,45 mm. Espesor de la parte plana (t) 6,0 mm0,60 mm Word XP MANUAL DE CONSTRUCCIN PARA ESTRUCTURAS METLICASCON BASE EN PERFILES DOBLADOS EN FRO14Efecto Post-Pandeo Debidoalpequeoespesordelosperfiles,se presentaelpandeolocalabajosesfuerzos,pero elperfilsiguesoportandocargaadicional despus de que ha ocurrido el pandeo local. Cuandounaseccinestsometidaa esfuerzosdecompresin,sedebedetomaren cuentaelpandeolocalintroduciendounfactorQ enlasformulasrespectivas.EstefactorQ dependedelasrelacionesancho-espesordel elemento y de los esfuerzos de trabajo. Laspropiedadesdelaseccinsedeben calculartomandoencuentalasreduccionesde reaquedependendelesfuerzoaqueest trabajando la seccin (factor Q). ElfactorQesdefinidocomolarelacin queexisteentreelreaefectivadediseo, calculadaconlosanchosyalturasefectivas,yel rea total de la seccin. Cuandounperfildepareddelgadaes sometidoaesfuerzosdecompresin,es necesariotrabajarconanchosefectivosde diseo menores que los reales. En las figuras 2 y 3semuestranlaszonasafectadasporel fenmenodepandeolocal,yquesedeben calcularenbasealasfrmulas1y2.Lasreas rayadasenlasfigurasnotrabajan.Estaszonas son de compresin. Paraelanlisisdecargalosanchos realessontotalmenteefectivos(b=w)sila relacin ancho-espesor w/t es menor que 1430/f Siw/t>1430/fsedebeaplicarlafrmula 1: (((((

|.|

\| =ftwf tb 46312117 Paraclculosdedeflexiones,si w/t>1850/f se aplica la frmula 2: (((((

|.|

\| =ftwf tb 59712728 w/t =Relacin ancho espesor b = Ancho efectivo de diseo (cm) f=Esfuerzodecompresinrealcalculadoen base al ancho efectivo (kg/cm2) w=Anchodelelementoexcluyendolosfiletes (cm) t = Espesor del material (cm) Corel Draw. 8.0 Figura 2: Ancho Efectivo enMiembros a Flexin Corel Draw. 8.0 Figura 3: Ancho Efectivo en Miembros a Compresin MANUAL DE CONSTRUCCIN PARA ESTRUCTURAS METLICASCON BASE EN PERFILES DOBLADOS EN FRO15Diseo de Largueros Loslarguerosoclavadorescomoselesconoce popularmenteennuestromedio,cumplenla funcindetransmitirlascargasimpuestasenel techo.Lafuncindescritaanteriormentees quiz la que ms se asigna en nuestro pas a los perfilesdobladosenfroyportantoeseneste casoendondemayorcantidaddeerroresse cometen tanto de diseo como de construccin. La correcta escogencia y utilizacin de un perfildeterminadocomolargueropartedeun buenprocesodediseo.Elprocedimiento desarrolladoenlahoja electrnica para el diseo delarguerossedescribeacontinuacinensu secuencia paso por paso.1.Determinacindelascargasqueseestarn aplicando al elemento. Lascargasqueseconsideraneneste pasosonlasgravitacionalesylasdeviento.Las primerascomprendenelpesodeloselementos constructivoscomoloson:cubiertas,cielos, iluminacinyelpesopropiodelRT;tambinse debeconsiderarlascargasvivasespecificadas porelCSCRen40kg/m(Tabla2.5.1.CSCR). Las segundas se refieren a la carga que ejerce el viento al chocar con la cubierta del techo y que se calculadeacuerdoalaSeccinXXdel Reglamento de Construccin. 2.Anlisis de la carga gravitacional. Lasumatoriadetodaslascargas gravitacionalesaplicadasproporcionalacarga gravitacionaltotal(W),dicharesultanteejercesu accinenformanormalalplanohorizontaldel suelo;elclavadorse coloca con un determinado ngulo referido a este plano horizontal, por lo que esnecesariocalcularlasdoscomponentesque actanperpendicularmenteacadaejedela seccin transversal del RT, o sea, la componente gravitacional sobre el eje X (Wx) y la componente sobre el eje Y (Wy) (Ver Figura 4) Unavezdeterminadaslascomponentes gravitacionalesesposibleentoncescalcularlos momentos flectores aplicados en cada uno de los ejesdelelemento,denominadosMxyMy.El momentoaplicadoalrededordelejeX-X(oeje fuertedelaseccin)secalculaconformeala expresin82l WMXX= Perfil empleado como largueroApoyo del larguero Corel Draw. 8.0 Figura 4: Carga Gravitacional Dicha expresin corresponde al momento mximoenunavigasimplementeapoyadacon unacargaaplicadauniformementedistribuida (Ver Figura 5).Idealizacin de la carga Aplicacin de la carga Diagrama de momentos Corel Draw. 8.0 Figura 5: Eje Fuerte del Larguero MANUAL DE CONSTRUCCIN PARA ESTRUCTURAS METLICASCON BASE EN PERFILES DOBLADOS EN FRO16Paraelmomentoflectoraplicadoalrededordel ejeY-Y(oejedbildelaseccin)sedebede considerarsiallargueroselehacolocadoun tensorenelmediodesuluz,odostensoresen susterciosmedios,puestoqueestasdos condicionesdeapoyoimplicandiferentesvalores paraelmomentomximoalrededordelejeY-Y, denominado MY (Ver Figuras 6 y 7). Diagrama de momentos wyIdealizacin de la carga Aplicacin de la carga Corel Draw. 8.0 Figura 6: Larguero con un Tensor al Centro en el Eje Dbil Idealizacin de la carga Diagrama de momentos wyAplicacin de la carga Corel Draw. 8.0 Figura 7: Larguero con Tensor en Tercios Medios en el Eje Dbil 3.Propiedades de la seccin propuesta Seasumeunaseccintransversal proponiendoundeterminadoperfil,dichaseccin puedesersimple(unsoloperfil)ocompuesta (dosperfiles).Elperfilqueseproponeparaque funcionecomolarguerotieneunaseccin transversalespecficaconpropiedades mecnicasinherentesasta(Veranexo2). Concretamenteserequieredelosvalores correspondientesalosmomentosdeinerciaen losejesX-XeY-Ydelaseccin transversal (Ver figura8),IxxeIyy respectivamente,ascomode lasdistanciasexistentesentreelejeneutroen cada uno de sus dos planos y la fibra ms alejada (distancia que se denota con la letra c). MANUAL DE CONSTRUCCIN PARA ESTRUCTURAS METLICASCON BASE EN PERFILES DOBLADOS EN FRO17 Corel Draw. 8.0 Figura 8: Ejes X-X e Y-Y de la Seccin Transversal del Perfil Aldeterminarlosvaloresanteriormente mencionadosesposiblecalcularelmdulode seccin (S) para cada uno de los ejes:(Ref. #2) Sx = Ixx/cy Sy = Iyy/cx Siseestempleandounsoloperfillaseccin transversal es asimtrica en el eje X-X por lo que existendosdiferentesvaloresparac,tenindose porconsiguientetambindosvaloresdiferentes para Sy: (Ref. #2) Sy1= IYY/cX1 SY2= IYY/cX2 Porseguridadeneldiseoparaefectos declculosedebetomardeentrelosdos,el menorvalorcomoelmdulodeseccinparael eje Y-Y. 4.Esfuerzos de flexin aplicados: Correspondeenestaseccinelclculodelosmomentosflectoresqueactanenel elementocomoconsecuenciadelaaplicacin de las cargas gravitacionales. Se obtienen dos valores: SMfXXbX= ,(Ref. #2) calcula el momento flector aplicado en el eje X-X. Para obtener el momento flector aplicado en el eje Y-Y se emplea la expresin: SMfYYbY= (Ref. #2) 5.Esfuerzos de flexin permisibles: Enestepuntoseestableceelvalordel esfuerzopermisibledeflexinenambosplanos, denominadosFbXyFbY.Elapartado3.1dela Seccin3delmanualAISIEdicin1980, estableceelmximoesfuerzopermisiblecomo 3/5delvalormnimoespecificadodelpuntode fluenciadelaceroempleado,osea0,6Fy.Enel casodelosperfilesdobladosenfrosetomael valordelpuntodefluenciareportadoporlos proveedoresenelmercadonacionalparaun aceroJISG3132SPTH2,quecorrespondea 2310kg/cm.Portantoelesfuerzomximo permisible en flexin es de 1386 kg/cm. 6.Interaccin: Paraobtenerunvalordelainteraccin entrelosesfuerzosaplicadosylospermisiblesy laconjugacinenlosdosejesdelaseccin transversal,seaplicalaecuacinunitariao frmuladeBresslerespecificadaenelapartado 3.7.1delaSeccin3delmanualAISIEdicin 1980(Ecuacin3.7.1-3),enlaquesecombinan losesfuerzosaxialesydeflexin.Comoelcaso que se analiza corresponde a un elemento sujeto nicamenteafuerzasqueproducenflexinpura, sedesestimaelcomponentedelaecuacinque involucra los esfuerzos producidos por las cargas axiales,tenindoseentonceslasiguiente expresin: 0 , 1 +FfFfbYbYbXbX (Ref. #2) Con esta primer interaccin se intuye si el perfilpropuestocumpleconlosrequerimientos parasoportarlascargasgravitacionalesal sustituirlosvaloresenlaecuacinenel componenteizquierdoverificndosedicha ecuacin,prosiguindoseentoncesconel anlisisparalascargasdeviento.Porelcontrario, si no se verifica la ecuacin, esto indica queelperfilpropuestonocumpleparaesta primercondicin,yconsecuentementeno cumplirparalasegundacondicindecarga gravitacionalaumentadaconladeviento, implicandoporlotantoquedebedesecharseel perfil propuesto inicialmente yvolver a ejecutar el anlisisempleando otro perfil, cuyas propiedades mecnicas sean mayores. MANUAL DE CONSTRUCCIN PARA ESTRUCTURAS METLICASCON BASE EN PERFILES DOBLADOS EN FRO187.Anlisisdecargagravitacionalsumadaconla carga de viento: Unavezquesehacomprobadoqueel perfilpropuestocumpleparalacarga gravitacional,seprocedeaadicionarelefectode la carga de viento, cuyo valor fue determinado en el paso 1). Al actuar la fuerza del viento en forma perpendicular a la cubierta del techo se producen esfuerzosnicamenteenelejeX-Xdelperfil, siendo esta fuerza la correspondiente a la presin ejercidaporelviento;lafuerzadesuccinse desprecia del anlisis si su valor es mucho menor al de la presin. Teniendoyaestablecidalacargade vientoseobtieneunacargatotalqueactaenel ejeX-Xsumandoelvalordelagravitacional. Seguidamentesecalculanlosmomentos flexionantesaplicadoscomoseindic anteriormenteenelpaso2)peroutilizandola carga total. 8.Esfuerzosdeflexinaplicadosparalacarga total. Seprocededeigualformaqueenel punto 4) expuesto atrs, obteniendo un valor para elmomentoflectorqueseaplicaalelemento, producto de la carga total en cada uno de los dos ejes de la seccin transversal. 9.Interaccin para la carga total Igualmentequeenelpunto6aquse interaccionanlatotalidaddelasfuerzasque ejercensobreellargueroempleandola expresin: 33 , 1 +FfFfTbYTbYbXTbX (Ref. #2) Lavariacinenelvalorlmitedela expresin,de1,0a1,33obedeceala especificacindadaenelpunto3.1.2.1dela Seccin3delmanualAISIEdicin1980,enla queseestableceunincrementodel33%para elementosquesoportancargasdevientoo sismo. Diseo de armaduras Lasarmadurasocerchas,comoseconocenen nuestropas,sonelementosquesirvende soportealascargasoriginadasporeltecho, largueros,cielosrasos,instalaciones electromecnicas, etc. Esteelementocorrespondeenrealidada unavigageneralmentesimplementeapoyada,la cuerdasuperioreslaqueapoyadirectamentea loslarguerosporloquetomaesfuerzosde compresinydebesercorrectamentearriostrada paraevitarsupandeolateral,estoselogracon unabuenaconexinentreloslarguerosyla cuerda.Lacuerdainferiordebetomaresfuerzos detraccinprincipalmenteyporesaraznsu seccintransversalpuedeserms pequea. Los elementosverticales(muecos)ydiagonales transmitenlasfuerzascortantesdelavigacomo fuerzas axiales. Cuandoloslargueroscoincidenconlos nudoslacuerdasuperiorsevesometida nicamenteacargasdecompresinaxial,sin embargodichacondicinesavecesdifcilde conseguirenlaprctica,porloquetambinla flexin es una fuerza que acta en esta cuerda al haber largueros colocados entre nudos. Ennuestromediogeneralmentese aprovecha toda la longitud del larguero por lo que eldistanciamientoentrecerchasesdeseis metros normalmente. Paraeldiseoseparteprimeramentede lasfuerzasaxialesqueactanencadaelemento queconformalacercha,yenelcasodequese den,tambindelosmomentosflectores.Ambos tiposdefuerzassonobtenidasconelanlisis estticodelascargasexternasactuantes.En cadaelementodelacerchapuedepresentarse unadelassiguientessituacionesdefuerza internaactuante:1)compresinpura, 2)compresinyflexionescombinadas,3) traccin. Enelmtododediseodesarrolladoenlahoja electrnicasecontemplanlastressituaciones anteriores.MANUAL DE CONSTRUCCIN PARA ESTRUCTURAS METLICASCON BASE EN PERFILES DOBLADOS EN FRO19Caso1) El elemento se encuentra sometido a una fuerza interna de compresin pura. En este caso el procedimiento a seguir es el siguiente:Seasumeunaseccintransversal proponiendoundeterminadoperfil,dichaseccin puedesersimple(unsoloperfil)ocompuesta (dos o ms perfiles). Inmanentesaestaseccinpropuestase tienenunaseriedepropiedadesmecnicasde vitalimportanciaeneldiseo,talescomo:el momento de inercia en ambos ejes de la seccin (IXXeIYY),elreadelaseccintransversal(A), losradiosdegirodelaseccinsobrecadaeje principal(rXyrY),porconsiguientesecalculanlos mdulosdeseccin(S),aldividirelmomentode inerciadecadaejeentreladistanciadel centroide de la seccin a la fibra extrema (c). cISYXXX=ycISXYYY= (Ref. #2) Siseestempleandounsoloperfilla seccintransversalesasimtricaenelejeX-X porloqueexistendosdiferentesvaloresparac, tenindoseporconsiguientetambindosvalores diferentes para SY: (Ref. #2) cISXYYY11= cISXYYY22= Porseguridadeneldiseoparaefectos declculosedebetomardeentrelosdos,el menorvalorcomoelmdulodeseccinparael eje Y-Y. Alavezquesedefinenlaspropiedades delaseccin,sedebedefinirlaspropiedades correspondientesalelemento,referentesasu longitud sin arriostraren sus dos ejes principales (LX yLY)yaloscoeficientesdeesbeltez(kX y kY) quesederivandelascondicionesdeapoyodel mismoenambosejes.Loselementosque conformanunacerchaseconsideran individualmentecomocolumnasconapoyosen ambosextremosarticulados,porloquesus factoresdeesbeltezcorresponden a uno, kX = kY =1 (Ver anexo 1) Una vez se tienen definidas las anteriores propiedadesseprocedeacalcularelesfuerzo permisibleencompresinconsiderando primeramente las siguientes condiciones: Si el factor QrkL133 , (Ref. #3) considerando el valor menor entrerkLXXy rkLYY;elesfuerzopermisiblese calcula como: ( ) r kL QQ Fa20341 , 0 1200 =(Ref. #3) Siporelcontrarioelfactor QrkL133;entonces elvalorparaelesfuerzopermisibleestardado por la frmula: ( ) r kLFa2610* 64 , 10 = (Ref. #3) Q se define como el factor de forma de la seccinpropuestaycorrespondealarelacin entre el rea efectiva de diseo y el rea bruta de la seccin transversal (Ver anexo 2) Elesfuerzoaplicadoencompresinse obtienedividiendoelvalorcorrespondienteala fuerzainternaqueseobtuvodelanlisisesttico paraelcorrespondienteelemento,entreelrea bruta de la seccin transversalpropuesta. Esto es: ACfa =(Ref. #5) Unavezsetienendefinidoslosvalores paracadaunodelosesfuerzosdecompresin, seprocedeentoncesaverificarlarelacinentre el esfuerzo aplicado y el permisible, esto es: Fa fa (Ref. #5) Silarelacin 15 , 0 > Fa fa ,sedebecumplir simultneamenteconlasdoscondiciones siguientes: 0 , 1 Fa fay0 , 1 Fao fadondeFao eselesfuerzopermisibleen compresinbajocargaconcntricadeterminado porlaseccin3.6.1.1delAISI,paraLiguala cero(L = 0), en kg/cm2 Y aoQF F *2312= (Ref. #5) Sisecumplenambascondiciones simultneamente,tenemosentoncesquela seccin propuesta cumple para soportar la fuerza de compresin que se aplica. MANUAL DE CONSTRUCCIN PARA ESTRUCTURAS METLICASCON BASE EN PERFILES DOBLADOS EN FRO20Contrariamente si la relacin 15 , 0 Fa fa , se debe cumplir la condicin: 0 , 1 Fa faAsegurndoseasquelaseccin propuesta cumple.Caso2)Elelementoseencuentra sometidoaunacombinacindeesfuerzosde flexin y compresinCon respecto al anlisis para la fuerza de compresinsesigueelmismoprocedimiento descrito en el caso 1) adicionando los parmetros requeridos para analizar la fuerza de flexin. Pordefinicinenelapartado3.1dela Seccin3delmanualAISIEdicin1980,se estableceelmximoesfuerzopermisibleen flexincomoceropuntoseisdelvalormnimo especificadodelpuntodefluenciadelacero empleado, o sea 0.6Fy. Enelcasodelosperfilesdobladosen fro,setomaelvalordelpuntodefluencia reportadoporlosproveedoresenelmercado nacionalparaunaceroJIS-G-3132-SPHT-2,que corresponde a 2310 kg/cm. Por tanto el esfuerzo mximopermisibleenflexincorrespondea FbX = FbY =1386 kg/cm. Elsiguientepasoconsisteendefinirel valor del esfuerzo de flexin aplicado en cada eje, oseaelesfuerzoquesegeneraporlainfluencia del momento flector en el eje X-X y en el eje Y-Y; calculndose con las expresiones:xXSMfb = ; YYSMfb =(Ref. #2) dondeMeselmomentomximoqueseobtiene deldiagramademomentosgeneradoparael elementoenanlisis,SXySYcorrespondenal valordelmdulodeseccindelperfilpropuesto, conrespectoasusejesX-XyY-Ydelaseccin transversal. Se revisa la relacinFa fa(Ref. #5) Silarelacin 15 , 0 > Fa fa ,sedebecumplir simultneamenteconlasdoscondiciones siguientes: 0 , 1*'1**'1*1||.|

\|+|.|

\|+Fbyey Ffafby CmyFbxex Ffafbx CmxFafa(Ec. 3.7.1-1- AISI) (Ref. #5) 0 , 11 1 + +y Fbfbyx FbfbxFaofa (3.7.1-2- AISI) (Ref. #5) Cuando 15 , 01Fafa,lasiguientefrmula puedeserusada,envezdelasdosantes descritas. 0 , 11 + +FbyfbyFbxfbxFafa (Ec. 3.7.1-3- AISI) (Ref. #5) Los subndicesX y Y, en las frmulas indicanelejedetorsinalrededordelcualun esfuerzoenparticularopropiedadesdediseo son aplicables. Cm:Esuncoeficientequetomaen cuentalascondicionesdeempotramientoenlos extremos y su valor se define de acuerdo con los siguientes criterios: Paramiembrosencompresinenestructuras que se pueden trasladar lateralmente (ladeo), Cm es igual a 0,85 Paramiembrosencompresinenestructuras arriostradascontradesplazamientolateralyno sujetasacargastransversalesentresusapoyos, enelplanodeflexin,Cm=0,60,4*(M1/M2), pero no menor de 0,40 Paramiembrosencompresinarriostrados contradesplazamientolateralenelplanode flexin y sujetos a cargas transversales entre sus apoyosenelplanodeflexin,elvalordeCm puedeserdeterminadoporanlisisracional.Sin embargo en lugar de dicho anlisis, los siguientes valores pueden ser usados: a) Paramiembroscuyosextremosestn empotrados, Cm = 0,85b) Paramiembroscuyosextremosnoestn empotrados, Cm = 1,0Donde:21MM

eslarelacindelmomentomenoralmomento mayor en los finales de la porcin del miembro no arriostradoenelplanodeflexinqueesten consideracin. MANUAL DE CONSTRUCCIN PARA ESTRUCTURAS METLICASCON BASE EN PERFILES DOBLADOS EN FRO2121MMEspositivocuandoelmiembroen consideracinestencurvaturainversay negativocuandoestencurvaturasimple. (Ref. #5) A = rea de la seccin transversal. Fao=Esfuerzopermisibleencompresinbajo cargaconcntricadeterminadoporlaseccin 3.6.1.2 del AISI, en kg/cm2.: Fy Q Fao * * 522 , 0 =ElesfuerzodepandeoFeparaambos ejesdelaseccintransversal,secalculadela siguiente manera: A lI EAPee F** *22= = (Ref. #2) Si tomamos en cuenta que: AIr =2 (Ref. #2) Entonces tenemos: 22) / (*r lEFe= (Ref. #2) Donde: Fe = Esfuerzo de pandeo (kg/cm). Pe = Carga de pandeo (kg). A = rea de la seccin transversal (cm) E=Modulodeelasticidaddelaseccin transversal (610 * 1 , 2 kg/cm). I=Momentodeinerciadelaseccintransversal (cm4). l = Longitud del elemento no arriostrado (cm). r = Radio de giro de la seccin transversal (cm). Estaecuacinsegeneralizapara diferentescondicionesdeapoyoutilizandoun factor de longitud efectiva conocido como k. Porloanteriorelesfuerzodediseose define como sigue: 22) / * ( 23* 12r l kEFe= (Ec. 3.7.2.2-18- AISI) (Ref. #5) Donde:k*l=Sedefinecomolalongitudentrelospuntos de inflexin. Sisecumplenambascondiciones simultneamente,tenemosentoncesquela seccin propuesta cumple para soportar la fuerza de compresin que se aplica. Porelcontrariosinosecumplen,esto indicaqueelperfilpropuestonocumpleparalas condiciones de carga aplicadas, por lo tanto debe desecharseelperfilpropuestoinicialmenteyvolveraejecutarelanlisisempleandootroperfil cuyas propiedades mecnicas sean mayores. Caso3)Elelementoseencuentra sometido a una fuerza de traccin. Igualmentequelosotrosdoscasosse primiciaasumiendounaseccintransversal proponiendoundeterminadoperfil,dichaseccin puedesersimple(unsoloperfil)ocompuesta (dos perfiles). El valor del rea de la seccin transversal es la nica propiedad mecnica que interviene en el proceso de diseo.Elprocedimientodesarrolladoenlahoja electrnica es muy sencillo, teniendo determinada la fuerza interna de tensin que se esta aplicando al elemento, se dividesta entre el valor del rea delaseccintransversal,obtenindoseasel esfuerzo de traccin aplicado. AT= (Ref. #2) Esteesfuerzosecomparaconel esfuerzo permisible en tensin que corresponde a unvalorde1386kg/cmsegnseanot anteriormente.(apartado3.1delaSeccin3 del manualAISIEdicin1980).Sielvalordel esfuerzoaplicadoesmenorqueelesfuerzo permisibleentonceslaseccinpropuestacumple para soportar la fuerza de traccin aplicada. MANUAL DE CONSTRUCCIN PARA ESTRUCTURAS METLICASCON BASE EN PERFILES DOBLADOS EN FRO22Diseo de Vigas Losaspectosquesedebenconsiderarenel diseo de las vigas son los siguientes: Momentos flexionantes Fuerzas cortantes Aplastamiento y pandeo del alma Soporte lateral Fatiga El procedimiento para el anlisis de vigas es el siguiente: 1-Realizarunrecuentoestrictodelascargas actuantes (cargas vivas, cargas muertas y cargas debidas a sismos). 2-Calcular el momento flexionante mximo para las cargas muertas y vivas.3-Escogerunaseccinquetengaunmomento resistente semejante al aplicado. 4-Realizar un anlisis en el rango elstico: F = Mc/I (Ref. #4) Donde: F = Esfuerzo de la fibra ms alejada a la distancia c del eje neutro. c=Distanciadelejeneutrohastalafibrams alejada. I = Momento de inercia de la seccin transversal Si se requiere una viga para un momento mximo conocido (M) y un esfuerzo conocido (F), entonceselmdulodelaseccinquesebusca sepuedeobtenerrpidamentedelasiguiente forma: M/F = I/c = S(Ref. #4) Estoenelcasodetratardeaproximara unaseccinmedianteunvalordemdulode seccin. Paraescogerlaseccindelperfil requeridodebeconsiderarsedosaspectos importantes: Costoporunidaddelongitud(amayorpeso mayor costo). Elmdulodeseccinquevariarconsu peralte,debidoalavariacindesuinerciaenel eje X-X. Enelanlisisestructuraldevigasse debetenermuy claro el estado de soporte lateral queseda.Elsoportelateralenvigasesla restriccinqueseproveealpatnsuperioren estadodecompresin,paraevitarsupandeo lateral. Por ejemplo, el patn superior de una viga quedaapoyoalosasdeconcretodeedificiosy puentes,quedandodichopatnembebedloenla losa de concreto o se sueldan a ste, conectores quequedanembebidosenelconcreto.Otro ejemplo de apoyo lateral en vigas, es el provisto a loslarguerosporpartedelapoyodirectodel techo,queseatornilladirectamentealpatn superior de compresin. Esnecesariocontarconunbuencriterio paradefinirsilafriccinproporcionasoporte lateral en los casos expuestos anteriormente. En el caso de vigas que no se consideren soportadaslateralmenteyserequieraese soporte en uno de los diferentes tramos a lo largo desta,debencalcularsevigassecundariasque lateralmenteseunenentreunavigayotra, conectandoprioritariamentesupatnde compresinotodalaalturaoperaltedelaviga. Debetenersecuidadoderevisarsiestos conjuntosdevigassecundariasconlasvigas principalesnotienenmovimientosenconjunto, paralocualdeberdeproveersedeun contraventeoqueformeunaarmadurahorizontal localizadaenuntablero.Estesistemade contraventeosuministra suficiente apoyo lateral a las vigas por varios tramos o tableros. Paravigasconsoportelateral,el esfuerzopermisibleFb=0.6*Fydebesermayor o igual a F = Mc/I.= M/S. (Ref. #2)EnSpecificationfortheDesignofCold-FormedSteelStructuralMembersdelAISI, Edicin1980,seanalizanVigassinSoporte Lateral(Seccin3.3).Enstaseccinse desarrollanlasecuacionesparacalcularel esfuerzopermisibledecompresinenlafibra extremadelaseccin,estasfrmulasfueron trasladadasalsistemainternacionalde unidades, quedando de la siguiente forma: SiB BCIyc dSxc LC * 15880*** 31802< (Ref. #3) MANUAL DE CONSTRUCCIN PARA ESTRUCTURAS METLICASCON BASE EN PERFILES DOBLADOS EN FRO23|.|

\|=Sxc LIyc dC FbB*** * 10 * 22 , 1226 (Ref. #3)) EncualquiercasoFbdebesermenoro igual que 1400 kg/cm. En donde: L=Longitudsinarrostramientoenlazonade compresin (cm). Iyc=Momentodeinerciadelaporcina compresindelaseccinrespectoaleje centroidaldelaseccinyparaleloalalma. Conservadoramentesepuedetomarcomola mitad del Iy total (cm4). BC = El factor CB es un coeficiente de flexin que sedaparaestimarelefectodelascondiciones deempotramientoenelapoyo,ascomolas condicionesdecmoseapliquelacarga,que puedensertalesqueproporcionenresistenciaal pandeolateral.Sepuedetomar conservadoramentecomo 1 calcularse como lo especificalaseccin3.3-5delA.I.S.Iedicin 1980. (a) 22121* 3 , 0 * 05 . 1 75 , 1||.|

\|+||.|

\|+ =MMMMCB (3.3-5 AISI)(Ref. #5) Pero no mayor a 2.3 Siendo1M y 2M momentosmnimoy mximoenlosextremosdelasvigassinsoporte lateral,susignoserpositivocuandotenganla mismadireccin(flexinencurvaturainversa),y serdesignonegativocuandotengan direccionesopuestasentresi(flexinen curvaturasimple).Cuandoelmomento flexionanteencualquierpuntodentrodela longitud de la viga no soportada lateralmente sea mayorquelosmomentosenlosextremos,la relacin BC deberasertomadacomounitaria (1.0),aligualqueparamiembrossujetosa combinacin de esfuerzos de flexocomprexin, el BCdebera de tomarse como 1.0. Lascondicionesdeempotramientoenel apoyo, as como las condiciones de aplicacin de lacarga,puedensertalesqueproporcionenuna apreciableresistenciaalpandeolateral; BC es unfactordemodificacionesquesedapara estimar el efecto de estos aspectos. Enlaecuacinanterior 1M y 2M son valoresmnimosymximosdelmomento flexionante en la longitud no arriostrada. d = Peralte de seccin (cm). Sxc=Mdulodelaseccinqueresultadedividir elIxentrelamximadistanciaqueexistedeleje neutroalafibraencompresinmsalejada (cm3). Fb= Esfuerzo permisible (kg/cm), en flexin. Esfuerzo Cortante: Aunquelaseccindeperfilesdevigasdeacero, raramentesecontrolamedianteesfuerzos cortantes, es prudente verificarlo. Particularmente sisoncortesexcesivamentecargados,lafuerza cortantemximaocurrenormalmentecercade losapoyos,peroelesfuerzocortanteest presente a lo largo de la viga. Lafrmulaconocidaquenospermitecalcularel esfuerzocortanteunitarioencualquierpuntose detalla como sigue: I bQ Vv**= (Ref. #4) (Estafrmulaseaplicaavigasconseccin transversalabierta,quenoestnsujetasa torsin). Donde: V = Fuerza cortante en la seccin considerada. Q = Factor de rea que modifica el esfuerzo axial permisible,dependedelasrelacionesancho espesordelelementoydelosesfuerzosde trabajo. I=Momentodeinerciadelaseccintotal,con respecto al eje neutro. Lascondicionesenlasquems frecuentemente se presentan esfuerzos cortantes y en donde pueden resultar excesivos son: a. Cuandoseaplicancargasconcentradas intensascercadelosapoyosdelavigaque ocasionanfuerzascortantes,sinlos correspondientesincrementosenlosmomentos flectores. b. Cuandodosomsmiembroscomoeselcaso de vigas y columnas, se conectan rgidamente de talmaneraquesusalmasquedenenelmismo plano y por lo tanto deben de reforzarse en estas zonas por aumento de espesor. MANUAL DE CONSTRUCCIN PARA ESTRUCTURAS METLICASCON BASE EN PERFILES DOBLADOS EN FRO24c. Cuandoocurrenconcentracionesdeesfuerzos envigasdespatinadasoenvigasconalmas agujereadas para el paso de ductos. d. Cuandosetienenvigascortasyfuertemente cargadas. Elesfuerzocortantepuedeserproblema cuandosetienencasosordinariosdecargasen vigasconformadasdeperfilesdealmamuy delgadaocuandosonperfilesdobladosenfro hechos con lminas muy delgadas. Siemprequelosesfuerzoscortantesexcedande losadmisibles(0.40*Fy)debereforzarselas zonassobrecargadasconatiesadoresoplacas queaumentenelespesordelasalmasdelos perfiles. Lafrmuladeesfuerzoscortantespara cualquier seccin es la siguiente: wvt IQ Vf**=(Ref. #6) Elesfuerzocortantepromediosecalcula de la siguiente forma: wvt dVf*= (Ref. #6) Donde: V=Cortantemximoenlaseccintransversal (kg). Q = Momento esttico de la porcin de la seccin quequedaarribadelarectaparalelaaleje neutro,quecontieneelpuntoparaelcualse desea fv, tomado con respecto al eje neutro (cm). I=Momentodeinerciadelaseccintotalcon respecto al eje neutro (cm4), Tw = Espesor del alma de la viga (cm). d = Peralte de la seccin. Elesfuerzocortantepermisibleparalas seccionesdobladasenfrosecalculadela siguiente forma: Fy fv* 32 , 0 =(C.S.C.R.) (Ref. #7) Fy fv* 40 , 0 =(A.I.S.C.) (Ref. #6) Fy fv* 33 , 0 =(A.A.S.H.T.O.) (Ref. #6) Fy fv* 35 , 0 =(A.R.E.A.) (Ref. #6) Segnlaseccin3.4.1.delA.I.S.I. edicin1980,elesfuerzocortantemximo permisiblesobreelreabrutadelalmadelas vigas, no debera exceder:

ParayvFkth* 237 : (3.4-1 AISI)(Ref. #5) FyFy kFvthv* 40 , 0* * 7 , 65 =|.|

\|(3.4-1AISI)(Ref. #5) (b)ParaFykthv* 237 > (3.4-2 AISI) (Ref. #5) (c) 2* 15600|.|

\|=thvkFv(3.4-2 AISI) (Ref. #5)

Donde: Fv = Esfuerzo promedio cortante (kg/cm) Fy=Puntodefluenciadelalmadelaviga (kg/cm) fv=Esfuerzocortantemximopromediodelrea bruta del alma (kg/cm) t=Espesorefectivodelalmadelelementoen centmetros. H=Distanciaefectivaentrealasmedidaalo largo del plano del alma en cm kv=Coeficienteadimensionaldepandeopor cortante determinado como sigue: 1. Para almas no reforzadas, kv = 5.34 2. Paraalmasdevigasconatiesadoresque satisfaganlossiguientesrequerimientos(seccin 2.3.4.2. del A.I.S.I. edicin 1980): Atiesadores transversales para alma de viga . Atiesador de apoyo. MANUAL DE CONSTRUCCIN PARA ESTRUCTURAS METLICASCON BASE EN PERFILES DOBLADOS EN FRO25Elatiesadortransversalfijadoalalmadelaviga enpuntosdeconcentracindelacargao reaccindeberaserdiseadocomounmiembro decompresin.Lascargasconcentradaso reaccionesdeberanseraplicadasdirectamente haciaelinteriordelatiesador,ycadaatiesador deberaajustarseperfectamentelomscercano alala,paraproveercargadeapoyodirectoal extremo del atiesador.Mediosparatransferircortanteentreel atiesadoryelalmadeberanserprovistosde acuerdo con la seccin 4 del AISI edicin 1980. Las cargas concentradas o reacciones no deberanexcederelmnimodelascargas permisibles dado con la siguiente frmula: (d)Ppermisible= 0,50*Fy*Ac, o (2.3.4-1 AISI)(Ref. #5) (e)Ppermisible= Fa1*Ab(2.3.4-2 AISI)(Ref. #5) En la cual:Ab=b1*t+As;paraatiesadorestransversalesen elinteriordelapoyoybajocargasconcentradas (cm) Ab=b2*t+As;paralos atiesadores transversales al extremo de los apoyos (cm). (f) s cA t A + =2* 18 ; (2.3.4-5 AISI)(Ref. #5)Para atiesadores transversales en el interior del apoyo y bajo cargas concentradas. (cm) (g) s cA t A + =2* 10 ; (2.3.4-6 AISI) (Ref. #5) Para los atiesadotes transversales al extremo de los apoyos (cm). Donde: As=readelaseccintransversaldelatiesador transversal, (cm). (h)ttLt bst* 25 72 . 0 * 0024 . 0 * * 25 1 ((

+|.|

\|=en cm. (2.3.4-7 AISI)(Ref. #5) (f)ttLt bst* 12 83 . 0 * 0044 . 0 * * 12 2 ((

+|.|

\|= en cm. (2.3.4-8 AISI)(Ref. #5) Fa1=esfuerzopermisibleencompresin, determinadodeacuerdoconlaseccin3.6.1.1 del AISI edicin 1980. Cuandoelatiesadordelalmadela seccin,tieneunreadeseccintransversalAb, esdesignadocomounacargadecompresin axial del miembro con K=1, en kg/cm. Fy = Es el valor ms bajo del punto de fluencia del almadelaviga,oseccindelatiesador,en kg/cm. Lst =Longitudtotaldelatiesadortransversal,en cm. t = Espesor del alma de la viga, en cm. Larelacinw/ts(relacinanchoespesor delatiesador),paraelementosatiesadosyno atiesados,deatiesadorestransversalesdeacero dobladoenfro,nodebera exceders Fy / 221y Fys / 3 , 63 , respectivamente, donde FYs es el puntodefluenciaytselespesordelacerodel atiesador, (kg/cm). Atiesadores intermedios. Donde el atiesador intermedio es requerido, el espaciamiento debera ser tal que el esfuerzo cortante en el alma, fv, no debera exceder el valor de Fv permitido por la seccin 3.4.1 del AISI edicin 1980, y la relacin a/h no debera exceder ( ) [ ]2/ 260th, ni 3,0.(Ref. #5) Elmomentodeinerciadeunparde atiesadoresintermedios,odeunatiesador intermediosimple,conreferenciaaunejeenel plano del alma, no debera ser menor que: (i)( ) ( ) ( ) ( )4350* 70 , 0 * * * 5hhaaht h Is =(2.3.4-9 AISI) (Ref. #5) Elvalordelrea,encentmetroscuadrados,de losatiesadoresintermedios,nodeberaser menor que:(j) ( )( )t h D Yhahahaha CvAst* * * *1*2122(((((

|.|

\|+ += (2.3.4-10 AISI) (Ref. #5) MANUAL DE CONSTRUCCIN PARA ESTRUCTURAS METLICASCON BASE EN PERFILES DOBLADOS EN FRO26En la cual: (k) ( )2** 45000thFykCvv= donde80 , 0 Cv (2.3.4-11 AISI) (Ref. #5) ( )FykthCvv*190=donde80 , 0 > Cv(2.3.4-12 AISI) (Ref. #5) ( )234 . 500 , 4hakv+ =donde0 , 1 ha (2.3.4-13 AISI)(Ref. #5) ( )200 , 434 , 5hakv+ =donde0 , 1 >ha (2.3.4-14 AISI) (Ref. #5) a = Distancia entre los atiesadores transversales, en cm. Y = Punto de fluencia del acero del alma Punto de fluencia del acero del atiesador.D = 1.0, para atiesadores dobles o pares.D = 1.8, para atiesadores simples con ngulo. D = 2.4, para atiesadores simplemente trazados. t y h estn definidos en la seccin 2.3.4.1 del AISI edicin 1980. Lacapacidaddecargapermisibledeun miembro,conatiesadoresquenocumplenlos requerimientos de la seccin 2.3.4.2.1 o 2.3.4.2.2, como es el caso de los atiesadores transversales rolados,deberanserdeterminadosporpruebas de laboratorio, tal y como lo indica la seccin 6 de las especificaciones AISI edicin 1980. Anlisis de Columnas Setratadeelementosquedeben soportar compresin axial sin sufrir esfuerzos por flexinenningnpunto,enotraspalabrasse puededecirquenosoportanningntipode momento. Lascolumnaspuedenfallardedos maneras: 1.Columnascortas:Estetipodefallaseda cuando la seccin transversal alcanza el esfuerzo permisible o la fluencia. 2.ColumnasEsbeltas:Estetipodefallasucede cuando el elemento pandea. Cuandounacolumnasecarga axialmenteporvezprimera,seacortao comprimeenladireccindelacarga.Pero cuandosealcanzalacargadepandeo,loque sucede es que la deformacin de acortamiento se detieneysepresentaunadeformacinopandeo lateral,endireccinperpendicularalejedela columna, limitndose la capacidad de carga axial. Lacargadepandeoseidentifica mediante la formula de Euler: 22* *lI EPe= (Ref. #2) Donde: Pe = Carga de pandeo (kg). E=Modulodeelasticidaddelaseccin transversal (610 * 1 , 2 kg/cm2). I=Momentodeinerciadelaseccintransversal (cm4). l = longitud o altura total de la columna (cm). Elesfuerzodepandeosecalculadela siguiente manera: A lI EAPeFe** *22= = (Ref. #2) Si tomamos en cuenta que: AIr =2 (Ref. #2) MANUAL DE CONSTRUCCIN PARA ESTRUCTURAS METLICASCON BASE EN PERFILES DOBLADOS EN FRO27Entonces tenemos: 22) / (*r lEFe= (Ref. #2) Donde: Fe = Esfuerzo de pandeo (kg/cm). Pe = Carga de pandeo (kg). A = rea de la seccin transversal (cm) E=Modulodeelasticidaddelaseccin transversal (610 * 1 , 2 kg/cm). I=Momentodeinerciadelaseccintransversal (cm4). l = Longitud del elemento no arriostrado (cm). r = Radio de giro de la seccin transversal (cm). Estaecuacinsegeneralizapara diferentescondicionesdeapoyoutilizandoun factor de longitud efectiva conocido como k. Porloanteriorelesfuerzodediseose define como sigue: 22) / * (*r l kEFe=(Ref. #2) Donde:K*l=Sedefinecomolalongitudentre los puntos de inflexin. La diferencia principal entre las columnas cortas y largasesquelasprimerastienensuresistencia definidaentrminosdeFy,mientrasquelas columnaslargasoesbeltaslotienenenfuncin de Fe. Paracolumnasconalturaintermediase da una transaccin entre Fy y Fe, que depende de factores como:-Curvatura inicial -Excentricidad accidental en los extremos. -Esfuerzosresiduales(puedeserunaspectode muchopesoydepende de enfriamiento desigual, despusdequesecuelaelelemento,cortede laspiezasusandooxigeno,usodesoldaduray pordobladoenfro;casotpicoeseldelaunin de 2 o ms perfiles. Elprocedimientoseguidoparaelanlisis de columnas es el siguiente: 1. RevisindelpandeoLocalenlasalasyenel alma (Tabla B5.1 del AISC) 2. Clculo de (k*l/r)x y (k*l/r)y 3. ClculodelesfuerzoencompresinP/A (kg/cm2)4. Clculodelosesfuerzospermisiblesa compresin: a) Paraperfilesnosujetosapandeoportorsin o flexotorsin(perfilesdoblementesimtricosde seccintransversalcerradaosecciones cilndricasyotrosperfilesnosujetosapandeo por torsin o flexo torsin): SiQCcrl k