Columnas y otros elementos en tracción - Estructuras Metálicas

CAPÍTULO 5 - COLUMNAS Y OTROS ELEMENTOS
EN COMPRESIÓN

Este Capítulo es aplicable a elementos prismáticos compactos y no compactos sujetos a compresión axial.
Para elementos sujetos a flexo-compresión, véase la Sección 8.1.1.2 ó 8.1.2.2. Para miembros con elementos esbeltos en compresión véase el Apéndice 2.5.3. Para miembros con peralte variable véase el Apéndice 6.3. Para elementos de un solo ángulo véase Specification for Load and Resistance Design of Single Angle Members del AISC.

5.1 LONGITUD EFECTIVA Y LIMITACIONES DE ESBELTEZ

5.1.1. Longitud Efectiva
El factor de longitud efectiva K deberá determinarse de acuerdo a la Sección 3.2.

5.1.2. Diseño por Análisis Plástico
El diseño por análisis plástico, con las limitaciones de la Sección 1.5.1, es permitido si el parámetro de esbeltez en la columna _c no excede 1,5K.

5.2. RESISTENCIA DE DISEÑO EN COMPRESIÓN PARA PANDEO POR FLEXIÓN.

5.2.1. Método LRFD
La resistencia de diseño para pandeo por flexión en miembros comprimidos en los que sus elementos tienen una relación ancho - espesor menor a _r de la Sección 2.5.1 es _n donde:
_c=0,85
P_n = A_gF_cr       (5.2-1)

(a) Para _c 1,5
     (5.2-2)
(b) Para _c > 1,5
       (5.2-3)
Donde:

(5.2-4)

A_g = área total del miembro
F_y = esfuerzo de fluencia especificada.
E = módulo de Elasticidad.
K = factor de longitud efectiva
l = longitud lateralmente no arriostrada.
r = radio de giro respecto del eje de pandeo.
Para miembros cuyos elementos no cumplen los requerimientos de la Sección 2.5.1 véase el Apéndice 2.5.3.

5.2.2. Método ASD
En secciones cargadas axialmente que cumplen los requerimientos de la Tabla 2.5.1, el esfuerzo de compresión en el segmento no arriostrado será:

(a) Cuando (Kl / r)  C_c

(5.2-5)

Donde:

(b) Cuando (Kl / r) > C_c

(5.2-6)

5.3. RESISTENCIA DE DISEÑO EN COMPRESIÓN PARA PANDEO FLEXO–TORSIONAL
En caso de emplearse el método ASD y de manera simplificada se puede considerar que P_u es igual a dos veces la fuerza de compresión axial de servicio.
La resistencia de diseño en compresión por pandeo flexo–torsional en secciones comprimidas de doble ángulo y secciones en forma de T cuyos elementos tengan relaciones ancho - espesor menores que_r de la Sección 2.5.1 será  _n:

_c = 0,85
P_n = A_g F_crft

(5.3-1)

Donde:

= radio polar de giro con respecto al centro de corte (véase la Ecuación A-5.3-8).

x₀, y₀ = son las coordenadas del centro de corte con respecto al centroide.
x₀ = 0 para ángulos dobles y secciones T, (el eje y es el eje de simetría)
F_cry es determinado de acuerdo a la Sección 5.2 para pandeo por flexión alrededor del eje y de simetría para:

Para miembros de ángulos dobles y secciones T cuyos elementos no cumplen con los requerimientos de la Sección 2.5.1, deberá consultarse el Apéndice 2.5.3 para determinar el valor de F_cry a ser usado en la Ecuación 5.3-1.
Otras columnas de sección simétrica o asimétrica y columnas con doble simetría como secciones en cruz o columnas armadas, con espesores muy delgados, deberán diseñarse para los estados limites de flexo-torsión y pandeo torsional de acuerdo al Apéndice 5.3.

5.4. ELEMENTOS ARMADOS
En los extremos de elementos armados en compresión, apoyados sobre planchas de base o superficies cepilladas, todos los componentes en contacto con otro deberán conectarse por soldadura teniendo una longitud no menor al máximo ancho del elemento o por pernos donde el espaciamiento longitudinal entre ellos no será mayor a cuatro veces su diámetro, en una distancia igual 1 ½ veces el máximo ancho del elemento.
Los elementos armados requieren, a lo largo de la longitud entre conexiones de sus extremos descritos anteriormente, de un espaciamiento longitudinal adecuado entre soldaduras intermitentes o pernos para transferir las fuerzas requeridas. Para las limitaciones de espaciamiento longitudinal de conectores entre elementos en contacto continuo, consistentes en una platina y un perfil o dos platinas, véase la Sección 10.3.5. En donde un componente de un elemento armado en compresión consiste en una placa exterior, el máximo espaciamiento no deberá exceder 335/ por el espesor de la placa exterior más delgada
o 300 mm, cuando se use soldadura intermitente a lo largo de los bordes de los componentes o cuando los conectores se encuentran a lo largo de todas las líneas en cada sección. Cuando los conectores están colocados en zigzag, el espaciamiento máximo en cada línea no deberá exceder y 500/ por el espesor de la placa exterior más delgada o 450 mm.
Los componentes individuales de elementos en compresión compuestos por dos o más perfiles deberán conectarse uno a otro en intervalos a, tal que las relaciones de esbeltez efectivas ka / r_i de cada perfil, entre los conectores, no excedan ¾ veces la relación de esbeltez que controla al elemento armado. El radio de giro mínimo r_i debe usarse para calcular la relación de esbeltez de cada componente. La conexión de extremo será soldada o con pernos ajustados y requintados con superficies limpias de la cascarilla de laminación o arenadas con revestimiento de Clase A.
La resistencia de diseño de elementos armados compuestos de dos o más perfiles debe ser determinado de acuerdo a la Sección 5.2 y Sección 5.3 sujeta a la siguiente modificación. Si el modo de pandeo involucra deformaciones relativas que producen fuerzas de corte en los conectores entre secciones individuales, Kl / r es reemplazado por (Kl /r)_m que se determina como sigue:

(a) Para conectores intermedios con pernos ajustados sin requintar:

(5.4.1)

(b) Para conectores intermedios que son soldados o con pernos ajustados y requintados.

(5.4-2)

Donde:

	= esbeltez del elemento armado actuando como una unidad.
	= esbeltez modificada del elemento armado.
	= esbeltez mayor de los componentes individuales.
	= esbeltez de los componentes individuales relativas a su eje centroidal. paralelo al eje de pandeo.

a = distancia entre conectores.
r_i = radio mínimo de giro del componente individual.
r_ib = radio de giro del componente individual relativo a su eje centroidal paralelo al eje de pandeo del elemento.
= relación de separación = h/2r_ib .
h = distancia entre centroides de componentes individuales perpendicular al eje de pandeo del elemento.
En los lados abiertos de elementos en compresión fabricados de planchas o perfiles, deberán colocarse platabandas continuas con una sucesión de perforaciones de acceso. El ancho no apoyado de estas planchas en las perforaciones de acceso, como se define en la Sección 2.5.1, se asume que contribuyen a la resistencia de diseño si se cumple que:
(1) La relación ancho - espesor cumple las limitaciones de la Sección 2.5.1.
(2) La relación de la longitud (en la dirección del esfuerzo) al ancho de la perforación no deberá de exceder de 2.
(3) La distancia libre entre agujeros en la dirección del esfuerzo no deberá ser menor que la distancia transversal entre las líneas mas cercanas de conectores o soldaduras.
(4) La periferia de los agujeros en todos los puntos deberá tener un radio mínimo de 38 mm.
Como una alternativa a las platabandas perforadas, se permite la conección con planchas de enlace en cada extremo y en puntos intermedios si el enlace se interrumpe.
Las planchas de enlace se colocarán tan cercanas de los extremos como sea posible. En elementos principales que desarrollan la resistencia de diseño, las planchas de enlace en los extremos tendrán una longitud no menor que la distancia entre líneas de soldadura o conectores que los unen a los componentes del elemento. Las planchas de enlace intermedias tendrán una longitud no menor a la mitad de esta distancia. El espesor de las planchas de enlace será mayor o igual a 1/50 de la distancia entre líneas de soldaduras o conectores que los unen a estos elementos. En construcciones soldadas, la soldadura en cada línea que conecta una plancha de enlace tendrá una longitud igual o mayor a 1/3 de la longitud de la plancha. En conexiones con pernos, el espaciamiento
en la dirección del esfuerzo en las planchas de conexión será igual o menor que 6 diámetros y la plancha de enlace deberá ser conectada en cada segmento por al menos 3 pernos.
Los enlaces, incluyendo platinas, ángulos, canales u otros perfiles empleados como enlaces, se espaciarán de manera que el l / r de las alas entre sus conexiones no excedan la relación de esbeltez que controla el elemento armado. Los enlaces deberán proporcionar una resistencia al corte normal al eje del elemento igual al 2% de la resistencia de diseño por compresión en el elemento. La relación l / r para las barras de enlace simple no deberá
exceder de 140.
Para el caso de enlaces dobles la relación l / r no excederá de 200. Las barras de enlace doble deben ser unidas en sus intersecciones. Para barras de enlace en compresión se permite tomar como la longitud no soportada del enlace entre soldaduras o conectores para enlaces simples y 70% de esa distancia en el caso de enlaces dobles. La inclinación de las barras de enlace con respecto al eje del elemento deberá ser preferentemente igual o mayor a 60º para enlaces simples y de 45º para enlaces dobles. Cuando la distancia entre líneas de soldadura o conectores en las alas es mayor a 375 mm, el enlace deberá ser preferentemente doble o hecho conángulos.
Para requisitos adicionales de espaciamientos, véase la Sección 10.3.

5.5. ELEMENTOS EN COMPRESIÓN CONECTADOS POR PASADORES
Las conexiones de pasadores en elementos conectados con pasadores deben de cumplir los requisitos de la Sección 4.3 excepto las Ecuaciones 4.3-1 y 4.3-2 que no son aplicables.