Requisitos de diseño - Estructuras Metálicas

CAPÍTULO 2 - REQUISITOS
DE DISEÑO

Este Capítulo contiene los requisitos comunes a toda la Norma.

2.1 ÁREA TOTAL
El área total g A de la sección de un miembro debe determinarse mediante la suma de los productos del espesor por el ancho total de cada elemento de la sección, medido en un plano perpendicular al eje del miembro. Para los ángulos, el ancho total es la suma de los anchos de los lados menos el espesor.

2.2. ÁREA NETA
El área neta A_n de un miembro es la suma de los productos del espesor por el ancho neto para cada elemento, calculado como sigue:
Para el cálculo del área neta en tracción y corte, el ancho de un agujero para perno se tomará como 2 mm mayor que la dimensión nominal del agujero.
Para una cadena de agujeros que se extienden en una diagonal o una línea en zigzag, el ancho neto se debe obtener deduciendo del ancho total la suma de las dimensiones de los agujeros como se indica en la Sección 10.3.2, para toda la cadena, y sumando, para cada espacio de la cadena, la cantidad s² / 4g donde:
s =espaciamiento longitudinal centro a centro entre dos agujeros consecutivos.
g =espaciamiento transversal centro a centro entre dos líneas de agujeros.
Para los ángulos, el valor de g para agujeros en lados opuestos será la suma de las distancias g medidas desde la espalda del ángulo menos el espesor.
Cuando se calcula el área neta a través de soldaduras de tapón o de ranura, el metal de la soldadura no se tomará en cuenta.

2.3. ÁREA NETA EFECTIVA PARA MIEMBROS EN TRACCIÓN
1. Cuando la tracción es transmitida directamente a cada elemento de la sección por medio de conectores o soldadura, el área neta efectiva A_e es igual al área neta, A_n.
2. Cuando la tracción es transmitida por conectores o soldadura a través de algunos pero no todos los elementos de la sección, el área neta efectiva A_e debe de calcularse como:

A_e = AU       (2.3-1)

Donde
A = el área como se define a continuación.
U = coeficiente de reducción.
   = 1? (x / L)  0,9       (2.3-2)
x = excentricidad de la conexión.
L = longitud de la conexión en la dirección de la fuerza.

Se permiten valores mayores de U cuando se justifican por ensayos u otros criterios racionales.
(a) Cuando la tracción es transmitida sólo por pernos.

A = A_n

(b) Cuando la tracción es transmitida sólo por soldaduras longitudinales a elementos que no son una plancha,ó por soldaduras longitudinales combinadas con
transversales.

A = A_g

(c) Cuando la tracción es transmitida sólo por soldaduras transversales.
A = área de los elementos directamente conectados
U = 1,0
(d) Cuando la tracción es transmitida a una plancha a través de soldaduras longitudinales a lo largo de los bordes de ésta, la longitud de la soldadura no debe ser menor que el ancho de la plancha.
A = área de la plancha.
Cuando l 2w: U = 1,00
Cuando 2w > l  1,5w: U = 0,87
Cuando 1,5w > l  w: .U = 0,75
Donde
l = longitud de la soldadura.
w = ancho de la plancha (distancia entre soldaduras).
Para el área efectiva de los elementos de conexión, ver la Sección 10.5.2.

2.4. ESTABILIDAD
Se debe proveer a la estructura de una estabilidad de conjunto y para cada uno de sus miembros.
Debe considerarse los efectos significativos de las cargas sobre la configuración deformada de la estructura y los elementos individuales.

2.5. PANDEO LOCAL

2.5.1. Clasificación de las Secciones de Acero
Las secciones de acero se clasifican en compactas, no-compactas y esbeltas. Para que una sección clasifique como compacta, sus alas deben estar conectadas en forma continua al alma o almas y las relaciones ancho / espesor de sus elementos en compresión no deben exceder los límites de las relaciones ancho /espesor _p que se presentan en la Tabla 2.5.1. Las secciones que no clasifiquen como compactas serán calificadas como no-compactas siempre que las relaciones ancho /espesor de sus elementos en compresión no excedan los límites para secciones no-compactas _r de la Tabla 2.5.1. Si las relaciones
ancho /espesor de algún elemento, sobrepasan los valores _r de la Tabla 2.5.1, la sección será clasificada como esbelta en compresión.
Los elementos no rigidizados de una sección son aquellos que son soportados en un solo borde paralelo a la dirección de la fuerza de compresión, y su ancho se tomara como sigue:
(a) Para alas de perfiles en forma de I y T, el ancho b es la mitad del ancho total del ala b_f .
(b) Para lados de ángulos y alas de canales y perfiles en forma de z, el ancho b es toda la dimensión nominal.
(c) Para planchas, el ancho b es la distancia del borde libre a la primera fila de conectores o línea de soldadura.
(d) Para el alma de perfiles en forma de T, d es todo el peralte nominal.
Los elementos rigidizados de una sección son aquellos que son soportados a lo largo de dos bordes paralelos a la dirección de la fuerza de compresión, y su ancho se tomará como sigue:
(a) Para el alma de secciones laminadas o formadas, h es la distancia libre entre alas menos el filete o radio en la esquina de cada ala, y h_c es el doble de la distancia del centroide a la cara interior del ala en compresión menos el filete o radio de la esquina.
(b) Para el alma de secciones armadas, h es la distancia entre líneas adyacentes de conectores o la distancia libre entre alas cuando se emplea soldadura, y h_c es el doble de la distancia del centroide a la línea más cercana de conectores en el ala en compresión o a la cara interior del ala en compresión cuando se emplea soldadura.
(c) Para las planchas de ala o de diafragma en secciones armadas, el ancho b es la distancia entre líneas adyacentes de conectores o líneas de soldadura.
(d) Para las alas de las secciones estructurales rectangulares huecas, el ancho b es la distancia libre entre almas menos el radio de la esquina interior en cada lado.
Si no se conoce el radio interior se puede tomar el ancho como el ancho total de la sección menos tres veces el espesor.
Para alas de espesores variable de secciones laminadas, el espesor es el valor nominal en el punto medio entre el borde libre y la cara del alma.

TABLA 2.5.1
RELACIONES LÍMITE ANCHO/ESPESOR PARA ELEMENTOS
EN COMPRESIÓN (Fy en MPa)

2.5.2. Diseño por Análisis Plástico
El diseño a partir de un análisis plástico está permitido cuando las alas sujetas a compresión que desarrollan rótulas plásticas y todas las almas poseen relaciones ancho espesor menores o iguales a _P de la Tabla 2.5.1. Para secciones circulares huecas ver la nota d en el pie de la Tabla 2.5.1.
El diseño por análisis plástico está sujeto a las limitaciones de la Sección 1.5.1.

2.5.3. Secciones con Elementos Esbeltos en Compresión.
Para el diseño en flexión de secciones en forma de I, canales y secciones circulares o rectangulares que posean elementos esbeltos en las alas, ver el Apéndice 6.1. Para otras secciones en flexión o miembros en compresión axial con elementos esbeltos ver el Apéndice 2.5.3.
Para vigas de planchas con elementos esbeltos en el alma, ver el Capítulo 7.

2.6. RESTRICCIONES DE ROTACIÓN EN PUNTOS DE APOYO
En los puntos de apoyo de vigas y armaduras debe de proveerse restricciones de rotación alrededor del eje longitudinal de la sección.

2.7. RELACIONES DE ESBELTEZ LÍMITE
Para elementos cuyo diseño se basa en fuerzas de compresión, las relaciones de esbeltez (Kl / r) no deben exceder, preferentemente, de 200. Los valores de K se calculan de acuerdo a la Sección 3.2.
Para elementos cuyo diseño esta basado en fuerzas de tracción, las relaciones de esbeltez l / r no deben exceder, preferentemente, de 300. Esta recomendación no se aplica a varillas en tracción. Los elementos en los que el diseño se hace para fuerzas de tracción, pero que pueden estar sometidos a una compresión reducida en otra condición de carga, no necesitan cumplir el límite de esbeltez en compresión.

2.8. TRAMOS SIMPLEMENTE APOYADOS
Las vigas y armaduras diseñadas como tramos simplemente apoyados tendrán una luz de cálculo igual a la distancia entre centros de gravedad de sus elementos de apoyo.

2.9. RESTRICCIÓN DE APOYO
Cuando se diseña asumiendo que existe una restricción parcial o total debido a continuidad, semicontinuidad o acción de voladizo, las vigas y armaduras, así como los elementos a los que se conectan, deben ser diseñados para soportar los momentos, cortantes y cualquier otra fuerza que actúe de manera que no se sobrepasen las resistencias de diseño que se presentan en los Capítulos 4 á 11, excepto que se permite una deformación inelástica, pero autolimitada, de alguna parte de la conexión.

2.10 DIMENSIONES DE VIGAS
Los perfiles laminados o soldados, vigas de planchas y vigas con platabandas serán, en general, diseñados en base al momento de inercia de su sección total. No deberá hacerse reducciones debido a huecos de pernos en cualquiera de las alas si se cumple que:

0,75 F_u Af_n  0,9 F_y A_fg     (2.10-1)

donde A_fg es el área total del ala y A_fn es el área neta del ala calculada de acuerdo a las Secciones B1 y B2 y F_u es la resistencia mínima en tracción.

Si: 0,75 F_u A_fn < 0,9F_y A_fg      (2.10-2)

las propiedades del elemento en flexión deberán basarse en el área efectiva del ala en tracción A_fe.

(2.10-3)

Las vigas híbridas pueden ser diseñadas en base al momento de inercia de la sección total, sujetas a las previsiones de la Sección 7.1, siempre que no requieran resistir una fuerza axial mayor a 0,15 _b F_yf A_g , donde F_yf es el punto de fluencia especificado del material del ala y A_g es el área total. No se especifican límites para el esfuerzo en el alma producido por el momento de flexión aplicado para el cual la viga híbrida es diseñada, con excepción de las previsiones de la Sección 11.3. Para calificar como viga híbrida, las alas en cualquier sección deberán tener la misma área transversal y ser fabricadas de
acero del mismo grado.
Las alas de las vigas soldadas pueden variar su espesor o ancho empalmando una serie de planchas o usando platabandas.
El área total de platabandas en vigas con uniones empernadas no deberá exceder del 70% del área total del ala.
Los pernos de alta resistencia o soldaduras que conecten el ala al alma o platabandas al ala, deberán diseñarse para resistir el corte horizontal total que resulte de las fuerzas de flexión en la viga. La distribución longitudinal de estos pernos o soldaduras intermitentes estará en proporción a la intensidad del corte. Sin embargo, el espaciamiento longitudinal no deberá exceder el máximo permitido para miembros en compresión o tracción por las Secciones 5.4 ó 4.2 respectivamente. Los pernos o soldaduras que conecten el ala al alma también serán diseñados para transmitir al alma cualquier carga aplicada directamente al ala, a menos que se tomen medidas para transmitir dichas cargas por aplastamiento directo.
Las platabandas de longitud parcial deberán extenderse más allá del punto teórico de corte y la porción extendida deberá unirse a la viga con pernos de alta resistencia en una conexión de deslizamiento crítico o por soldadura de filete. La unión deberá ser la adecuada, con los esfuerzos aplicables dados en las Secciones 10.2.2, 10.3.8 ó 11.3, para desarrollar la porción que toma la platabanda de la resistencia de diseño en flexión en la viga en el punto teórico de corte.
Para platabandas soldadas, las soldaduras que conectan los extremos de la platabanda con la viga en una longitud a’, que se define a continuación, deberán ser las adecuadas, a la resistencia de diseño aplicable, para desarrollar la porción que toma la platabanda de la resistencia de diseño en la viga a una distancia a’ medida desde el extremo de la platabanda. La longitud a’ medida desde el extremo de la platabanda deberá ser:

(a) Una distancia igual al ancho de la platabanda cuando existe una soldadura continua igual o mayor que 3/4 del espesor de la platabanda a lo largo del extremo de la plancha y soldadura continua en ambos bordes de la platabanda en la longitud a’.
(b) Una distancia igual a 1-1/2 veces el ancho de la platabanda cuando hay una soldadura continua menor que 3/4 del espesor de la platabanda a lo largo del extremo de la plancha y soldadura continua a lo largo de ambos bordes de la platabanda en la longitud a’.
(c) Una distancia igual a dos veces el ancho de la platabanda cuando no hay soldadura a lo largo del extremo de la plancha, pero existe soldadura continua a lo largo de ambos bordes de la platabanda en la longitud a’.