Manual G50 de Aceros Arequipa

5/25/2018 Manual G50 de Aceros Arequipa

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ManualDE

Aplicacin

DE NGULOS DE ACERO

LAMINADOS EN CALIENTEASTM A572 GRADO 50


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MANUAL DE APLICACIN DE NGULOSDE ACERO LAMINADOS EN CALIENTE

ASTM A572 GRADO 50

CONTENIDOPAG.

1. Presentacin............................................................ 3

2. Comparacin entre los aceros ASTM A36y ASTM A572 Grado 50........................................... 5

3. Propiedades geomtricas para diseo..................... 9

4. Certificados de calidad........................................... 13

5. Especificaciones de diseo.................................... 17

6. Miembros en traccin............................................. 19

7. Miembros en compresin....................................... 23

8. Miembros en flexin............................................... 35

9. Procedimiento de soldadura .................................. 39

10. Proteccin.............................................................. 45

Anexo A:Especificaciones para miembros en traccin................ 49

Anexo B:Especificaciones para miembros en compresin.......... 55

1

era

EDICIN


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1. Presentacin

Desde hace ms de 30 aos la industria de la construccin

del Per ha usado ngulos de la calidad ASTM A36 para la

fabricacin de estructuras de acero. La industria de la

construccin en los Estados Unidos y Europa est usando

aceros de mayor lmite de fluencia en la fabricacin de

estructuras metlicas obteniendo de esta manera estructuras

ms livianas y de menores costos.

La fabricacin de ngulos de mayor resistencia por parte de

Aceros Arequipa permitir ir con la tendencia mundial en el

uso de aceros de mayor resistencia y permitir mayores

beneficios econmicos.

CORPORACIN ACEROS AREQUIPA S.A.


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2. Comparacin entre los aceros ASTM A36 y

ASTM A572 Grado 50

Las caractersticas tcnicas del acero ASTM A572 Grado 50

comparadas con el acero ASTM A36 se indican a

continuacin:

Composicin qumica

Los aceros estructurales ms conocidos son los Aceros al

carbono (ASTM A36) y los denominados Aceros de alta

resistencia (ASTM A572 Grado 50) que consiguen esa

resistencia gracias a la incorporacin de otros elementos

qumicos.

A continuacin se presenta una tabla con los requerimientos

qumicos para estos tipos de acero:

Requerimientos qumicos (anlisis de colada)

Componente ASTM A36 ASTM A572-50

% carbono 0.26 mx. 0.23 mx.% manganeso no especifica 1.35 mx.% fsforo 0.04 mx. 0.04 mx.% azufre 0.05 mx. 0.05 mx.% silicio 0.40 mx. 0.40 mx.% vanadio no especifica 0.01 - 0.15% columbio no especifica 0.005 - 0.05

* Los porcentajes estn dados en peso.


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Propiedades Mecnicas - valores mnimos

Propiedad ASTM A36 ASTM A572-50

Lmite de fluencia, kg/cm2 2540 (36) 3520 (50)Resistencia a la traccin, kg/cm2 4080 (58) 4580 (65)% de alargamiento en 8" 20 18

Los valores entre parntesis indican las propiedades en

klibras/pulg2.

Miembros en traccin

Para determinar el ahorro en peso que se consigue usando el

acero ASTM A572 Grado 50 respecto al acero A36,

consideramos una varilla de 1000 mm de longitud, a la que

se aplica una carga de 10000 kg. Los resultados se muestranen la siguiente tabla:

Acero A36 A572 G50Punto de fluencia, kg/cm2 2540 3520Esfuerzo permisible*, kg/cm2 1524 2112rea requerida, cm2 6.56 4.73

Peso relativo 1.000 0.721* Segn AISC ASD 89

De esto se resume que, el requerimiento en peso de usar

acero ASTM A572 Grado 50 es menor en 27.8% que el usar

el ASTM A36.


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Por otro lado, de una comparacin de la carga admisible en

traccin de perfiles angulares de ambas calidades de acero,

se consigue un incremento de capacidad con ASTM A572Grado 50 del orden del 38.8 % respecto al ASTM A36.

Los resultados de estos clculos se muestran en el siguiente

grfico:

Carga admisible en traccin para ngulos dobles

0

10

20

30

40

50

L2x3/16 L2x1/4 L2.1/2x3/16 L2.1/2x1/4 L3x1/4 L3x5/16

Cargaadm

isible(ton

A36

A572 Grado 50

* Segn AISC ASD 89 Perfil


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Miembros en compresin

El incremento de la capacidad de carga admisible enmiembros en compresin es variable, esto debido la longitud

efectiva de pandeo del miembro.

A continuacin se presenta el beneficio que se logra usando

acero ASTM A572 Grado 50 frente al ASTM A36. A modo

de ilustracin se muestra los resultados obtenidos para

miembros conformados por dos ngulos de 3x3x5/16.

Carga admisible en compresinpara ngulos dobles L3x5/16

0

10

20

30

40

50

060

90

120

150

180

210

240

270

300

330

360

390

420

450

Cargaadmisible(to

n

A36

A572 Grado 50

* Segn AISC ASD 89 Longitud efectiva (cm)

Se aprecia en el grfico un incremento de la capacidad sobre

el 30% cuando la longitud del elemento es menor a 150cm;

para 210cm un incremento del 18%. Por sobre los 300cm no

se aprecia incremento en la capacidad.


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3. Propiedades geomtricas para diseo

En la Tabla 1 se proporcionan las propiedades geomtricas

para los perfiles angulares fabricados por Aceros Arequipa.

Para secciones conformadas por dos ngulos iguales

colocados lado a lado con separaciones de 0, 3/8 y 3/4 las

propiedades geomtricas se encuentran en la Tabla 2.


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Tabla 1. PROPIEDADES GEOMTRICAS DE SECCIN NGULO SIMPLE

Eje X-X y Eje Y-Y Eje Z-Z

Perfil k Peso por m. Area I S r x e y r In. In. kg cm2 cm4 cm3 cm cm cm

L3 x 3 x 5/16 5/8 9.080 11.48 62.85 11.59 2.34 2.20 1.501/4 9/16 7.290 9.29 51.61 9.45 2.36 2.14 1.50

L21/2 x 21/2 x 1/4 9/16 6.100 7.68 29.26 6.46 1.95 1.82 1.253/16 1/2 4.570 5.82 22.77 4.96 1.98 1.76 1.26

L2 x 2 x 1/4 1/2 4.750 6.05 14.48 4.04 1.55 1.50 0.993/16 7/16 3.631 4.61 11.32 3.12 1.57 1.45 1.00

YZ

Xyk

xZ


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Tabla 2. PROPIEDADES GEOMTRICAS DE SECCIN NGULOS DOBLES

Eje Y-YEje X-X Radio de giro (cm)

Perfil Peso por m. Area I S r y Separacin de ngulosin kg cm2 cm4 cm3 cm cm 0 3/8" 3/4"

L3 x 3 x 5/16 18.16 22.90 125.70 23.20 2.34 2.20 3.20 3.56 3.941/4 14.58 18.58 103.64 18.90 2.36 2.14 3.20 3.53 3.89

L21/2 x 21/2 x 1/4 12.20 15.35 58.69 12.90 1.95 1.82 2.67 3.02 3.403/16 9.14 11.61 45.37 9.90 1.98 1.76 2.64 3.00 3.35

L2 x 2 x 1/4 9.50 12.13 28.93 8.10 1.55 1.50 2.16 2.51 2.903/16 7.26 9.23 22.68 6.20 1.57 1.45 2.13 2.48 2.87

Y

s

y

X


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4. Certificados de calidad

El cumplimiento de las propiedades mecnicas de nuestros

perfiles segn la Norma ASTM A572 Grado 50 queda

certificado segn Informe Tcnico del Laboratorio de

Materiales de la Pontificia Universidad Catlica del Per.

El Ensayo de Traccin se realiz en cuatro muestras

extradas de perfiles angulares de 2x2x1/4.

Segn los resultados que se aprecian a continuacin, los

esfuerzos o tensiones alcanzados tanto de fluencia como

mximos estn por encima de los valores nominales que

indica la Norma ASTM A572 Grado 50.

Los resultados de alargamiento o elongacin que alcanzan

las muestras tambin cumplen con lo especificado en la

Norma.

Por otro lado, el cumplimiento de los requisitos de pesos,

medidas y propiedades mecnicas est garantizado en toda

nuestra produccin pues nuestra empresa se rige en todo su

proceso bajo los estndares de calidad mundial certificado

con el ISO 9002 cuya certificacin poseemos; tanto paranuestra Planta N 1 en Arequipa Certificado N 33215 como

para nuestra Planta de Pisco Certificado N 32450.


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5. Especificaciones de diseo

Todo clculo que se est presentando en este Manual se

realiza en base a la norma Americana para el diseo de

estructuras de acero Specification for Structural Steel

Buildings, en su ltima edicin por el AMERICAN

INSTITUTE OF STEEL CONSTRUCTION - AISC.

La norma Americana en la actualidad presenta dos formatospara el diseo estructural en acero. El diseo por esfuerzos

permisible Allowable Stress Design - ASD, en su novena

edicin de 1989 y el diseo por factores de carga y

resistencia,Load and Resistance Factors Design - LRFD, en

su segunda edicin de 1993.

Hasta la aprobacin de la norma Peruana para el diseo de

estructuras de acero, los clculos se ejecutarn a base de la

norma Americana.

Los clculos y tablas que se presentan en este manual estn

determinados empleando el formato de esfuerzos permisible.


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6. Miembros en traccin

Los miembros en traccin son desde el punto de vista del

aprovechamiento del material altamente eficientes por estar

exentos de los problemas de pandeo.

Las Especificaciones para el diseo de miembros en traccin

se presentan en el Anexo A.

El acero ASTM A572 Grado 50 tiene un punto de fluencia

deFy= 3520 kg/cm2, para los perfiles angulares se tiene una

carga mxima admisible de:

Perfil Area (cm2) Carga admisible (kg)L2x3/16 4.61 9740

L2x1/4 6.05 12790L2.1/2x3/16 5.82 12300L2.1/2x1/4 7.68 16230L3x1/4 9.29 19640L3x5/16 11.48 24260


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Para el caso de miembros en traccin diseados con perfiles

angulares dobles de acero ASTM A36, estos pueden serreemplazados con perfiles angulares dobles ASTM A572

Grado 50 usando la misma longitud de alas pero con 1/16 de

reduccin en espesor. As se tiene:

Perfil A36 Perfil A572 G50 reduccin en peso2L2x2x1/4 2L2x2x3/16 23.9 %2L2.1/2x2.1/2x1/4 2L2.1/2x2.1/2x3/16 24.3 %

2L3x3x5/16 2L3x3x1/4 18.8 %

Sin embargo, la condicin de fractura en las conexiones debe

tambin ser controlada. Es as que, como ayuda al diseador

se presentan tablas que indican la correcta ejecucin de los

huecos en el caso de resolver conexiones mediante pernos y

valores de reas neta para conexiones de ngulos simples y

dobles con uno, dos y cuatro huecos.


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Tabla 3. GRAMIL RECOMENDADO PARA NGULOS

Perfil g d - g Perno mxmm mm

L3 x 3 x 5/16 40 35 3/4"

1/4 40 35 3/4"

L21/2 x 21/2 x 1/4 35 27 3/4"3/16 35 27 3/4"

L2 x 2 x 1/4 30 20 1/2"3/16 30 20 1/2"

DIMETRO DEL AGUJERO

Perno Dmm1/2"5/8"3/4"

151821

D

g

d


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Tabla 4. REAS NETAS PARA NGULOS EN cm2

Perfil ngulo simple un hueco ngulo simple 2 huecos ngulos dobles 2 huecos ngulos dobles 4 huecos

1/2" 5/8" 3/4" 1/2" 5/8" 3/4" 1/2" 5/8" 3/4" 1/2" 5/8" 3/4"

L3 x 3 x 5/16 10.29 10.06 9.82 9.10 8.63 8.15 20.59 20.11 19.63 18.21 17.25 16.301/4 8.34 8.15 7.96 7.39 7.00 6.62 16.68 16.29 15.91 14.77 14.01 13.25

L21/2 x 21/2 x 1/4 6.72 6.53 6.34 5.77 5.39 5.01 13.45 13.07 12.69 11.54 10.78 10.02

3/16 5.10 4.96 4.82 4.39 4.10 3.82 10.21 9.92 9.64 8.78 8.21 7.64

L2 x 2 x 1/4 5.10 -- -- 4.15 -- -- 10.20 -- -- 8.29 -- --3/16 3.90 -- -- 3.18 -- -- 7.80 -- -- 6.37 -- --


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7. Miembros en compresin

Las Especificaciones para el diseo de miembros en

compresin se presentan en el Anexo B.

Se presentan tablas para el uso de los perfiles angulares

simples y dobles bajo cargas de compresin.

Los valores de esfuerzo admisible para miembros encompresin con acero ASTM A572 Grado 50 se presenta en

la Tabla 5, teniendo en consideracin que 107 es el valor de

relacin de esbeltez que divide el rango inelstico al elstico

de pandeo; y de valor 1.0 como factor de reduccin de

esfuerzo por pandeo local.

Las propiedades flexotorsionales de ngulos simples se

proporcionan en la Tabla 6.


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Tabla 5. ESFUERZO ADMISIBLE DE COMPRESIN

Kl/r Fa Kl/r Fa Kl/r Fa Kl/r Fa Kl/r Fa1 2109 41 1810 81 1325 121 719 161 4062 2104 42 1800 82 1311 122 707 162 4013 2100 43 1790 83 1297 123 695 163 3964 2095 44 1780 84 1282 124 684 164 3915 2089 45 1769 85 1268 125 673 165 3866 2084 46 1759 86 1253 126 663 166 3827 2079 47 1748 87 1238 127 652 167 3778 2073 48 1737 88 1223 128 642 168 3739 2067 49 1727 89 1208 129 632 169 368

10 2061 50 1716 90 1193 130 623 170 36411 2055 51 1705 91 1178 131 613 171 36012 2049 52 1693 92 1163 132 604 172 35613 2042 53 1682 93 1147 133 595 173 35214 2036 54 1671 94 1132 134 586 174 34815 2029 55 1659 95 1116 135 577 175 34416 2022 56 1648 96 1100 136 569 176 34017 2016 57 1636 97 1084 137 561 177 33618 2008 58 1624 98 1068 138 552 178 33219 2001 59 1613 99 1052 139 545 179 328

20 1994 60 1601 100 1036 140 537 180 32521 1986 61 1588 101 1020 141 529 181 32122 1979 62 1576 102 1003 142 522 182 31823 1971 63 1564 103 987 143 515 183 31424 1963 64 1552 104 970 144 507 184 31125 1955 65 1539 105 953 145 500 185 30726 1947 66 1527 106 936 146 494 186 30427 1939 67 1514 107 919 147 487 187 30128 1930 68 1501 108 902 148 480 188 29829 1922 69 1488 109 886 149 474 189 29530 1913 70 1475 110 870 150 468 190 29131 1904 71 1462 111 854 151 461 191 28832 1895 72 1449 112 839 152 455 192 28533 1886 73 1436 113 824 153 449 193 28234 1877 74 1422 114 810 154 444 194 28035 1868 75 1409 115 796 155 438 195 27736 1859 76 1395 116 782 156 432 196 27437 1849 77 1381 117 769 157 427 197 27138 1840 78 1367 118 756 158 421 198 26839 1830 79 1354 119 743 159 416 199 26640 1820 80 1340 120 731 160 411 200 263


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Tabla 6. PROPIEDADES FLEXOTORSIONALES NGULO SIMPLE

Perfil Peso Area J xo ro rn rzkg/m cm2 cm4 cm cm cm cm

L3 x 3 x 5/16 9.080 11.48 2.41 2.54 4.17 2.95 1.501/4 7.290 9.29 1.25 2.59 4.22 2.98 1.50

L21/2 x 21/2 x 1/4 6.100 7.68 1.03 2.12 3.48 2.46 1.253/16 4.750 5.82 0.44 2.15 3.53 2.50 1.26

L2 x 2 x 1/4 4.750 6.05 0.81 1.70 2.77 1.95 0.993/16 3.631 4.61 0.35 1.70 2.79 1.98 1.00

YZN

X

N Z


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Carga admisible de compresin para ngulossimples ASTM A572 Grado 50

El caso de ngulos simples cargados concntricamente se

puede presentar en miembros de torres de transmisin o de

comunicaciones, es as que se presenta a continuacin una

tabla de la carga admisible de compresin para cada uno de

nuestros perfiles.

En los siguientes ejemplos se ilustra el empleo de la Tabla 7en casos prcticos:

EJEMPLO 1Para un ngulos de 2x2x1/4 hallar la carga admisible

sabiendo que el material es ASTM A572 Grado 50, si la

distancia entre los apoyos con extremo articulado es 100 cm.

De la Tabla 5:

A = 6.05 cm2

rz = 0.99 cm

Fy = 3520 kg/cm2

Solucin:Primero hallemos la relacin de esbeltez del ala

b/t= 5.08/0.635 = 8

Comparando este valor con el dado por la frmula para

ngulos simples:

Pa = ?

100 cm

SECCIN

Pa


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640/ 3520 = 10.8 > 8 Q= 1 (no existe pandeo local)

Calculemos ahora el esfuerzo admisible de compresin Fa,

sin considerar excentricidad para el pandeo flexional

alrededor de su eje principal menor:

Kl

rz

= 100/0.99 = 101

De la Tabla 6 se determina el esfuerzo admisible de

compresin paraFy= 3520 kg/cm2.

Fa= 1020 kg/cm2

Verificando la posibilidad de pandeo flexotorsional:

Kl

rmax

= 101 >

5 4. ( / )b t

Q=

5 4 8

1

. ( )= 43.2

El pandeo flexotorsional no controla.

Pa=FaA= 1020 (6.05) = 6170 kg.

Por otro lado, haciendo uso de la Tabla 7, interpolamos

valores entre longitudes efectivas de 90 y 120 cm:

7140100 90

120 904340 7140 6200+

=( ) kg.

La carga admisible para este ngulo de 90 cm es 6200 kg.


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EJEMPLO 2Un miembro de una columna de celosa est formado por un

ngulo de 3x3x5/16 y tiene una longitud libre en el sentidodel ejeXde 90 cm y de 45 cm en el sentido del eje Y. Hallar

la carga admisible. AceroFy= 3520 kg/cm2.

Solucin:

Dado que todos los miembros se consideran articulado-

articulado, K =1. Las relaciones de esbeltez alrededor de

cada eje son:

Kl

r

x

x

=

=1 90

2 34385

..

Kl

r

y

y =

=1 45

2 34 19 2. .

Kl

r

z

z

=

=1 90

15060

. pandear alrededor del ejeZ.

En realidad, los ngulos simples siempre pandearn alrededor

del eje Z (eje dbil); de la Tabla 7 se tiene:

La carga admisible es 18310 kg (Kl= 90 cm).

De la Tabla 1:

A = 11.48 cm2

rx = ry= 2.34 cm4

rz = 1.50 cm

seccin

lx

ly

y x


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Tabla 7. CARGA ADMISIBLE DE COMPRESIN EN kg

Perfil L2"x2" L21/2"x2.1/2" L3"x3"l 1/4" 3/16" 1/4" 3/16" 5/16" 1/4"

0 10370 7490 12660 8740 19100 14540

30 10320 7460 12620 8710 19060 1451060 9620 7340 12500 8630 18950 1442090 7140 5490 11070 7760 18310 14220120 4340 3360 8390 5920 15330 11900

150 2780 2150 5560 3940 11860 9210180 3860 2740 8360 6490210 2840 2010 6140 4770240 4700 3650270 3450 2680

Z N

NZ


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Carga admisible de compresin para ngulosdobles ASTM A572 Grado 50

El caso de ngulos dobles se presenta frecuentemente

formando parte de vigas de celosa en estructuras de

cubierta, as como tambin forman parte de armaduras y

prticos de celosa. En los siguientes ejemplos se ilustra el

empleo de las Tablas 8 y 9:

EJEMPLO 3En la viga mostrada, determinar la carga admisible de la

brida superior sometida a esfuerzos de compresin.

Usar 2 L331/4 ASTM A572 Grado 50.

Solucin:

En este caso, las longitudes de pandeo alrededor de los ejes

Xe Yson diferentes, as se tiene:

Klx= 150 cm, Kly= 300 cm

Carga admisible de compresin (Klx, Tabla 8) = 27700 kg

Carga admisible de compresin (Kly, Tabla 9) = 21400 kg

La carga admisible de 2 L331/4 para las condicionespresentadas es de 21400 kg.

300cm

300cmcorrea

brida sup.

seccin debrida superior


33/64

EJEMPLO 4Sobre la montante mostrada acta una carga de servicio de

16000 kg (compresin). Determinar la solucin ptima enngulos dobles. ASTM A572 Grado 50.

Solucin:

Como el criterio de optimizacin se considera el peso

mnimo, segn la Tabla 2, los perfiles formados por ngulos

dobles estn ordenados, del ms liviano al ms pesado:

1) 2 L223/16 4) 2 L2.1/22.1/21/42) 2 L2.1/22.1/23/16 5) 2 L331/43) 2 L221/4 6) 2 L335/16

ComoKlx=Kly= 120 cm, se tiene que verificar por pandeoalrededor del ejeXe Ypara seleccionar los ngulos solucin:

Por pandeo alrededor del ejeX, de la Tabla 8, se tienen

2L2.1/22.1/23/16 cumplen conPa= 17300 kg >16000 kg.

Sin embargo, por pandeo alrededor del eje Y(de la Tabla 9),

este perfil slo soporta 15900 kg < 16000 kg.

Entonces, elegimos el perfil inmediato superior en peso,2 L221/4 y se tiene de las Tablas 8 y 9, respectivamente:

Pandeo alrededor del ejeX(Tabla 8): 16400 kg

Pandeo alrededor del eje Y (Tabla 9): 20500 kg

La solucin es 2 L221/4 que para las condicionesplanteadas tiene carga admisible de 16400 kg > 16000 kg.

120cm


34/64

Tabla 8. CARGA ADMISIBLE DE COMPRESIN EN TONELADASLONGITUD EFECTIVA ALREDEDOR DEL EJE X-X

Perfil L2"x2" L2.1/2"x2.1/2" L3"x3"

l 1/4" 3/16" 1/4" 3/16" 5/16" 1/4"Fy 36 50 36 50 36 50 36 50 36 50 36 500 18.6 25.5 14.1 19.5 23.2 32.3 17.3 22.7 35.0 48.6 28.2 37.7

60 16.4 22.3 12.7 16.8 21.4 29.1 15.9 20.5 32.7 44.5 26.4 35.090 15.0 19.5 11.4 15.0 20.0 26.8 15.0 19.1 30.9 41.4 25.0 32.7120 13.2 16.4 10.0 12.7 18.6 24.1 14.1 17.3 29.1 38.6 23.6 30.5150 11.4 12.7 8.6 10.0 16.8 20.9 12.7 15.0 27.3 35.5 22.3 27.7180 9.1 9.1 6.8 7.3 15.0 17.3 11.4 12.7 25.0 31.4 20.5 25.0

210 6.8 6.8 5.5 5.5 12.7 13.6 9.5 10.5 22.7 26.8 18.6 21.8240 5.0 5.0 4.1 4.1 10.5 10.5 8.2 8.2 20.0 22.3 16.4 18.2270 4.1 4.1 3.2 3.2 8.2 8.2 6.4 6.4 17.3 17.7 14.1 14.5

300 3.2 3.2 2.7 2.7 6.8 6.8 5.0 5.0 14.1 14.1 11.8 11.8330 5.5 5.5 4.1 4.1 11.8 11.8 9.5 9.5360 4.5 4.5 3.6 3.6 10.0 10.0 8.2 8.2

390 8.6 8.6 6.8 6.8420 7.3 7.3 5.9 5.9450 6.4 6.4 5.0 5.0

XX

3/8


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Perfil L2"x2" L2.1/2"x2.1/2" L3"x3"l 1/4" 3/16" 1/4" 3/16" 5/16" 1/4"

Fy 36 50 36 50 36 50 36 50 36 50 36 50

0 18.6 25.5 14.1 19.5 23.2 32.3 17.3 22.7 35.0 48.6 28.2 37.760 15.9 21.4 11.4 15.0 19.5 25.9 13.2 16.4 29.5 39.5 22.7 28.690 15.9 21.4 11.4 15.0 19.5 25.5 13.2 15.9 29.1 39.1 22.3 28.2120 15.5 20.5 11.4 14.5 19.1 25.0 13.2 15.9 29.1 38.6 22.3 28.2150 14.5 18.6 10.9 13.6 18.6 24.5 12.7 15.5 28.6 37.7 21.8 27.7180 13.6 16.8 10.0 12.3 18.2 23.2 12.7 15.0 28.2 36.8 21.8 27.3

210 12.3 15.0 9.1 10.9 17.3 21.4 12.3 14.5 26.8 34.5 20.9 25.9240 11.4 12.7 8.2 9.5 15.9 19.5 11.4 13.2 25.9 32.7 20.5 25.0270 10.0 10.5 7.3 7.7 15.0 17.3 10.5 11.8 24.5 30.0 19.1 23.2300 8.6 8.6 6.4 6.4 13.6 15.0 10.0 10.5 23.2 27.7 18.2 21.4330 7.3 7.3 5.0 5.0 12.3 12.7 8.6 9.1 21.4 24.5 16.8 19.1360 5.9 5.9 4.5 4.5 10.5 10.5 7.7 7.7 20.0 21.8 15.9 16.8

390 5.0 5.0 3.6 3.6 9.1 9.1 6.8 6.8 18.2 19.1 14.1 14.5420 4.5 4.5 3.2 3.2 7.7 7.7 5.9 5.9 16.4 16.4 12.7 12.7450 3.6 3.6 2.7 2.7 6.8 6.8 5.0 5.0 14.5 14.5 11.4 11.4480 3.2 3.2 2.3 2.3 5.9 5.9 4.5 4.5 12.7 12.7 10.0 10.0540 5.0 5.0 3.6 3.6 10.0 10.0 7.7 7.7600 8.2 8.2 6.4 6.4

3/8

Y

Tabla 9. CARGA ADMISIBLE DE COMPRESIN EN TONELADAS LONGITUD EFECTIVA ALREDEDOR DEL EJE Y-Y


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Tabla 10. CARGA ADMISIBLE DE COMPRESINCOLUMNAS SIMPLEX (en toneladas)

Designacin L2"x2"x3/16" L3"x3"x5/16"Lado B (cm) 15 20 22 25 35 40Barra (mm) 12 12 12 12 25 25paso (cm) 15 20 22 25 35 40

0 40.3 40.3 40.3 40.3 96.5 96.560 39.3 39.6 39.7 39.8 95.7 95.890 38.8 39.2 39.4 39.5 95.3 95.5120 38.1 38.8 39.0 39.2 94.8 95.0150 37.4 38.4 38.6 38.9 94.3 94.5180 36.7 37.9 38.2 38.5 93.7 94.2

210 35.9 37.4 37.8 38.2 93.2 93.7240 35.1 36.9 37.3 37.8 92.6 93.2

270 34.2 36.3 36.8 37.4 92.0 92.7300 33.2 35.7 36.3 37.0 91.4 92.2

330 32.2 35.1 35.8 36.6 90.7 91.1360 31.2 34.5 35.3 36.1 90.0 91.1390 30.1 33.8 34.7 35.7 89.3 90.6420 29.0 33.2 34.1 35.2 88.6 90.0450 27.8 32.4 33.5 34.7 87.9 89.4

B

B


37/64

8. Miembros en flexin

El uso de perfiles angulares individuales o compuestos como

miembros en flexin no es comn porque la experiencia ha

demostrado que la flecha, ms que la resistencia controla su

comportamiento.

El uso ms extendido de los perfiles angulares es como

miembros de celosas que pueden competir ventajosamentecon otros perfiles de acero y vigas de concreto armado.

Una celosa adecuadamente proyectada es siempre ms

liviana que una viga de alma llena. Si bien el aspecto esttico

puede ser una desventaja, tambin puede representar una

ventaja por la facilidad al paso de ductos y servicios de una

edificacin.

A continuacin se proporcionan las tablas de miembros en

flexin para correas y vigas formadas con perfiles angulares

en las bridas y barras en diagonal a 45 conformando la

celosa.


38/64

Tabla 11CORREAS SIMPLEXCARGA UNIFORME ADMISIBLE(en toneladas)

Designacin L2"x2"x3/16"H en cm 16 18 20 24

Barra en mm 16 20 20 20100 3.64 4.24 4.84 4.86150 3.63 4.23 4.85 4.86200 3.64 4.24 4.84 4.86250 3.48 4.03 4.55 4.65300 2.91 3.33 3.78 4.20350 2.49 2.87 3.22 3.96400 2.16 2.48 2.84 3.48

450 1.94 2.21 2.52 3.06500 1.70 2.00 2.25 2.75550 1.54 1.82 2.04 2.53600 1.44 1.62 1.86 2.28650 1.30 1.50 1.69 2.15

* correas con soporte lateral, paso = H.

paso

H

2*paso SECCIN


39/64

Tabla 12VIGAS SIMPLEXCARGA UNIFORME ADMISIBLE(en toneladas)

Designacin L2"x2"x3/16"H en cm 16 18 20 22

Barra en mm 20 25 25 25250 6.55 7.45 7.53 8.35300 6.54 7.44 7.53 8.37350 6.55 7.46 7.53 8.37400 6.00 6.84 7.52 8.36450 5.31 6.08 6.84 7.56500 4.80 5.45 6.15 6.80550 4.35 4.95 5.56 6.05

600 3.96 4.56 5.10 5.64650 3.71 4.16 4.68 5.20700 3.43 3.85 4.34 4.83750 3.15 3.60 4.05 4.50800 2.96 3.36 3.84 4.24

* vigas con soporte lateral, paso = H.

paso

H

2*paso SECCIN


40/64


41/64

9. Procedimiento de soldadura

Las consideraciones generales para lograr una buena

soldadura de ngulos de acero ASTM A572 Grado 50,

radica principalmente en el material de aporte, as:

Para todo tipo de soldadura emplear electrodos AWSE7018

*, inclusive en los apuntalados.

Los electrodos pueden emplearse en toda posicin. Sinembargo, el dimetro de los electrodos a emplear vara

de acuerdo a la posicin de soldadura:

posicin de soldadura dimetro de electrodoplanahorizontal

2.5 mm (3/32)

vertical ascendentesobrecabeza

3.25 mm (1/8)

Emplear slo electrodos secos. (ver recomendacionesadjuntas sobre Mantenimiento de Electrodos).

Soldar a temperatura ambiente, sin precalentamiento.

Amperajes recomendados:

dimetro de electrodo amperaje2.5 mm (3/32) 60 - 85 amp.

3.25 mm (1/8) 90 -120 amp.

*OERLIKON-Supercito o similar.


42/64

De preferencia usar corriente continua con el electrodo alpolo positivo (polaridad invertida).

Seguir las recomendaciones sobre los Tipos msfrecuentes de Juntas presentadas en este manual.

Mantener arco corto.

Para estas juntas no es necesario el tratamiento trmico dealivio de tensiones.

Tipos ms frecuentes de Juntas

La finalidad de preparar adecuadamente las junta es asegurar

la calidad de la unin soldada. A continuacin se muestran

ejemplos de tipos ms frecuentes de juntas entre perfiles

angulares empleando cartelas.

soldaduraa tope

soldadurade filete

soldadurade filetepor ambascaras de laplancha


43/64

Junta a tope

Requiere fusin completa y total. Soldar de preferencia en posicin plana.

Prestar atencin en la preparacin de la junta. Laseparacin de los bordes depende del espesor de los lados

de los ngulos a soldar.

Pases

apropiados

t del

ngulo

preparacin

de juntagrfico

2 - 3 3/16

1/4

a tope, sinpreparacin

de borde

3 - 4 5/16 V simple,ngulo deranura 60

3/32 mx

3/32-1/8

Se sugiere iniciar la soldadura por la parte interna delngulo. Luego, antes de aplicar la soldadura por la parte

externa, biselar el reverso de la soldadura (raz) hasta

encontrar el metal limpio (sin escorias u otros defectos).

Terminar la soldadura tratando de dejar un cordn

uniforme con un refuerzo mximo de 1/8.

Para biselar, emplear medios mecnicos (esmeril). No

emplear electrodos para el biselado.

1/16 mx

3/32-1/8"


44/64

Junta de filete

Emplear electrodos de 2.5 mm (3/32) en posicionesvertical ascendente y sobrecabeza (posiciones forzadas),

asegurndose en estas posiciones el lograr buena fusin.

Emplear siempre arco corto.

El tamao mximo de filete est de acuerdo al espesor delngulo. As se tiene:

Inspeccin Visual

Toda soldadura debe ser inspeccionada visualmente y para

ser aceptada debe satisfacer las siguientes condiciones:

La soldadura no debe tener grietas. Debe existir fusin total entre las capas adyacentes del

material de aporte y entre el material de aporte con elmaterial base.

Todos los crteres deben ser rellenados para conseguiruna seccin completa de soldadura, exceptuando en los

extremos de soldadura intermitente fuera de la longitud

efectiva de soldadura.

t 1/4 t > 1/4 1/16


45/64

Procedimiento

Soldar encuentros de ngulos a travs de cartelas.

Soldar la cartela al perfil preparando los bordes a unirsegn las recomendaciones para juntas a tope. Emplear

electrodos E7018 de 3/32 1/8 de dimetro.

Seguir la secuencia indicada para soldar los ngulos(soldadura de filete) a la cartela.

El final del cordn debe quedar situado al extremo delngulo. Rellenar el crter final.


46/64

Mantenimiento de Electrodos

Los electrodos debern suministrarse siempre en envasemetlico para que garantice su hermeticidad.

Los electrodos pueden conservarse indefinidamentedentro de su envase metlico siempre y cuando este no se

dae y las condiciones de almacenamiento sean las

adecuadas (ambiente seco).

No abrir las latas hasta que se proceda a su empleo.

Los electrodos, una vez extrados de la lata deben sercolocados de inmediato en un horno de mantenimiento.

No se recomienda el almacenamiento al aire libre. La

temperatura del horno debe encontrarse en el rango de

100 a 120C. El horno debe encontrarse operativo las 24

horas. El tiempo de permanencia del electrodo a esa

temperatura puede ser indefinido y un incremento de

temperatura hasta de 30C por encima del intervalo no

daa los componentes del electrodo.

En condiciones de alta humedad ambiental el traslado delos electrodos al lugar de trabajo se debe realizar en

hornos porttiles. Estos termos deben tener capacidad

para almacenar hasta 5 kg. de electrodos. La temperatura

de los termos debe ser de por lo menos 80C. Se puede

verificar ello haciendo contacto con un lpiz trmico de la

temperatura indicada en la colilla del electrodo.

Evitar todo tipo de contaminacin del electrodo: grasa,aceite, agua de lluvia, etc. En todos estos casos el

producto debe ser desechado.


47/64

10. Proteccin

El acero, excepto el inoxidable, desprovisto de proteccin,

est sujeto a la corrosin, tanto en la atmsfera, as como en

el agua o en el suelo.

La corrosin, en su estado inicial, constituye un problema

meramente esttico que puede transformarse en un problema

de resistencia y estabilidad en estados avanzados de

destruccin del acero, cuando se debilita la seccin por laprdida caracterstica del material.

Tabla 13. Influencia del medio ambiente en la prdida deespesor de los perfiles

Atmsfera caractersticas Prdida anual (m*)

rural

urbana

industrial

marina

que no presenta contami-nantes dignos de mencin.

Dixido de azufre y otroscontaminantes en zonasdensamente pobladas sinmayor concentracin deindustrias.

Cargadas altamente condixido de azufre y otroscontaminantes.

en la que predomina lacontaminacin con cloruros.

5-70

30-80

40-170

60-250

en aceros de baja aleacin, expuestos sin proteccin alguna.* 1 m = 0.001 mm.


48/64

Preparacin de las superficies

- Mtodos mecnicos manuales con cepillo y martilleo(SP2), o mecanizados con cepillos y esmeriles (SP3),

complementando la limpieza en cada caso con un barrido

soplado de aire comprimido seco.

- Chorro de arena: por el efecto abrasivo de los granos

duros y de cantos vivos de una arena de cuarzo, lanzada

con ayuda de aire comprimido contra las superficies. Sediferencia la presentacin de la superficie de acuerdo al

grado de limpieza logrado:

SP5 metal blanco,

SP6 metal comercial,

SP10 metal semiblanco.

La rugosidad promedio terminado el proceso de

chorreado se fija de 6 a 12.5 m. No se dejar pasar untiempo mayor de 20 minutos entre la preparacin de la

superficie y la aplicacin del recubrimiento.

- Granallado: limpieza por el efecto abrasivo de granos

esfricos, metlicos, lanzados a altsima velocidad por un

eyector sobre las superficies. Se distinguen los diferentesgrados de limpieza igual al chorro de arena.

- Limpieza trmica: (SP4) mediante la irradiacin de llamas

de acetileno sobre las superficies, se sueltan y se queman

las impurezas. Seguidamente, se cepilla o se frota la

superficie mecnicamente. La primera mano de pintura se

aplica sobre las superficies an calientes.


49/64

Materiales de recubrimiento

Se aplican recubrimientos protectores sobre las superficies:pinturas, recubrimientos metlicos u otros, orgnicos e

inorgnicos. El efecto del recubrimiento es doble:

a) efecto pasivador, que impide la formacin de xido sobre

la superficie de acero.

b) efecto protector contra el ataque de la atmsfera(respectivamente el suelo o el agua).

Pinturas

Estn constituidas generalmente por pigmentos, aglutinantes

y solventes. Para poder cumplir su funcin protectora, se

aplican generalmente como fondos anticorrosivos y

acabados. Su aplicacin debe ser continua y uniforme, sin

dejar lagunas, poros o fisuras, pues por stas penetra el

oxgeno hasta el acero y empieza la formacin del xido que

progresa rpidamente, haciendo desprender el recubrimiento.

Fondos anticorrosivos: se les exige capacidad de penetracin

y adherencia, as como buen efecto pasivador. Los ms

comunes son el minio de plomo, cianuro de plomo, polvo dezinc metlico, etc. El espesor debe medir entre 40 a 80 m.

Capas de acabado: Protegen al fondo anticorrosivo y son

resistentes al agua, efectos qumicos, etc. Se tiene a

disposicin una gama muy amplia a base de esmaltes,

barnices, resinas epxicas, silicatos, etc. Se aplican espesores

de 30 a 80 m, dependiendo de la agresividad del medio.


50/64

El espesor total medido en seco (fondos y acabados) de

pinturas aplicadas a estructuras, dependiendo del medio en

que se ubican suelen ser:

Tipo de exposicin espesor totalen atmsfera ruralen atmsfera urbanaen atmsfera industrialen atmsfera marina

140 m180 m180-220 m200 m

Recubrimientos metlicos

La proteccin anticorrosiva por medio de un recubrimiento

metlico, generalmente zinc, constituye un sistema de

proteccin muy eficaz pero de sacrificio, pues el metal activo

que se combina con el oxgeno que lo ataca formando

compuestos, se va consumiendo lentamente en funcin a laagresividad del medio, hasta dejar al acero indefenso frente a

ese medio.

Prdidas anuales por corrosin de la capa de zinc

Tipo de exposicin Desgaste anual en mvalores extremos valores promedio

en atmsfera ruralen atmsfera urbanaen atmsfera industrialen atmsfera marina

1.3 - 2.51.9 - 5.26.4 - 13.82.2 - 10.0

1.93.510.16.1


51/64

Anexo AEspecificaciones para miembros en traccin

Introduccin

Los miembros en traccin son -desde el punto de vista del

aprovechamiento de las secciones de acero- altamente

eficaces por estar exentos de los problemas de pandeo.

Criterios de diseo

El procedimiento de diseo de ngulos como miembros en

traccin consiste esencialmente en seleccionar el rea mnima

necesaria para resistir las cargas y verificar que la seccin

escogida no exceda la relacin de esbeltez mxima

recomendada.

Estados lmite

La carga axial resistente de un ngulo en traccin ser el

menor valor que se obtenga de aplicar los siguientes

criterios.

1. Fluencia en la seccin total

P=FtAe=FtCtA

2. Fractura en la seccin neta efectiva

P=FtAe=FtCtAn


52/64

En las frmulas anteriores:

A rea de la seccin total transversal del nguloAe rea neta efectiva de la seccin transversal del ngulo

An rea neta de la seccin transversal del ngulo

Ct factor de reduccin del rea total o neta

Ft esfuerzo admisible en traccin axial

Ft= 0.60Fyen la seccin total

Ft= 0.50Fuen la seccin neta efectiva

Fu resistencia mnima de agotamiento en traccinespecificada para el tipo de acero utilizado

Fy traccin de fluencia mnima especificada para el tipo

de acero utilizado

P carga axial admisible en traccin

Area total, A

El rea de la seccin total transversal en un punto cualquiera

de un miembro se determina sumando las reas obtenidas al

multiplicar el espesor y el ancho total de cada uno de los

elementos componentes, debindose medir los anchos

perpendicularmente el eje del miembro. El ancho total es

igual a la suma de los anchos de los dos lados menos el

espesor.

Area neta, An

El rea de la seccin neta se determina al sustituir el ancho

total por el ancho neto. En el caso de una sucesin de

agujeros que se extiende a travs de una parte del miembro


53/64

segn una lnea cualquiera diagonal o en zigzag, el ancho

neto de esa parte se obtendr al restar del ancho total la

suma de los dimetros de todos los agujeros en la sucesinconsiderada y aadir, para cada espacio entre los agujeros de

la sucesin, la cantidads2/4g, es decir:

bn= b- d+ (s2/4g)

donde

b ancho total de la seccin consideradabn ancho neto de la seccin considerada

d dimetro de los agujeros en la sucesin considerada.

Para los efectos de la frmula se considerarn 2 mm

mayores que la dimensin nominal del agujero,

medida perpendicularmente a la direccin de la

traccin aplicada.

G separacin transversal (medida perpendicularmente al

eje del miembro) entre dos agujeros consecutivos

cualesquiera; se acostumbra denominarla gramil.

s separacin longitudinal (paralelamente al eje) entre

los mismos dos agujeros; se acostumbra denominarla

paso.

El rea correspondiente a la seccin neta crtica de la parte

considerada se obtiene de la sucesin de agujeros queproduzca el menor ancho neto; pero el rea neta en una

seccin donde existe uno o ms agujeros no se tomar en

ningn caso mayor de 85% del rea de la seccin total.

An max= bnt0.85A


54/64

Area neta efectiva, Ae

El rea neta efectiva se obtiene al multiplicar el rea total o elrea neta por el factor de reduccin Cty cuyos valores son

los siguientes:

1. En uniones empernadas,Ae= CtAn

Si los dos lados del ngulo estn conectados mediante

pernos para transmitir las cargas, Ct= 1.00

Si slo existe unin en uno de los lados y se disponen al

menos tres pernos por lnea en la direccin de la carga,

Ct= 0.85.

y cuando se disponen slo dos pernos, Ct= 0.75.

2. En uniones soldadas,Ae= CtA

Cuando la carga se transmite mediante soldadurastransversales dispuestas en algunos elementos de la

seccin transversal, Ae ser el rea de los elementos

directamente conectados.

Cuando la carga se transmite a una plancha a travs de

soldaduras longitudinales dispuestas a ambos lados del

ngulo, con una longitud no menor al ancho w del perfil,

Cttomar los siguientes valores:

Cuando l > 2w Ct= 1.00

Cuando 2w> l > 1.5w Ct= 0.90

Cuando 1.5w> l > w Ct= 0.75

donde

l longitud de la soldadura

w ancho del perfil o distancia entre las soldaduras


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Relaciones de esbeltez

El concepto de relacin de esbeltez es muy importante en los

miembros comprimidos, pero en los miembros en traccin se

recomiendan valores mximos para evitar o reducir los

movimientos y vibraciones indeseables y para suministrar una

cierta rigidez a los efectos de fabricacin, transporte y

montaje (estado lmite de servicio). La relacin de esbeltez

en miembros en traccin se define el cociente de su longitudentre su menor radio de giro, l/r. Los valores mximos

recomendados son los siguientes:

Miembros principales l/r240Miembros que no soportan cargas l/r300


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Anexo BEspecificaciones para miembros en compresin

Introduccin

Los ngulos estructurales empleados como miembros en

torres de transmisin y vigas de celosa o como

arriostramientos que suministran soporte lateral a vigas y

columnas son algunos ejemplos de miembros solicitados porfuerzas de compresin. En la figura se muestran algunas

secciones de miembros en compresin.

Figura B.1 Angulos como miembros en compresin

seccin seccin a-a

a

a

seccin b-b

b

b

seccin c-c

seccin d-d

c

c

d

d

seccin e-e

seccin f-f

e2e1

f2f1

1 2

1 2


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Criterios de diseo

Dependiendo de la seccin transversal y la longitud efectiva,los miembros comprimidos formados por perfiles angulares

pueden fallar por:

Pandeo flexional alrededor del eje con mayor relacin deesbeltez.

Pandeo local de sus alas

Pandeo torsional alrededor de su centro de corte Pandeo flexotorsional alrededor de su eje de simetra

Pandeo flexional

En la figura se muestra el radio de giro que controla el

pandeo flexional del miembro cuando las longitudes entrearriostramientos son las mismas para los ejesxey.

Figura B.2 Radio de giro de secciones tpicas

ZN

XX

Z N


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El esfuerzo admisible en la seccin total de los miembros

comprimidos axialmente ser:

a) CuandoKl/rc

Fa=

( )

( )

QKl r

F

Kl r kl r

c

y

c c

12

5

3

3

8 8

2

2

3

3

+

/

/ /

b) CuandoKl/r> c

Fa=( )

12

23

2

2

E

Kl r/

En ambas frmulas, ces la relacin de esbeltez de columnasque separa el pandeo elstico del inelstico, la cual se

establece como

c=2 2 EQ Fy

Donde Q se denomina factor de reduccin del esfuerzo

admisible por pandeo local de planchas, valor que

definiremos a continuacin.


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Pandeo local

En la siguiente figura se indica cmo se mide en loselementos la relacin ancho/espesor, b/t.

Figura B.3 Determinacin de la esbeltez local b/t

Cuando se superan los valores lmites de b/t es necesario

incorporar el factor de reduccin Qque reducir el esfuerzo

admisible de compresin.

Para los perfiles angulares, los valores lmite de b/tpara los

cuales Q= 1.0 son los siguientes:

En ngulos simples y en ngulos dobles con separadores:640/ Fy

En ngulos dobles en contacto: 800/ Fy

t t

b

tb

t

bb


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Cuando se excedan estos valores lmite, se calcula Q para

perfiles angulares sencillos como se indica a continuacin:

Para 650/ Fy < b/t


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transversal y de la longitud efectiva del miembro. La

capacidad admisible de carga axial ser entonces el menor

valor que se obtenga al determinar las siguientes cargas:

Para perfiles L:Pandeo flexional alrededor del ejez

Pandeo flexotorsional alrededor del eje n

Para perfiles TL:

Pandeo flexional alrededor del ejexPandeo flexotorsional alrededor del ejey

Figura B.4 Ejes de simetra que controlan el pandeoflexotorsional

En el caso de las secciones TL, tambin se deber revisar laresistencia individual del perfil Lconstituyente para lo cual lalongitud a considerar ser la correspondiente entre los

arriostramientos (enlaces) que impidan el giro de la seccin.

El esfuerzo admisible cuando ocurre pandeo flexotorsional se

calculan con las siguientes expresiones:

Y

Y

X X

Z

Z

N

N


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CuandoFe> 0.5Fy

Fa= 0522 7 67

2

. .F

F

Fyy

e

CuandoFe0.5Fy

Fa= 0.522Fe

donde

( )F F F F F F Fe ew ej ew ej ew ej= + +

1

24

2

( )F

E

Kl rew=

22

/

FG J

A rej

o

= 2

=

1

2x

r

o

o

Para ngulos de lados iguales, el pandeo flexotorsional no

controla si:

Kl

r

b t

Qmax

>

54. ( / )


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