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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
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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
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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
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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
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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.
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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
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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
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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.
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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
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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"
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
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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
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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
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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
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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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CORPORACION ACEROS AREQUIPA S.A.
Calidad Internacional en sus dos PlantasPlanta N 1 AREQUIPA
Certificado N 33215
Planta N 2 PISCO
Certificado N 32450