Especificación ANSI/AISC 360-10 para Construcciones de Acero versión en español Basado en la publicación “Specification for Structural Steel Buildings” (estándar nacional estadounidense ANSI/AISC 360-10) editado por la American Institute of Steel Construction (AISC) Benjamín 2944, 5° Piso Las Condes Santiago de Chile La información presentada en esta publicación ha sido preparada de acuerdo con principios de inge- niería reconocidos y es solamente para información general. Mientras que se considera exacta, esta información no debe ser usada o tenida en cuenta para un uso determinado sin el examen profesional competente y verificación de su exactitud, adecuación y aplicabilidad por parte de un profesional inge- niero, diseñador o arquitecto debidamente certificado. El material que contiene esta publicación no otorga representación o garantía por parte del American Institute of Steel Construction (AISC) y la Asociación Latinoamericana del Acero (Alacero) o cualquier otra persona mencionada, respecto a que esta información es adecuada para cualquier uso general o particular o que da libertad para la infracción de patentes. Cualquier persona utilizando esta informa- ción asumirá toda la responsabilidad derivada de su uso. Se debe tener cuidado cuando se mencionan otras especificaciones y códigos desarrollados por otras entidades que han sido incorporados como referencia en este documento, debido a que tales materiales puedan ser modificados o enmendados incluso en más de una vez en forma posterior a la impresión de esta edición. Las instituciones mencionadas no tienen responsabilidad por ese material más que su refe- rencia y su incorporación en ese carácter al momento inicial de la versión original Proyecto Editorial Asociación Latinoamericana del Acero Autor y traductor Ing. Carlos Aguirre Ahumada Revisión Ing. Arnaldo Gutiérrez Diagramación versión | Santiago de Chile Derechos Reservados por: Asociación Latinoamericana del Acero (Alacero) Email: [email protected] Web: www.alacaro.org ISBN N°: 978-956-8181-12-3 Queda rigurosamente prohibida, sin la autorización escrita de la Asociación Latinoamericana del Acero (Alacero), bajo las sanciones establecidas por las leyes, la reproducción total o parcial de esta obra, por cualquier medio o procedimiento incluidos la reprografía y el tratamiento informático, así como la dis- tribución de ejemplares de la misma mediante alquiler o préstamos públicos. AISC © 2010 By American Institute of Steel Construction All rights reserved. This book or any part thereof must not be reproduced in any form without the written permission of the publisher. | 3 PREFACIO La Especificación está basada en el uso pasado exitoso, avances en el estado del conocimiento y cambios en la práctica de diseño, La “Specification for Structural Steel Buildings” del Ame- rican Institute of Steel Construction (AISC) provee un tratamiento integrado de los métodos de Diseño por Tensiones Admisibles y del Diseño por Factores de Carga y Resistencia (LFRD) y reemplaza anteriores especificaciones. Como se indica en el capítulo B de la Especificación, los diseños pueden hacerse con las provisiones de cualquiera de esos 2 métodos de diseño. La especificación ha sido desarrollada como un documento de consenso para proveer una práctica uniforme en el diseño de edificios de acero estructural y otras estructuras. El propósito es proveer criterios de diseño para el uso en casos de rutina y no provee criterios específicos para problemas encontrados en forma infrecuente, los cuales aparecen teniendo en cuenta el rango amplio del diseño estructural. La Especificación es el resultado de las deliberaciones de consenso de un comité de inge- nieros estructurales con una amplia experiencia y alto nivel profesional, representando una amplia distribución geográfica a lo largo de los Estados Unidos de América. El comité incluye aproximadamente una cantidad igual de ingenieros en la práctica privada y en organismos re- gulatorios, ingenieros dedicados a la investigación y la enseñanza e ingenieros empleados por las compañías productoras de acero y fabricantes de estructuras. La contribución y asistencia de más de 50 voluntarios adicionales en más de 10 comités de tareas debe ser reconocido. Ver detalle en: http://www.aisc.org/WorkArea/showcontent.aspx?id=26516 Los Símbolos, Glosario y Apéndices de la Especificación son una parte integral de la especifi- cación. Un Comentario no obligatorio ha sido preparado para proveer de base de referencia para las provisiones de la Especificación, siendo el usuario alentado a su uso. Adicionalmente Notas para el Usuario no obligatorias se incluyen en determinadas secciones de las Especifica- ciones para proveer una guía práctica y concisa al uso de las provisiones. El lector es alertado que el juicio profesional debe ser ejercido cuando los datos y recomenda- ciones de esta especificación son usados (Ver nota de advertencia al principio de esta edición). | 4 TABLA DE CONTENIDOS SIMBOLOGÍA ......................................................................................................................... 28 GLOSARIO ............................................................................................................................ 45 ESPECIFICACIÓN CAPÍTULO A. DISPOSICIONES GENERALES .............................................................. 64 A1. Alcance ...................................................................................................................... 64 1. Aplicaciones Sismorresistentes ....................................................................... 65 2. Aplicaciones Nucleares .................................................................................... 65 A2. Referencias: especificaciones, códigos y estándares de diseño ............................ 65 A3. Material ..................................................................................................................... 69 1. Materiales para Acero Estructural ................................................................. 69 1a. Designaciones ASTM....................................................................................... 69 1b. Acero No Identificado ..................................................................................... 71 1c. Perfiles Laminados Pesados ............................................................................ 71 1d. Perfiles Fabricados Pesados ............................................................................. 71 2. Aceros Fundidos y Forjados ............................................................................ 72 3. Pernos, golillas y tuercas .................................................................................. 72 4. Barras de Anclaje y Barras con Hilo ............................................................. 73 5. Insumos para Soldaduras ................................................................................ 73 6. Conectores de Corte Embebidos .................................................................... 74 A4. Planos de diseño y especificaciones para estructuras ............................................ 74 CAPÍTULO B. REQUISITOS DE DISEÑO ....................................................................... 75 B1. Disposiciones generales ........................................................................................... 75 B2. Cargas y combinaciones de cargas .......................................................................... 75 B3. Base de diseño........................................................................................................... 75 1. Resistencia Requerida ..................................................................................... 76 2. Estados Límites ................................................................................................ 76 3. Diseño por Resistencia Usando Diseño en Base a Factores de Carga y Resistencia (LRFD) .................................................. 76 4. Diseño por Resistencia Usando Diseño en Base a Resistencias Admisibles (ASD) .................................................................... 77 5. Diseño por Estabilidad .................................................................................... 77 6. Diseño de Conexiones...................................................................................... 77 Tabla de contenidos | 5 6a. Conexiones Simples.......................................................................................... 77 6b. Conexiones de Momento ................................................................................. 77 7. Redistribución de momento en vigas.............................................................. 78 8. Diafragmas y colectores ................................................................................... 78 9. Diseño para Condiciones de Servicio ............................................................. 78 10. Diseño para prevenir la Acumulación de Agua ............................................ 79 11. Diseño a Fatiga ................................................................................................. 79 12. Diseño para Condiciones de Incendio ........................................................... 79 13. Diseño para Efectos de la Corrosión .............................................................. 79 14. Anclaje al hormigón ......................................................................................... 79 B4. Propiedades de los miembros .................................................................................. 80 1. Clasificación de las secciones según pandeo local ......................................... 80 1a. Elementos No Atiesados ................................................................................. 80 1b. Elementos Atiesados ........................................................................................ 80 2. Espesor de Diseño para Secciones HSS ......................................................... 81 3. Determinación del Área bruta y Área Neta .................................................. 81 3a. Área Bruta......................................................................................................... 81 3b. Área Neta .......................................................................................................... 81 B5. Fabricación y montaje .............................................................................................. 84 B6. Control de calidad y aseguramiento de calidad ..................................................... 84 B7. Evaluación de estructuras existentes ...................................................................... 84 CAPÍTULO C. DISEÑO PARA ESTABILIDAD ................................................................ 85 C1. Requisitos generales para estabilidad .................................................................... 85 1. Método de diseño de análisis directo ............................................................. 85 2 Métodos de diseño alternativos ...................................................................... 86 C2. Determinación de las resistencias requeridas ........................................................ 86 1 Requisitos Generales de Análisis ................................................................... 86 2 Consideración de las imperfecciones iniciales .............................................. 87 2a Modelado directo de las imperfecciones ........................................................ 87 2b Uso de cargas ficticias para representar las imperfecciones ........................ 88 3 Ajustes en la rigidez ....................................................................................... 89 C3. Determinación de las resistencias disponibles ....................................................... 90 CAPÍTULO D. DISEÑO DE MIEMBROS EN TRACCIÓN ............................................ 91 D1. Límites de Esbeltez................................................................................................... 91 D2 Resistencia en Tracción ............................................................................................ 91 D3 Área Neta Efectiva ................................................................................................... 92 Tabla de contenidos | 6 D4 Miembros Armados .................................................................................................. 92 D5. Miembros conectados por pasadores ...................................................................... 94 1. Resistencia en Tracción .................................................................................... 94 2. Requerimientos Dimensionales ...................................................................... 95 D6. Bielas .......................................................................................................................... 95 1. Resistencia en Tracción .................................................................................... 95 2. Requerimientos Dimensionales ...................................................................... 95 CAPÍTULO E. DISEÑO DE MIEMBROS EN COMPRESIÓN ...................................... 96 E1. Disposiciones Generales .......................................................................................... 96 E2 Longitud Efectiva ..................................................................................................... 98 E3 Pandeo por Flexión de Miembros sin Elementos Esbeltos .................................. 98 E4 Resistencia a Compresión, Pandeo Torsional y Flexo-Torsional de Miembros sin Elementos Esbeltos ..................................................................... 99 E5 Ángulo Simple en Compresión ............................................................................... 101 E6. Miembros armados ................................................................................................... 103 1. Resistencia a Compresión ............................................................................... 103 2. Requerimientos dimensionales ....................................................................... 104 E7. Miembros con elementos esbeltos .......................................................................... 106 1. Elementos Esbeltos No Atiesados, Q ............................................................ 107 s 2. Elementos Esbeltos Atiesados, Q .................................................................. 109 a CAPÍTULO F. DISEÑO DE MIEMBROS EN FLEXIÓN ................................................ 111 F1. Disposiciones generales ........................................................................................... 113 F2. Miembros compactos de sección H de simetría doble y canales flectadas en torno a su eje mayor ............................................................... 114 1. Fluencia ............................................................................................................. 114 2. Pandeo Lateral-Torsional ................................................................................. 114 F3. Miembros de sección H de simetría doble con almas compactas y alas no compactas o esbeltas flectados en torno a su eje mayor .......................... 116 1. Pandeo Lateral Torsional ................................................................................. 116 2. Pandeo Local Ala en Compresión .................................................................. 116 F4. Otros miembros de sección H con almas compactas o no compactas flectados en torno a su eje mayor.................................................... 117 1. Fluencia del Ala en Compresión .................................................................... 117 2. Pandeo Lateral-Torsional ................................................................................. 117 3. Pandeo Local de Ala en Compresión ............................................................. 120 4. Fluencia del Ala en Tracción ........................................................................... 121 F5. Miembros de sección H de simetría doble y simple con almas esbeltas flectados en torno a su eje mayor .................................................. 122 Tabla de contenidos | 7 1. Fluencia del Ala en Compresión .................................................................... 122 2. Pandeo Lateral-Torsional ................................................................................. 122 3. Pandeo Local de Ala en Compresión ............................................................. 123 4. Fluencia del Ala en Tracción ........................................................................... 123 F6. Miembros de sección H y canales flectados en torno a su eje menor .................. 123 1. Fluencia ............................................................................................................. 123 2. Pandeo Local de Ala ........................................................................................ 124 F7. Perfiles tubulares cuadrados y rectangulares ......................................................... 124 1. Fluencia ............................................................................................................. 125 2. Pandeo Local de Ala ........................................................................................ 125 3. Pandeo Local de Alma ..................................................................................... 125 F8. Perfiles tubulares circulares ..................................................................................... 125 1. Fluencia ............................................................................................................. 126 2. Pandeo Local .................................................................................................... 126 F9. Secciones T y ángulos dobles cargados en el plano de simetría ........................... 126 1. Fluencia ............................................................................................................. 126 2. Pandeo Lateral-Torsional ................................................................................. 127 3. Pandeo Local de Alas de Sección T ................................................................ 127 4. Pandeo Local del Alma de Sección T en Compresión por Flexión ............. 128 F10. Ángulos ...................................................................................................................... 128 1. Fluencia ............................................................................................................. 129 2. Pandeo Lateral-Torsional ................................................................................. 129 3. Pandeo Local de Ala ........................................................................................ 131 F11. Barras rectangulares y circulares ............................................................................. 131 1. Fluencia ............................................................................................................. 132 2. Pandeo Lateral Torsional ................................................................................. 132 F12. Secciones asimétricas ............................................................................................... 132 1. Fluencia ............................................................................................................. 133 2. Pandeo Lateral-Torsional ................................................................................. 133 3. Pandeo Local .................................................................................................... 133 F13. Proporciones de vigas .............................................................................................. 133 1. Reducciones en la Resistencia de Miembros con Perforaciones en las alas traccionadas .................................................................................... 133 2. Valores límites de las dimensiones de Miembros con Sección H ................ 134 3. Planchas de Cubierta ....................................................................................... 134 4. Vigas Armadas .................................................................................................. 135 5. Longitud no arriostrada para Redistribución de Momentos ....................... 135 Tabla de contenidos | 8 CAPÍTULO G. DISEÑO DE MIEMBROS EN CORTE ................................................... 137 G1. Disposiciones generales ........................................................................................... 137 G2. Miembros con almas no atiesadas o atiesadas ....................................................... 137 1. Resistencia de Corte ........................................................................................ 137 2. Atiesadores Transversales ................................................................................ 139 G3. Campo de tracciones ................................................................................................ 140 1. Límites en el uso del campo de tracciones ..................................................... 140 2. Resistencia de corte considerando el campo de tracciones .......................... 140 3. Atiesadores Transversales ................................................................................ 141 G4. Ángulos simples ........................................................................................................ 142 G5. Tubos de sección rectangular y cajón ...................................................................... 142 G6. Tubos redondos ......................................................................................................... 142 G7. Corte respecto del eje débil en perfiles con simetría simple y doble ................... 143 G8. Vigas con aberturas en el alma ................................................................................ 143 CAPÍTULO H. DISEÑO DE MIEMBROS PARA SOLICITACIONES COMBINADAS Y TORSION ................................................................................................ 144 H1. Miembros con simetría simple y doble solicitados a flexión y carga axial ........... 144 1. Miembros con Simetría Doble y Simple solicitados a Flexión y Compresión ................................................................................... 144 2. Miembros con Simetría Doble y Simple solicitados a Flexión y Tracción .......................................................................................... 146 3. Miembros Laminados Compactos con Simetría Doble solicitados a Flexión Simple y Compresión .................................................... 147 H2. Miembros asimétricos y otros solicitados a flexión y carga axial.......................... 147 H3. Miembros solicitados por torsión y combinación de torsión, flexión, corte, y/o carga axial .................................................................................... 149 1. Resistencia Torsional de Secciones Tubulares Redondas y Rectangulares .............................................................................. 149 2. Secciones Tubulares solicitadas a Combinación de Torsión, Corte, Flexión y Carga Axial ........................................................................... 150 3. Miembros No Tubulares bajo Torsión y Tensiones Combinadas ................. 151 H4. Ruptura de alas perforadas sujetas a tracción ....................................................... 152 CAPÍTULO I. DISEÑO DE MIEMBROS DE SECCIÓN COMPUESTA ...................... 154 I1. Disposiciones generales ........................................................................................... 154 1. Concreto y Acero de Refuerzo ........................................................................ 154 2. Resistencia Nominal de Secciones Compuestas ........................................... 155 2a. Método de Distribución de las Tensiones Plásticas ....................................... 155 2b. Método de Compatibilidad de las Deformaciones ....................................... 155 Tabla de contenidos | 9 3. Limitaciones del Material ................................................................................ 156 4. Clasificación de Secciones Compuestas Rellenas para Pandeo Local ........ 156 I2. Fuerza axial ............................................................................................................... 157 1. Miembros Compuestos Embebidos ................................................................ 157 1a. Limitaciones ...................................................................................................... 157 1b. Resistencia a Compresión ............................................................................... 158 1c. Resistencia a Tracción ...................................................................................... 159 1d. Transferencia de Carga .................................................................................... 160 1e. Requisitos de Detallamiento ........................................................................... 160 2. Columnas Compuestas Rellenas ..................................................................... 160 2a. Límites ............................................................................................................... 160 2b. Resistencia de Compresión ............................................................................. 160 2c. Resistencia a Tracción ...................................................................................... 161 2d. Transferencia de Carga .................................................................................... 162 I3. Flexión ....................................................................................................................... 162 1. General .............................................................................................................. 162 1a. Ancho Efectivo ................................................................................................. 162 1b. Resistencia Durante la Construcción ............................................................. 162 2. Vigas Compuestas con Conectores de Corte ................................................. 162 2a. Resistencia para Flexión Positiva .................................................................... 162 2b. Resistencia para Flexión Negativa .................................................................. 163 2c. Resistencia de Vigas Compuestas con Planchas colaborantes de Acero .... 163 2d. Transferencia de Carga entre la Viga de Acero y la Losa de Concreto ...... 164 3. Miembros Compuestos Embebidos ................................................................ 165 4. Miembros Compuestos Rellenos .................................................................... 166 4a. Limitantes ......................................................................................................... 166 4b. Resistencia a flexión ......................................................................................... 166 I4. Corte .......................................................................................................................... 167 1. Miembros Compuestos Embebidos y Rellenos ............................................. 167 2. Vigas Compuestas con Plancha Colaborante de Acero ................................ 167 I5. Combinación de carga axial y flexión ...................................................................... 167 I6. Transferencia de carga .............................................................................................. 168 1. Requisitos Generales ....................................................................................... 168 2. Ubicación de las Fuerzas ................................................................................. 168 2a. Fuerzas Externas Aplicadas a la Sección de Acero ....................................... 168 2b. Fuerzas Externas Aplicadas al Concreto ........................................................ 168 2c. Fuerzas Externas Aplicadas Conjuntamente al Acero y al Concreto .......... 169 3. Mecanismo de Transferencia de Fuerzas ....................................................... 169 Tabla de contenidos | 10 3a. Aplastamiento Directo ..................................................................................... 169 3b. Conectores de Corte ........................................................................................ 169 3c. Interacción de Adherencia Directa ................................................................ 170 4. Requisitos de Detallamiento ........................................................................... 170 4a. Miembros Compuestos Embebidos ................................................................ 170 4b. Miembros Compuestos Rellenos .................................................................... 170 I7. Diagramas compuestos y vigas colectoras .............................................................. 171 I8. Anclajes de acero ...................................................................................................... 171 1. General .............................................................................................................. 171 2. Anclajes de Acero en Vigas Compuestas ....................................................... 171 2a. Resistencia de Pernos Conectores de Corte .................................................. 171 2b. Resistencia de Conectores de Corte tipo Canal ............................................ 173 2c. Número Requerido de Conectores de Corte ................................................. 174 2d. Requisitos de Detallamiento ........................................................................... 174 3. Anclajes de Acero es Componentes Compuestos ......................................... 174 3a. Resistencia al Corte de Pernos de Anclaje de Acero en Componentes Compuestos ......................................................................... 175 3b. Resistencia a Tracción de Pernos de Anclaje de Acero en Componentes Compuestos ......................................................................... 176 3c. Resistencia de Pernos de Anclaje de Acero para Interacción de Corte y Tracción en Componentes Compuestos ...................................... 177 3d. Resistencia al Corte de Canales de Anclaje de Acero en Componentes Compuestos .............................................................................. 179 3e. Requisitos de Detallamiento en Componentes Compuestos ....................... 179 I9. Casos especiales ........................................................................................................ 179 CAPÍTULO J. DISEÑO DE CONEXIONES ...................................................................... 180 J1. Disposiciones generales ........................................................................................... 180 1. Bases de Diseño ................................................................................................ 180 2. Conexiones Simples.......................................................................................... 180 3. Conexiones de Momento ................................................................................. 181 4. Miembros en Compresión y Juntas de Aplastamiento ................................. 181 5. Empalmes en Secciones Pesadas .................................................................... 181 6. Perforaciones de Acceso a la Soldadura ........................................................ 182 7. Ubicación de Soldaduras y Pernos .................................................................. 182 8. Pernos en Combinación con Soldaduras ........................................................ 183 9. Pernos de Alta Resistencia en Combinación con Remaches ....................... 183 10. Limitaciones en Conexiones Apernadas y Soldadas ..................................... 183 J2. Soldaduras ................................................................................................................. 183