Este documento resume los principales cambios introducidos en la norma NSR-09 respecto a estructuras de acero con perfiles laminados, armados y tubulares estructurales. Se describen las consideraciones de diseño para miembros a tensión, compresión, flexión y cortante, así como para secciones compuestas y conexiones. También se mencionan nuevas provisiones para ángulos sencillos y perfiles tubulares estructurales.

1. NSR-09
ESTRUCTURAS DE ACERO
CON PERFILES LAMINADOS, ARMADOS
Y TUBULARES ESTRUCTURALES

2. NSR-09
TITULO F
ESTRUCTURAS METALICAS
Capítulos
• F.1: Requisitos Generales
• F.2: Estructuras de acero con Perfiles Laminados,
Armados y Tubulares Estructurales
• F.3: Provisiones Sísmicas
• F.4: Estructuras de Acero con Perfiles en Lámina
Formada en Frío
• F.5: Aluminio Estructural

3. CAPITULO F.2
Estructuras de Acero con Perfiles Laminados,
Perfiles Armados y Perfiles Tubulares
Estructurales

4. Antecedentes NSR-98
AISC-ASD 1.989 AISC-LRFD 1.993

5. RESISTENCIA NOMINAL Rn
Propiedades mecánicas del material.
Dimensiones de la sección transversal.
Esfuerzos residuales.
Desviaciones de rectitud.
Imperfecciones de construcción y
montaje.
Deterioro por corrosión. SγQ
Variaciones en procedimientos de
montaje.
Cambio de uso.
Simplificaciones del análisis.
Dimensiones de construcción.
Magnitud de las cargas.
EFECTO DE LAS CARGAS NOMINALES ΣQi
DISEÑO PARA ESFUERZOS PERMISIBLES
(ASD)
DISEÑO POR FACTORES DE CARGA
Y DE RESISTENCIA (LRFD)

8. Nueva Edición AISC-LRFD 1999
(2ª edición Manual)
AISC-ASD 1.989 AISC-LRFD 1.999

9. ANSI/AISC 360-05
LRFD/ASD

10. Nueva Edición
ANSI/AISC 360
Actualmente en
discusión Pública
Mantiene formato dual
ASD/LRFD
de ANSI/AISC 360-05

11. Problema General de Seguridad Estructural

12. Distribución de frecuencias
para los efectos de las cargas (Q) y la Resistencia (R)

13. Condición “segura”
R ≥ Q
Þ R/Q ≥ 1
Þ ln(R/Q) ≥ 0

14. Distribución de frecuencias
para pares Resistencia (R) - Carga (Q)

15. Distribución de frecuencias
para pares Resistencia (R) - Carga (Q)
β: índice de seguridad
o índice de confiabilidad
Relación entre el valor medio
y la desviación estándar
para la distribución de
frecuencias de ln(R/Q)

16. SEGURIDAD ESTRUCTURAL
Concepto de Factor de Seguridad en ASD:
Si se considera que la carga aplicada puede
incrementarse en un 40% y la resistencia
puede reducirse en un 15%:
R-0.15R ≥ Q+0.40Q => R/Q ≥ 1.65

17. SEGURIDAD ESTRUCTURAL
Concepto de Factor de Seguridad en ASD
• Se aplica el mismo factor a la carga muerta
y a la carga viva
• Resulta una considerable variación
en los valores de β

18. SEGURIDAD ESTRUCTURAL
Concepto de Factor de Seguridad en ASD
Ejemplo:
Para vigas en perfiles laminados compactos
fluencia en miembros a tensión:
• β = 3.1 para L/D = 0.5
• β = 2.4 para L/D = 4.0

19. SEGURIDAD ESTRUCTURAL
La variación en el valor de β inherente a ASD
se reduce sustancialmente en LRFD
mediante la definición de unos valores objetivo de β
y la selección de factores de carga y de resistencia
apropiados para lograr dichos valores.

20. SEGURIDAD ESTRUCTURAL - LRFD
• LRFD calibrado a ASD para L/D = 3.0 para flexión en
vigas compactas y fluencia en miembros a tensión
• Factor de resistencia para estos estados límite:
φ = 0.90
• Valores de β implícitos:
β = 2.6 para miembros
β = 4.0 para conexiones

21. Formato ANSI-AISC 360-05
• ASD/LRFD
• Los mismos Estados Límite
• Se parte de la misma
Resistencia Nominal

22. Formato ANSI-AISC 360-05

23. Formato ANSI-AISC 360-05
• Condición de diseño:
En LRFD: øRn ≥ 1.2D + 1.6L
En ASD: Rn/Ω ≥ D + L
• Para Rn (LRFD) = Rn (ASD):
(1.2D + 1.6L)/ø = (D + L)Ω
Ω.ø = (1.2D + 1.6L)/(D + L)

24. Formato ANSI-AISC 360-05
• LRFD calibrado a ASD para:
L/D = 3.0
• Lo que equivale a:
Ω.ø = 1.5
øRn /(Rn/ Ω) = 1.5

25. Formato ANSI-AISC 360-05
• Esto quiere decir que dos diseños,
uno por LRFD y por ASD,
requerirán la misma Rn
(o sea el mismo elemento) para la
combinación 1.2D + 1.6L cuando la
carga viva sea 3 veces la carga
muerta.

26. Consideraciones ASD

27. Diseño de Miembros a Tensión
Estados Límite:
• Fluencia en la sección
bruta
• Fractura en la sección
neta efectiva

28. Diseño de Miembros a Tensión
Limitación de esbeltez, sólo una recomendación:
PREFERIBLEMENTE NO SUPERIOR A 300

29. Diseño de Miembros a Tensión
Fluencia sobre el área neta
RESISTENCIA NOMINAL:
Pn = Fy.Ag
RESISTENCIA DE DISEÑO:
Ø Rn = Øt Pn
Øt = 0.90

30. Diseño de Miembros a Tensión
Fractura en la sección neta efectiva
RESISTENCIA NOMINAL:
Pn = Fu.Ae
Ae = U.An
RESISTENCIA DE DISEÑO:
Ø Rn = Øt Pn
Øt = 0.75

31. Cálculo del Area Neta
An = Ag–S(d+D)t+ S(s2/(4g))
d: diámetro de la perforación
= diámetro del perno + 1.6 mm para perforaciones estándar
D =1.6 mm para perforaciones estándar

32. Diseño de Miembros a Tensión
Factor “U” por Rezago de Cortante

33. Diseño de Miembros a Tensión
Desgarramiento en Bloque (Shear Lag)

34. Diseño de Miembros a Tensión
Desgarramiento en Bloque (Block Shear)
Antes de ANSI/AISCE 360-05
• Rotura en líneas a tracción y
fluencia en líneas a cortante
• Rotura en líneas a cortante y
fluencia en líneas a tracción
SE TOMABA EL MAYOR

35. Diseño de Miembros a Tensión
Desgarramiento en Bloque (Block Shear)
Ahora:
Rotura en líneas a tracción
más la menor entre:
• Rotura en líneas a cortante
• Fluencia en líneas a cortante
RESISTENCIA NOMINAL:
0.6Fu.Anv
Rn = UbsFu.Ant + min {
0.6Fy.Agv

36. Diseño de Miembros a Tensión
Desgarramiento en Bloque (Block Shear)

37. Diseño de Miembros a Compresión
RESISTENCIA NOMINAL:
Pn = Fcr.Ag
RESISTENCIA DE DISEÑO:
Ø Rn = Øc Pn
Øc = 0.90 (Antes 0.85)

38. Diseño de Miembros a Compresión
Estados Límite
• Pandeo Flexional
• Pandeo Flexotorsional
• Pandeo Local

39. Diseño de Miembros a Compresión
Limitación de esbeltez, sólo una recomendación:
PREFERIBLEMENTE NO SUPERIOR A 200

40. Diseño de Miembros a Compresión
Pandeo Flexional

41. Diseño de Miembros a Compresión
Pandeo Flexional

42. Diseño de Miembros a Compresión
Pandeo por Flexo-Torsión
Cálculo de Fe a utilizarse en fórmulas de Pandeo Flexional
(no incluye secciones en T, ángulos dobles en T)
De simetría doble
y perfiles en Z
Con simetría simple, eje de simetría “y”
Asimétrica Mínima raíz de la ecuación:

43. Diseño de Miembros a Compresión
Pandeo por Flexión o por Flexo-Torsión
ASOCIACION COLOMBIANA DE
INGENIERIA SISMICA

44. Diseño de Miembros a Compresión
Pandeo por Flexo-Torsión
Angulos dobles Espalda con Espalda y Secciones en T
• Fcry = Fcr de ecuación E3-2 o E3-3, con KL/r = KL/ry (y: eje
de simetría)

45. Enfrentados
Angulos Dobles
• Mayor rigidez en y
• Fácil manipulación
• Fácil montaje
• Menos arriostramiento
• Fácil pintura
Espalda con Espalda
• Tradicional en EEUU
• Fácil transporte
• Permite diagonales en
ángulo sencillo

46. Diseño de Miembros a Compresión
Esbeltez Modificada para Ángulos Dobles Distanciados
(Ref: Investigación Universidad Nacional – Sede Medellín)
ù
ú ú
û
é
KL 0.82 1.65 51.32
ê ê
AaL
a
KL
a
m ib L A
ë
ö
+ + ÷ ÷ø
æ
ç çè
+
ö çè
+ ÷ø
ö çè
æ = ÷ø
æ
i
b b
i b
b
anA
I
r
r
r
(1 )
2
2
2 2
0 a
a = distancia entre conectores, mm
ri = Radio mínimo de giro de un componente individual, mm
rib = Radio de giro de un componente individual relativo a su eje centroidal
paralelo al eje de pandeo del miembro, mm
α = Relación de separación = h/(2rib)
h = Distancia entre los centroides de los componentes individuales, medida
perpendicularmente al eje de pandeo del miembro, mm
Ai: = area de un ángulo, mm2
Lb : = longitud del conector medida entre los centroides de los ángulos, mm
Ib : = inercia del conector asociada a la flexión en el plano de los dos ángulos conectados, mm4
n: = factor de forma para deformaciones por cortante
= 3.33 para conectores en perfil angular
= 1.2 para conectores de sección rectangular
= 1.11 para conectores circulares
Ab : área del conector, mm2

47. ASOCIACION COLOMBIANA DE
INGENIERIA SISMICA
Diseño de Miembros a Compresión
Se introducen provisiones de diseño para
ángulos sencillos a compresión.

48. Diseño de Ángulos Sencillos a Compresión
Usar ecuaciones de Pandeo Flexional bajo las
siguientes condiciones:
• La carga es concéntrica, o
• se cumplen simultáneamente las siguientes condiciones:
– Miembros conectados por la misma aleta en ambos
extremos
– Miembros conectados por soldadura o mínimo 2 pernos
– No se aplican cargas transversales
– Usar esbeltez modificada
ASOCIACION COLOMBIANA DE
INGENIERIA SISMICA

49. Diseño de Miembros a Compresión
Pandeo Local
El diseño para secciones con elementos esbeltos
queda integrado en el numeral F.2.5

50. Diseño de Miembros a Compresión
Pandeo Local
Las tablas para los límites de b/t para pandeo
local aparecen ahora separadas para
compresión y para flexión.
Así en las tablas para compresión sólo
aparece ahora el límite λr.

51. Diseño de Miembros a Compresión
Pandeo Local
Antes…

52. Diseño de Miembros a Compresión
Pandeo Local
Ahora.…

53. Diseño de Miembros a Compresión
Pandeo por Flexión o por Flexo-Torsión
Usar QFy en lugar de Fy para miembros con elementos esbeltos

54. Diseño de Miembros a Compresión

55. Diseño de Miembros a Compresión

56. ASOCIACION COLOMBIANA DE
INGENIERIA SISMICA
Diseño de Miembros a Flexión
RESISTENCIA NOMINAL:
Mn = según estado límite
RESISTENCIA DE DISEÑO:
Ø Rn = Øb Mn
Øb = 0.90

57. ASOCIACION COLOMBIANA DE
INGENIERIA SISMICA
Diseño de Miembros a Flexión
Cambios a destacar:
• Se unifica tratamiento para vigas en perfiles
laminados y en perfiles ensamblados.
• Provisiones para ángulos sencillos a flexión
• Provisiones para Perfiles Tubulares Estructurales
(PTE) a flexión
• Nuevo tratamiento para aletas a tensión con
perforaciones.

58. Diseño de Miembros a Flexión
Vigas en I de simetría doble y sección compacta
Canales de sección compacta
Flexión alrededor del eje mayor

59. ASOCIACION COLOMBIANA DE
INGENIERIA SISMICA
Diseño de Miembros a Flexión

60. Diseño de Miembros a Flexión

61. ASOCIACION COLOMBIANA DE
INGENIERIA SISMICA
Diseño de Miembros a Cortante
Dos métodos para el cálculo de la resistencia:
• Sin utilizar la acción del campo tensionado
• Utilizando la acción del campo tensionado

62. Diseño de Miembros a Cortante

63. Diseño de Miembros a Flexión y Cortante
• Se remueve la distinción para Vigas Ensambladas (Plate
Girders)
• Se incluyen ángulos sencillos y Perfiles Tubulares
Estructurales
• Se integran las provisiones para almas no compactas y
almas esbeltas
• Todas las provisiones para cortante quedan incluidas en el
mismo capítulo

64. Diseño de Secciones Compuestas
• Valores revisados para conectores de cortante
• Øb para vigas aumenta de 0.85 a 0.90
• Nuevas provisiones para tensión y cortante
• Nuevo enfoque para columnas compuestas
• Disminuye Øc para columnas
• Nuevo enfoque para la interacción

65. ASOCIACION COLOMBIANA DE
INGENIERIA SISMICA
Diseño de Conexiones
Cambios en especificación ANSI/AISC 360-05
• Se elimina requisito de mínima resistencia de la
soldadura
• Cálculo de resistencia para soldaduras que forman un
ángulo con la carga.
• Garganta efectiva para soldaduras acanaladas de
penetración parcial.
• Cálculo del resistencia al desgarramiento en bloque
• Destijeres y perforaciones para acceso de soldadura

66. Diseño de Conexiones
(antes tamaño mínimo del filete basado en el mayor
de los espesores a unir)

67. Perfiles Tubulares Estructurales (PTE)
• Totalmente reorganizado en ANSI/AISC
360-10, ampliamente ilustrado con
esquemas.

68. ASOCIACION COLOMBIANA DE
INGENIERIA SISMICA
Estabilidad
Se deben tener en cuenta los siguientes efectos:
• Deformaciones de los miembros
• Deformaciones de la estructura
• Efectos P – Δ
• Efectos P – δ
• Imperfecciones Geométricas
• Esfuerzos residuales

69. ASOCIACION COLOMBIANA DE
INGENIERIA SISMICA
Estabilidad
Efectos P – Δ Efectos P – δ

70. ASOCIACION COLOMBIANA DE
INGENIERIA SISMICA
Estabilidad
El Método de Análisis Directo se convierte en
el método básico para el análisis de la
estabilidad, sin limitaciones en su
aplicación.

71. ASOCIACION COLOMBIANA DE
INGENIERIA SISMICA
Estabilidad
Como métodos alternativos, sujetos a
limitaciones en su aplicabilidad, quedan:
• Método de la Longitud Efectiva
• Método del Análisis de Primer Orden

72. Estabilidad
Método de Análisis Directo
• Aplicable a todo tipo de estructuras
• Para todos los sistemas
– Pórticos arriostrados
– Pórticos resistentes a momento
– Muros de cortante
– Combinaciones de sistemas

73. ASOCIACION COLOMBIANA DE
INGENIERIA SISMICA
Método de Análisis Directo
El método implica:
• Cálculo de la resistencia requerida.
• Cálculo de la resistencia disponible.

74. ASOCIACION COLOMBIANA DE
INGENIERIA SISMICA
Método de Análisis Directo
• Requiere ejecutar un análisis de segundo
orden que considere los efectos P – Δ y los
efectos P – δ.
• Opciones:
– Cualquier método general de análisis de segundo orden.
– Análisis de segundo orden por amplificación de los
resultados de un análisis de primer orden (B1 – B2).

75. ASOCIACION COLOMBIANA DE
INGENIERIA SISMICA
Método de Análisis Directo
Para tener en cuenta la influencia del
comportamiento inelástico en los efectos de
segundo orden:
• Usar rigidez flexional reducida:
EI* = 0.8τbEI
• Usar rigidez axial reducida:
EA* = 0.8EA

76. ASOCIACION COLOMBIANA DE
INGENIERIA SISMICA
Método de Análisis Directo
Aplicar cargas virtuales,
Ni, donde:
Ni = 0.002Yi
Yi = carga gravitacional
total en el piso
(correspondiente a un desplome
inicial de 1/500)

77. ASOCIACION COLOMBIANA DE
INGENIERIA SISMICA
Método de Análisis Directo
Una vez obtenidos los resultados de este
análisis:
• Los miembros se diseñan con base en las
provisiones para las respectivas
solicitaciones.
• Los miembros a compresión se pueden
diseñar con K = 1.0.

78. Aseguramiento y control de Calidad
• Antes conjuntamente con Fabricación y
Montaje
• Ahora en numeral separado, con
requerimientos específicos.
ASOCIACION COLOMBIANA DE
INGENIERIA SISMICA

79. Fabricación y Montaje

80. Fabricación y Montaje

81. Fabricación y Montaje

82. Seis etapas en el desarrollo de un proyecto

83. ….y algunos añaden una séptima etapa:
¡Llegaron los planos!

84. ¡Muchas gracias!
MAURICIO J. CASTRO
Ingeniero Civil, Universidad del Cauca
M.Sc. Rensselaer Polytechnic Institute
Industrias Ceno S.A.
Escuela de Ingeniería de Antioquia