Las vigas compuestas por perfiles I doblemente simétricas cuyos elementos de la sección transversal son esbeltos, es decir, donde la relación ancho espesor no cumple con los mínimos establecidos en la tabla B4.1 de la norma AISC360, la capacidad resistente a flexión está limitada al menor valor entre la fluencia del ala en compresión, el pandeo lateral torsional, pandeo local del alma o del ala en compresión, y la fluencia del ala en tensión. Para las fallas por fluencia en tensión y en compresión se considera que esta ocurre en el rango elástico de deformaciones, es decir, por presentar elementos esbeltos se restringe la formación de rótulas plásticas por flexión en este tipo de perfiles. La falla por pandeo lateral torsional produce una desviación del eje longitudinal de la viga fuera de su plano, por flexión respecto a su eje débil, cuando las secciones transversales giran en torsión desplazándose. El ala de la viga en compresión se comporta como una columna que trata de pandear lateralmente al redor del eje transversal dominada por la ecuación de Euler. Debido a que esta zona está unida a través del alma de la viga a una zona que está en tensión y sin problemas de pandeo, la viga además de girar alrededor del eje débil transversal trata de girar alrededor del eje longitudinal induciendo una torsión a la viga. La falla por pandeo local del alma o del ala en compresión ocurre en el rango elástico de la viga por pandeo local de alguno de los elementos que conforman la viga en la zona de compresión en forma prematura, antes de alcanzar el esfuerzo cedente. Se caracteriza la falla por presentar arrugamiento en zonas del ala o del alma de la viga.

1. AISC 360-22
VIGAS I DE ALAS Y ALMA
NO COMPACTAS
DOBLEMENTE SIMÉTRICAS
STEEL DESIGN 03
ANGEL MANRIQUE
INGENIERO CIVIL ESPECIALISTA EN
ESTRUCTURAS
MARZO 2023

2. STEEL DESIGN 03. Vigas I de alas y alma no compactas doblemente simétricas. AISC 360-22
Página 2 de 12 by Ing. Angel Manrique
INDICE
03 03
INTRODUCCIÓN OBJETIVO
03 04
BASES PARA EL DISEÑO CALIDAD DE LOS MATERIALES
04 05
GEOMETRÍA Y CONDICIONES DE APOYO CARGAS Y SOLICITACIONES
06 12
DISEÑO POR CAPACIDAD RESISTENTE DISEÑO POR CAPACIDAD DE SERVICIO

3. STEEL DESIGN 03. Vigas I de alas y alma no compactas doblemente simétricas. AISC 360-22
Página 3 de 12 by Ing. Angel Manrique
01INTRODUCCIÓN
Las vigas compuestas por perfiles I doblemente simétricas cuyos elementos de la sección transversal son
esbeltos, es decir, donde la relación ancho espesor no cumple con los mínimos establecidos en la tabla B4.1
de la norma AISC360, la capacidad resistente a flexión está limitada al menor valor entre la fluencia del ala en
compresión, el pandeo lateral torsional, pandeo local del alma o del ala en compresión, y la fluencia del ala en
tensión.
Para las fallas por fluencia en tensión y en compresión se considera que esta ocurre en el rango elástico de
deformaciones, es decir, por presentar elementos esbeltos se restringe la formación de rótulas plásticas por
flexión en este tipo de perfiles.
La falla por pandeo lateral torsional produce una desviación del eje longitudinal de la viga fuera de su plano,
por flexión respecto a su eje débil, cuando las secciones transversales giran en torsión desplazándose. El ala
de la viga en compresión se comporta como una columna que trata de pandear lateralmente al redor del eje
transversal dominada por la ecuación de Euler. Debido a que esta zona está unida a través del alma de la
viga a una zona que está en tensión y sin problemas de pandeo, la viga además de girar alrededor del eje
débil transversal trata de girar alrededor del eje longitudinal induciendo una torsión a la viga.
La falla por pandeo local del alma o del ala en compresión ocurre en el rango elástico de la viga por pandeo
local de alguno de los elementos que conforman la viga en la zona de compresión en forma prematura, antes
de alcanzar el esfuerzo cedente. Se caracteriza la falla por presentar arrugamiento en zonas del ala o del
alma de la viga.
02OBJETIVO
El presente documento está referido al diseño mediante el método de los estados limites por de capacidad
resistente y de servicio, para vigas I de alas y alma no compactas doblemente simétricas.
03BASES PARA EL DISEÑO
Normas Nacionales
1. NCh427/12016.Construcción-Estructurasdeacero-Parte1:Requisitosparaelcálculodeestructurasdeaceroparaedificios
Normas Internacionales
1.
2.
ANSI/AISC 360-10.SpecificationforStructuralSteelBuildings
ASCE/SEI7.MinimumDesignLoadsandAssociatedCriteriaforBuildingsandOtherStructures
Documentos Técnicos
1. STEELDESIGN GUIDE 9.TorsionalAnalysisofStructuralSteelMembers

4. STEEL DESIGN 03. Vigas I de alas y alma no compactas doblemente simétricas. AISC 360-22
Página 4 de 12 by Ing. Angel Manrique
04CALIDAD DE LOS MATERIALES
4.1 ACERO ESTRUCTURAL
Esfuerzo del fluencia MPa
250
fys Modulo de elasticidad MPa
200000
Es
3
m
kgf
7850
³a
Peso unitario del acero Modulo de Poisson 0.3
¿
MPa
76923.08
¿
1
2
Es
Gs
Modulo de corte
05GEOMETRÍA Y CONDICIONES DE APOYO
5.1. CONDICIONES DE APOYO
Separación entre apoyos mm
6000
Lx
Figura 1. Condiciones de apoyo de viga
Numero de arriostramientos laterales Nlat 1
5.2. GEOMETRÍA Y PROPIEDADES MECÁNICAS
Tipo de perfil "Electrosoldado"
Altura total de del perfil mm
400
hE
Ancho del ala del perfil mm
200
bfE
Espesor del ala del perfil mm
6
tfE
Espesor del alma del perfil mm
3
twE Figura 2. Geometría
2
cm
35.64
AE
4
cm
3.23
JiE
Àarea de la secciòn Constante Torsional
m
kgf
27.98
PmlE
6
cm
310505.88
CwE
Peso por ml Constante de alabeo
4
cm
10775.16
IxE
Inercia X
4
cm
800.09
IyE
Inercia Y
3
cm
538.76
SxE
Modulo elàstico X
3
cm
80.01
SyE
Modulo elàstico Y

5. STEEL DESIGN 03. Vigas I de alas y alma no compactas doblemente simétricas. AISC 360-22
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06CARGAS Y SOLICITACIONES
6.1. CARGAS MAYORADAS
m
kgf
1000
qcrf
Carga de diseño sentido fuerte (Incluye peso propio)
m
kgf
500
qcrd
Carga de diseño sentido débil (Incluye peso propio)
m
kgf
900
qcs
Carga de diseño por deflexión (Incluye peso propio)
6.2. SOLICITACIONES
Sentido fuerte
m
kgf
4500
8
2
Lx
qcrf
Macf
Momento actuante máximo de diseño sentido fuerte
kgf
3000
2
Lx
qcrf
Vacf
Cortante actuante máximo de diseño sentido fuerte
Sentido débil
m
kgf
562.5
32
2
Lx
qcrd
Macd
Momento actuante máximo sentido débil
Cortante actuante máximo sentido débil kgf
1860
Lx
qcrd
0.62
Vacd

6. STEEL DESIGN 03. Vigas I de alas y alma no compactas doblemente simétricas. AISC 360-22
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07DISEÑO POR CAPACIDAD RESISTENTE
7.1. LIMITACIONES GEOMÉTRICAS
Elementos no atiezados
10.75
fys
Es
0.38
»pf
Relación límite ancho/espesor de alas compactas
Tabla B4.1b AISC360-22
max 0.76
min 0.35
twE
tfE
2
hE
4
kc
Coeficiente para elementos esbeltos no rigidizados
0.76
kc
23.42
fys
Es
kc
0.95
»rf
Relación límite ancho/espesor de alas esbeltas
Tabla B4.1b AISC360-22
Ancho del ala en compresiòn mm
200
bfE
bfcE
Espesor del ala en compresiòn mm
6
tfE
tfcE
16.67
tfcE
2
bfcE
»fE
Relación ancho/espesor de ala en compresión "ALA NO COMPACTA"
Elementos atiezados
106.35
fys
Es
3.76
»pw
Relación límite ancho/espesor de almas compactas
Tabla B4.1b AISC360-22
161.22
fys
Es
5.70
»rw
Relación límite ancho/espesor de almas esbeltas
Tabla B4.1b AISC360-22
twE
tfE
2
hE
»wE
Relación ancho/espesor del alma
Tabla B4.1b AISC360-22
"ALMA NO COMPACTA"
7.2. CAPACIDAD RESITENTE SENTIDO FUERTE
Capacidad resistente al momento flector
Factor de minoración al momento flector
Art. F1.a. AISC360-22
0.90
×b
Resistencia nominal por fluencia del ala en compresiòn
Esfuerzo del fluencia MPa
250
fys
Ancho del ala en compresiòn mm
200
bfE
bfcE
Espesor del ala en compresiòn mm
6
tfE
tfcE

7. STEEL DESIGN 03. Vigas I de alas y alma no compactas doblemente simétricas. AISC 360-22
Página 7 de 12 by Ing. Angel Manrique
Espesor del alma mm
3
twE
mm
388
tfE
2
hE
2
hcE
Doble de la distancia desde el CG del perfil
al interior del ala en compresiòn
Art. F4.2.6.ii. AISC360-22
0.97
min 10
tfcE
bfcE
twE
hcE
awE
Relación de 2 veces el área del alma en
compresión y el área del ala en compresión
Ec. F4-12. AISC360-22
fys
Es
5.7
twE
hcE
awE
300
1200
awE
1
RpgE
Factor de reducción de la resistencia a la
flexión
Ec. F5-6. AISC360-22 0.81
RpgE
3
cm
538.76
SxE
SxcE
Mòdulo de secciòn elàstico respecto al ala
en compresiòn
Momento resistente nominal por fluencia del
ala en compresiòn
Ec. F5-1. AISC360-22
m
kgf
10024.5
SxcE
fys
RpgE
×b
MPE
Resistencia nominal a momento por pandeo lateral torsional
mm
3000
1
Nlat
Lx
Lb
Longitud de arriostramiento
Art. F2.2. AISC360-22
mm
53.57
awE
6
1
1
12
bfcE
rt
Radio de giro de los componentes del ala en
compresión por flexión más un tercio del área
del alma en compresión debido a la aplicación
deMomento de flexión del eje mayor
Ec. F4-11. AISC360-22
mm
1666.62
fys
Es
rt
1.1
Lp
Longitud límite no arriostrada para el estado
límite de fluencia
Ec. F4-7. AISC360-22
mm
5689.11
fys
0.7
Es
rt
Ã
Lr
Longitud límite no arriostrada para el estado
límite de torsión lateral inelástica
Ec. F5-5. AISC360-22
Factor de modificación de pandeo lateral torsional
m
kgf
3375
8
2
Lx
qcrf
4
3
MA
Momento ubicado a un cuarto
del segmento no arriostrado
m
kgf
4500
8
2
Lx
qcrf
MB
Momento ubicado en el centro
del segmento no arriostrado
m
kgf
3375
8
2
Lx
qcrf
4
3
MC
Momento ubicado tres cuartos
del segmento no arriostrado
1.14
MC
3
MB
4
MA
3
Macf
2.5
Macf
12.5
Cb
Factor de modificación de
pandeo lateral torsional
Ec. F2-1. AISC360-22

8. STEEL DESIGN 03. Vigas I de alas y alma no compactas doblemente simétricas. AISC 360-22
Página 8 de 12 by Ing. Angel Manrique
min fys
Lp
Lr
Lp
Lb
fys
0.3
fys
Cb
FcrP1
Esfuerzo crítico para es estado limite de fluencia
Ec. F5-3. AISC360-22
MPa
250
FcrP1
min fys
2
rt
Lb
Es
2
Ã
Cb
FcrP2
Esfuerzo crítico para es estado limite de pandeo
lateral torsional
Ec. F5-4. AISC360-22
MPa
250
FcrP2
Esfuerzo crítico considerado para el diseño
Ec. F5-(3 - 4). AISC360-22
if
else
if
else
fys
FcrP2
Lr
Lb
FcrP1
Lr
Lb
Lp
Lb
FcrP
MPa
250
FcrP
Momento resistente nominal por pandeo lateral
torsional
Ec. F5-2. AISC360-22
m
kgf
10024.5
SxcE
FcrP
RpgE
×b
Mn1
Resistencia nominal al pandeo local del ala en compresión
Relación ancho/espesor de ala en compresión 16.67
»fE "ALA NO COMPACTA"
3
cm
538.76
SxcE
Mòdulo de secciòn elàstico respecto al ala
en compresiòn
MPa
214.98
»pf
»rf
»pf
»fE
fys
0.3
fys
FcrPL1
Esfuerzo crítico para alas no compactas
Ec. F5-8. AISC360-22
MPa
492.48
2
tfcE
2
bfcE
kc
Es
0.9
FcrPL2
Esfuerzo crítico para alas esbeltas
Ec. F5-9. AISC360-22
Esfuerzo crítico considerado para el diseño
Ec. F5-(8 - 9). AISC360-22
MPa
214.98
FcrPL
Momento resistente nominal por pandeo local del
ala en compresión
Ec. F5-7. AISC360-22
m
kgf
8620.4
SxcE
FcrPL
RpgE
×b
Mn2

9. STEEL DESIGN 03. Vigas I de alas y alma no compactas doblemente simétricas. AISC 360-22
Página 9 de 12 by Ing. Angel Manrique
Momento resistente nominal por fluencia del ala en tensión
3
cm
538.76
SxcE
Mòdulo de secciòn elàstico respecto al ala
en compresiòn
3
cm
538.76
SxE
SxtE
Mòdulo de secciòn elàstico respecto al ala
en tensión
Momento resistente nominal por fluencia del
ala en tensión
Ec. F5-10. AISC360-22
m
kgf
12361.05
SxtE
fys
×b
Mn3
Momento resistente nominal sentido fuerte
m
kgf
8620.4
min Mn3
Mn2
Mn1
MPE
Mnf
Momento resistente nominal sentido fuerte
Capacidad resistente al cortante
Resistencia nominal al corte sentido fuerte
Factor de minoracion al cortante
Art. G1. AISC360-22
0.9
×v
Coeficiente de pandeo por cortante del alma
Art. G2.1b(2)i. AISC360-22
5.34
kv
Cv1
Constante 1
Cv1a
twE
tfE
2
hE
fys
Es
kv
1.1
Cv1b
if
else
Cv1b
Cv1a
fys
Es
kv
1.1
twE
tfE
2
hE
Cv1
0.56
Cv1
2
cm
12
twE
hE
Aw
Área del alma
Art. G2.1. AISC360-22
Cortante resistente nominal kgf
15305.27
fys
Cv1
Aw
×v
Vnf
7.3. CAPACIDAD RESITENTE SENTIDO DÉBIL
Capacidad resistente al momento flector
Factor de minoración al momento flector
Art. F1.a. AISC360-22
0.9
×b

10. STEEL DESIGN 03. Vigas I de alas y alma no compactas doblemente simétricas. AISC 360-22
Página 10 de 12 by Ing. Angel Manrique
Resistencia nominal a momento por fluencia
Esfuerzo del fluencia MPa
250
fys
3
cm
80.01
SyE
Módulo Elástico Y
Momento resistente nominal por fluencia
Ec. F6-1. AISC360-22
m
kgf
2937.1
SyE
fys
1.6
×b
Mnd1
Resistencia nominal a momento por pandeo local del ala
Relación ancho/espesor de ala en compresión 16.67
»fE "ALA NO COMPACTA"
Relación límite ancho/espesor de alas compactas
Tabla B4.1b AISC360-22
10.75
»pf
Relación límite ancho/espesor de alas esbeltas
Tabla B4.1b AISC360-22
23.42
»rf
»pf
»rf
»pf
»fE
SyE
fys
0.7
Mnd1
Mnd1
Mnd2a
Momento resistente para alas no compactas
Ec. F6-2. AISC360-22
m
kgf
2232.41
Mnd2a
m
kgf
4111.94
SyE
2
»fE
Es
0.70
Mnd2b
Momento resistente para alas esbeltas
Ec. F6-3. AISC360-22
Momento resistente a momento por pandeo
local del ala
Ec. F6-3. AISC360-22
m
kgf
2232.41
Mnd2
Momento resistente nominal sentido débil
Relación ancho/espesor de ala en compresión 16.67
»fE "ALA NO COMPACTA"
Momento resistente nominal sentido débil Mnd1
Mnd "NO APLICA"
Mnd2
Mnd "APLICA"
m
kgf
2232.41
Mnd
7.4. RESUMEN DE DISEÑO POR CAPACIDAD RESISTENTE
Diseño a flexión biaxial
Momento actuante máximo de diseño sentido fuerte m
kgf
4500
Macf
Momento resistente máximo sentido fuerte m
kgf
8620.4
Mnf
Momento actuante máximo sentido débil m
kgf
562.5
Macd
Momento resistente máximo sentido débil m
kgf
2232.41
Mnd

11. STEEL DESIGN 03. Vigas I de alas y alma no compactas doblemente simétricas. AISC 360-22
Página 11 de 12 by Ing. Angel Manrique
1
Mnd
Macd
Mnf
Macf
Factor de utilización a momento
Ec. H1-1b. AISC360-22
%
77.4 "OK"
Diseño a corte
Cortante actuante máximo de diseño sentido fuerte kgf
3000
Vacf
Resistencia nominal al corte sentido fuerte kgf
15305.27
Vnf
1
Vnf
Vacf
Factor de utilización a cortante %
19.6 "OK"

12. STEEL DESIGN 03. Vigas I de alas y alma no compactas doblemente simétricas. AISC 360-22
Página 12 de 12 by Ing. Angel Manrique
08DISEÑO POR CAPACIDAD DE SERVICIO
8.1. DISEÑO POR DEFLEXIÓN
La norma NCh427/1 2016 especifica en su disposición L1 que para los estados límites de servicio, las
cargas y las combinaciones de carga apropiadas se encuentran en el documento Minimum Design Loads
and Associated Criteria for Buildings and Other Structures (ASCE/SEI7), Anexo C.
Sentido fuerte
mm
16.67
360
Lx
Dlim
Deformación limite
Anexo C ASCE/SEI7
mm
6.91
IxE
Es
384
4
Lx
qcs
5
Dmax
Deformación máxima de la viga
1
Dlim
Dmax
Factor de utilización por deflexión %
41.47 "OK"