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Diferencias entre ANSI/AISC 360-22 y ANSI/AISC 360-10. Capítulos D a H

/ 05 Oct 2023 / por: User Avatar
Verificación de normas
SDC Verifier

En el mundo de la ingeniería, la precisión y la seguridad son primordiales. Las normas ANSI/AISC (American National Standards Institute/American Institute of Steel Construction) han sido durante mucho tiempo la base para el diseño de estructuras de acero en diversos sectores, como la ingeniería civil, la elevación de cargas pesadas, la construcción marítima y en alta mar, y otros. Entre estas normas, la especificación ANSI/AISC 360-22 para edificios de acero estructural es la última iteración, que aporta actualizaciones esenciales al diseño de acero estructural. Este artículo ofrece una comparación concisa de ANSI/AISC 360-22 y su homóloga de 2010, centrándose en los siguientes capítulos clave implementados en SDC Verifier:

  • D. Diseño de miembros para tensión,
  • E. Diseño de miembros para compresión,
  • F. Diseño de miembros para flexión,
  • G. Diseño de miembros para esfuerzo cortante,
  • H. Diseño de miembros para fuerzas combinadas y torsión.

Los cambios comentados en este artículo se han integrado en nuestra última versión de software SDC Verifier 2023 R2. Nuestro software es ahora totalmente compatible con los mencionados capítulos actualizados de la norma ANSI/AISC 360-22 para todas las secciones transversales que eran compatibles con la versión anterior, aunque tenemos previsto añadir compatibilidad con más formas en las próximas versiones.

Capítulo D – Cálculo de elementos sometidos a tracción

Los cambios más importantes de este capítulo son los realizados en la Sección D3 «Área neta efectiva» Tabla D3.1 «Factores de retraso de cortante para uniones a miembros de tracción» y la adición de un nuevo factor de reducción Cr, a la ecuación (D5-2). Aparte de esto, hay algunos cambios menores relativos a la aclaración de algunos símbolos y notas de usuario, la revisión del diámetro de los orificios de los pasadores para los miembros conectados con pasadores y la descripción añadida del uso de cordones en los lados abiertos de los miembros de tracción construidos.

Merece la pena prestar más atención a los cambios introducidos en la tabla de factores de retraso por cizalladura, ya que se definen como una de las cinco características en lo que respecta a esta implementación de la norma en SDC Verifier, lo que significa que deben ser definidos por el usuario. En general, la mayor parte de esta tabla sigue siendo la misma con las siguientes excepciones:

  • Los miembros de placa y los miembros de tracción que transmiten la carga de tracción únicamente a través de soldaduras longitudinales se han eliminado del caso 2,
  • El caso 4 se ha ampliado para incluir ángulos, canales con soldaduras en los talones, tes y formas en W con elementos conectados; la ecuación para calcular U y la figura de ejemplo se han actualizado para abordar las soldaduras longitudinales de longitud desigual; se ha añadido una nota a pie de página [a], sobre cómo calcular l,
  • El caso 5 se ha actualizado para aclarar que la placa de refuerzo se conecta a través de ranuras en el HSS,
  • Los casos 5 y 6 (HSS redondo y HSS rectangular con placa de refuerzo concéntrica única) se han combinado en el caso 5, y la determinación del factor de retraso por cortante se ha revisado para ambos,
  • El caso 6 es ahora un HSS rectangular con dos placas de refuerzo laterales, y se ha revisado el factor de retraso por cortante.

La resistencia a la tracción de diseño(LRFD), ϕ_t \[P_n\], y la resistencia a la tracción admisible(ASD), \[P_n/\Omega_t\], según el estado límite de rotura por cizalladura incluyen ahora un nuevo factor de reducción, Cr, para la rotura por cizalladura en elementos unidos por pernos que depende de la diferencia entre el diámetro del perno y el diámetro del agujero.

AISC 360-10 AISC 360-22
\[P_n=0,6F_u\ A_sf\]

(D5-2)

 \[P_n=0,6C_r\ F_u\ A_sf\]

(D5-2)

Capítulo E – Cálculo de elementos para compresión

A lo largo de todo el capítulo se ha modificado la terminología siguiente: «tensión crítica«, y el símbolo asociado, Fcr, se han revisado por «tensión nominal«, y el símbolo, Fn; la longitud efectiva se define ahora como Lс y se ha añadido una Nota de Usuario para mostrar que Lс puede determinarse por métodos distintos al uso del factor de longitud efectiva K; la compresión uniforme se ha cambiado por compresión axial y la longitud no arriostrada por longitud efectiva. Además, se han realizado cambios menores en las definiciones de algunas variables y se han editado algunas Notas de Usuario para mayor claridad.

El primer cambio importante aparece en la Sección E4, cuyo título se ha modificado añadiendo Ángulos simples – ahora «Pandeo torsional y flexotorsional de ángulos simples y miembros sin elementos esbeltos». Esta sección establece ahora claramente que se aplica a todos los miembros doblemente simétricos sin elementos esbeltos cuando la longitud no arriostrada a torsión supera la longitud no arriostrada lateral y para ángulos simples con \[b/t\ >0,71\sqrt{E/F_y\ }\]. Estos cambios provocaron la eliminación de 2 ecuaciones – las anteriores (E4-2) y (E4-3) – y el desplazamiento de la mayoría de las ecuaciones restantes entre subsecciones. No describiremos estos cambios en profundidad, ya que la adición de la sección transversal de ángulo único está actualmente en desarrollo.

La sección E5 «Elementos de compresión de ángulo simple» se ha redactado de nuevo para aclarar cuándo es necesario considerar el pandeo por flexión-torsión. Este cambio corresponde al primer cambio en la Sección E4, pero también se ha invertido para resaltar cuándo no se debe considerar el pandeo por flexión-torsión. Dos requisitos para el uso de esta Sección se han trasladado al cuerpo principal desde las Secciones individuales E5(a) y E5(b): Lc/r ≤ 200 y la relación entre las dimensiones del cateto largo y el cateto corto debe ser inferior a 1,7.

Los cambios en la Sección E6 «Miembros construidos» son en su mayoría revisiones de definiciones y otras aclaraciones. El título de la Sección E6.2 se ha cambiado de «Requisitos dimensionales» a «Requisitos generales» y se ha reorganizado de párrafos a una lista (a) a (e).

La Sección E7 «Miembros con elementos esbeltos» incluye otro cambio importante. Esta Sección se ha revisado en su totalidad para tratar igual a los elementos rigidizados y a los no rigidizados. El enfoque se ha modificado por completo: ahora es más similar al enfoque AISI. Las variables Qs y Qa ya no se utilizan en la Especificación. La ecuación (E7-1) se ha revisado para reflejar que ahora se utiliza un área efectiva en lugar de una tensión reducida como en 2010. Por este motivo, las ecuaciones (E7-2) y (E7-3) se han eliminado de esta Sección. Se ha añadido una nota de usuario sobre el cálculo de Ae.

AISC 360-10 AISC 360-22

\[P_n=F_cr A_g\]

(E7-1)

\[P_n=F_n\ A_e\]

(E7-1)

Cuando \[\frac{KL}{r}\le4.71\sqrt{\frac{E}{QF_y}}\] \[(o \frac{QF_y}{F_e} \le2.25)\]

\[F_cr=Q[0 .658^{\frac{QF_y}{F_e }}] F_y\]

(E7-2

Cuando \[\lambda\le\lambda_r\ \sqrt{\frac{F_y}{F_n}}\]

\[b_e=b\]

(E7-2)

Cuando \[KL/r> 4 ,71\sqrt(E/(QF_y\ ))\] \[(o \frac{QF_y}{F_e} >2.25)\]

\[F_cr=0,877F_e\]

(E7-3)

Cuando \[\lambda>\lambda_r\ \sqrt{\frac{F_y}{F_n}}\]

\[b_e=b(1-c_1\ \sqrt{\frac{F_el}{E_n}})\ \sqrt{\frac{F_el}{E_n}}\]

(E7-3)

2022 Nota para el usuario: El área efectiva Ae, puede determinarse deduciendo del área bruta Ag, la reducción de área de cada elemento esbelto determinada como (b-be)t.

Los nombres de las subsecciones se han modificado en consecuencia – Subsección E7.1 de «Elementos esbeltos no rigidizados, Qs» a «Elementos esbeltos excluyendo HSS redondos» y Subsección E7.2 de «Elementos esbeltos rigidizados, Qs» a «HSS redondos».

La ecuación (E7-3) introduce varias variables nuevas: algunas calculadas a partir de las ecuaciones recién añadidas (E7-4) y (E7-5), y otras tomadas de la tabla E7.1 «Factores de ajuste de la imperfección de la anchura efectiva c1 y c2«. Todo este nuevo procedimiento se ha implementado de forma totalmente automatizada, por lo que no entraremos en más detalles para mantener el artículo conciso, ya que no requerirá ninguna entrada adicional por parte del usuario.

La subsección E7.2 introduce dos ecuaciones adicionales utilizadas para calcular el área efectiva Ae, para una sección transversal HSS redonda – éstas también se han implementado en su totalidad.

Capítulo F – Cálculo de elementos a flexión

El tamaño del capítulo F excede las posibilidades de discutir todos los cambios menores en detalle en este artículo, por lo que repasaremos brevemente todas sus secciones y profundizaremos un poco más sólo en las diferencias principales. Las secciones son las siguientes:

  • F1. Disposiciones generales – cambios menores en la estructura de este capítulo; la sección que aborda el factor de modificación de pandeo lateral-torsional se ha separado en una nueva subsección F1(c); la Nota del usuario se ha ampliado para aclarar que el comentario contiene ecuaciones adicionales para calcular Cb – esto puede ser importante para algunos usuarios en casos específicos ya que el factor Cb es otra característica que tiene que ser definida por el usuario en nuestra aplicación,
  • F2. Miembros y canales en forma de I compactos doblemente simétricos doblados alrededor de su eje mayor: la nota de usuario sobre compacidad ha sustituido 65 ksi por 70 ksi en la última declaración sobre límites de compacidad del alma,
  • F3. Miembros en forma de I doblemente simétricos con almas compactas y alas no compactas o esbeltas dobladas alrededor de su eje mayor – sin cambios significativos,
  • F4. Otros miembros en forma de I con nervios compactos o no compactos doblados alrededor de su eje mayor – la ecuación para el radio de giro efectivo rt, (F4-11) en los cálculos de pandeo lateral-torsional ha sido revisada y ahora se implementa como la versión anterior de la nota de usuario,
  • F5. Miembros en forma de I doblemente simétricos y unisimétricos con nervios delgados doblados alrededor de su eje mayor – cambios menores para mejorar la claridad de algunas subsecciones, ningún otro cambio significativo,
  • F6. Miembros en forma de I y canales doblados alrededor de su eje menor – sólo un ligero ajuste de un multiplicador en la ecuación (F6-4) de 0,69 a 0,70,
  • F7. Secciones cuadradas y rectangulares HSS y de cajón – cambios principales, se han revisado las ecuaciones (F7-2) y (F7-6) a un formato más coherente con las ecuaciones de pandeo local del ala para la resistencia nominal a flexión de las formas en I, se ha añadido una nueva Subsección F7.3(c) se ha añadido para el tratamiento de secciones con almas esbeltas y alas compactas o no compactas, se ha añadido una nueva Subsección F7.4 «Pandeo Lateral-Torsional) para proporcionar un tratamiento del LTB para secciones HSS y cajón, utilizando un enfoque similar al que se utiliza para otras secciones,
  • F8. HSS redondo – sin cambios,
  • F9. Tees y ángulos dobles cargados en el plano de simetría: se amplió el alcance de algunas subsecciones para incluir los tramos de ángulo doble, por lo demás se reorganizaron significativamente todas las subsecciones, pero como las Tees son otra forma que está actualmente en desarrollo, no profundizaremos más en estos cambios,
  • F10. Ángulos simples – cambios menores en cuanto a la organización de esta sección, incluida la supresión de la ecuación (F10-5), ya que la ecuación (F10-4) es ahora aplicable a los ángulos de catetos desiguales, pero al igual que en el caso anterior los ángulos simples están actualmente en desarrollo,
  • F11. Barras rectangulares y redondos – la ecuación (F11-1) se dividió en dos (F11-1) y (F11-2) para diferenciar la resistencia nominal a la flexión para barras rectangulares y para redondos, la subsección F11.2 «Pandeo lateral-torsional» se reorganizó para mayor claridad,
  • F12. Formas asimétricas – sin cambios,
  • F13. Proporciones de vigas y viguetas – sin cambios significativos.

En cuanto a los cambios en las subsecciones F7.2 «Pandeo local del ala» y F7.3 «Pandeo local del alma», las ecuaciones se presentan a continuación.

AISC 360-10

\[M_n=M_p-(M_p-F_y\ S)(3,57\ \frac{b}{t_f}\ \sqrt{\frac{F_y}{E}}-4,0)\le M_p\]

(F7-2)

\[M_n=M_p-(M_p-F_y\ S)(0,305\ \frac{h}{t_w}\ \sqrt{\frac{F_y}{E}}-0,738)\le M_p\]

(F7-5)

AISC 360-22

\[M_n=M_p-(M_p-F_y\ S)(\frac{\lambda-\lambda_{pf}}{\lambda_{rf}-\lambda_{pf}\ })\le M_p\]

(F7-2)

\[M_n=M_p-(M_p-F_y\ S)(\frac{\lambda-\lambda_{pw}}{\lambda_{rw}-\lambda_{pw}\ })\le M_p\]

(F7-6)

No discutiremos en detalle las ecuaciones añadidas en la nueva Subsección F7.4 «Pandeo Lateral-Torsional» ya que se trata de un enfoque muy similar al de las subsecciones dedicadas al LTB para diferentes formas. Puede encontrar más información sobre la implementación de esta subsección consultando la dedicada a ella Comprobación ID9 en la norma AISC 360-22 Members de nuestro software.

A continuación puede ver los resultados del factor de utilización para la comprobación de flexión en la versión antigua (AISC 360-10) y nueva (AISC 360-22) de la norma para una viga en voladizo rectangular HSS con una elevada relación profundidad/anchura.

Resultados del factor de utilización para la comprobación de flexión en la versión antigua (AISC 360-10) y nueva (AISC 360-22) de la norma para una viga en voladizo rectangular HSS

Según la Nota de Usuario, en casos como estos, en los que los miembros rectangulares HSS con una elevada relación profundidad-anchura se doblan alrededor de su eje mayor, puede observarse una reducción significativa de la resistencia a la flexión debido al pandeo lateral-torsional. La Especificación de 2010 no tiene en cuenta el LTB para los miembros rectangulares HSS, lo que resulta en un factor de utilización significativamente subestimado.

Capítulo G – Cálculo de elementos para esfuerzo cortante

La sección G3 «Acción del campo de tensión» se trasladó a dos subsecciones de la sección G2 ahora denominada «Barras y canales en forma de I», por lo que se eliminó una sección como efecto y se renumeró la otra y en muchos casos se le cambió el nombre. Para una visión general puede ver la estructura de este capítulo comparada a continuación.

AISC 360-10 AISC 360-22
El capítulo está organizado como sigue:

G1. Disposiciones generales
G2. Miembros con nervios no rigidizados o rigidizados
G3. Acción del campo de tensión
G4. Ángulos simples
G5. Elementos rectangulares de acero rápido y en forma de caja
G6. HSS redondos
G7. Cortante de eje débil en formas doblemente simétricas y simétricas simples
G8. Vigas y viguetas con aberturas en el alma 		El capítulo está organizado como sigue:

G1. Disposiciones generales
G2. Perfiles en I y canales
G3. Ángulos simples y en T
G4. Perfiles rectangulares de acero rápido, perfiles en cajón y otros elementos con simetría simple o doble

G5. Acero rápido redondo
G6. Elementos doblemente simétricos y simétricos singulares sometidos a cortante en el eje menor

G7. Vigas y viguetas con aberturas en el alma

Ha habido algunos cambios menores en este capítulo en cuanto a la terminología, donde en la versión 2022 se prefiere «mayor» y «menor» a «fuerte» y «débil» de la versión 2010 a la hora de describir un eje, también se han hecho algunas reorganizaciones y aclaraciones.

En la sección G2 «Miembro en forma de I y canales» se ha revisado todo el planteamiento para el diseño con acción de campo sin tracción, pero el planteamiento para el diseño con acción de campo con tracción no ha cambiado. Se ha revisado la determinación de la resistencia al esfuerzo cortante para los elementos en forma de I construidos. Se ha añadido un nuevo párrafo que resume la aplicabilidad de las secciones G2.1, G2.2 y G2.3.

Uno de los principales cambios es que el coeficiente Cv utilizado en esta sección ha pasado a llamarse Cv1 y, como consecuencia, se han modificado los parámetros h/tw y las ecuaciones asociadas, y se ha suprimido la ecuación (G2-5).

En la subsección G2.1(b)(2), el valor máximo de kv se ha elevado a 5,34 y se ha eliminado el límite de h/tw. La declaración que especificaba kv para los vástagos en forma de te se ha trasladado a la sección G3, que ahora se aplica a los vástagos en forma de te. La ecuación (G2-5) (antes ecuación (G2-6)) se ha revisado con el valor máximo de 5,34 y se ha eliminado el límite de a/h.

AISC 360-10AISC 360-22

\[k_v=5+\frac{5}{(a/h)^2}\] \[=5\ cuando a/h>3.0\ a/h >[\frac{260}{(h/t_w\ )}]^2\]

(G2-6)

\[k_v=5+\frac{5}{(a/h)^2}\] \[=5.34\ cuando a/h>3.0\]

(G2-5)

En la nueva Sección G2.2 «Resistencia al corte de paneles de alma interior con \[a/h\ 3\] considerando la acción del campo de tensión» las antiguas Ecuaciones (G3-1) y (G3-2) se han trasladado a esta Sección como Ecuaciones (G2-6) y (G2-7). Además, se ha definido una nueva variable Cv2 en esta Sección. Las ecuaciones para determinar Cv2 son similares a las ecuaciones (G2-3), (G2-4) y (G2-5) de la especificación de 2010.

Otro cambio importante es que en las secciones G3 «Ángulos simples y en T», G4 «Perfiles rectangulares HSS, perfiles en cajón y otros miembros simétricos simples y dobles» y G6 «Miembros simétricos dobles y simétricos simples sometidos a esfuerzo cortante en el eje menor» se han añadido las ecuaciones aplicables para las formas regidas por estas secciones, por lo que ya no todas hacen referencia a la ecuación (G2-1) como ocurría en la Especificación de 2010.

AISC 360-10 AISC 360-22
\[V_n=0,6F_y\ A_w\ C_{v}\]

(G2-1)

 \[V_n=0,6F_y\ A_w\ C_{v1}\]

(G2-1)

\[V_n=0,6F_y\ bt C_{v2}\]

(G3-1)

\[V_n=0,6F_y\ A_w\ C_{v2}\]

(G4-1)

\[V_n=0,6F_y\ b_{f}t_{f} C_{v2}\]

(G6-1)

Capítulo H – Cálculo de elementos para fuerzas combinadas y torsión

A lo largo de este capítulo, las listas separadas de símbolos definidos para LRFD y ASD se han condensado en una lista de definiciones tanto para LRFD como para ASD, sustituyendo los términos «resistencia de diseño» y «resistencia admisible» por «resistencia disponible». Aparte de eso, se han actualizado o añadido algunas definiciones de parámetros, en su mayoría cambios menores para mejorar la claridad.

El único cambio importante aparece en la sección H3 «Miembros sometidos a torsión y torsión combinada, flexión, cortante y/o fuerza axial», donde se ha revisado la ecuación H3-6 para incluir las relaciones de resistencia a la flexión requeridas y disponibles tanto para la flexión en el eje mayor como en el menor. Se añade el requisito de que «Vr/Vc se tomará como el valor mayor para el eje x o y».

AISC 360-10

AISC 360-22

\[(\frac{P_r}{P_c} +\frac{M_r}{M_c} )+(\frac{V_r}{V_c} +\frac{T_r}{T_c} )^2\le1,0\]

(H3-6)

\[(\frac{P_r}{P_c} +\frac{M_{rx}}{M_{cx}}+\frac{M_{ry}}{M_{cy}} )+(\frac{V_r}{V_c} +\frac{T_r}{T_c} )^2\le1.0\]

(H3-6)

Conclusión

En conclusión, este artículo ha proporcionado una visión general concisa de los principales cambios introducidos en la norma ANSI/AISC 360-22 en comparación con la norma ANSI/AISC 360-10. Esperamos que le haya proporcionado una comprensión general de las modificaciones introducidas en los capítulos que abordan la tracción, la compresión, la flexión, el cizallamiento y las fuerzas combinadas con la torsión.

En SDC Verifier, el ingeniero estructural puede realizar comprobaciones de pandeo de miembros según tres generaciones de normas AISC:

En SDC Verifier, siempre nos aseguramos de que nuestras soluciones cumplen con las pruebas y ejemplos proporcionados en la norma y publicamos periódicamente AISC 360-10 Design Examples Benchmarks.

Sin embargo, para profundizar en las principales diferencias seleccionadas y sus implicaciones prácticas en el diseño del acero estructural y los resultados de los cálculos, permanezca atento. En un futuro próximo, publicaremos un artículo de seguimiento que profundizará en los entresijos de estos cambios y presentará su influencia en los resultados en unos cuantos ejemplos dados.