Manual de Steel Framing (Construcciones Entramadas de Acero) PDF

Lomas de Zamora 06 de Marzo de 2023 COMISION N° 1 EDUCACION DESPACHO N° 20 / 2023 MANUAL de INGENIERIA de STEEL FRAMING (Construcciones Entramadas de Acero) Se adjunta archivo.  Instituto Latinoamericano...

Lomas de Zamora 06 de Marzo de 2023 COMISION N° 1 EDUCACION DESPACHO N° 20 / 2023 MANUAL de INGENIERIA de STEEL FRAMING (Construcciones Entramadas de Acero) Se adjunta archivo.  Instituto Latinoamericano del Fierro y del Acero MANUAL DE INGENIERIA DE STEEL FRAMING (Construcciones Entramadas de Acero) Autor: Roberto G. C. Dannemann Ingeniero Civil U. de La Plata Ingeniero Civil U. de Chile  Prólogo El material contenido en este Manual ha sido desarrollado por encargo de ILAFA, basado en lineas generales en normas editadas por la American Iron and Steel Institute (AISI) de Estados Unidos de Norteamérica, y el Método Prescriptivo de Construcción de Viviendas para una y dos Familias, redactado por el Comité en Especificaciones para Steel Framing del AISI. El contenido técnico de este Manual se basa en los encomiables esfuerzos realizados por las personas de estas Instituciones que han redactado las citadas especificaciones, para las construcciones de Steel- Framing en perfiles formados en frío. En la redacción de este Manual se ha integrado parte de los capítulos A, C,D y E del citado Método Prescriptito, allí donde aporta soluciones constructivas para la aplicación de estas tecnolo- gías. Asimismo en el texto de este Manual, cuando se emplean fórmulas de la norma AISI se indica el número que dicha expresión tiene en la norma. De esta manera los usuarios podrán recurrir a estos documentos de referencia si desean profundizar los estudios y el conocimiento de las técni- cas relativas a esta forma de construcción. Como se anticipa y debido a los continuos avances tecnológicos y al conocimiento de las características del comportamiento de las construcciones de Steel Framing con perfiles formados en frío, el material contenido en el Manual puede ser eventualmente modificado en el futuro. Se anti- cipa que si el AISI publicara en el futuro actualizaciones técnicas que represente mejoras en el méto- do esto podrá originar una eventual actualización de este Manual, pero de ninguna manera se garantiza que eso suceda. El material contenido en este Manual es solamente para propósitos generales y de información a los usuarios del mismo. De ninguna manera substituye el asesoramiento adecuado de profesiona- les competentes. La aplicación de la información de este Manual a proyectos específicos debería ser realizada por un profesional especializado en este diseño. De todas maneras, en algunos paí- ses y regiones, se requiere además una revisión obligatoria por ley. Cualquiera que haga uso de la información contenida en este Manual, lo hace a su riesgo personal y asume cualquier responsabi- lidad emergente de su actuación en el proyecto que realice. El usuario de este manual está informado que debe revisar la disponibilidad del acero que desea o pueda emplear en su proyecto, y que ese acero esté disponible en la región en que se construirá el proyecto. No todos los perfiles y materiales mencionados en este manual pueden estar disponibles en todos los lugares de Latinoamérica. Las cargas y los gráficos que se publican en este Manual son para el acero especificado en este texto. Es posible que en los países en los cuales se emplee este Manual existan otros tipos de aceros, los cuales deben ser verificados y adaptados. Debido a que parte del contenido de este material está basado en el Standard for COLD STEEL FRAMING, PRESCRIPTIVE METHOD for ONE or TWO FAMILY DWELLINGS, editado en el 2001 por el AISI de E.E.U.U., se deja expresa constancia que las partes extraídas y/o traducidas de dicho Standard de ninguna manera implica responsabilidad alguna para AISI ni para ILAFA. Esta adaptación parcial solo representa la aplicación racional y el uso de información de primera fuente de la calidad tecnológica reconocida mundialmente a esas Instituciones en el desarrollo de este tipo de estructuras livianas de acero en beneficio de la calidad de la construcción metálica liviana. 3  INDICE INTRODUCCION 10 CAPÍTULO A GENERALIDADES 13 A1 CONCEPTOS BÁSICOS 14 A2 ESTRUCTURACIONES TÍPICAS 14 A 2.1 Acción del viento 15 A 2.2 Acción del sismo 15 A3 DETALLES ESTRUCTURALES 16 A4 ALCANCE DE ESTE MANUAL 16 A 4.1 Limites de aplicabilidad 16 A 4.2 Limitaciones en zonas de alta sismicidad y fuertes vientos 16 A 4.2.1 Edificios irregulares 17 A 5 DEFINICIÓN DE TÉRMINOS 18 A 6 LIMITACIONES DE LOS COMPONENTES ESTRUCTURALES 22 A 6.1 Orificios en almas 22 A 6.2 Refuerzos de orificios 22 TABLAS Y FIGURAS 23 CAPÍTULO B COMPONENTES ESTRUCTURALES 27 B 1 GENERALIDADES 28 B2 PERFILES 28 B 2,1 Selección de perfiles apropiados 30 B 2.2 Tablas de perfiles 31 B 2.2.1 Tablas de montantes y vigas 31 B 2.2.2 Tablas de soleras 31 B 2.2.3 Tablas de perfiles minigalera 31 B 2.2.4 Tablas de minicanales 32 B 2.2.5 Tablas de angulos conectores 32 B 2.2.6 Tablas de cintas de acero 32 B 3 CONEXIONES B 3. 1 Tipos de Tornillos 32 B 3. 2 Dimensiones de los tornillos 33 B 3.3 Largo de los tornillos 33 B 3.4 Capacidad admisible de los tornillos 33 B 3.5 Técnicas de colocación de los tornillos 33 4 B 4 – SOLDADURA 33 B 4-1 Generalidades 33 B 4.2 Capacidad admisible de la soldadura 34 B 5. CLAVOS DE IMPACTO 34 B 5.1 Clavos neumáticos 34 B 5.2 Clavos de disparo 34 B 6 OTRAS CONECCIONES 35 B 7 REVESTIMIENTOS 35 B 7.1 Revestimientos estructurales en base madera 35 B 7.2 Placas de yeso cartón 35 B 7.3 Otros revestimientos 36 TABLAS DE CARACTERÍSTICAS DE PERFILES 37 TABLAS DE CONEXIONES CAPITULO C AUXILIARES DE DISEÑO 41 C 1 INTRODUCCIÓN 42 C 2 BASES DE CÁLCULO 42 C 2.1 Normas de cálculo 42 C 2. 2 Método de cálculo 42 C 2.3 Acero 42 C 2. 4 Unidades de Medida 43 C 3 GRÁFICOS AUXILIARES DE CÁLCULO 43 C 3.1 Criterio de este Manual 43 C4 GRÁFICOS DE RESISTENCIA 43 C 4.1 Resistencia a flexión 43 C 4.2 Cálculo de los gráficos 44 C 4.3 Gráficos de montantes a flexión 44 C 4.4 Gráfico de vigas a flexión 45 C 4.5 Gráficos de Resistencia a la compresión 45 C 4.5.1 Compresión admisible en montantes (arriostramiento H/2) 46 C 4.5.2 Compresión admisible en montantes (arriostramientos H/3) 46 C 4.5.3 Compresión admisible en vigas (arriostramientos H/2) 47 C 4.5.4 Compresión admisible en vigas (arriostramientos H/3) 47 C 5 GRÁFICOS DE COMBINACIONES DE CARGAS 48 C6 REDUCCIONES DE RESISTENCIA DE FLEXIÓN POR EXCENTRICIDAD 67 C7 CASOS CRITICOS DE PERFIL CANAL 67 5  INDICE CAPITULO D ESTRUCTURACIÓN DE PISOS 69 D 1 CONSTRUCCIÓN DE PISOS 70 D 2 APOYO DE MUROS EN FUNDACIONES O MUROS PORTANTES 70 D 3 TAMAÑOS MÍNIMOS DE VIGUETAS DE PISO 70 D 3.1 Voladizos de entrepisos 70 D 4 ATIESADORES DE APOYO 70 D 5 ARRIOSTRAMIENTO Y BLOQUEO DE VIGAS 71 D 5.1 Arriostramiento de alas superiores de viguetas 71 D 5.2 Arriostramiento de alas inferiores de viguetas 71 D 5.3 Bloqueo en apoyos internos de viguetas 71 D 5.4 Bloqueo de voladizos 71 D 6 EMPALME DE VIGUETAS 72 D 7 ABERTURAS EN PISOS 72 D 8 VIGAS RETICULADAS DE PISO 72 D 9 DIAFRAGMAS 72 D 9.1 Diafragmas de piso en zonas de alta sismicidad o de fuertes vientos 72 TABLAS y FIGURAS 73 CAPITULO E ESTRUCTURACIÓN DE MUROS 79 E 1 CONSTRUCCIÓN DE MUROS 80 E 2 CONEXIÓN DE MUROS A LAS FUNDACIONES 80 E 2.1 Conexión de tracción en áreas de fuertes vientos 80 E 3 TAMAÑO MÍNIMO DE MONTANTES 80 E 4 ARRIOSTRAMIENTO DE MONTANTES 81 E 5 EMPALMES 81 E 6 ESTRUCTURACIÓN DE ENCUENTROS 81 E 7 DINTELES 81 E 7.1 Dinteles de vigas cajón 81 6  E 7.2 Dinteles espalda con espalda 82 E 7.3 Dinteles de ángulo doble 82 E 7.4 Elementos complementarios de los dinteles 82 E8 ARRIOSTRAMIENTO DE MURO 82 E 8.1 Arriostramientos de cintas en X 82 E 8.2 Revestimientos estructurales 83 E 8.3 Fijación de los revestimientos estructurales 83 E 8.4 Requerimientos de anclajes verticales 83 E 9 REVESTIMIENTO DE MUROS EXTERIORES 83 E 10 RESISTENCIA Y RIGIDEZ DE REVESTIMIENTOS ESTRUCTURALES 83 E 11 MUROS ARRIOSTRADOS EN ZONAS DE VIENTOS Y RIESGO SÍSMICO 84 E 11.1 Generalidades 84 E 11.2 Líneas de muros arriostrados 84 E 11.3 Paneles de paredes arriostradas con revestimientos sólidos 84 E 11.4 Líneas de muros arriostrados del tipo II (perforados) 85 E 11.5 Anclaje de muros arriostrados y requerimientos de montantes 85 E 11.6 Conexiones de muros arriostrados a fundaciones, pisos y diafragmas 85 E 12 DISEÑO DE MUROS EN ZONAS DE ALTA SISMICIDAD 86 E 12.1 Largo de muros arriostrados del tipo I 86 E 12.2 Anclajes de muros arriostrados y requerimientos de montantes 86 E 12.3 Solera superior de muro 87 E 13 DISEÑO DE MUROS ARRIOSTRADOS EN ZONAS DE VIENTOS EXTREMOS 87 E 13.1 Generalidades 87 E 13.2 Longitud de muros arriostrados 87 E 13.3 Conexiones de muros en zonas de vientos extremos 87 E 13.3.1 Generalidades 87 E 13.3. 2 Conexiones de tracción entre muros 87 E 13.3.3 Conexiones de tracción en dinteles 88 E 13.3.3.1 Edificio de un solo piso o último piso 88 E 13.3.3.2 Piso inferior de un edificio de dos plantas 88 E 13.3.4 Conexión de la solera inferior a la fundación 88 E 14 DISEÑO SISMORRESISTENTE DE MUROS 89 E 14-1 Generalidades 89 E 14-2 Arriostramento de placas de revestimiento 90 E 14-3 Cálculo sismorresistente 90 TABLAS Y FIGURAS 90 7 CAPITULO F ESTRUCTURACIÓN DE LOS TECHOS 101 F 1 CONSTRUCCION DE TECHOS 102 F 2 VIGUETAS DE CIELO 102 F 2.1 Tamaños de las Viguetas de cielo 102 F 2.2 Atiesadores de apoyo 102 F 2.3 Arriostramiento del ala inferior de las viguetas de cielo 102 F 2.4 Arriostramiento del ala superior de las viguetas de cielo 102 F 2.5 Empalmes de viguetas de cielo 103 F 3 CABIOS DE TECHO 103 F 3.1 Tamaño de los cabios 103 F 3.1.1 Voladizo de alero 103 F 3.2 Puntal de apoyo de cabios 103 F 3.3 Empalmes de cabios 104 F 3.4 Conexiones de cabios con viguetas de cielo y cumbrera 104 F 3.5 Arriostramiento del ala inferior de cabios 104 F 3.6 Empuje estructural lateral en los apoyos de los cabios 104 F 4 ESTRUCTURACIÓN DE ABERTURAS EN CIELOS Y TECHOS 104 F 5 CABRIADAS DE TECHO 105 F 5.1 Generalidades 105 F 5.2 Cabriadas con perfiles propios del Steel Framing 105 F 6 DIAFRAGMAS DE TECHO 105 F 6.1 Diafragmas de techo en zonas de alta sismicidad 106 F 6.2 Diafragmas de techo en zonas de fuertes vientos F 7 CONEXIONES ESTRUCTURALES EN ZONAS DE FUERTES VIENTOS 106 F 7.1 Generalidades 106 F 7.2 Conexiones de succión de cabios o cabriadas con los muros 106 F 7.3 Conexiones de cintas de acero de cumbreras 106 TABLAS Y FIGURAS 107 CAPÍTULO G EJEMPLOS DE USO DE LOS AUXILIARES DE DISEÑO 111 G 1 INTRODUCCIÓN 112 G2 GRÁFICOS DE FLEXIÓN DE MONTANTES Y VIGAS 112 8 G3 GRAFICOS DE COMPRESIÓN ADMISIBLE 112 G4 GRAFICOS DE RESISTENCIA COMBINADA DE FLEXIÓN Y COMPRESIÓN 113 ANEXOS X1 SELECCIÓN DE PERFILES DEL SISTEMA 115 X2 CÁLCULOS DE LOS GRÁFICOS DE DIMENSIONAMIENTO 119 X3 CÁLCULO SISMORRESISTENTE DE ESTRUCTURAS DEL STEEL FRAMING 123 X4 REDUCCIONES DE RESISTENCIA DE PERFILES CANAL POR TORSIÓN 133 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 145 9  Introducción El contenido de este Manual está basado Las perspectivas de figuras 1 y 2 muestran los en gran medida en el del STANDARD for esqueletos de dos alternativas de construcciones, COLD FORMED STEEL FRAMING -PRES- como las que trata esta Manual, que son similares CRIPTIVE METHOD for ONE and TWO en la conformación de muros y pisos pero difieren FAMILY DWELLINGS (5) (Método prescriptivo en el techo que en la figura 1 es de cabios, mientras para viviendas de uno y dos familias) editado la de figura 2 tiene cabriadas y correas en la cubier- en el año 2004 por el AMERICAN IRON and ta. En dichas figuras se destacan los componentes STEEL INSTITUTE (AISI) de Estados Unidos del sistema, los que en este Manual son tratados en de Norteamérica sus aspectos técnicos, suministrando información para su dimensionamiento y detalles de las uniones entre dichos componentes. En este Manual de Este Manual está dirigido a todas aquellas Ingeniería se hace frecuente mención a las personas, sean o no profesionales, que tengan Especificaciones de Diseño de Estructuras de interés en conocer las características técnicas Perfiles Formados en Frío del AISI del año 2001 (3) de este sistema constructivo en sus aspectos y Suplemento del 2004 (4) que es la base del cálcu- estructurales, conteniendo además información lo estructural. Esto permite al usuario que desee y auxiliares de cálculo para profesionales que profundizar sus conocimientos y consultar dicha deseen profundizar sus conocimientos de norma a los fines de mejorar su entendimiento del ingeniería y de cálculo estructural Método del Steel Framing. El texto de este Manual ha sido ajusta- El texto de este manual se divide en los do y adecuado a las características de los siguientes Capítulos: países latinoamericanos que abarca los inte- reses de ILAFA, con el principal propósito de A. Generalidades difundir las técnicas de este método de cons- B. Componentes Estructurales trucción. C. Auxiliares de Diseño D. Estructuración de pisos Para cumplir con este propósito ILAFA ha E. Estructuración de muros editado dos manuales complementarios: F. Estructuración de cubiertas G. Ejemplos de uso de los Auxiliares de MANUAL STEEL FRAMING DE Cálculo ARQUITECTURA MANUAL STEEL FRAMING DE ANEXOS INGENIERIA X1 Selección de perfiles del sistema X2 Cálculos de los gráficos de en los cuales se entrega a los profesiona- dimensionamiento les de la construcción y al público valiosa y X3 Cálculo sismorresistente de estructuras actualizada información general y técnica que del Steel Framing permitirá conocer las particulares propiedades X4 Reducción de resistencia de perfiles canal de este método. El Manual de Arquitectura es por torsión complementario de este Manual, donde el lec- tor podrá encontrar la descripción de la caracte- Estos Capítulos muestran, con la ayuda de rísticas del sistema y hasta la historia de su cre- figuras, las formas recomendadas de estructura- ación. Por lo mismo los aspectos arquitectóni- ción del método y las uniones con sus tornillos fija- cos y detalles constructivos pueden ser consul- dores mínimos, en gran parte basados en las tados en dicho Manual y no se repiten en el de recomendaciones del PRESCRIPTIVE METHOD Ingeniería. for COLD FORMED STEEL FRAMING del AISI 10 (5) complementado por Auxiliares de Cálculo Los anexos aportan aclaraciones impor- exclusivos de este Manual, ajustados a las espe- tantes sobre aspectos de cálculo sobre los cua- cificaciones del AISI. Además se entregan ejem- les existe limitada información en la bibliografía plos de dimensionamiento de los viguetas y mon- actual de esta especialidad. Asimismo la infor- tantes para mostrar el empleo de los Auxiliares de mación podrá ser usada en otros proyectos Cálculo de este Manual. similares en que se emplee el STEEL FRA- MING pero con la recomendación que en En el Capítulo E se reproducen, converti- dichas adaptaciones intervenga un profesional das al sistema métrico, algunas de las tablas con conocimientos y experiencia en la especia- que se publican en el PRESCRIPTIVE lidad de las construcciones de acero de este METHOD (5) del AISI, a las cuales en este tipo. Manual se le asigna el mismo número que en dicha publicación, con lo cual se facilita la inter- Parece conveniente incluir en esta consulta entre los dos Manuales. Introducción del Manual de INGENIERIA del STEEL FRAMING el siguiente esquema: De esta manera el usuario podrá diseñar construcciones como las que aquí se describen. MANUALES ILAFA SPECIFICATIONS AISI 2001 (2004) MANUAL MANUAL STEEL FRAMING STEEL FRAMING AISI STANDARD PRESCRIPTIVE INGENIERÍA ARQUITECTURA METHOD COLD FORMED STEEL FRAMING 2004 AISI STANDARD COLD FORMED STEEL USUARIO FRAMING LATERAL DESIGN 2004 LATINOAMERICANO ARQUITECTOS INGENIEROS NORMAS, LEYES Y CONSTRUCTORES REGLAMENTOS LOCALES TALLERES PROYECTISTAS PROYECTO Con este cuadro el lector de los manuales adquiere una visión de la utilidad de estos manuales y la importancia de los documentos básicos del AISI y las reglamentaciones loca- les. En todo caso es oportuno manifestar que en todos los casos de dudas y/o discrepancias priman los documentos originales del AISI en inglés, salvo que sea obligatorio respetar leyes y reglamentaciones locales. 11  Introducción Figura 1. Vivienda Dos Niveles Techos de Cabios Figura 2. Vivienda Dos Niveles Techos de Cabriadas 12 Capítulo A Generalidades 13  Generalidades A.1 Conceptos básicos temas y figuras de los Manuales de E.E.U.U que facilitan a los constructores no expertos en Tal como se describe en detalle en el el tema, reconocer en cuales partes de estas Manual de Arquitectura el sistema de Steel estructuras hay que reforzar las uniones, respe- Framing es heredero del “Wood Framing” tando las conexiones mínimas que se reco- empleado principalmente por los inmigrantes a miendan en este MANUAL Estados Unidos, basado en el empleo de mon- tantes de madera a distancias reducidas y Pero dado que en la aplicación práctica rematados en sus extremos por sendas soleras este sistema puede tener infinitas variantes, también de madera. Asimismo los entrepisos siempre se requiere, aparte de un enfoque son formados por viguetas de madera y los práctico, la intervención de un especialista muros y entrepisos recubiertos con revesti- estructural que aporte la garantía de que la mientos de diferentes tipos. estructura resista las fuerzas de la Naturaleza: del viento, la nieve y los terremotos. Este sistema fue adaptado a las construc- ciones de acero hace algunas décadas al cre- arse el sistema del Steel Framing, de perfiles A.2 Estructuraciones tipicas galvanizados muy livianos, con los cuales se construyen estructuras de hasta varios pisos y Las posibilidades de aplicación del siste- tiene una divulgación cada vez mayor por las ma son muy amplias, existiendo construcciones ventajas de ser un material reciclable que si se de hasta 5 y más pisos. Sin embargo el objeti- compara con la madera ofrece notables venta- vo de este Manual es el de establecer ciertas jas. reglas y recomendaciones para viviendas de hasta dos niveles, consecuente con los criterios En este sistema se emplean con poca fre- adoptados en EEUU, probablemente porque es cuencia elementos tales como pórticos, vigas y la aplicación más difundida del sistema. A partir columnas aisladas siendo todas las cargas gra- de esta limitación razonable este Manual trata vitacionales distribuidas en forma uniforme en de ofrecer toda la información disponible para las viguetas y montantes, todos ellos ubicados los profesionales de la Construcción que dese- a la distancia modular elegida, ya sea 40 o 60 an especializarse en este tema, sin descuidar a cm, que son medidas submúltiplo de 1,20 m (o los dueños mismos de este tipo de viviendas de 1.22 m si son revestimientos en medidas que sin duda también pueden interesarse por inglesas) que es la medida estándar de los conocer las propiedades y ventajas de las paneles de revestimiento de 4 pies. estructuras de sus viviendas Siendo este un Manual de Ingeniería y En las figuras Fig. 1 y 2 de la INTRODUC- antes de entrar en los aspectos de cálculo y CION de este Manual se muestran dos ejem- diseño especializado, es útil explicar que tra- plos de estructuraciones de viviendas de dife- tándose de un sistema de entramados de ele- rentes techos: la de la figura 1 tiene cabios en mentos todos conectados entre sí, es de prime- el techo a la distancia modular de 40 o 60 cm y ra importancia que las conexiones entre dichos llevan revestimientos estructurales de multila- elementos sean confiables. Al mismo tiempo minados fenólicos u OSB, sobre los cuales se hay que destacar que la calidad de elementos colocan tejuelas livianas.No debe olvidarse que delgados obliga a ciertas precauciones para en general este tipo de viviendas son del tipo evitar fallas de pandeo que es una falla típica liviano, lo cual es una de sus ventajas sobre de los elementos esbeltos y delgados. Por este todo en zonas sísmicas. Al respecto es intere- motivo en este Manual se han incluido aquellos sante consultar las tablas A.4-1 y A.4.-2 en las 14 cuales figuran los pesos de muros, cielos y ción del perfil. cubiertas asumidos en la práctica estadouni- dense y que son condicionantes en la construc- Los perfiles que se emplean son bastante ciones de dos niveles cubiertos por el citado similares entre los fabricantes, con algunas PRESCRIPTIVE METHOD del AISI (5). Es evi- diferencias menores, incluso de resistencias dente que si se emplean muros y entrepisos de del acero. Pero en general son similares a los mayores pesos (pisos de hormigón, tejas cerá- que muestran en el Capítulo B de este Manual. micas, etc.), las construcciones deben ser dise- ñadas expresamente para esas mayores car- En cuanto a la estabilidad de estas estruc- gas, así como el caso de mayores sobrecargas. turas frente a las acciones del viento y de los terremotos puede afirmarse que al estar forma- La estructura de la figura 2 muestra una dos por paneles con armazones de acero y alternativa que emplea cabriadas, las que en revestimientos estructurales de OSB o multila- general se colocan a la distancia de 3 módulos minados, poseen una apreciable rigidez y resis- (1,20m o 1,80 m). En este caso, si se especifi- tencia. Sin embargo es oportuno destacar algu- can revestimientos de placas del tipo madera nas diferencias entre los efectos de los vientos se colocan correas (largueros a no más de 60 y los sismos. cm entre ellos). También es necesario mencio- nar que pueden emplearse planchas de techo A.2 – 1 Acción del viento (galvanizadas o prepintadas del tipo trapezoidal u otras), en cuyo caso la distancia entre corre- Siendo estas construcciones de pesos as puede ser mucho mayor. reducidos comparadas con las de albañilería es natural que la acción de fuertes vientos puede Fuera de esta alternativa de techo la ser el caso crítico. Debe asegurarse que todos estructuración y diseño de los muros portantes los muros resistan las fuerzas de fuertes vien- y no portantes, de los entrepisos, dinteles, jam- tos y que los pisos y el techo actúen como dia- bas, arriostramientos, etc son similares a los fragmas para asegurar la adecuada distribución empleados en EEUU, siendo por lo tanto apli- equilibrada de las fuerzas laterales.En este cables las recomendaciones y detalles del AISI sentido no es prudente el uso de aberturas y reproducidos parcialmente en este Manual. grandes que sobrepasen lo permitido ni la adopción de plantas asimétricas. Aparte de En las citadas figuras se muestran los ele- esto uno de los efectos más dramáticos de los mentos estructurales componentes del sistema, vientos es la generación de elevadas fuerzas los que son perfiles de acero conformados en de succión sobre los techos, por lo cual existen frío que tienen la especial propiedad de permi- riesgos de la voladura de los mismos, lo que tir el calce en las uniones de los montantes con puede ser el comienzo de la destrucción total las soleras, una propiedad que facilita en forma de la construcción. En cuanto a los anclajes no importante este tipo de construcción. Basta basta con que estos sean resistentes sino que colocar un tornillo en cada ala de los dos perfi- debe asegurarse que las fundaciones tengan les para conectarlos. Sin embargo existe una suficiente peso como para que no sean simple- condición que no todos respetan, que es la de mente arrancados por las fuerzas de succión asegurarse que el extremo del montante apoye del viento. plenamente en la cara interior de la solera. La unión no es por acción del tornillo, que es solo A.2 – 2 Acción del sismo fijador. La transmisión de la carga del Montante que puede ser importante debe transmitirse por El hecho de tratarse de construcciones compresión de aplastamiento en toda la sec- esencialmente livianas es una ventaja sismo- 15  Generalidades rresistente. Por eso en general no será conve- este Manual están destinados a viviendas de niente agregar masas a estas construcciones, hasta dos pisos, y construcciones similares de tales como contrapisos de hormigón, revesti- casas rurales o urbanas que no tengan mas de mientos de ladrillos, tejas cerámicas, etc. Sin dos niveles y en las cuales se emplean estos embargo si estos agregados se efectúan racio- métodos constructivos repetitivos de la practica nalmente y tomando en cuenta los efectos del Steel-Framing. En este Manual se entregan sobre las respuestas sísmicas pueden realizar- recomendaciones constructivas y de detalle, se con el debido control por un ingeniero espe- métodos para verificación de los componentes cializado en el tema. Por ejemplo si en una del sistema, y con la recomendación que este construcción de este tipo se agrega una capa Manual sea empleado por un profesional con de hormigón en el entrepiso, será importante experiencia en construcciones de acero. agregarle una malla de acero y con ello asegu- rar que la losa así constituida actúe como un En ningún caso este Manual descarta la diafragma para distribuir las fuerzas inerciales posibilidad de otros materiales, otros detalles y del sismo. diseños que difieran de los recomendados aquí, siempre que se demuestre que tales materiales, soluciones y cálculos sean equiva- A.3 Detalles estructurales lentes a lo que se especifican en este Manual. Basado en la importante experiencia del A.4.1 Limite de aplicabilidad. AISI de EEUU y las Instituciones ligadas a dicho Instituto es posible disponer del privilegio Este Manual se limita a construcciones de de conocer las recomendaciones que han ela- viviendas que cumplan con las limitaciones que borado durante las últimas décadas estas se especifican en la tabla A1-1. Instituciones para el caso de viviendas de dos plantas como las tratadas en este Manual. En áreas sísmicas extremas, el límite de aplicación que se da en esta tabla se modifica Se reproducen en las figuras de este a la limitación de las tablas A1-2. Manual los detalles de uniones que recomien- dan en la solución con tornillos. El constructor o Las viviendas de hasta dos niveles clasifi- fabricante podrá de estos detalles conocer la cadas como de categoría sísmica E, según cantidad mínima de tornillos que debe colocar definido en este Manual y en la norma ASCE 7 en cada unión, con lo cual ya tendrá resuelto en (46), pero que cumplen con las limitaciones de principio un problema de construcción. Sin construcciones regulares y sin tener pisos en embargo eso no invalida la condición de que voladizo al exterior de las paredes del primer toda unión importante debiera ser verificada por nivel, pueden ser designados de acuerdo con un técnico entendido en la materia, ya que la los requerimientos de la categoría sísmica D2. responsabilidad final será del profesional que (Ver A – 5 Definición de términos) firma la documentación del proyecto. En ese sentido este Manual aporta auxiliares de cálcu- Cuando normas de construcciones loca- lo que pretenden facilitar la labor de los profe- les u ordenanzas municipales regulen la cons- sionales que se desempeñen en el diseño y cál- trucciones de viviendas basadas en las veloci- culo de estas estructuras. dad del viento locales, la velocidad del viento equivalente a ráfaga de 3 segundos se debe A.4 Alcance de este Manual determinar conforme a la tabla A1-3. Las prescripciones y recomendaciones de A.4.2 Limitaciones en zona de alta 16 sismicidad y fuertes vientos esfuerzos de un nivel al otro. Ver figura A1-2 (a). En zonas de alto riesgo sísmico, los sobrecimientos deben quedar limitados a una Las líneas de muros arriostrados que altura de 1,20m desde el nivel del terreno hasta sean requeridas por razones de estabilidad y el tope del sobrecimiento o platea de fundación. resistencia del edificio deben ser continuas en un mismo plano vertical desde la fundación Las construcciones en zona de alto riesgo hasta el piso superior. sísmico y fuertes vientos, quedan sujetas a las No deben existir desplazamientos hori- limitaciones adicionales de esta sección. zontales de muros arriostrados. Ver figura A 1- 2(b). Los diafragmas de pisos y de techo deben tener una relación de forma no menor que A4.2.1 Edificios irregulares. 0,25:1 y no mayor de 4:1. La relación de forma de diafragmas se debe determinar dividiendo la En zonas de alta sismicidad, los edificios distancia entre muros arriostrados por el largo irregulares deben tener un sistema resistente del diafragma paralelo a dichos muros arriostra- lateral diseñado por ingenieros y de acuerdo dos. (Ver la definición de muros arriostrados en con los códigos locales. En caso de no existir el punto A5) normas locales, deben cumplir con las practi- cas aceptadas de ingeniería estructural. Los diafragmas de piso y de techo no deben tener desplazamientos en planta que Una construcción debe ser considerada excedan 1,20m. irregular cuando una o varios de las siguientes condiciones se presentan en dicho diseño: Excepción: construcciones en donde los desplazamientos de los diafragmas exceden de Cuando las líneas de muros arriostra- 1,20m, deben ser analizadas como construc- dos exteriores no están en un plano ver- ciones distintas, y separadas por un muro de tical desde la fundación hasta el piso arrostramiento o una línea de arrostramiento. superior. (ver figura A1-1) Cuando la sección de un piso o un Las líneas de arrostramiento de muros techo no esta soportado lateralmente pueden estar ubicadas en las paredes exterio- por muros de arriostramiento en todos res, y en paredes interiores según sea requeri- los bordes. do. Excepción: partes de pisos que no Donde un muro arriostrado separa a dos soportan muros de arriostramiento del secciones de un edificio, la longitud requerida tipo I o del tipo II, o techos, pueden del muro arriostrado debe ser determinada extenderse hasta 1,80 m (1,83m) más sumando las longitudes de los muros arriostra- allá de la línea de arriostramiento. Ver dos de cada porción del edificio, tal como se figura A1-3. muestra en la figura A1-1. Cuando una abertura en un piso o techo Donde existen desplazamientos verticales excede de 1,60m o 50% de la menor en los diafragmas de piso y de techo deben ser dimensión de piso o techo. conectados entre sí por líneas arriostrados de muros, que sean capaces de transmitir los Cuando porciones de un piso están des- 17  Generalidades plazados verticalmente y no soportados Ángulo conector. Es una pieza corta de acero por un muro de arriostramiento. de tipo ángulo (normalmente con un ángulo Cuando no existen líneas de muros de 90 grados), que se usa típicamente para arriostrados en dos direcciones perpen- conexiones. diculares. Cuando una línea de muro arriostrado Área efectiva, de un perfil de acero, es el área es construida en sistemas de arriostra- total de las partes del perfil que se asume no miento diferentes. sufren pandeo local. Es un criterio aproxima- do que permite evaluar el efecto de los pan- A5 Definición de términos deos locales, sin ser teóricamente exacto. En general se aplican las definiciones de Área de alta sismicidad. Es un territorio de la las normas de las especificaciones generales categoría sísmica D1 o D2, según este del AISI. Además, son importantes las siguien- Manual tal como se define en esta sección, tes aclaraciones de los términos empleados en pudiendo emplearse otras designaciones en este Manual. los paises del area y conforme a las normas El objetivo de esta cláusula es aumentar de cada país. las posibilidades de un mejor entendimiento del contenido en este Manual, en especial en Área de vientos fuertes. Es un área donde las Países donde la definición de partes de la cons- velocidades de viento básicos son mayores trucción emplea términos que no coinciden con de 180 km/hr. las palabras de este Manual. En ese caso estas definiciones serán de utilidad para el Ático. Es el espacio generalmente no habitable Profesional que emplea este Manual que queda entre la cubierta y el cielo de una casa. AISI American Iron and Steel Institute – Instituto del Hierro y Acero de Estados Unidos de Atiesador, o rigizador. Elemento estructural Norteamérica. que se agrega a perfiles para reforzar puntos de concentración de fuerzas. Alero. Es la proyección horizontal del techo medido desde la cara del muro exterior hasta Bloqueador. Consiste en perfiles C, perfiles U el borde exterior del techo. o cintas de acero agregados a miembros estructurales, así como paneles de revesti- Alero de frontón. Es la proyección horizontal miento agregados a dichos perfiles para del techo medido desde la cara exterior del transferir fuerzas de corte entre las partes. frontón de la construcción hasta el borde exterior del techo. Bulón Sinónimo de perno. Elemento de cone- xión de acero de cabeza hexagonal y vásta- Altura principal de techo. La altura desde el go con hilo y tuerca alero del techo y hasta el punto más alto del techo. Cabriada Son las armaduras del techo reticula- das de perfiles de acero. En algunos paises Anclaje de succión. Es un sistema de anclaje se denominan cerchas. que conecta los muros y pisos al muro en que se apoyan o la fundación, y que princi- Categoría sísmica SDC. Esta es una clasifica- palmente resiste las fuerzas de succión debi- ción asignada a un edificio basada sobre su do al viento o a las fuerzas sísmicas. importancia y la severidad del movimiento 18  sísmico del suelo en el sitio de la construc- que al estar formados por placas de calidad ción y según lo especificado en la norma estructural, poseen capacidad para resistir ASCE 7(46) Esta clasificación puede diferir fuerzas de corte en su plano generadas por en los paises del area según las normas el viento, los sismos u otras causas locales. Edificio regular. Es un edificio no clasificado Cielo. Abreviatura de cielorraso, que es el específicamente como irregular. plano de cerramiento superior de una habita- ción. Edificio irregular. Es un edificio que cumple o excede los límites establecidos en la sección Cinta. Fleje de acero plano, delgado y de A4.2.1 como edificio irregular. ancho limitado que se emplea típicamente como arriostramiento y como elemento de Encofrado Molde o Moldaje de madera o de bloqueo que transfiere cargas por tracción. acero en los cuales se cuela el hormigón para formar vigas, columnas y losas de este Clinching Designación en inglés de la opera- material. ción de abrochado de bordes de perfiles o planchas de acero por medio de herramien- Estructuración repetitiva. Es un sistema de tas especiales de tipo tenaza. estructuración donde los muros, pisos y miembros estructurales de los techos están Conjuntos de techo/cielo livianos. Un con- distanciados entre sí no mas de 60 cm entre junto de techos y cielo que tiene un peso uni- centros. Se permiten mayores espaciamien- tario promedio igual o menor a 0,50 kN/m2. tos en aberturas cuando las cargas estructu- rales son transferidas a dinteles o travesa- Conjunto de techo/cielo de peso normal. Es ños que soportan los montantes, vigas o un conjunto de techo cielo con un peso pro- cabios superiores al nivel del dintel. medio mayor que 0,5 kN/m2 y menor o igual a 0,7 kN/m2. Exposición al viento. La exposición al viento debe regirse por código de construcción Construcción húmeda Es la construcción en local, o en caso de la ausencia de un código la que se emplea hormigón, mortero o yeso, debe cubrirse con la norma ASCE 7 (46) mezclas que contiene agua Hormigón También llamado Concreto que es Construcción seca Construcción en la cual no una mezcla de piedra, arena y cemento que se emplea agua, como la de madera y de se emplea en la construcción perfiles de acero con revestimientos de pla- cas prefabricadas Línea de muro arriostrado. Consiste en un muro que está diseñado para resistir la fuer- Costanera Designación que se emplea en za del corte del sismo o del viento, y está for- algunos paises para las correas y largueros. mado por paneles arriostrados de tipo I o del tipo II, tal como se define en esta sección. Cumbrera. Es la línea horizontal formada por la unión de los bordes superiores de dos partes Losa. Piso de hormigón simple o de hormigón de techos en pendientes opuestas. armado. Diafragmas Se definen como diafragmas Luces múltiples. Es la luz formada por una estructurales los entrepisos, cielo y techos viga continua con soportes intermedios. 19  Generalidades Luz aislada. Es la luz de un elemento estructu- Paneles. Son secciones de paredes o muros ral que no tiene apoyos intermedios. formados por entramados de montantes y soleras, cubiertas en ambas caras por pla- Luz. La distancia horizontal libre entre apoyos cas estructurales de revestimiento. de un elemento estructural. Paneles de muro del tipo I. Los paneles de Montante. Perfil componente del entramado tipo I son revestidos en su altura total de estructural de muros, generalmente en posi- muro con paneles de tipo madera o planchas ción vertical y que se conecta en sus extre- de acero, sin aberturas y tienen un revesti- mos con perfiles solera. miento continuo entre los anclajes extremos de tracción del mismo muro. Montantes extremos. Son montantes importan- tes que están localizados en los extremos de Paneles de muro del tipo II. Estos son pane- los paneles arriostrados de tipo I o del tipo II. les similares a los de tipo I pero que tienen interrupciones de ventanas, o puertas entre Montante de borde Son los montantes que se los anclajes extremos de tracción del muro ubican en ambos bordes de las aberturas tales como ventanas y puertas Plancha de acero. Es un panel delgado de acero usado en lugar de los revestimientos Multilaminado fenólico Placas formadas por arriostrantes láminas delgadas de madera adheridas entre si por cola fenólica, también llamado Planta baja Es el primer nivel de una construc- terciado ción y el segundo nivel se llama primer piso.. En otros países es llamado primer piso, y Muros arriostrados Son muros, paredes y donde al segundo nivel se lo designa como tabiques que poseen revestimientos estruc- el segundo piso. turales y/o diagonales de cintas de acero que le confieren capacidad de resistir fuerzas de Platea Losa de hormigón simple o armado corte en el plano del muro causadas por las colocada directamente sobre el terreno com- fuerzas del viento, sismo u otras causas. pactado y que forma la base del primer nivel de la construcción. Muro o pared. En este Manual se define como muros y/o paredes los tabiques compuestos Radier Designacion que se emplea en algunos de paneles de estructura de acero de perfiles paises para las plateas de hormigón sobre el del Steel Framing con placas de revestimiento. terreno compactado Muros exteriores pesados. Es un muro exte- Relación de forma. Es la relación entre el alto rior con un peso unitario mayor que 0,35 y ancho de paneles, placas y paredes. kN/m2, y menor o igual 1,20 kN/m2. Relación de forma de planta. Es la relación Muros exteriores livianos. Un muro exterior entre el largo (mayor dimensión) respecto de con un peso promedio igual o menor que ancho de la planta de una construcción. 0,35 kN/m2. Revestimiento estructural. Las cubiertas (ej. Nivel del Terreno. Es el nivel promedio del Multilaminado fenólico o paneles de fibra suelo alrededor del edificio, al nivel de los orientada OSB), que se emplean instalándo- muros exteriores. las sobre los miembros estructurales, para 20  distribuir cargas, actuar como arriostramien- en la base de los muros y que define el nivel tos y reforzar el conjunto estructural. de apoyo de los paneles de los muros. Revoque. Mezcla de materiales para enlucir Solera. Perfil de acero,componente del entra- paredes. mado estructural de muros, generalmente en posición horizontal y que se conecta con los Rigidizador de apoyo. Es un perfil de acero extremos de los montantes. adicional que se agrega al alma para reforzar el perfil contra abollamiento. También se Techo/cielo de peso pesado. Es un conjunto de llama rigidizador de alma. techo con cielo con un peso promedio mayor que 0,72 kN/m2 y menor o igual a 1,20 kN/m2. Riostra. Perfil estructural de acero complemen- tario de entramados metálicos, generalmen- Terciado Designación alternativa del multilami- te en posición diagonal respecto de los mon- nado fenólico. tantes y/o vigas que tienen por objetivo rigi- dizar los planos del entramado. Tingladillo. Tablillas de revestimiento plástico que imitan las tablas tingladas. SDC D1. Es la categoría sísmica de diseño defi- nida por el AISI, correspondiente a una acele- Velocidad básica de viento. Es la velocidad ración de repuesta espectral de corto periodo correspondiente a ráfagas de viento de 3 mayor que 0,5 g, y menor o igual que 0.83g. segundos de acuerdo con los códigos loca- les, y en caso de no existir estos códigos, SDC D2. Es la categoría sísmica de diseño deben estar de acuerdo a la norma ASCE7. definida por el AISI, correspondiente al espectro de respuesta de aceleración de Viga cajón Son vigas o columnas formadas por periodo corto mayor que 0,83 g, y menor o dos perfiles C o U adosados con sus aberturas igual a 1,17 g. Estas son definiciones emple- enfrentadas formando un tubo rectangular y adas en el manual del AISI y la norma ASCE atornillados o soldados entre si en los borde en 7 (46). Sin embargo si existen normativas contacto. En el SF generalmente se forman sísmicas locales el ingeniero podrá adoptar por un perfil canal C encastrado en un perfil otras definiciones de la intensidad sísmica. solera (U) y conectadas por tornillos. SDC E. Es la categoría de diseño sísmico defi- Viga de celosía Reticulado de perfiles de acero nida por el AISI, correspondiente a la acele- de dos cordones paralelos o levemente ración espectral de respuesta de periodo divergentes y con barras montantes y diago- corto mayor que 1,17 g. nales que conectan dichos montantes SF Abreviatura de “ Steel Framing “ que desig- Viguetas. Vigas de entrepisos. na el sistema de entramados de acero que se describe en este Manual Yeso cartón Son placas de yeso revestidas de delgadas capas de cartón que se emplean Siding Designación norteamericana de placas de para revestimientos interiores de tabiques y revestimiento, generalmente vinílicas que imitan muros. los revestimientos de madera tipo tingladillo. Zapatas corridas Fundaciones de hormigón Sobrecimiento. Viga o encadenado de hormi- simple o armado continuas en una zanja de gón simple que se ubica sobre los cimientos entre 40 a 60 cm de ancho 21  Generalidades A6 Limitaciones de los Componentes A6.2 Refuerzo de orificios estructurales Los orificios de alma que no cumplen con Los componentes estructurales y no los requerimientos de la sección A6.1 deben ser estructurales del entramado de montantes y reforzados con una placa de acero, o sección soleras del sistema Steel Framing deben cum- de montantes, o sección de solera, de acuerdo plir con las normas y reglamentaciones aplica- con las figuras A4-3 o A4-4. El refuerzo de bles y con las limitaciones adicionales de esta acero debe ser de un espesor mínimo igual al sección. Estas limitaciones pueden no ser obli- miembro que refuerza y se debe extender al gatorias en el caso de un diseño realizado por menos 25mm más allá de los bordes del orifi- un profesional especializado que lo justifique. cio. El refuerzo de acero debe ser fijado al alma que se refuerza con tornillos numero 8, espa- ciados no mas de 25mm de centro a centro a lo A6.1 Orificios en almas largo de los bordes del refuerzo con una distan- cia mínima al borde de 13mm. Los orificios de almas en miembros estructurales deben cumplir con las limitaciones Cuando los orificios en perfiles exceden de lsa figuras A4-1 y A4-2, para los perfiles de los siguientes límites: piso y de cielo raso, y cumplir con los siguien- tes requerimientos: (a) el ancho del orificio medido transver- salmente al alma excede de 0.7 veces la distancia entre orificios de alma, de de la altura o el ancho del alma centro a centro no debe ser menor que 610 mm. (b) el largo del orificio medido a lo largo el ancho de los orificios para perfiles de del alma sobrepasa los 250mm, o la piso y cielo raso no deben ser más de altura del alma del perfil, el que sea 0,5 veces de la altura del perfil, ó 64 mayor de los dos. mm. Los orificios de alma de montantes y los perfiles deben ser reemplazados por otros miembros estructurales no debe otros adecuados, verificados según prácticas ser mayor que el 0,5 veces de la altura de ingeniería aceptadas. del perfil, ó 38 mm. El largo de orificios de alma no debe pasar de 114 mm. La distancia mínima entre el extremo de un perfil o entre el borde de un apoyo y el borde del orificio de alma más cerca- no no debe ser menor de 250 mm. Los miembros o los perfiles con orificios que no cumplan con las condiciones anteriores deben ser reforzados de acuerdo con lo que se indica en las figuras A4-3 y A4-4, o en su defec- to diseñados de acuerdo a practicas aceptadas de ingeniería. 22  Figura A1-1 Configuración en Planta Figura A1-3 Edificios Irregulares Figura A1-2 Límites de Configuración de Edificios 23  Generalidades Figura A4-1 Perforación de Viguetas de Piso y Cielo Figura A4-2 Perforación de Montantes y Otros Miembros Estructurales Figura A4-3 Refuerzo de Perforación de Montante Figura A4-4 Refuerzo de Perforación de Perfil Vigueta 24  Tabla A4-1 Limites de Aplicabilidad Atributo Limitacion General Dimensión de la construcción Ancho máximo de 12m Largo máximo de 18m Número de niveles 2 niveles con una base Velocidad del viento Hasta 210 km/h Tipo de exposición al viento* Terreno abierto C A, suburbano o B, zonas boscosas Carga de nieve Máximo de 3,35KN/m2 Categoría sísmica ** Tipo A, B y C, de normas americanas Pisos Peso propio Máximo de 0,5 KN/m2 Sobrecarga de uso Primer piso (planta baja) 2 KN/m2 Segundo piso 1,5 KN/m2 Voladizos 60cm Muros Peso propio de muros 0,5 KN/m2 Altura máxima de muros 3m Cubiertas Peso propio de techos 0,6 KN/m2 de cubierta y cielo 0,34 KN/m2 para recubrimientos de techo Carga máxima de nieve 3,35 KN/m2 como máximo 0,8 KN/m2 como mínimo (USA) Peso propio de cielo 0,25 KN/m2 Pendiente de techo 25% a 100% Alero frontal Máximo de 30cm. Aleros laterales Máximo de 60cm. Sobrecarga de entretecho accesible 1 KN/m2 Sobrecarga de entretecho inaccesible 0,5 KN/m2 Nota * Exposición al viento según norma ASCE 7 (46) según características del terreno ** Categoría sísmica según norma ASCE 7 - de acuerdo a riesgo sísmico de la zona y tipo de edificio. Estas clasificaciones pueden variar según normas locales 25  Generalidades Tabla A4-2 Limitaciones adicionales en zonas de alta sismicidad ATRIBUTO LIMITACION General Numero de niveles 2 pisos Carga de nieve 3,35 KN/m2 máximo con cubierta liviana 1,5 KN/m2 máximo para cubierta pesada Categoría sísmica ** Categorías D1, D2, E (Nota: Categorías según tecnología norteamericana. Ver anexo 3) y nota** Muros Peso propio de muros 0,35 KN/m2 máximo para sistema de muros livianos 0,70 KN/m2 para sistema de muros pesados Techos Peso propio de techos y cielos 0,60 KN/m2 para sistema liviano 0,70 KN/m2 para sistema normal 1,20 KN/m2 para sistema pesado Pendiente del techo 25% a 50% Tabla A1-3 Velocidades equivalentes básicas (Km/h) Velocidad media máxima 110 120 130 137 145 160 177 Racha de 3 segundos 137 145 160 170 177 193 210 26 Capítulo B Componentes estructurales 27  Componentes estructurales B 1 GENERALIDADES de referencia técnica válida para la comprensión del funcionamiento estructural de los perfiles del El Método del Steel Framing emplea un Steel Framing, destacar las limitaciones de los juego de perfiles de acero galvanizados de espe- perfiles, así como estimular la mejora de los auxi- sores delgados, con los cuales es posible formar liares de cálculo en beneficio de una adecuada los entramados de muros, pisos y cubiertas, por promoción del sistema. simples encastres y uniones entre estos perfiles. La adopción de perfiles racionalmente diseñados permite formar una variedad de combinaciones B2 - PERFILES con la ventaja de piezas modulares y estandari- zadas, lo cual apunta a una reducción de los cos- Basado en los criterios arriba menciona- tos por producción masiva de esos perfiles y por dos en este Manual se presentan a continua- técnicas estándar de fabricación y de construc- ción los perfiles que a manera de ejemplo se ción. Para cumplir con ese objetivo el número de proponen, sin que representen perfiles real- perfiles debe ser limitado, para que con pocos mente disponibles en idénticas medidas, espe- elementos modulares sea posible lograr cons- sores y calidad de acero en los lugares de trucciones variadas. Latinoamérica donde se empleará este Manual. Sin embargo, en casos de medidas y calidades Basado en estas ideas se han diseñado equivalentes este Manual le permitirá al usuario en los países en los que este sistema se ha una mejor comprensión del funcionamiento de desarrollado, un grupo limitado de perfiles tipo, los perfiles, de su eficiencia y de cómo abordar que han sido adoptados en forma naturalmente el cálculo estructural del sistema, que difiere de consensuada por los fabricantes de los perfiles. los de las estructuras de acero tradicionales. De esta manera, aun cuando no existen limita- ciones para emplear perfiles de libre diseño, los Los siguientes son los perfiles adoptados fabricantes han adoptado medidas y formas en este Manual que son semejantes porque ello favorece al éxito global del sistema. PERFIL MONTANTE y VIGAS De esta manera y con el propósito de no Es el perfil más importante que sirve de mostrar preferencias por los perfiles de algún pilar portante de los muros y tabiques del sis- fabricante determinado, en este Manual se han tema. Son perfiles del tipo C con pestañas seleccionado perfiles de dimensiones similares a Los perfiles vigas V tienen la misma forma los del mercado, ya sea de las medidas inglesas que los montantes pero poseen mayores (pulgadas) y las de los países del sistema métri- alturas y espesores para poder afrontar co, pero sin preferencia de ningún tipo. El objeti- mayores flexiones, ya que se emplean prin- vo es presentar perfiles similares a los que se cipalmente como viguetas de entrepisos. Sin hallan en uso en los distintos mercados interna- embargo también pueden ser empleados cionales, para que tanto los detalles de la selec- como montantes o columnas para cargas ción de estos perfiles como sus características importantes. puedan analizarse. Así es como en el Anexo X1 se muestra la forma de lograr perfiles eficientes y PERFIL SOLERA en el Anexo X2 se explican métodos para diseñar auxiliares de cálculo universales que intentan Este perfil es del tipo U y complementa- reemplazar las usuales tablas que entregan los rio de los montantes para formar los entra- fabricantes e Instituciones especializadas. Es mados estructurales de los paneles del SF. intención de que todo este material pueda servir Estas soleras son levemente más altas que 28  Tabla - Ejemplo de identificación de perfiles conformados en frio y sus aplicaciones SECCIÓN Designación Utilización TRANSVERSAL t Solera Perfil U Puntal H Bloqueador HxBxt Cenefa B Atiesador Montante Viga Puntal t Perfil C H Atiesador HxBxDxt Bloqueador D Correa B Cabio Larguero B Correa t H Perfil Galera Larguero HxBxDxt Puntal D B1 Conector Angulo Conector t Atiesador B1 x B2 x t B2 Puntal t Riostras Cinta Fleje B Tensores Bx t Diagonales Designaciones: H Altura del alma (web) B Ancho del ala (flange) t Espesor (thickness) D Ancho de pestaña (lip) 29  Componentes estructurales los respectivos montantes y permiten B 2.1 Selección de perfiles apropiados encastrar los extremos de los montantes dentro de estos perfiles, para lo cual la En el Anexo X1 de este manual se explica abertura de la U es levemente mayor que el el criterio de selección de optimización de los per- ancho exterior del correspondiente mon- files montantes y vigas que muestra la forma de tante evitar al máximo los pandeos locales, manipulan- do las relaciones ancho - espesor de manera de PERFIL MINI CANAL aumentar al máximo posible las secciones efecti- Se emplea como elemento bloqueador vas de esos perfiles. De esta manera se evitarán de los montantes y otros usos complemen- reducciones de resistencia en las pestañas y alas tarios comprimidas para no afectar el módulo resisten- te efectivo a la flexión y la sección efectiva a la PERFIL MINI GALERA compresión. En las almas es imposible evitar los pandeos locales en compresión pero sí es posi- Se emplea como correas de techo en ble lograr que no existan pandeos en las almas luces pequeñas y otros usos, como perfiles en el caso de flexión. de arriostramiento La adopción de una serie como ésta per- PERFIL ANGULO CONECTOR mitirá a los calculistas obviar el control de los pandeos locales de las alas y pestañas de los Elemento auxiliar como atiesadores de perfiles montante y vigas. Para la flexión los apoyos y conexiones. calculistas pueden emplear directamente los valores brutos de los módulos resistentes, sin CINTA o FLEJE estar obligados en cada caso a determinar los valores efectivos reducidos que generan los Tira plana de acero que viene en rollo pandeos locales. y que se usa para formar los arriostramien- tos de muros y de los techo, así como cier- La evaluación exacta de los pandeos loca- tas conexiones entre componentes del sis- les es compleja por lo cual la norma AISI contiene tema. un método aproximado de su evaluación (20,23,49). En el año 1932 Von Karman propuso El dimensionamiento de cada uno de emplear un método aproximado basado en el estos perfiles ha sido el resultado de un pro- concepto de despreciar la colaboración estructu- ceso en el cual a cada perfil se le ha dado la ral de aquellas partes de los perfiles que sufrieran forma más adecuada a la función que debe pandeos locales. George Winter, un Ingeniero desarrollar en el entramado de los muros, austriaco radicado en Estados Unidos, llevó esta pisos y techos. En general existen similitudes idea a la práctica proponiendo en la década del 40 entre los perfiles montantes y soleras de dis- un método simplificado de evaluación de los pan- tintos fabricantes. En los elementos comple- deos locales por medio de los “anchos efectivos” mentarios, de los perfiles minicanal y galera (39), donde el efecto en la resistencia es repre- suelen existir diferencias pero no son signifi- sentada por una reducción de la sección del per- cativas. Aparte de estos perfiles principales fil. En rigor el método es una solución aproxima- los fabricantes emplean otros componentes da, pero de todas maneras práctica para el cálcu- complementarios para ofrecer características lo de rutina de estos perfiles. En las publicaciones especiales en competencia con otros fabri- del CCFSS (Center of Cold Formed Steel cantes. En este Manual sólo se tratarán los Structures) de USA (49) se recomienda recurrir al perfiles principales del listado anterior. cálculo por elementos finitos, en casos en que se 30 requiera mayor exactitud. La norma británica (51) criterio los valores efectivos resultantes son los dispone de un capitulo en el cual se definen los más críticos a los efectos de guía para el calcu- anchos efectivos con mayor precisión que en la lista, que puede mejorarse si el perfil al mismo norma AISI. En el Suplemento 2004 del AISI (4) se tiempo se halla comprimido y con pandeo gene- presenta un nuevo “Método de Cálculo Directo“ ral. En ese caso la norma autoriza calcular los de los perfiles conformados en Frío anunciando anchos efectivos con la tensión reducida por que las futuras ediciones de la Norma desarrolla- pandeo general. Eso tiene por efecto que si el rá este Método Alternativo de cálculo, que intenta pandeo general es muy importante, el peligro incluir mayor exactitud en la evaluación de la res- del pandeo local puede incluso desaparecer, y puesta post - pandeo de estos perfiles. En este lograrse una economía importante Manual se emplea el método tradicional del AISI de los anchos efectivos, recomendándose que el El acero empleado en estas tablas se lector consulte el texto de la especificación AISI especifica en la cláusula C.2.3 200, el Suplemento 2004 y sus Comentarios, si desea profundizar en el tema. B2.2.1 Tabla de montantes y vigas En base a la especificación AISI se expo- ne en el Anexo X1, mediante un ejemplo, que En la tabla B2-1 se dan los valores brutos dadas las dimensiones elegidas de los perfiles, de montantes y vigas y en la tabla B2-10 los no hay pandeo local de los perfiles selecciona- valores efectivos de estos perfiles a la compre- dos (pestaña, ala y alma) de los montantes y sión general. En este caso no se publican los vigas bajo cargas de flexión. Por otro lado, para valores efectivos a flexión porque, tal como se cargas de compresión este ejemplo muestra explica en el Anexo X1 los perfiles fueron dise- que no hay pandeo local de la pestaña ni del ñados para no tener pandeos locales en las ala pero si en las almas. Sin embargo es con- alas ni pestañas. Por lo tanto para flexión rigen veniente destacar que el pandeo local de las los valores brutos. Sin embargo en flexión es almas según la norma se calcula a partir de la importante la torsión por excentricidad respecto tensión nominal Fn y no de la fluencia Fy. Como del centro de corte y como efecto de segundo Fn es decreciente a medida que el pandeo orden la inestabilidad lateral por vuelco, tal general es mayor, resulta que los pandeos loca- como se analiza en el Anexo X4 les en el alma decrecen a medida que mayor sea la esbeltez general del montante. Este es un aspecto importante que se incluye en la B.2.2.2 Tablas de soleras determinación de las capacidades de compre- sión de los montantes y vigas de este Manual. Los valores brutos están en la tabla B2 -2. Para verificar estos perfiles a la flexión respec- to del eje x debe considerarse el pandeo local B2.2 Tablas de perfiles en las alas. La tabla B2-7 da los valores del módulo efectivo mínimo basado en la tensión Se agregan a este capítulo las tablas de Fy. En la tabla B2-11 se encuentran las seccio- las características de los perfiles de este nes efectivas mínimas para compresión para Manual. Se publican los valores de las caracte- prediseño del perfil a compresión rísticas geométricas brutas de los perfiles y en tablas aparte los valores efectivos calculados según el procedimiento de la norma AISI y para B2.2.3 Tablas de perfiles minigalera la tensión máxima de Fy (limite de fluencia) en el sector del perfil que se considera. Con este En la tabla B2-4 están los valores brutos, 31  Componentes estructurales en la B2- 9 los módulos resistentes efectivos B2.2.6 Tabla de cintas de acero (flejes) para flexión según el eje y. En la tabla B2-13 se dan las secciones efectivas para la compresión En la tabla B2-6 se dan las secciones de general las cintas. B2.2.4 Tabla de Minicanal Las cualidades y resistencias son general- mente suministradas por los fabricantes y en todo En la tabla B2-3 están los valores brutos, caso existen datos técnicos en las normas de en la B2-8 los efectivos para flexión según el Institutos de estos fabricantes en los países des- eje x y en la B2-12 la sección efectiva para la arrollados, datos que pueden ser consultados. En compresión el Anexo X3 de Cálculo Sismorresistente se pue- den encontrar valores de normas de EEUU que B2.2.5 Tabla de ángulos conectores pueden ser empleados para prediseños. Es reco- mendable que en diseños importantes en cada En la tabla B2-5 están los valores brutos y en región se obtenga datos confiables a partir de la B2-14 las secciones efectivas para compresión ensayos para determinar las resistencias a rotu- ra, rigideces y otras características necesarias para un dimensionamiento correcto. B3.1 TORNILLOS TORNILLO de CABEZA DE LENTEJA AUTOPERFORANTE Nº 8 - Para fijación de metal con metal, de solera con los montantes,bajo el revestimiento TORNILLO de CABEZA HEXAGONAL AUTOPERFORANTE Nº 10 Y 12 - Para fijación de metal con metal TORNILLO de CABEZA TROMPETA Para MADERA Nº 6 - Para usar en uniones de revestimientos y soleras de madera TORNILLO de CABEZA TROMPETA AUTOPERFORANTE Nº 6 - Para fijación de paneles de revestimiento de yeso, aislamiento y otros a perfiles montantes y soleras TORNILLO de CABEZA TROMPETA AUTOPERFORANTE Nº 8 - Para fijación de paneles de revestimiento de tipo madera a perfiles montantes y soleras TORNILLO de CABEZA PLANA AUTOPERFORANTE N8 - Para fijación de paneles de fibrocemento o metal a montantes y soleras 32  B3 -2 Dimensiones de los tornillos pecto del borde en dirección del corte. En la dirección perpendicular a la fuerza se puede Las dimensiones de los tornillos se desig- reducir a 1,5 diámetros esa distancia. En el nan con números 6 a 14, que corresponden a caso de tornillos de fijación de placas de yeso- los diámetros de la tabla B3-1 y donde el Nº 6 cartón, la distancia a los bordes no debe ser es el de diámetro menor. Los tornillos deben menor de 10 mm. Es posible obtener recomen- dimensionarse según sea la capacidad requeri- daciones más detalladas de la Gypsum da de la conexión, el largo del tornillo y el espe- Association de EEUU y de la American Plywood sor del acero a conectar. Los tornillos más Association. Para conexión de otros materiales comunes son del Nº 6 al 10. La tabla B3-1 es es recomendable consultar a los fabricantes una guía para preseleccionar los tornillos ade- cuados según sea el espesor de acero a conec- tar. Es conveniente contactarse oportunamente B 3 -5 Técnicas de colocación de los con los proveedores de tornillos para conocer tornillos los que estén disponibles en el mercado. Los tornillos se instalan con herramientas manuales neumáticas o eléctricas. Para insta- B3- 3 Largo de los tornillos lar los tornillos deben colocarse en posición perpendicular a la superficie a conectar y se Los tornillos conviene que sean de 10 a debe ejercer una adecuada presión para que la 12 mm más largos que el espesor total a conec- herramienta “enganche” el embrague correcta- tar y que al menos tres hilos aparezcan de la mente. Es conveniente fijar las partes a unir con cara del material para asegurar una conexión mordazas para evitar que se muevan mientras adecuada. En la tabla B3-2 se muestran los lar- se coloca el tornillo. gos recomendados para distintos espesores a conectar. En esta tabla figuran los espesores Además de esta manera se asegura que que se usan en estructuras de perfiles confor- las planchas estén en contacto y se evitan las mados en frío, pero de ninguna manera contie- uniones no compactas. Al unirse planchas de ne todos los casos posibles. En casos dudosos distintos espesores el tornillo conviene que se conviene consultar a los fabricantes de tornillos coloque del lado de la más delgada para lograr el agarre del tornillo en la más gruesa, lo que asegura la correcta presión y unión entre las B3 - 4 Capacidad admisible de los planchas. tornillos B4 SOLDADURA Los valores de capacidad de los tornillos de la tabla B3 - 3 están basados en los criterios establecidos por el CENTER of COLD FOR- B4 - 1 Generalidades MED STEEL STRUCTURES (CCFSS) DE St Louis USA, publicados en el Boletín Nº1, Es posible emplear uniones soldadas para Volumen 2, de 1993 (49), y en el Boletín RG la construcción de paneles de muro y cabria- 933 del AISI (11), basado en información de los das, ya sea en la fábrica o en la obra misma. fabricantes y afectado del correspondiente mar- También es posible que en obra se emplee sol- gen de seguridad. dadura para conectar accesorios estructurales a la estructura principal. Es recomendable que se respete un espa- ciamiento de 3 diámetros entre tornillos y res- Dado que la calidad de las soldaduras 33  Componentes estructurales depende de la ejecución de las mismas es nes de soldadura de menos de 3 mm y que en importante que sean efectuadas por operarios todos los casos la soldadura misma es más que sean soldadores calificados, sobre todo resistente que el material conectado y que la porque las soldaduras de aceros delgados ofre- resistencia de éste define la capacidad de la ce mayores dificultades que las de perfiles unión. gruesos. Por ser galvanizados los perfiles del Steel Framing es necesario tomar precaucio- Cabe mencionar que se emplean también nes de ventilación adecuada, por los vapores soldaduras de tapón (plug welds) en planchas nocivos que se despiden al fundirse el zinc del delgadas, en donde por fusión del acero con el recubrimiento galvanizado de los perfiles. Las electrodo se unen planchas y perfiles delgados uniones soldadas deben ser limpiadas adecua- entre sí. damente y ser tratadas por galvanizado en frío para lograr mantener la adecuada protección de galvanizado.Entre algunos profesionales B5 -CLAVOS DE IMPACTO existen resistencias al empleo de soldadura en el Steel Framing. Sin embargo el método es aceptado y empleado en industrias de los B5-1 Clavos neumáticos EEUU porque ofrece algunas ventajas respecto de los tornillos de las cuales una es que se evi- Son clavos de acero de alta resistencia tan las protuberancias de las cabezas. La otra que son instalados con una pistola neumática es que permiten lograr conexiones de mayor con poder de penetración en acero y hormi- fuerza en menor espacio que los tornillos. gón.Estos clavos pueden venir con protección Cuando se trata por ejemplo de fuerzas impor- anticorrosiva de electrocincado o recubrimien- tantes, como es el caso de cintas diagonales en tos de polímeros. Los diámetros son de entre construcciones pesadas en zonas sísmicas 2,5 y 6,0 mm y largos entre 12 y 100 mm. Los puede requerirse conectar cintas con fuerzas vástagos pueden ser lisos, estriados o de diá- de varias toneladas. Por ejemplo si una cone- metro escalonado. En las tablas B5-1 y B5-2 se xión de este tipo es para 25 KN (2, 5 toneladas) dan las capacidades admisibles de clavos de y el material más delgado es de 0,84 mm de impacto en hormigón y acero. Esos valores son espesor los tornillos Nº 10 resisten 0,79 KN lo para clavos de instalación neumática o de dis- que representa colocar N = 25 / (1,33 x 0,79) = paro. 24 tornillos lo que serán difíciles de instalar. Si se suelda serán necesarios 24 cm de soldadu- ra que en general será fácil de distribuir en el B5 -2 Clavos de disparo contorno de la unión Es posible realizar fijaciones en el Steel Framing con clavos de impacto por pistolas B4 - 2 Capacidad admisible de cordo- accionados por pólvora. Estos clavos pueden nes de soldadura ser con cabeza o con rosca en los extremos, que quedan fuera del material donde penetran. En la tabla B4-1 se dan las capacidades Son muy empleados en fijaciones de acero a admisibles de cordones de soldadura (ver fundaciones y losas de hormigón. La capacidad Referencia11) para unir perfiles del tipo Steel de tracción depende de la resistencia del hormi- Framing. Merece destacarse que los cordones gón,del diámetro del clavo, penetración, espa- mínimos son de 1/8 “ (3mm) aunque los perfiles ciamiento y distancia al borde del clavo. En las sean de solo 0,87 mm de espesor. Es evidente tablas B5-1 y B5-2 se muestran valores admisi- que no es posible en la práctica realizar cordo- bles sugeridos para fijación en acero y hormi- 34 gón. Existen clavos de este tipo con vástagos estructural basado en componentes del tipo con estrías en espiral para incrementar el aga- madera que se emplean en el Steel Framing. rre de estos clavos en el hormigón. Las pistolas En todos los casos son paneles ya sea basados de instalación emplean cartuchos de pólvora en láminas delgadas de madera con sus fibras para impulsar el impacto. Para una correcta ins- orientadas en sentidos perpendiculares entre talación debe calibrarse correctamente la ener- si, encoladas con adhesivos fenólicos resisten- gía del impacto a los requerimientos de cada tes a la humedad, denominados laminados o caso. Se recomienda consultar a los fabrican- terciados, o laminas tipo viruta de tamaños tes para la adecuada colocación de estos cla- medianos de multi -orientación de fibras deno- vos de impacto - minados OSB. Estos paneles son de variados espesores en general no menores de 9,5 mm y que por la contribución de los componentes de B6 OTRAS CONEXIONES fibra de la madera confieren a dichas placas una confiable resistencia estructural, que los Existen diversas alternativas de conexio- habilita para servir como componentes estruc- nes en la técnica de los perfiles delgados, tales turales de paredes y pisos. como: Las cualidades y resistencias son general- Remaches corrientes mente suministradas por los fabricantes y en todo Remaches tipo pop caso existen datos técnicos en las normas de Autorremaches de las planchas de Institutos de estos fabricantes en los países des- acero en contacto arrollados, datos que pueden ser consultados. En Soldaduras por puntos el Anexo X3 de Cálculo Sismorresistente se pue- Recalcado del metal den encontrar valores de normas de EEUU Costura por “clinching” (3,8,12) que pueden ser empleados para predise- Remaches tubulares ños. Es recomendable que en diseños importan- Tornillos con tuerca,etc tes en cada región se obtenga datos confiables a partir de ensayos para determinar las resisten- Es conveniente que el diseñador tome cias a rotura, rigideces y otras características contacto con los proveedores de estas alterna- necesarias para un dimensionamiento correcto. tivas para conocer las posibilidades, costos y procedimientos de instalación, para el caso que En cuanto a las dimensiones de estas pla- estas formas ofrecieran ventajas en las uniones cas en general se basan en las unidades de pie que debe realizar. Sin embargo deberá consta- y pulgada, siendo en general de 1,22 m (1,20 tar que realmente esas alternativas igualen o m)de ancho (4 pie) superen la resistencia y calidad de los tornillos que recomienda el AISI B 7.2 Placas de yeso-cartón B7 REVESTIMIENTOS Los revestimientos interiores de los muros exteriores y las muros portantes y tabiques inte- riores generalmente son de placas de yeso B 7.1 Revestimientos estructurales de recubiertos en ambas caras con cartón delga- base madera do. Este recubrimiento tiene la finalidad de darle una mayor consistencia al yeso en las En el Manual de Arquitectura se describen superficie, ya que es sabido que el yeso es bas- algunos paneles de revestimiento del tipo tante vulnerable a rayaduras y golpes. Además 35  Componentes estructurales es muy higroscópico por lo cual no tolera la B 7.3 Otros revestimientos humedad y pierde gran parte de su resistencia. Sin embargo es excelente como material de Existen,fuera de los revestimientos del revestimiento de habitaciones por su propiedad punto anterior, diversos otros paneles y formas de regular la humedad en el interior de recintos, de revestimientos, tales como los de acero, las contribuyendo al confort de las viviendas. placas tipo fibro-cemento, los revestimientos vinílicos decorativos, los machimbres de made- Su resistencia estructural es reducida si ra, etc, que escapan del alcance de este se compara con los paneles de base madera. Manual En cada uno de estos casos es conve- Sin embargo su rigidez es apreciable, pero niente asesorarse por los fabricantes debido a su baja resistencia algunos profesio-