Cuaderno del Ingeniero No. 19
Vientos de cambios en las especificaciones AISC 2016 (II Parte):
AISC 303-16 y RSSC 2014
INTRODUCCIÓN
Se da continuidad a los cambios propuestos por el AISC para el 2016, incorporando en el presente trabajo el documento AISC 303-10 Code of Standard Practice for Steel Buildings and Bridges (Código de Prácticas Normalizadas para la Fabricación y Construcción de Estructuras de Acero), a ser publicado antes de que termine el 2015, y la edición 2014 de la Specification for Structural Joints Using High-Strenght Bolts (Especificación de las Juntas Estructurales Mediante Pernos de Alta Resistencia) preparado por Consejo de Investigación de Conexiones Estructurales, RCSC. Ambos documentos se incluirán en la Parte 16 del Steel Construction Manual 16th edition.
AISC 303-16 CODE OF STANDARD PRACTICE FOR STEEL BUILDINGS AND BRIDGES
Importancia del Código de Prácticas Normalizadas
La enseñanza del proyecto de estructuras en el pregrado de nuestras universidades está centrada esencialmente en el diseño de los miembros y algunas de sus conexiones y nodos, por lo que no queda tiempo para desarrollar otras consideraciones implícitas en un proyecto, como por ejemplo las relacionados con el modelo para el análisis de la estructura, el detallado y el dibujo, las especificaciones constructivas y los cómputos métricos. En el caso particular de las estructuras de acero, los profesionales descubren que la industria ha decantado pautas consensuadas para la interpretación de los contratos de fabricación y montaje de las estructuras de acero, en documentos como el Código de Prácticas Normalizadas.
En algunos de nuestros países, las normas de codificación de partidas (ver Anexo 1) constituyen un paso de avance, si bien todavía sigue pendiente superar la evaluación de las ventajas y desventajas de un proyecto basada solamente por sus kgf de peso ignorando otras variables visibles en una concepción más global, como por ejemplo las que utiliza la llamada ingeniería de valor.
La adaptación del Código de Prácticas AISC 303 a la realidad latinoamericana es todavía más compleja que la de la norma de diseño AISC 360 debido a la concurrencia de diferentes agentes que deben conciliar sus intereses y recursos en beneficio del usuario final de la obra. La experiencia en la preparación de normas de Partidas, de especificaciones constructivas, bancos de costos computarizados, entre otras, permite ser optimistas en cuanto a vencer las dificultades de adaptación de un Código de Prácticas. Mientras tanto nuestra responsabilidad es hacerle seguimiento a la constante evolución del mismo.
Código de Prácticas Normalizadas AISC 303-16
El documento AISC 303-16 que sustituirá a la edición vigente desde el 14 de abril de 2010, no estaba disponible en el momento en que se preparó el presente Cuaderno, por lo que utiliza presentación del Dr. Charles Carter en la reciente Conferencia Nacional de Acero , NASCC, en Nashville, Tennessee , en marzo 2015, en la que se pudo apreciar la
sintonía del Código con las modernas tecnologías de modelado y generación de información y documentos para el proyecto y la fabricación de estructuras de acero. Se eliminó el Apéndice A porque en esta edición se tratan en igualdad de condiciones los planos generados de manera convencional con los producidos mediante modelos digitales tridimensionales.
En lo que sigue, el uso de Capítulo, Artículo, Sección y Subsección se refieren de manera jerárquica a las partes que componen lo que AISC 303 identifica solamente como Sección.
Se revisó completamente el Capítulo 10 Acero arquitectónicamente expuesto. En esta reseña utilizamos la identificación de capítulo en lugar de Sección.
Se incorporaron las nuevas Secciones 6.4.2 Tolerancias en piezas curvas, 7.5.1 Tolerancia en la separación de los ejes de los anclajes, y el Artículo 9.1 sobre la interpretación de los presupuestos. Se aclara que “allowance” debe interpretarse como un estimado y no un costo definitivo.
Cambios en la Figura C-7.5 referida a las tolerancias del aplomado en las columnas Para una cabal comprensión, se revisaron las siguientes secciones y subsecciones:
Sección 3.2 sobre el uso de los documentos de los proyectos arquitectónico, eléctrico, mecánico, para evitar la duplicidad de información.
Sección, 4.4 Se establece una autoridad única para dirimir las discrepancias entre las partes con respecto a las conexiones. El ingeniero y el fabricante son responsables por los cambios, de conformidad con lo establecido en la Subsección 3.12 y los Artículos 9.3 y 9.4.
En la Subsección 7.13.1 se reemplaza “building line” (borde del edificio en planta) por “building exterior” (Ver Figura C-7.6).
SPECIFICATION FOR STRUCTURAL JOINTS USING HIGH-STRENGTH BOLTS , RCSC 2014
En el Prefacio del documento se recogen los principales cambios con respecto a la edición vigente desde el 31 de diciembre de 2009 e incluida en el AISC Steel verConstruction Manual 14 edition.
En la Conferencia Nacional de Acero, NASCC, en Nashville, Tennessee, en marzo 2015, el Dr. Allen Harrold, del Consejo de Investigación de Conexiones Estructurales, RCSC, destacó que todo el documento se ha retrabajado para incluir los métodos ASD y LRFD, y en consecuencia se eliminó el Apéndice B dedicado al ASD. Está contemplado incorporar en una futura edición nuevos productos, materiales, acabados superficiales, así como la revisión del protocolo del Artículo A4.Tension Creep Test del Apéndice A. En la edición 2014 se han corregido las siguientes erratas:
Section 3.2.3 (3) Galvanized Fayed Surfaces Section 8.1 Snug-Tightened Joints
Section A.4.2 Se eliminó la referencia a la formula (5.7) que no existe y se redactó la explicación de la fórmula (A4.1)
Se han realizados siguientes los cambios:
Glosario: Se hace la diferencia entre Pretensión como verbo y como sustantivo Se han revisado las definiciones de: Snug-Tightened Joint . La definición de 2009 se prestaba a una mala práctica, por lo que se restituyó la definición del 30 de junio de 2004. Para futuras ediciones se está trabajando en las definiciones de “torque” y “firm contact”.
Tablas:
Table 2.1 Acceptable Bolt, Nut and Washer Finish Table 6.1 Washer Requirements
Table 8.2 Nut Rotation for Turn-of-Nut Process
Articulado:
Artículo 3.3 Bolt Holes y sus Secciones 3.3.1 Standard Holes, 3.3.2 Oversized Holes, 3.3.3. Short-Sloted Holes, y 3.3.4 Long-Sloted Holes. En futuras ediciones está contemplado incorporar agujeros estándar mayores de 1 pulgada, se incorporarán agujeros mayores a 1 pulgada, consistentes con AISC 360.
Cambios significativos en todo el Capítulo 5 Limit States in Bolted Joints , de manera que por ejemplo el Artículo 5.4 Design Slip Resistance es idéntico a lo dispuesto en la AISC 360-10.
Diferenciación importante
Es oportuno aclarar que ni las barras ni los pernos de anclajes están amparados por la Especificación RCSC. Quizás esta fue una de las razones que justificó eliminar la Tabla I-C (Ver Anexo 2) después de la última edición ASD del Manual AISC. Y también porque el AISC prefiere recomendar el uso de su Guía de Diseño en Acero No. 1, Base Plate and Anchor Rod Design, Segunda edición, o el del Apéndice D del ACI 318 como se hace en el AISC Seismic Design Manual, y el ACI SP-17(11) 2 Anchoring to concrete.
A continuación se muestra la verificación de pernos de anclajes según la Norma ANSI/TIA-222-G Structural Standard for Antenna Supporting Structures and Antennas, vigentes desde 2006
Del análisis estructural, en el anclaje más solicitado: Pu = máxima tracción = 38475.65 kgf Vu = máximo corte = 563.83 kgf Perno Tipo F1554 Gr 55 M39 Fu = 5970 kgf/cm2
Se utilizará la fórmula de interacción de la Sección 4.9.9 1 Rn * Vu Pu
Esta fórmula de interacción es el resultado de la evolución de la fórmula (9.6.1) publicada en la segunda edición del Manual ASCE No. 52 Guide for the design of steel transmission tower, de 1988.
η = 0.40 (Valor para pernos sin grout. Ver Norma TIA 222-G) Φ = 0.75
Rn = Fu*An
An = Área del perno calculada según la Subsección 4.9.6.1 o usando una tabla como
la que sigue.
Nota.- En la página 8-468 del Tomo III del Manual de Proyectos de Estructuras de
Acero, 2da. Edición, 1982, se justifica que el área tensil o neta, An, calculada
tomando en cuenta el número de hilos de roscas por pulgadas, puede aproximarse, conservadoramente, a 0.75 veces el área nominal Ad.
Reemplazando las variables por sus valores
0 . 1 913 . 0 76 . 9 * 5970 * 75 . 0 4 . 0 563.83 38475.65 Verifica
BIBLIOGRAFÍA
Carter, Charles. Current Developments in the AISC CODE of Standard Practice. Session N3, NASCC 2015. Nashville, Tenneesse, March 25-27, 2015. Descargar de www.aisc.org/epubs. Ver Anexo 1
Fisher, James and Koiber, Lawrence (2006). Base Plate and Anchor Rod Design. Second Edition. Revision March 2014. Steel Design Guide 1, AISC, 63 p. Gutiérrez, Arnaldo (2015). Vientos de cambios AISC 2016. Boletín de la Red Latinoamericana de Construcción en Acero No. 73. Abril.
www.construcionenacero.com/boletin
Gutiérrez, Arnaldo (2013). Ayudas para el Proyecto de estructuras de Acero.
Asignatura Proyectos de Estructuras de Acero, Escuela de Ingeniería Civil, Facultad de Ingeniería, Universidad Católica Andrés Bello. Caracas, rev 03 marzo, 171 p.
Harrold, Allen. Current Development in the Bolt Spec. Session N13, NASCC 2015. Nashville, Tenneesse, March 25-27, 2015. Descargar de www.aisc.org/epubs. Ver Anexo 2
Janowiak, Ronald; Kreger, Michael and Nanni, Antonio (2012). The Reinforced Concrete Design Manual in Accordance with ACI 318-11.Anchoring to concrete. ACI SP-17(11) Volume 2. First printing August 2012, 201 p. ACI, Farmington Hills, MI.
DOCUMENTACIÓN A TENER EN CUENTA
Control de proyectos usando el Código de Prácticas Normalizadas (VER ANEXO 1)
AISC 303-10 CODE OF STANDARD PRACTICE FOR STEEL BUILDINGSAND BRIDGES
EDICIÓN 2010
NUEVO PROYECTO
2014 RCSC Specification for Structural Joints Using High-Strength Bolts Table I-C Manual of Steel Construction Allowable Stress Design Ninth Edition (VER ANEXO 2)
ANEXO 1 Control de proyectos usando el Código de Prácticas Normalizadas
El siguiente extracto se ha utilizado en cursos de pregrado de Proyectos de Estructuras de Acero [Gutiérrez, 2013]. También responde a la poca experiencia de un ministerio oficial en el manejo de proyectos de estructuras de acero, y la experiencia demuestra que ayuda y simplifica las labores de control de la obra in situ.
COVENIN – MINDUR 2000-2:1999 SECTOR CONSTRUCCIÓN. MEDICIONES Y CODIFICACIÓN DE PARTIDAS PARA ESTUDIOS, PROYECTOS Y CONSTRUCCIÓN.
PARTE 2: EDIFICACIONES. SUPLEMENTO DE LA NORMA COVENIN MINDUR 2000/II.A-92.
SUBCAPÍTULO E36 ESTRUCTURAS METÁLICAS Definición
Estructura metálica es toda estructura o parte de estructura formada principalmente por miembros, elementos o piezas de metal estructural o de acero estructural según se define en la Norma venezolana COVENIN 1755 - 82 Código de Prácticas Normalizadas para la Fabricación y Construcción de Estructuras de Acero.
Alcance
En el precio unitario de las Partidas se incluyen los materiales, y uso de maquinarias y herramientas, el replanteo y la mano de obra necesarios para la total y completa ejecución de las mismas, según la siguiente codificación y descripción que se detalla al final del Capítulo E3:
Se establece la clasificación según los materiales en: E361 ESTRUCTURAS METALICAS DE ACERO. E362 ESTRUCTURAS METALICAS DE ALUMINIO. Las Partidas se agrupan según la Actividad en:
E36X1 SUMINISTRO. E36X2 FABRICACION.
E36X3 LIMPIEZA Y PREPARACION DE SUPERFICIES. E36X4 SISTEMA DE PROTECCION.
E36X5 MONTAJE.
E36X6 SUMINISTRO, FABRICACION, LIMPIEZA Y PREPARACION DE SUPERFICIES, SISTEMA DE PROTECCION.
El grupo de Partidas E36X6 abarca las primeras cuatro actividades como una alternativa cuando las características de la obra lo permitan para simplificar la descripción del alcance del trabajo, a criterio del Organismo Contratante. Las particularidades de cada obra justifican el que la actividad E36X5 Montaje se use siempre como una Partida separada.
MEDICIÓN
Los pesos de los miembros y demás componentes de la estructura metálica se obtendrán multiplicando las dimensiones acotadas en los planos, en milímetros (mm) o metros (m) o metros cuadrados (m2) o metros cúbicos (m3), por el peso por unidad de medida, kilogramo por metro lineal (kgf/m) o kilogramo por metro cuadrado (kgf/m2) o kilogramo por metro cúbico (kgf/m3), correspondiente al tipo, calidad y dimensiones del miembro, elemento o pieza indicado en los planos y especificaciones, según lo establece el Artículo 9.3 de la Norma venezolana COVENIN 1755 vigente.
Se establecen los siguientes criterios de medición:
1. En la medición de las Partidas no se considerará el peso correspondiente a soldadura, así como tampoco el porcentaje de desperdicio en perfiles, planchas y pernos de anclaje durante la fabricación, ni el de tornillos defectuosos y/o perdidos en obra durante el montaje, por estar contemplado, cuando se justifique debidamente, en el análisis de precios unitarios. En el caso del sofito metálico (steel deck o encofrado colaborante) se incluyen los solapes transversales y longitudinales, además de los desperdicios.
2. Adicionalmente a las reglas contenidas en la Sección 9.3 de la Norma venezolana COVENIN 1755:82 para el cálculo de los pesos en estructuras de acero, en las Partidas de suministro de los productos de acero se observarán las siguientes:
2a. En los perfiles se calculará el peso de la pieza tomando como peso unitario del acero 7850 kgf/m3.
2b. En las planchas lisas se calculará el peso tomando como peso unitario del acero 8000 kgf/m3. En las planchas lagrimadas se usará como peso unitario del acero 8270 kgf/m3. En las planchas laminadas en frío se calculará el peso considerando un peso unitario del acero de 8050 kgf/m3.
Las planchas codificadas en las Partidas E36112 corresponden a piezas individuales, tales como cartelas, huellas para escaleras, y otros usos similares, y por consiguiente no deben computarse bajo este código las planchas que se utilizan para fabricar perfiles soldados.
2c. En productos de acero galvanizado, se calculará el peso en base al peso correspondiente al acero, calculado con un peso unitario de 7850 kgf/m3, sumándole el peso de la capa de zinc. En el caso de las láminas galvanizadas para techos y sofitos se usará como peso unitario del acero 8050 kgf/m3 y para el recubrimiento de zinc lo estipulado en la Norma venezolana COVENIN 941-76 Planchas delgadas de acero al carbono por inmersión en caliente. Condiciones y requisitos generales.
3. Para efectos de la medición de las Partidas E36X3 Limpieza y Preparación de superficies y Sistemas de Protección, se considerará el kgf de estructura metálica tratada y/o pintada.
La descripción de las Partidas de Limpieza y Preparación de Superficies se basa en las definiciones y notación del Consejo de la Pintura de Estructuras de Acero
(Steel Structures Painting Council, SSPC) y para las cuales existen equivalencias con otras clasificaciones internacionales.
Las Partidas de Limpieza y Preparación de Superficies y las de Sistema de Protección deben ser mutuamente compatibles en las diversas etapas constructivas. Ambos grupos de Partidas están orientadas a su ejecución en taller, tal como se considera en el Capítulo 34 de la Norma venezolana COVENIN 1618:98 Estructuras de Acero para Edificaciones. Método de los Estados Límites y en las Secciones 6.5 y 8.4 de la Norma COVENIN 1755:82 Código de Prácticas Normalizadas para la Fabricación y Construcción de Estructuras de Acero En el alcance de las Partidas de Fabricación se incluye una capa de pintura de protección anticorrosiva y de igual manera en las Partidas de Montaje se incluye los retoques con pintura de protección anticorrosiva en las áreas que asi lo requieran, tal como está contemplado en el Artículo 23.5 de la COVENIN 1618:98 y los Artículo 7.15 y 7.16 de la COVENIN 1755.
4. Las losas de tabelones se contemplan en las Partidas E333 Losas, placas y pérgolas. Los sistemas de piso a base de losas mixtas acero - concreto, vaciadas sobre sofito metálico (steel deck o encofrado colaborante) o elementos prefabricados, se computarán considerando los elementos metálicos según el presente Subcapítulo, y la losa de concreto como losa maciza según el Subcapítulo E33, y el acero de retracción y temperatura y/o de refuerzo según el Subcapítulo E352.
5. Los pilotes y tablestacas metálicas se consideran en el Subcapítulo E32.
6. Las Partidas E36X5 Montaje incluyen el servicio y costo de personal, equipo de izamiento, y equipo de transporte para la movilización de los equipos de izamiento, así como la movilización y desmovilización de los equipos de montaje en el sitio de la obra. En el montaje de los sistemas de piso con sofito metálico (steel deck o encofrado colaborante), en las Partidas se considerarán incluidas las arandelas que se sueldan en los empalmes y solapes de las láminas metálicas.
En las Partidas de Montaje se considera que el área de trabajo está en condiciones que permitan la operatividad de grúas autopropulsadas y otras maquinarias necesarias para el montaje. La custodia del material y los equipos en obra serán por cuenta del Contratista.
7. La actividad de transporte desde el suplidor hasta el taller de fabricación, y la de transporte desde el taller de fabricación hasta la obra, se medirán, ambas, como Partidas separadas según el Subcapítulo E909 de Transportes.
La entrega, manejo y almacenamiento de los materiales y estructuras se regirá por la Norma venezolana COVENIN 1755 vigente.
Correcciones en otras partes de la Norma COVENIN — MINDUR 2000- 92: * pág. 25: Añadir en la última línea de Documentos a entregar de la Partida E01502: En el caso de estructuras metálicas, deben incluirse los planos de fabricación y montaje. Los planos de fabricación deben ser aprobados por el Ingeniero estructural responsable del proyecto, conforme lo establece la Norma venezolana COVENIN 1755 vigente Código de Prácticas Normalizadas para la Fabricación y Construcción de Estructuras
de Acero.
* pág.48: En el Alcance, en el segundo párrafo que se refiere a estructuras metálicas, se deberá leer:
...con pintura anticorrosiva u otro tipo de revestimiento, estas se computarán por Partidas separadas según el Subcapítulo E46 Acabados con Pinturas. La carga y el transporte se contemplan en las Partidas E142 y E903, respectivamente.
* pág. 84: En la última línea de la Partidas E333 deberá leerse: Fuerza (kgf) según el Subcapítulo E36.
ESQUEMA DE CODIFICACIÓN DE PARTIDAS
La ventaja del siguiente esquema es que facilita la interpretación y construcción de códigos de partidas. Las propuestas de actualización en cuanto a componentes y tipos los tipos de perfiles ( por ejemplo las vigas de alma abierta, Joist, la protección contra el fuego, etc.) no se pudieron discutir por la eliminación de las instituciones normalizadoras a partir de 1999.
CAP SUB-CAPITULO MATERIAL UN. ACTIVIDAD COMPONENTE TIPO ORIGEN
E3 E S T R U C T U 6: ESTRUCTURAS METÁLICAS 1: Acero 2: Aluminio
kgf 1: Suministro 1: Perfiles 1: Laminados
2: Electrosoldados 3: Soldados 4: Tubulares 5: Formados en frío 1: Nacional 2: Importado 2: Planchas
3: Rejillas electroforjadas para pisos
1: Lisa
2: Lagrimada 3: Anterresbalante
4: Sofito metálico (Steel Deck o Encofrado Colaborante)
1: 38 mm de altura (1.5 pulg.) 2: 76 mm de altura (3 pulg.)
5: Pernos de anclaje 1: SAE 1020 2: SAE 1040
3: A 307 4: A 325
R A S 6: Tornillería 7: Conectores de corte 2: Fabricación 1: Hasta 15 kgf/m 2: Más de 15 kgf/m 3: Más de 30 hasta 90 kgf/m 4: Más de 90 hasta 150 kgf/m 5: Más de 150 kgf/m 3: Limpieza y preparación de superficies
1: Limpieza con disolventes (SSPC-SP1) 2: Limpieza con herramientas (SSPC-SP2)
3: Limpieza simple con chorro a presión (SSPC-SP7)
4: Limp. c/chorro a presión h/metal gris comercial (SSPC-SP6)
5: Limp. c/chorro a presión h/metal casi blanco (SSPC-SP10)
6: Limp. Con chorro a presión hasta metal blanco (SSPC-SP5)
4: Sistemas de protección
1: Pintura 1: Fondo y esmalte rico en zinc 2: Fondo y esmalte epóxico
3: Fondo y esmalte alquidico 4: Fondo y esmalte caucho clorado
2: Galvanizado
3: Protección contra fuego*
5: Montaje 1: Estructura 1: Conexiones soldadas 2: Conexiones empernadas
2: Sistema de pisos 1: Sofito metálico (Encofrado colab.) 2: Rejillas electroforjadas 3: Planchas lagrimadas 6: Sum., Fabricación, Limpieza y preparación de superficies, y protección
1: Estructura 1: Conexiones soldadas
2: Conexiones empernadas
2: Sistema de pisos 1: Encofrado colaborante
2: Rejillas electroforjadas 3: Planchas lagrimadas
ANEXO 2. Table I-C Manual of Steel Construction Allowable Stress Design Ninth Edition
Hasta la última edición del Manual of Steel Construction. Allowable Stress Design. Ninth edition, 1989, en su Parte 4 se encontraban las siguientes tablas:
Table I-A Bolts and Rivets. Tension on gross (nominal) area Table I-B Threaded Fasteners. Tension on gross (nominal) area Table I-C Bolts and Threaded Parts que se reproduce a continuación
Muy importante observar que deben usarse cabillas o barras de refuerzo para concreto reforzado como pernos de anclajes. El % de alargamiento de una cabilla no debe ser menor del 12% y el de los pernos de anclaje ASTM F 1554 no menor del 22%. Pero estos % de alargamiento pueden mermarse durante la instalación de los pernos, por lo que es necesario especificar al fabricante o suplidor de los mismos, en la correspondiente orden de compra, los requisitos adicionales.
