noviembre 29, 2021

ASTM A1085: Una actualización de una Especificación de Material Clásica

ASTM A500 ha sido la especificación de material preferida en los Estados Unidos para secciones estructurales huecas de acero al carbono soldadas en frío (HSS) desde finales de la década de 1970. En abril de 2013, se lanzó una nueva especificación de material, ASTM A1085, para tubos de acero utilizados en aplicaciones estructurales.

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El desarrollo del A1085 tomó aproximadamente seis años y fue dirigido por el Comité de Marketing HSS del Instituto Americano de Construcción de Acero (AISC). El objetivo del Comité, que también incluía a productores de HSS, era mejorar la eficiencia y el rendimiento de los miembros de HSS en tres áreas principales: material, diseño sísmico y diseño de puentes.

Tradicionalmente, la norma ASTM A500 permitía una tolerancia de espesor de pared del -10% del valor especificado. Por lo tanto, los fabricantes han producido tubos con un espesor de diseño de hasta un 10% inferior al espesor nominal requerido por la norma. Esta reducción en el material dio lugar a recomendaciones hechas conjuntamente por AISC y el Instituto de Tubos de Acero (STI), lo que dio lugar a disposiciones (Especificación AISC 2010 para Edificios de acero Estructural ANSI/AISC 360-10, Sección B4.2) que requieren una reducción en el espesor nominal de todos los miembros de HSS en un 7% para todos los cálculos de sección de HSS. En comparación, A1085 aprieta la tolerancia de espesor de pared a -5% y agrega una nueva tolerancia de masa de -3,5%. Estas restricciones más estrictas alinean mejor las tolerancias de HSS con otros miembros estructurales y eliminan la necesidad de un factor de 0,93 en los cálculos. Obviamente, estas mejoras se traducen en diseños más eficientes al utilizar HSS.

Los diseñadores son conscientes de que A500 incluye cuatro grados distintos de acero para diferentes formas de sección HSS, cada uno con diferentes resistencias a la tracción y al rendimiento. A1085 simplifica enormemente estos valores para el diseñador. La especificación tiene un grado y un límite elástico (de 50 ksi) para todas las formas HSS. Este valor representa un aumento sobre A500 Grado B, ofreciendo otro ahorro potencial.

Doblar una placa plana de acero en forma cuadrada o rectangular requiere una cuidadosa atención al radio de las esquinas. Una curva demasiado apretada podría provocar grietas, que a menudo no son visibles hasta que se hace una soldadura a lo largo de la esquina del miembro y se somete a un calor extremo. A500 enumera un radio de esquina máximo, pero no limita la curva de radio mínima, mientras que A1085 especifica un mínimo y un máximo por las razones mencionadas anteriormente. Para material inferior a 0.de 4 pulgadas de espesor, se permite que el radio de esquina esté entre 1.6 t y 3.0 t. Para material mayor de 0.4 pulgadas de espesor, el límite inferior del radio de esquina es de 1.8 t. La mayoría de los fabricantes nacionales producen tubos con un radio de esquina de 2t, por lo que habrá poca diferencia en la cara plana viable de un tubo.

Una aplicación común de los miembros HSS es en un marco reforzado para resistir la carga sísmica. Las secciones HSS se utilizan a menudo como elemento de arriostramiento debido a su eficiencia en el transporte de cargas de tensión y compresión. Esta eficiencia tiene un precio cuando se diseña un edificio con un factor de resistencia (R) superior a 3. Las disposiciones sísmicas de AISC 360 requieren que un ingeniero se centre en la capacidad real de un miembro para controlar el mecanismo de falla del sistema de resistencia a la fuerza lateral. Para darse cuenta de la capacidad real de una abrazadera de acero, un diseñador debe multiplicar el límite elástico especificado por un factor de fuerza excesiva (Ry) para tener en cuenta la fuerza excesiva inherente en las barras de acero. Ry para A500 es 1,4, mientras que Ry para A992 es 1,1. Claramente, el Ry más grande resulta en un aumento de casi el 30% en la fuerza que el diseñador debe tener en cuenta. El alto Ry para A500 se debe a la alta variabilidad en el límite elástico aceptable de los tubos. A1085 especifica un límite superior en el límite elástico de 70 ksi. Con el tiempo, este límite superior conducirá lógicamente a una mejor previsibilidad de la resistencia del material, un factor Ry más bajo y diseños sísmicos más económicos que utilizan miembros HSS.

Históricamente, los miembros de HSS no se han utilizado con frecuencia en puentes peatonales y vehiculares, pero la demanda de utilizar estas formas arquitectónicamente agradables en estructuras de transporte ha aumentado. De acuerdo con la Asociación Estadounidense de Funcionarios Estatales de Carreteras y Transporte (AASHTO, por sus siglas en inglés), la resistencia a la fractura suficiente es un requisito para los miembros principales del puente. En consecuencia, A1085 incluye un requisito de prueba de muesca en V Charpy de 25 pies-lb a 40°F. Esto corresponde a una Zona de Temperatura AASHTO 2, que es aplicable en la mayoría de los Estados Unidos. Si se deben cumplir requisitos más estrictos, A1085 lleva un suplemento que se puede especificar. Por lo tanto, A1085 permite el uso de formas HSS en el campo del transporte al cumplir con los requisitos de AASHTO.

A1085 ya es una opción para los diseñadores al seleccionar un material para usar en el diseño de paquetes de software. STI ha estado en contacto con la mayoría de las principales compañías de software de diseño para educarlas mejor sobre las complejidades y ventajas de las nuevas especificaciones. RISA, Ingeniero de SCIA, Sistema Estructural RAM y Elementos RAM, todos incluirán el nuevo material y las propiedades de sección en sus actualizaciones que se lanzarán en un futuro próximo, con otros paquetes de software a seguir. AISC ha encuestado a los fabricantes nacionales sobre la producción de A1085 y los resultados de esa encuesta están disponibles en el sitio web de AISC (www.aisc.org/hss) junto con propiedades de sección y tablas de carga de columnas para A1085. Además, las nuevas propiedades de la sección también están disponibles en el sitio web de STI (www.instituto de tubos de acero.folletos de org / hss / tech), y cualquier pregunta sobre A1085 puede enviarse en la sección de Contacto para que los Consultores Técnicos de STI respondan.▪

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