Cap_tulo_3

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CI52R: ESTRUCTURAS DE CI52R: ESTRUCTURAS DE ACEROACERO

Prof.: Ricardo Herrera M.Prof.: Ricardo Herrera M.Aux.: Aux.: PhillipoPhillipo Correa M.Correa M.

Programa CI52RPrograma CI52R

NÚMERO NOMBRE DE LA UNIDAD OBJETIVOS

3 DURACIÓN

2 semanas

Diseño para tracción Identificar modos de falla de elementos en tracción. Diseñar elementos en tracción

CONTENIDOS BIBLIOGRAFÍA

1. Elementos en tracción. 2. Resistencia nominal. 3. Área neta, área neta efectiva. 4. Barras en tracción, pasadores y cáncamos.

[McCormac, Cáps. 3 y 4] [AISC, Cáps. B y D]

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Capítulo 3:Capítulo 3:Diseño para TracciónDiseño para Tracción

3.1. Elementos en tracción3.1. Elementos en tracción

Elementos en tracciónElementos en tracción

nn Enrejados (puentes, de techo, torres de Enrejados (puentes, de techo, torres de transmisión, etc.)transmisión, etc.)

3


nn ArriostramientosArriostramientos (laterales, de techo, etc.)(laterales, de techo, etc.)


nn Cables, colgadores (puentes, techos, etc.)Cables, colgadores (puentes, techos, etc.)

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Secciones típicas de elementos Secciones típicas de elementos en tracciónen tracción


3.2. Resistencia Nominal3.2. Resistencia Nominal

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ResistenciaResistencia

ResistenciaResistenciaP

6


σ

σ

σy

σavg ≈3σavg


1.1. Fluencia de la sección bruta.Fluencia de la sección bruta.

2.2. Fractura de la sección neta.Fractura de la sección neta.

3.3. Fractura en la conexión.Fractura en la conexión.

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Fluencia de la sección brutaFluencia de la sección bruta

nn Resistencia nominalResistencia nominalTTnn = = FFyy · · AAgg

FFyy = tensión de fluencia= tensión de fluenciaAAgg = área bruta de la sección= área bruta de la sección

σ

σ

Fractura de la sección neta Fractura de la sección neta efectivaefectiva

nn Resistencia nominalResistencia nominalTTnn = = FFuu · · AAee

FFuu = resistencia a la tracción= resistencia a la tracciónAAee = área neta efectiva de la sección= área neta efectiva de la sección

σ

σ

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3.3. 3.3. AreaArea neta y área neta neta y área neta efectivaefectiva

Área NetaÁrea Neta

nn Perforaciones en los elementos en tracción Perforaciones en los elementos en tracción son requeridas cuando se conectan son requeridas cuando se conectan usando pernos o remaches.usando pernos o remaches.

nn Estas perforaciones reducen el área del Estas perforaciones reducen el área del elemento en la conexión.elemento en la conexión.

nn La resistencia en la sección de área La resistencia en la sección de área reducida puede controlar la resistencia del reducida puede controlar la resistencia del elemento.elemento.

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Área Neta: Métodos de Área Neta: Métodos de perforaciónperforación

nn PunzonadoPunzonado (“punching”).(“punching”).nn PunzonadoPunzonado y rebaje.y rebaje.nn Perforado.Perforado.

Para perforaciones estándarPara perforaciones estándar

( )mmdd perno 2,3"81+=

Área Neta: perforaciones no Área Neta: perforaciones no alineadasalineadas

nn Espacio reducido obliga a intercalar Espacio reducido obliga a intercalar perforacionesperforaciones

p p

g

A

B A

BC

s

10


nn Complicada evaluación de la resistenciaComplicada evaluación de la resistenciann Modificar largo proyectado de la Modificar largo proyectado de la

trayectoriatrayectoriann Fórmula de Fórmula de CochraneCochrane (empírica (empírica

simplificada)simplificada) p p

g

A

BC

s


nn Fórmula de Fórmula de CochraneCochrane (1922)(1922)p p

g

A

BC

sw

( )g

sww h

effAC 4

22

"16

1 ++⋅−= φ

φh

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Área Neta EfectivaÁrea Neta Efectiva

nn AreaArea neta entrega área que resiste neta entrega área que resiste tensiones, pero no necesariamente la tensiones, pero no necesariamente la resistencia.resistencia.

nn Distribución de tensiones no es uniforme.Distribución de tensiones no es uniforme.nn Elementos donde sólo una parte está Elementos donde sólo una parte está

conectada.conectada.nn Elementos donde conexión es excéntrica Elementos donde conexión es excéntrica

respecto al respecto al centroidecentroide del elemento.del elemento.


nn EjemplosEjemplos

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nn Se calcula comoSe calcula comoAAee = = UU · · AAnn

DondeDondeUU = coeficiente de reducción= coeficiente de reducciónAAnn = área neta= área neta

nn Válida para conexiones apernadas y Válida para conexiones apernadas y soldadas (soldadas (AAnn = = AAgg en este caso)en este caso)


nn Coeficiente de reducción (Coeficiente de reducción (MunseMunse y y ChessonChesson1963)1963)

UU = 1 = 1 –– xx / / LLDondeDonde

xx = distancia del = distancia del centroidecentroide del del elemento conectado elemento conectado excéntricamente al plano de excéntricamente al plano de transferencia de cargatransferencia de carga

LL = longitud de conexión en la = longitud de conexión en la dirección de cargadirección de carga

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nn Ejemplos (Comentario AISC)Ejemplos (Comentario AISC)


3.4. Disposiciones de la AISC3.4. Disposiciones de la AISC

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AISC Specification for Structural AISC Specification for Structural Steel BuildingsSteel Buildings

nn Límites de esbeltezLímites de esbeltezL / r L / r = 300 (recomendado)= 300 (recomendado)

Basado en juicio profesional y consideraciones de Basado en juicio profesional y consideraciones de economía, facilidad de manejo y cuidado para economía, facilidad de manejo y cuidado para minimizar daños durante fabricación, transporte minimizar daños durante fabricación, transporte y construcción. Este límite no es necesario para y construcción. Este límite no es necesario para asegurar la integridad estructural del elemento, asegurar la integridad estructural del elemento, sólo limita la posibilidad de vibracionessólo limita la posibilidad de vibraciones


nn Resistencia a la TracciónResistencia a la Tracciónnn Fluencia en área brutaFluencia en área bruta

PPnn = = FFyy · · AAgg

φφtt = 0.9 (LRFD)= 0.9 (LRFD) ΩΩtt = 1.67 (ASD)= 1.67 (ASD)

nn Fractura en área netaFractura en área netaPPnn = = FFuu · · AAee

φφtt = 0.75 (LRFD)= 0.75 (LRFD) ΩΩtt = 2 (= 2 (ASDASD))

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nn Determinación de áreaDeterminación de áreann AreaArea bruta: bruta: AAgg = área total de la sección= área total de la sección

nn AreaArea neta:neta:

( ) ∑=

++⋅−=2

1

2

423

i i

ih

effABD g

smmdww

∑ ⋅=i

effiin wtA

p p

g1

A

B

C

s1 w

D

g2

s2

dh


nn Determinación de áreaDeterminación de áreann AreaArea neta (neta (cont.cont.):):

nn AngulosAngulos

nn Perfiles tubularesPerfiles tubulares

tggt

gt

gg baba −+=−+−=22

tpl

tpl

t ttAA plgn ⋅⋅−= 2

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nn Determinación de áreaDeterminación de áreann AreaArea neta (neta (cont.cont.):):

nn Elementos cortos (placas)Elementos cortos (placas)

gn AA 85.0≤


nn Determinación de áreaDeterminación de áreann AreaArea neta efectiva:neta efectiva:

nn Coeficiente de reducciónCoeficiente de reducción(ver Tabla D3.1)(ver Tabla D3.1)

nn AngulosAngulos, ángulos dobles y , ángulos dobles y TsTs::nn conexiones dimensionadas para lograr U = 0.6, oconexiones dimensionadas para lograr U = 0.6, onn Diseñar elementos para carga excéntricaDiseñar elementos para carga excéntrica

ne AUA ⋅=

Lx

U −= 1

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nn Ejemplo: verificar empalme entre IN 30x90,7 e Ejemplo: verificar empalme entre IN 30x90,7 e IN 30x75,4 (acero A37IN 30x75,4 (acero A37--24ES)24ES)

B

H t

e

IN 30x90,7:H = 300 mmW = 90,7 kgf/mB = 250 mme = 20 mmt = 6 mm

IN 30x75,4:H = 300 mmW = 75,4 kgf/mB = 250 mme = 16 mmt = 6 mmP = 100T

P


nn Ejemplo: verificar empalme entre IN 30x90,7 e Ejemplo: verificar empalme entre IN 30x90,7 e IN 30x75,4IN 30x75,4

1260

30

60

30

60

3030

2

Alma IN 30x75,4

Alma IN 30x90,7

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3.5. Barras en tracción, pasadores 3.5. Barras en tracción, pasadores y cáncamosy cáncamos

Barras en Barras en traccióntracción

nn UsosUsosnn ArriostramientosArriostramientos de techo y murode techo y muro

nn Colgadores (puentes, estructuras colgantes)Colgadores (puentes, estructuras colgantes)

nn OtrosOtros

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Barras en Barras en traccióntracción

nn Resistencia a la TracciónResistencia a la Tracción

nn Fractura en área netaFractura en área netaPPnn = 0.75= 0.75FFuu · · AAbb

φφtt = 0.75 (LRFD)= 0.75 (LRFD) ΩΩtt = 2 (= 2 (ASDASD))

Ab

dnom

Hyatt Regency, Kansas CityHyatt Regency, Kansas City

nn Abierto en Julio, 1980.Abierto en Julio, 1980.nn Pasarelas colgantes.Pasarelas colgantes.nn Pasarelas colapsaron el 17 de Julio de Pasarelas colapsaron el 17 de Julio de

1981: 114 muertos, 200+ heridos.1981: 114 muertos, 200+ heridos.

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nn Causas:Causas:nn Cambios en diseño.Cambios en diseño.nn Errores en diseño y revisión de cambios Errores en diseño y revisión de cambios

propuestos.propuestos.


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PasadoresPasadores y y cáncamoscáncamos

nn UsosUsosnn Cuando se quiere materializar una rótula.Cuando se quiere materializar una rótula.

nn Puentes.Puentes.

nn Estructuras de techo.Estructuras de techo.

nn OtrosOtrosnn Funcionan bien cuando la carga viva es sólo una Funcionan bien cuando la carga viva es sólo una

fracción pequeña de la permanentefracción pequeña de la permanente


nn Elementos conectados por pasadoresElementos conectados por pasadores

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nn Elementos conectados por pasadoresElementos conectados por pasadoresnn Resistencia nominalResistencia nominal

nn Fractura en sección neta (tracción)Fractura en sección neta (tracción)

PPnn = 2= 2t t ··bbeffeff · · FFuunn Fractura en sección neta (corte)Fractura en sección neta (corte)

PPnn = 0.6= 0.6FFuu · · AAsfsf

φφtt = 0.75 (LRFD)= 0.75 (LRFD) ΩΩtt = 2 (ASD)= 2 (ASD)nn Aplastamiento de la perforaciónAplastamiento de la perforaciónnn Fluencia de la sección brutaFluencia de la sección bruta


nn Elementos conectados por pasadoresElementos conectados por pasadoresbbeffeff = 2= 2t t + 16+ 16mmmm = = bb

AAsfsf = 2= 2tt ··((aa++dd/2)/2)

aa = (4/3)= (4/3)··bbeffeff

ww = 2= 2bbeffeff + d+ dcc = = aa

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nn CáncamosCáncamosnn Solían ser forjados, ahora son cortados Solían ser forjados, ahora son cortados

térmicamente (al oxígeno o plasma).térmicamente (al oxígeno o plasma).

Sección rectangular


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nn CáncamosCáncamosnn Resistencia nominal: fluencia de la sección bruta del Resistencia nominal: fluencia de la sección bruta del

cuerpocuerpo

tt = 13= 13mmmmww = 8= 8ttdd = 7= 7ww/8/8ddhh = = dd + 1+ 1mmmmRR = = ddhh + 2+ 2bb22ww/3 = b = 3/3 = b = 3ww/4 (cálculo)/4 (cálculo)

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