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DISEO EN ACERO

Ejercicio N1

Diseo a traccin

FACULTAD DE CIENCIAS DE INGENIERA Y CONSTRUCCIN

CARRERA DE INGENIERA CIVIL

Profesor:

Jorge Omerovic Pavlov.

Ayudante:

Victor Carvajal Talamilla

Integrantes:

Sebastian Artal Dalenz

Orietta Maluenda Bugueo Francisco Vsquez Chacana

Fecha de Realizacin:

05 / 09 / 2014

Fecha Entrega Informe:

12 / 09 / 2014

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Ejercicio N1

En las Tablas Excel entregadas como anexo se encuentran las solicitaciones de servicio

para las cuales se debe disear el perfil de menor peso por el Mtodo LRFD y ASD de manera

manual.

El elemento estructural es de 6 m de longitud entre apoyos, inclinado en un ngulo de 42.

Considere que las alternativas de conexin en sus conexiones extremas son:

1. PAR , para los cuales se puede estimar que cada uno puede resistir alrededor de 5 Ten condiciones de servicio. Suponga pasos de 3, gramil mnimo de 4 y distancia a bordecargado mnimo de 11/4. Recordar que se debe cumplir con las distancias para el aprietede los pernos con la llave de torque (lo que debe verificarse).

2. Soldadura de filete con electrodo E70XX (AWS) para la cual se puede estimar que encondiciones de servicio puede resistir alrededor de 1 T/cm de longitud de filete.

- Considerar el acero norteamericano con que se cuente en la Tabla que utilice del Manual AISC-

13th - Steel Construction Manual2005.pdf para determinar las propiedades de los perfiles y su

capacidad aproximada.

-Usar Norma AISC 2010 para actualizar otros requisitos del diseo a traccin.

Utilice la forma de perfil que resulte la ms econmica, incluido tubulares. En caso de ocupar

perfiles tipo Canal o W considere que por motivos de las instalaciones de piping estos deben

colocarse con su mayor dimensin orientada horizontalmente.

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Desarrollo

Parte 1

De las tablas Excel entregadas como anexo, se obtienen los mximos positivos para los

casos LRFD y ASD.

o LRFD : Tu (mx) = 54,66 [T] = 120,5 Kips

o ASD : T mx = 33,77 [T] = 74,45 Kips

A continuacin, presentamos los perfiles que cumplen la resistencia mxima.

Datos de inters:

o Pernos PAR

o Pasos 3

o Gramil mnimo 4

o Distancia a borde cargado mnimo de 1 1/4

o Soldadura de filete con electrodo E70XX (AWS)

Area Ae Fluencia Ruptura Rx Rx Ry Ry Rmin

in2 in2 Pn Pn in cm in cm in

W14x68 20 15 900 731 6,01 15,27 2,46 6,2484 0,787

W14x61 17,9 13,4 806 653 5,98 15,19 2,45 6,223 0,787

W12x58 17 12,8 765 624 5,28 13,41 2,51 6,3754 0,787

w12x53 15,6 11,7 702 570 5,23 13,28 2,48 6,2992 0,787

W10x54 15,8 11,9 711 580 4,37 11,10 2,56 6,5024 0,787

w10x49 14,4 10,8 648 527 4,35 11,05 2,54 6,4516 0,787

W14x22 6,49 4,87 292 237 5,54 14,07 1,04 2,64 0,787

W12x14 4,16 3,12 187 152 4,62 11,73 0,753 1,91 0,787

W10x15 4,41 3,31 198 161 3,95 10,03 0,81 2,06 0,787

W10x12 3,54 2,66 159 130 3,9 9,91 0,785 1,99 0,787

W8x13 3,84 2,88 173 140 3,21 8,15 0,843 2,14 0,787

LRFD

Perfil

Area Ae Fluencia Ruptura Rx Ry Rmin

in2 in2 Pn Pn in in in

W10x12 3,54 2,66 106 86,5 3,9 0,785 0,787

W8x15 4,44 3,33 133 108 3,29 0,876 0,787

W8x13 3,84 2,88 115 93,6 3,21 0,843 0,787

Perfil

ASD

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o Fy = 50 (Ksi)

o Fu = 65 (Ksi)

Existe una gran cantidad de perfiles que cumplen con la resistencia a la ruptura cercanosal valor obtenido por los mtodos, por lo que se debe verificar por otras condiciones.

Cantidad de pernos a colocar

Se considerar un nmero par de 8 para distribuir de manera proporcional 4+4.

Verificaciones

Resistencia en traccin

a) Para fluencia en traccin en la seccin bruta

() ()

Se despeja Ag y se calcula de la siguiente manera

rea Bruta

LRFD Ag = 2,68 in2 = 17,28 cm2

ASD Ag = 2,48 in2 = 16,03 cm2

b) Para ruptura en traccin en la seccin efectiva

() ()

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rea Bruta

LRFD Ag = 3,30 in2 = 21,26 cm2

ASD Ag = 3,05 in2 = 19,69 cm2

o Restriccin de esbeltez

En la tabla se muestra que perfiles no cumplen con las restricciones mencionadas hasta ahora, en

este caso ambos perfiles no cumplen con el radio mnimo.

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o Restriccin de Altura

a = L*cos ; con = 42

()

()

o Largo mnimo del alma

Area Ae Fluencia Ruptura Rx Rx Ry Ry Rmin

in2 in2 Pn Pn in cm in cm in

W14x68 20 15 900 731 6,01 15,27 2,46 6,2484 0,787

W14x61 17,9 13,4 806 653 5,98 15,19 2,45 6,223 0,787

W12x58 17 12,8 765 624 5,28 13,41 2,51 6,3754 0,787

w12x53 15,6 11,7 702 570 5,23 13,28 2,48 6,2992 0,787

W10x54 15,8 11,9 711 580 4,37 11,10 2,56 6,5024 0,787

w10x49 14,4 10,8 648 527 4,35 11,05 2,54 6,4516 0,787

W14x22 6,49 4,87 292 237 5,54 14,07 1,04 2,64 0,787

W12x14 4,16 3,12 187 152 4,62 11,73 0,753 1,91 0,787 No Cumple

W10x15 4,41 3,31 198 161 3,95 10,03 0,81 2,06 0,787

W10x12 3,54 2,66 159 130 3,9 9,91 0,785 1,99 0,787 No Cumple

W8x13 3,84 2,88 173 140 3,21 8,15 0,843 2,14 0,787

LRFD

Perfil

Area Ae Fluencia Ruptura Rx Ry Rmin

in2 in2 Pn Pn in in in

W10x12 3,54 2,66 106 86,5 3,9 0,785 0,787 No Cumple

W8x15 4,44 3,33 133 108 3,29 0,876 0,787

W8x13 3,84 2,88 115 93,6 3,21 0,843 0,787

Perfil

ASD

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En la tabla mostrada a continuacin se muestra los perfiles que aun cumplen con las

restricciones mencionadas, adems se muestra que el T correspondiente a cada perfil, son

mayores al Tmin calculado.

Luego por condiciones de enunciado, se pide el perfil ms econmico, por lo tanto

discriminamos la eleccin final por su peso, mostrando dicha propiedad en la siguiente

tabla.

Area Ae Fluencia Ruptura Rx Rx Ry Ry Rmin T

in2 in2 Pn Pn in cm in cm in in

W14x68 20 15 900 731 6,01 15,27 2,46 6,2484 0,787 10,875

W14x61 17,9 13,4 806 653 5,98 15,19 2,45 6,223 0,787 10,875

W14x22 6,49 4,87 292 237 5,54 14,07 1,04 2,64 0,787 11,625W12x58 17 12,8 765 624 5,28 13,41 2,51 6,3754 0,787 9,25

W12x53 15,6 11,7 702 570 5,23 13,28 2,48 6,2992 0,787 9,25

W10x54 15,8 11,9 711 580 4,37 11,10 2,56 6,5024 0,787 7,5

W10x49 14,4 10,8 648 527 4,35 11,05 2,54 6,4516 0,787 7,5

W10x15 4,41 3,31 198 161 3,95 10,03 0,81 2,06 0,787 8,375

W8x13 3,84 2,88 173 140 3,21 8,15 0,843 2,14 0,787 6,5

LRFD

Perfil

Area Ae Fluencia Ruptura Rx Ry Rmin T

in2 in2 Pn Pn in in in in

W8x15 4,44 3,33 133 108 3,29 0,876 0,787 6,5

W8x13 3,84 2,88 115 93,6 3,21 0,843 0,787 6,5

ASD

Perfil

Peso Area Ae Fluencia Ruptura Rx Rx Ry Ry Rmin T

Lb/ft in2 in2 Pn Pn in cm in cm in in

W14x68 68 20 15 900 731 6,01 15,27 2,46 6,2484 0,787 10,875

W14x61 61 17,9 13,4 806 653 5,98 15,19 2,45 6,223 0,787 10,875

W14x22 22 6,49 4,87 292 237 5,54 14,07 1,04 2,64 0,787 11,625

W12x58 58 17 12,8 765 624 5,28 13,41 2,51 6,3754 0,787 9,25

W12x53 53 15,6 11,7 702 570 5,23 13,28 2,48 6,2992 0,787 9,25

W10x54 54 15,8 11,9 711 580 4,37 11,10 2,56 6,5024 0,787 7,5

W10x49 49 14,4 10,8 648 527 4,35 11,05 2,54 6,4516 0,787 7,5

W10x15 15 4,41 3,31 198 161 3,95 10,03 0,81 2,06 0,787 8,375

W8x13 13 3,84 2,88 173 140 3,21 8,15 0,843 2,14 0,787 6,5

Perfil

LRFD

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En definitiva se utiliza para su comprobacin, el perfil W8x13

Caractersticas Geomtricas del Perfil W8x13

o d = 8 in

o tf = 0,25 in

o tw = 0,25 in

Distribucin de pernos en el perfil

Los 8 pernos se deben distribuir tanto en el alma como en el ala del perfil W 8 x 13. Para

ello se colocan 4 pernos en cada. Cuatro pernos colocados en dos lneas paralelas a la

misma distancia.

En el Manual AISC-13th - Steel Construction se encuentra una tabla que define las medidas

necesarias que deben respetarse para evitar problemas de espacio para los pernos.

Peso Area Ae Fluencia Ruptura Rx Ry Rmin T

Lb/ft in2 in2 Pn Pn in in in in

W8x15 15 4,44 3,33 133 108 3,29 0,876 0,787 6,5

W8x13 13 3,84 2,88 115 93,6 3,21 0,843 0,787 6,5

ASD

Perfil

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Dimetro de Clculo (Dcalc)

Calculo rea efectiva de la seccin

( )

( )

Adems sabemos que:

Donde

L = 9 in

X = 0,5464 in2

Por lo tanto

in2

Resistencia al bloque de cortante (Desgarramiento)

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Determinacin de reas:

rea Neta de corte

[( ) ]

rea Neta de Traccin

()

rea Bruta de Corte

[( ) ]

dbc 1,25 in

L 9 in

n 4

Dcalculo 0,875 in

tw 0,25 in

Anv= 3,59375 in2

Anv

Gramil 4 in

tw 0,25 in

Dcalculo 0,875 in

Ant= 0,78125 in2

Ant

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De acuerdo a la frmula entregada:

Rn=0.6 Fu Anv + Ubs Fu Ant 0.6 Fy Agv + Ubs Fu Ant

Sea:

Rn1 = 0.6 Fu Anv + Ubs Fu Ant

Rn2 = 0,6 Fy Agv + Ubs Fu Ant

Ubs = 0,5

Ru = Rn

= 0,75

Luego:

Para el mtodo LRFD, Rn1 y Rn2 se divide en = 0,75

Para el mtodo ASD, Rn1 y Rn2 se divine en = 2

Con esto, podemos decir que el perfil cumple con la ruptura, ya que est dentro del lmite.

dbc 1,25 in

L 9 in

tw 0,25 in

Agv= 5,125 in2

Agv

Fu 65 Fu 65

Anv 3,59375 Agv 5,125

Ubs 0,5 Ubs 0,5

Ant 0,78125 Ant 0,78125

Fy 50 Fy 50

Rn1 165,546875 Rn2 179,140625

Rn1 Rn2

LRFD ASD

Rn1 124,16 82,77

Rn2 134,36 89,57

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2 Parte

Soldadura de filete

De las cargas obtenidas :

o LRFD : 54,66 [T] = 120,5 Kipso ASD : 33,77 [T] = 74,45 Kips

Con Rs = 1 T/cm

Transformamos la carga a longitud

Luego como tenemos 4 longitudes de soldadura, dividimos en 4 cada carga

o LRFD : 13,665 cm = 5,38 in

o ASD : 8,435 cm = 3,32 in

Luego tenemos

o LRFD : U = 0,87

o ASD : U = 0,75

Con T = 3 in

Obtenemos el rea

o LRFD : 5,38 * 3 = 16,14 = 16 in2

o ASD : 3,32 * 3 = 9,96 = 10 in2

Finalmente obtenemos el rea efectiva multiplicando con U

o LRFD : 16 * 0,87 = 13,92 in2

o ASD : 10 * 0,75 = 7,5 in2

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