Presentacin de PowerPoint

DISEO EN ACERO Y MADERA

Unidad 02

MIEMBROS EN TRACCIN

Docente: Ing Alexander A. Coronel D.

MIEMBROS EN TRACCIN1.0 GENERALIDADES ELEMENTOS ESTRUCTURALESTensores

Columnas

Vigas

Vigas - Columnas

ConexionesApernadasRemachadasSoldadasMIEMBROS EN TRACCIN1.0 GENERALIDADES MTODOS DE DISEOASD: (mtodo determinista)

ADMISIBLE STRAIN DESIGN Diseo por Tensiones Admisibles

LRFD: (Mtodo probabilstico)

LOAD RESISTANCE FACTOR DESIGN Diseo por Estados LmitesMIEMBROS EN TRACCIN1.0 GENERALIDADES ECUACIN GENERAL DE DISEO CON EL MTODO LRFD

En el Mtodo LRFD las cargas de trabajo Q i se multiplican por ciertos factores de seguridad l i (casi siempre > 1) y se obtienen las cargas factorizadas usadas en el diseo de la estructura.

La estructura se dimensiona para que tenga una resistencia ltima de diseo suficiente para soportar las cargas factorizadas. Esta resistencia ltima se considera igual a la resistencia terica del elemento Rn multiplicada por un factor de resistencia (normalmente < 1). Este factor permite al calculista tomar en cuenta las incertidumbres relativas a la resistencia de los materiales, defectos de fabricacin, dimensiones inexactas y mano de obra no especializada.MIEMBROS EN TRACCIN1.0 CONSIDERACIONES ECUACIN GENERAL DE DISEO CON EL MTODO LRFDLa Norma E-090: Estructuras Metlicas del RNE, establece que para la aplicacin del Mtodo LRFD, las siguientes combinaciones deben ser investigadas:

MIEMBROS EN TRACCIN1.0 GENERALIDADES ECUACIN GENERAL DE DISEO CON EL MTODO LRFD

MIEMBROS EN TRACCIN1.0 GENERALIDADES ECUACIN GENERAL DE DISEO CON EL MTODO LRFDDonde:

MIEMBROS EN TRACCIN2.0 DEFINICINSe denominan Miembros en Traccin Axial a los elementos de las estructuras en los cuales se generan esfuerzos internos que evitan que se separen los extremos cuando estn sometidos a una fuerza axial.P-PMIEMBROS EN TRACCIN2.0 DEFINICINLa manera ms eficiente de usar el acero estructural es a traccin.

Para que el miembro sea lo ms efectivo posible, las conexiones en los extremos deben ser ms resistentes que el cuerpo del elemento.

Las posibles fallas por traccin se producen en las zonas de alta concentracin de esfuerzos: las conexiones soldadas o apernadas y en los puntos de aplicacin de las cargas. En ambos casos, estamos en los extremos del elemento a traccin.MIEMBROS EN TRACCIN3.0 ANLISIS DE LA TRACCINEN VIGAS Y COLUMNASLa falla del metal se concentra en posiciones de altos esfuerzos.

Siempre ocurre algn tipo de falla por pandeo en o por debajo del esfuerzo de fluencia.

- Siempre que las conexiones no fallen, los miembros en traccin hacen un uso mas ventajoso de los aceros de alta resistencia. (existen cables hechos con alambres estirados en fro con resistencia a la tensin de hasta 150 ksi 10.555 kgf/cm2)MIEMBROS EN TRACCIN3.0 ANLISIS DE LA TRACCINNunca un miembro estructural es perfectamente recto:

Para miembros en compresin el momento producido por la excentricidad accidental produce deflexiones que a su vez amplifican este momento.

Para miembros en traccin la deflexin producida reduce el momento.EN VIGAS Y COLUMNASMIEMBROS EN TRACCIN4.0 USOS TPICOSBodegas y estructuras industriales.Edificios urbanosArmaduras de puentesArmaduras de techo en bodegas y fbricasVigas de alma abierta en edificios urbanosTorres de transmisin de energa elctricaPuentes colgantes y atirantados (cables)Cubiertas colgantes (Estructuras de grandes claros)Arcos

MIEMBROS EN TRACCIN4.0 USOS TPICOSTIJERALES

MIEMBROS EN TRACCIN4.0 USOS TPICOSARCOS

MIEMBROS EN TRACCIN4.0 USOS TPICOSPUENTES

MIEMBROS EN TRACCIN5.0 SECCIONES USUALES

MIEMBROS EN TRACCIN5.0 SECCIONES USUALES

MIEMBROS EN TRACCIN5.0 SECCIONES USUALES

MIEMBROS EN TRACCIN5.0 SECCIONES USUALES

MIEMBROS EN TRACCIN6.0 RESISTENCIA A LA TRACCINESTADOS LIMITES EN TRACCIN

1.- Fluencia en la seccin brutaEn el rea total de la seccin, Ag, fuera de las conexiones.

2.- Fractura:En la seccin neta efectiva, Ae, en la zona de las conexiones

MIEMBROS EN TRACCIN6.0 RESISTENCIA A LA TRACCIN

Fy: Punto de fluencia del aceroAg: rea total de la seccin transversal.Fu: Esfuerzo de fractura en la seccin neta efectiva.Ae: Seccin neta efectiva.ft :Factor de ResistenciaMIEMBROS EN TRACCIN6.0 RESISTENCIA A LA TRACCINREA TOTALEl rea total de la seccin transversal Ag en un punto cualquiera de un miembro se determina sumando las reas obtenidas al multiplicar el espesor y el ancho de cada uno de los componentes, midiendo los anchos perpendicularmente al eje del miembro.REA NETAEl rea neta An se determina sumando las reas obtenidas al multiplicar el espesor y el ancho neto de cada uno de los elementos componentes, calculando el ancho neto de la siguiente manera:Los dimetros de los agujeros dn se considerarn 2 mm (1/16 pul) mayores que la dimensin nominal del agujero dh o 3 mm (1/8 pul) mayores que el dimetro nominal del perno d.

MIEMBROS EN TRACCIN6.0 RESISTENCIA A LA TRACCINAABBCorte A - Adn = dh +2 mm = d + 3 mmCorte B - BMIEMBROS EN TRACCIN6.0 RESISTENCIA A LA TRACCINEn el caso de soldaduras no hay prdida de rea en la seccin transversal.

No procede el concepto del rea neta en conexiones soldadas.

En los casos en que los huecos estn alternados o no, se acepta:MIEMBROS EN TRACCIN6.0 RESISTENCIA A LA TRACCIN

S

EFECTO DE AGUJEROS ALTERNADOSMIEMBROS EN TRACCIN6.0 RESISTENCIA A LA TRACCIN

MIEMBROS EN TRACCIN6.0 RESISTENCIA A LA TRACCINEJEMPLODeterminar el rea neta de la placa de 3/8x8pulg para la placa mostrada en la figura. La placa esta conectada en sus extremos con dos lneas de tornillos de 3/4pulg.

MIEMBROS EN TRACCIN6.0 RESISTENCIA A LA TRACCINEJEMPLODeterminar el Ancho neto y el rea efectiva de la conexin. Dimetro de los pernos: 3/4", Espesor de la plancha: 9.5 mm (3/8").Fu = 4.08 t/cm2Adems, determinar la resistencia de diseo. f t Pnr = ?

MIEMBROS EN TRACCIN6.0 RESISTENCIA A LA TRACCINEJEMPLODeterminar el rea neta crtica de la placa de 1/2pulg de espesor mostrada en la figura. Los agujeros se punzonaron para pernos de 3/4pulg

MIEMBROS EN TRACCIN6.0 RESISTENCIA A LA TRACCINEJEMPLODeterminar el rea neta del perfil W12x16 (Ag=4.71pulg2) mostrada en la figura. Considerando agujeros para tornillos de 1pulg

MIEMBROS EN TRACCIN6.0 RESISTENCIA A LA TRACCINEJEMPLODeterminar el rea neta a lo largo de la trayectoria ABCDEF del perfil C15x33.9 (Ag=10pulg2) mostrada en la figura. Considerando agujeros para tornillos de 3/4pulg

MIEMBROS EN TRACCIN6.0 RESISTENCIA A LA TRACCINREA NETA EFECTIVASi un miembro con conexiones es sometido a carga axial hasta que ocurre la falla en su seccin neta, el esfuerzo real de falla es menor que el esfuerzo nominal, a menos que los esfuerzos se transmitan uniformemente a travs de la seccin. La causa de la reduccin del esfuerzo de falla son las concentraciones de esfuerzo cortante alrededor de la conexin. As, el flujo del esfuerzo de tensin entre la seccin transversal del miembro principal y la seccin del miembro conectado no es 100% efectiva. En consecuencia:Ae = U An Ae: rea Neta EfectivaU: Factor de corte diferido o factor de reduccinAn: rea NetaMIEMBROS EN TRACCIN6.0 RESISTENCIA A LA TRACCINRetraso de CortanteSe presenta cuando algunos elementos de la seccin no estn conectados, por lo tanto el elemento conectado resulta sobrecargado en relacin a la parte no conectada. Podemos reducir el efecto alargando la regin conectada. Los investigadores recomiendan usar un rea neta reducida o rea efectiva.

MIEMBROS EN TRACCIN6.0 RESISTENCIA A LA TRACCINLos agujeros en placas y perfiles estructurales utilizados como miembros en tensin, ocasionan concentraciones de esfuerzo, de manera que estos no se distribuyen uniformemente en las secciones transversales.MIEMBROS EN TRACCIN6.0 RESISTENCIA A LA TRACCINFactor de Reduccin U

x :es la distancia desde el centroide del rea conectada hasta el plano de la conexin.

Si se tienen dos planos simtricamente localizados de conexin se mide desde el centroide de la mitad del rea ms cercanaxxxx35MIEMBROS EN TRACCIN6.0 RESISTENCIA A LA TRACCINL: es la longitud de la conexin en la direccin de la carga.LLEn soldaduras se mide de un extremo de la conexin al otro.Si los segmentos son de longitudes diferentes se toma el ms largoLL36MIEMBROS EN TRACCIN6.0 RESISTENCIA A LA TRACCINMiembros AtornilladosSe presenta cuando algunos elementos de la seccin no estn conectados, por lo tanto el elemento conectado resulta sobrecargado en relacin a la parte no conectada. Podemos reducir el efecto alargando la regin conectada. Los investigadores recomiendan usar un rea neta reducida o rea efectiva.

MIEMBROS EN TRACCIN6.0 RESISTENCIA A LA TRACCIN

MIEMBROS EN TRACCIN6.0 RESISTENCIA A LA TRACCINFuente: ANSI/AISC 360-10

MIEMBROS EN TRACCIN6.0 RESISTENCIA A LA TRACCINEJEMPLO

MIEMBROS EN TRACCIN6.0 RESISTENCIA A LA TRACCINEJEMPLODeterminar las resistencias de diseo por tensin LRFD de una seccin L6x6x3/8pulg (A36) que est conectada en sus extremos con una lnea de cuatro tornillos de 7/8pulg de dimetro con agujeros estndar de 3pulg entre centros en un ala del ngulo.MIEMBROS EN TRACCIN6.0 RESISTENCIA A LA TRACCINEJEMPLO

MIEMBROS EN TRACCIN6.0 RESISTENCIA A LA TRACCINEJEMPLO

MIEMBROS EN TRACCIN6.0 RESISTENCIA A LA TRACCINBLOQUE DE CORTANTEEste tipo de falla se encontr que ocurra en las llamadas vigas copadas (es decir, aquellas a las que se les debi cortar alguna porcin para que puedan conectarse a otros Elementos)

MIEMBROS EN TRACCIN6.0 RESISTENCIA A LA TRACCINBLOQUE DE CORTANTEEste tipo de falla puede ocurrir a lo largo de una trayectoria que implique tensin en un plano y cortante en otro plano perpendicular al primero.

La falla que involucra traccin en un plano y corte simultneo en otro perpendicular se llama bloque de corte.MIEMBROS EN TRACCIN6.0 RESISTENCIA A LA TRACCINBLOQUE DE CORTANTELa Especificacin J4.3 del AISC define dos posibles modos defalla:1.- Fluencia de corte (0.6Fy) con Fractura de traccin (Fu)

MIEMBROS EN TRACCIN6.0 RESISTENCIA A LA TRACCINBLOQUE DE CORTANTE

2.- Fractura de corte (0.6Fu) con Fractura de traccin (Fu)MIEMBROS EN TRACCIN6.0 RESISTENCIA A LA TRACCINBLOQUE DE CORTANTE

La Especificacin (J4.3) del AISC establece que la resistencia disponible Rn para la resistencia de diseo a la fractura por bloque de cortante es la siguiente:

Ubs= Factor de reduccin Donde:MIEMBROS EN TRACCIN6.0 RESISTENCIA A LA TRACCINBLOQUE DE CORTANTESi la distribucin de esfuerzos a tensin es uniforme Ubs=1.0.Generalmente se considera que el esfuerzo de tensin es uniforme para ngulos, placas de empalme (o conexiones), y para vigas recortadas con una lnea de tornillos.

MIEMBROS EN TRACCIN6.0 RESISTENCIA A LA TRACCINBLOQUE DE CORTANTESi la distribucin de esfuerzos a tensin es no uniforme Ubs=0.50Esta situacin ocurre en vigas recortadas con dos lneas de tornillos.

MIEMBROS EN TRACCIN6.0 RESISTENCIA A LA TRACCINEJEMPLOEl miembro de acero A572 Grado 50 (Fu = 65 klb/plg2) en tensin mostrado en la Figura est conectado con tres tornillos de 3/4 pulg. Determine la resistencia a la fractura del bloque de cortante LRFD. Tambin calcule las resistencias de diseo por tensin LRFD.

MIEMBROS EN TRACCIN6.0 RESISTENCIA A LA TRACCINEJEMPLODetermine la resistencia de diseo LRFD de las placas de acero A36 (Fy = 36 klb/plg2, Fu = 58 klb/plg2) mostradas en la Figura. Incluya la resistencia por bloque de cortante en los clculos.

MIEMBROS EN TRACCIN6.0 RESISTENCIA A LA TRACCINEJEMPLODetermine la resistencia de diseo a la tensin LRFD de la W12x30 (Fy=50 klb/pulg2, Fu = 65 klb/pulg2) que se muestra en la Figura si se usan tornillos de 7/8 pulg en la conexin.

MIEMBROS EN TRACCIN7.0 RELACIN DE ESBELTEZ LMITEPara miembros cuyo diseo esta basado en fuerzas de traccin, las relaciones de esbeltez (L/r) preferentemente no deben exceder de 300. Esta recomendacin no se aplica a varillas en traccin.

Donde:L= Longitud del elementor= Radio de giro

MIEMBROS EN TRACCIN8.0 DISEO DE ELEMENTOS EN TRACCIN

Diseo: Encontrar un miembro con reas total y neta adecuadasSi se usan las ecuaciones de LRFD, la resistencia de diseo de un miembro a tensin es el menor de t.Fy.Ag, t.Fu.Ae, o de su resistencia por bloque de cortante. Adems, la relacin de esbeltez no deber, de preferencia, exceder de 300.MIEMBROS EN TRACCIN8.0 DISEO DE ELEMENTOS EN TRACCIN

a. Para satisfacer la primera de estas expresiones, el rea total mnima debe ser por lo menos igual a:b. Para satisfacer la segunda expresin, el valor mnimo de Ae debe ser por lo menos igual a:

MIEMBROS EN TRACCIN8.0 DISEO DE ELEMENTOS EN TRACCIN

c. La tercera expresin (bloque de cortante) puede evaluarse una vez que se haya seleccionado un perfil de prueba y se conocen los otros parmetros relacionados con la resistencia por bloque de cortante.

d. Para satisfacer que la esbeltez lmite sea 300, se debe cumplir que:MIEMBROS EN TRACCIN8.0 DISEO DE ELEMENTOS EN TRACCINEJEMPLOSeleccione un perfil W12 de acero A992 de 30 pies de longitud para soportar una carga muerta de servicio de tensin PD = 130 klb y una carga viva de servicio de tensin PL = 110 klb.Como se muestra en la Figura, el miembro tendr dos hileras de tornillos de 7/8 pulg en cada patn (por lo menos tres en una lnea a 4 pulg entre centros).

MIEMBROS EN TRACCIN8.0 DISEO DE ELEMENTOS EN TRACCINEJEMPLODisee un miembro a tensin formado por un ngulo individual de 9 pies para soportar una carga muerta de trabajo a tensin de 30 klb y una carga viva de trabajo a tensin de 40 klb.El miembro estar conectado slo por un lado con tornillos de 7/8 pulg (por lo menos cuatro en cada hilera a 3 pulg entre centros). Suponga que slo se tendr un tornillo en una seccin transversal cualquiera. Use acero A36 con Fy = 36 klb/pulg2 y Fu = 58 klb/pulg2.