Clase N02 - Analisis de Miembros a Tension
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ESTRUCTURAS METALICAS
Ing. Guillermo Coz G.
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Anlisis de miembros a tensin
Es comn encontrar miembros sujetos a tensin en puentes,
armaduras de techos, torres, sistemas de arriostra miento y
miembros usados como tirantes. La seleccin de un perfil para
usarse como miembro a tensin es uno de los problemas mas
sencillos que se encuentran en el diseo de estructuras. Como
no existe un problema de pandeo solo es necesario calcular la
fuerza mxima estimada que debe tomar el miembro y dividirla
entre un esfuerzo permisible de diseo para terminar el rea de
seccin transversal efectiva necesaria.
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Anlisis de miembros a tensin
Esfuerzos permisibles a tensin y cargas :
Un miembro dctil de acero, sin agujeros y sometido a una carga de tensin puede resistir, sin fracturarse, una carga mayor que la correspondiente al producto del rea de su seccin transversal y del esfuerzo de fluencia del acero. Si tenemos un miembro de tensin con agujeros para tornillos, este puede fallar por fractura en la seccin neta que pasa por los agujeros. Esta carga de falla puede ser mas pequea que la carga requerida para plastificar la seccin bruta alejada de los agujeros.
Para miembros no agujereados :
= 0.60
Para miembros agujereados :
= 0.50
: Esfuerzo a la fluencia : Area transversal
: Resistencia a la tencin : Area efectiva < : Area neta
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Anlisis de miembros a tensin
Areas Netas :
La presencia de agujero en un miembro sujeto a tensin
incrementa los esfuerzos, aun si el agujero esta ocupado por un
tornillo o un remache. Se tiene menos rea de acero sobre la
que puede distribuirse la carga, y habr concentracin de
esfuerzos a los largo del borde del agujero. El rea neta de
seccin transversal viene a ser el rea bruta de seccin
transversal menso la de las ranuras, muescas o agujeros, para
tornillos o remaches debe considerarse al agujero en 1/16 por dems y por desgaste en el punzonado un 1/16 adicional en total 1/8 adicional al agujero del perno o remache.
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Anlisis de miembros a tensin 5
EJEMPLO 1: Determinar el rea neta de la placa de 3/8 x 8, se usan tornillo de
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Anlisis de miembros a tensin
Efecto de los agujeros alternados:
Cuando los tornillos o remaches para la conexin de extremo de un
miembro a tensin se colocan en una sola lnea, se obtiene el rea neta
mxima, si no se tiene espacio para una lnea ser necesario usar
varias de estas. Las fallas ocurren segn el diagrama
Es posible que la falla en la fig (c) ocurra a lo largo de la lnea ABCD.
Para calcular el ancho total del miembro si tomar en cuenta la lnea a lo
largo de la cual puede ocurrir la falla, restar el dimetro de los agujeros
a lo largo de la seccin ZIG-ZAG aadir a la diagonal una cantidad
dada por s/4g.
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Anlisis de miembros a tensin
Los agujeros para tornillos y remaches en ngulos, se
punzonan normalmente en ciertos lugares estandarizados.
Estos lugares o gramiles dependen del ancho de los lados del
ngulo y del numero de lneas del agujero
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Anlisis de miembros a tensin 8
EJEMPLO 2:
Placa de 7/8x12 se usan tornillos de 7/8, determinar el rea neta critica.
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Anlisis de miembros a tensin 9
Ejemplo 3 :
Determinar el rea neta sabiendo que el Ag=4.71 pulg, considerar tornillo de 1
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Anlisis de miembros a tensin 10
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Anlisis de miembros a tensin
Ejemplo 4 :
El ngulo de 8x6x1/2 mostrada en la figura, tiene una lnea de
tornillos de en cada lado y estn alternados 1.5 entre ellos.
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Anlisis de miembros a tensin
Areas netas efectivas :
Si un miembro placa plana es sometido a tensin axial hasta
que ocurra la falla en su seccin neta, el esfuerzo real de falla a
tensin ser menor que el obtenido en una probeta, La causa
de la reduccin de la resistencia del miembro es la
concentracin de esfuerzos cortantes, en consecuencia el Ae =
An * U donde U toma en cuenta de forma sencilla la distribucin
no uniforme del esfuerzo.
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Anlisis de miembros a tensin
La efectividad del ngulo conectado en uno de los lados es la
distancia x entre el plano de la conexin y el centroido del rea
de la seccin total. Entre menor sea el valor de x, mayor ser el
rea efectiva del miembro.
= 1
Donde L es la longitud de la conexin.
Si se desea calcular U en una seccin W o I o H conectado solo
en sus patines supondremos la formacin de 2 perfiles T .
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Anlisis de miembros a tensin 14
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Anlisis de miembros a tensin
Para miembros atornillados o remachados :
a. Para perfiles W, M o S con ancho de patn no menores que
dos tercios de sus peraltes y siempre que la conexin sea
en el patn y los tornillos y remache deben ser > de 3 hileras
U=0.90
b. Para los perfiles que no cumplan la condicin anterior pero
la conexin debe tener > de hileras de conexin atornillada
o remachada U=0.85
c. Todos los miembros con conexin atornillada o remachada
con solo 2 hileras en la direccin de la fuerza U=0.75
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Anlisis de miembros a tensin
Miembros soldados :
1. Si la carga se trasmite por medio de soldadura a travs de los miembros a tensin Ae = U * Ag, los valores de U se pueden usar de las uniones atornilladas excepto la condicin c, para cordones continuos.
2. Para cordones de soldadura discontinua se tomara en cuenta :
cuando L > 2w U=1.0
cuando 2w>L>1.5w U=0.87
cuando 1.5w>L>w U=0.75
Donde L=longitud de la soldadura en pulgadas,
w = distancia entre cordones
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Anlisis de miembros a tensin
Ejemplo 5 :
Determinar el esfuerzo a la tensin de una biga W10x45 en
acero A36 con 2 hileras de tornillos de en cada patn considerar las caractersticas del material Ag=13.3 pulg ancho del patn 10.10 y distancia del alma 8.02 el espesor de la estructura es 0.62 el esfuerzo a la fluencia del material es de 36 klb/pulg y una resistencia a la tension de 58 klb/pulg.
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Anlisis de miembros a tensin
Elementos de conexin :
Cuando se usan placas de empalme cargados estticamente a
tensin, An no debe exceder del 85% de Ag.
Ejemplo 6 :
La estructura en acero A36 conectado a 2 placas de 3/8x12 en cada placa tiene 2 hileras de tornillos de determinar la fuerza mxima permisible de tensin que las placas pueden
trasmitir.
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Anlisis de miembros a tensin
Bloque cortante :
La carga de un miembro a tensin no siempre esta regida por
0.6*Fy*Ag o por 0.5*Fu*Ae, es necesario tomar en cuenta la
carga cortante y a tensin
= 0.30 + 0.5
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Anlisis de miembros a tensin
Ejemplo 7 :
En estructura sometida a tensin
de acero A36, esta conectado
con tres tornillos de determinar su resistencia
permisible considerando la
tensin y la cortante.
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Anlisis de miembros a tensin
Ejemplo 8 :
Determinar la resistencia
permisible de diseo del
miembro a acero A36 soldado.
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