ESTRUCTURAS METALICAS - Diseño de Miembros en Tension.

8/18/2019 ESTRUCTURAS METALICAS - Diseño de Miembros en Tension.

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A C I SESTRUCTURAS METALICAS – DISEÑO DE MIEMBROS A TENSION

Estructuras Metálicas

R. Alex Quispe Choquechambi

Ingeniero CivilUniversidad Andina N.C.V.

Juliaca, PeruSeptiembre de 2015

Diseño de miembros enTensión


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CONSIDERACIONES GENERALES

Los miembros a Tensión losencontramos en armaduras depuentes y techos, torres,sistemas de arriostramiento yen situaciones donde se usan

como TIRANTES.

Sólo se necesita determinar lacarga que va a sustentarse,luego se calcula el árearequerida para sustentar esacarga, y finalmente seselecciona una sección deacero que proporcione el área

requerida.


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FACTORES QUE INFLUYEN EN EL DISE ODE UN MIEMBRO EN TENSION

• Forma de la seccióntransversal del miembro.

• Tipo y propiedadesmecánicas del acero

• Forma de conectar laspiezas: tornillos osoldaduras.

• Rezago por cortante (“shear

lag”).

Ñ


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REQUISITOS DE DISEÑORESISTENCIA NOMINAL DE LOS MIEMBROS A

TENSIÓN ( Pn )


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RESISTENCIA NOMINAL DE LOS MIEMBROS ATENSIÓN ( Pn )

Un miembro sin agujeros y sometido a una carga de tensiónpuede resistir, sin fracturarse, una carga mayor que lacorrespondiente al: producto del área de su seccióntransversal por el esfuerzo de fluencia del acero, gracias alendurecimiento por deformación.

Sin embargo, si es cargado hasta el endurecimiento se alargaconsiderablemente antes de la fractura; lo que le restaráutilidad, además puede causar la falla del sistema estructural

del que forma parte.

Además si consideramos este miembro con agujeros paratornillos, éste puede fallar por fractura en la sección neta que

pasa por los agujeros.


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Los miembros sometidos a tensión axial tienen 3 estadoslimite de falla:

• Flujo plástico en la sección bruta.

• Fractura en el área neta.• Ruptura por cortante y tensión combinadas (para

perfiles de acero laminado)

Las resistencias (permisible y de diseño) dependenfundamentalmente de las características geométricas de lasección transversal del miembro y de las propiedades delacero estructural.




La resistencia nominal de un miembro a tensión (Pn), será elvalor mas pequeño de los obtenidos en las expresiones

siguientes:



FLUENCIA(FLUJO PL STICO)EN LA SECCIONBRUTA

Estado límite de fluencia en la sección bruta (prevenir un

alargamiento excesivo del miembro)

LRFD:

ASD:



FRACTURA EN LA SECCI N NETA CONTORNILLOS

Estado

LRFD:

ASD:

f ó



Diagrama de flujo para la revisión de los estadoslímite de flujo plástico en la sección bruta y de

fractura en el área neta de miembros en tensión

S CC O



REA BRUTA DE LA SECCIONTRANSVERSAL

Es el área total de la sección transversal, es decir, el áreasólida de la sección de un miembro.

REA NETA DE LA SECCION



REA NETA DE LA SECCIONTRANSVERSAL

Ó simplemente “área neta”, se refiere al área bruta de lasección transversal menos la de agujeros, ranuras u otrasmuescas.

La presencia de un agujero en un miembro sujeto a tensiónincrementa el esfuerzo unitario, aunque el agujero esté

ocupado por un tornillo y habrá concentración de esfuerzos alo largo del borde del agujero.

REA NETA DE LA SECCION



REA NETA DE LA SECCIONTRANSVERSAL

Para los cálculos se debe utilizar anchos de agujeros 1.5 mm

(1/16”) mayores que el diámetro nominal del agujero, medidonormalmente a la dirección de los esfuerzos, esta holgura esdebido a que se toma en cuenta el daño potencial del aceroalrededor del agujero durante el proceso de fabricación(punzonado).

bn: ancho neto

EFECTO DE AGUJEROS EN



EFECTO DE AGUJEROS ENZIG ZAG

Si se tiene más de una hilera

de agujeros para tornillos oremaches en un miembro,frecuentemente esconveniente escalonar losagujeros (zig zag) con el finde tener en cualquier secciónel máximo de área neta pararesistir la carga

A lo largo de la línea diagonalexiste una combinación deesfuerzos cortantes ynormales y por ello debeconsiderarse un área menor

Añadir por cada diagonal una

cantidad dada por la ecuaciónempírica:

S = (paso) Separación longitudinaleje a eje entre dos agujerosconsecutivos.

g = gage (gramil) Separacióntransversal eje a eje entre dos

agujeros.

SECCIONES CRITICAS DE POSIBLES



SECCIONES CRITICAS DE POSIBLESFALLAS EN PLACAS

Pueden existir varias trayectorias, cada una de las cuales

puede ser crítica en una junta específica. Debe considerarsecada una de las trayectorias posibles y usarse la que dé elmenor valor (área neta critica).


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APLICACION


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APLICACION

EJEMPLO: Determine el área neta de la placa de 3/8’’ x 8’’. La

placa está conectada en sus extremos con dos líneas detornillos de ¾’’.

APLICACION


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APLICACION

EJEMPLO: Determine el área neta crítica de la placa de ½’’ de

espesor con perforaciones para tornillos de ¾’’, considere unaholgura para perforaciones de 1/8’’. Considere trayectorias defalla: ABCD, ABEF, ABCEF)

APLICACION


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APLICACION

EJEMPLO: Un par de platinas PL12.7x300 mm unen doslaminas PL 15.9x300, los pernos están separados gage=50.8mm y paso=76.2 mm. Se usa acero grado 50 y pernos de ¾’’.Calcular Pn (resistencia nominal)

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