EJERCICIO 1 – INFORME GRUPAL

Curso:

Diseño en acero

Profesor:

Jorge Omerovic Peric

Ayudante:

Víctor Carvajal Talamilla

Integrantes:

Camila Albiña González

Camila Pizarro Ahumada

Valeria Santelices Quiroz

Fecha de entrega:

12 de Septiembre de 2014

FACULTAD DE CIENCIAS DE INGENIERÍA Y CONSTRUCCIÓN

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL

ANTOFAGASTA - CHILE

Universidad Católica del Norte

SEGUNDA PARTE

(20% entrega en Sala + 50% Informe Grupal preparado en casa, con entrega en el Control)

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

para las cuales se debe diseñar el perfil de menor peso por el Método LRFD y ASD de

manera manual.

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

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

1. PAR ¾” , para los cuales se puede estimar que cada uno puede resistir alrededor de 5 T en condiciones de servicio. Suponga pasos de 3”, gramil mínimo de 4” y distancia a borde cargado mínimo de 11/4”. Recordar que se debe cumplir con las distancias para el apriete de 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 en condiciones 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-14th - Steel Construction Manual2010.pdf para determinar las propiedades de los

perfiles y su capacidad aproximada.

-Usar Norma AISC 2010 para actualizar otros requisitos del diseño a tracción.

Utilice la forma de perfil que resulte la más económica, 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 dimensión orientada horizontalmente.

DESARROLLO

- En primer lugar debemos determinar las solicitaciones de servicio para las cuales

hay que diseñar el perfil, las que se encuentran pre calculadas en el archivo excel

proporcionado por el profesor.

ASD

LRFD

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- Considerando que debemos diseñar el perfil de acero de menor peso, ya que este

será el más económico, y sabiendo que para diseñar en acero, la solicitación puede

superar hasta en un 3% a la resistencia, siendo éste el rango de diseño óptimo,

podemos disminuir la solicitación en un 3%, por lo tanto, las cargas de solicitación

serán:

ASD

LRFD

Suponiendo que si controla el estado límite de fractura.

- Una vez determinadas las solicitaciones del perfil a diseñar, se determina el

número de pernos a colocar, y la longitud de soldadura, esto debido a que

debemos analizar las dos situaciones.

Determinación número de pernos

Determinación de longitud de soldadura

[ ]

La longitud de soldadura serán 35 centímetros, esto debido a que es más cómodo

y preciso medir 35 [cm] que 33,77[cm]

- Restricción de esbeltez

Donde,

L= longitud del elemento a transportar.

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= Radio de giro mínimo de la sección.

[ ]

[ ] [ ]

- Restricción de altura

Donde,

=altura del perfil

[ ] [ ]

- ELECCIÓN DE PERFILES POSIBLES

En primer lugar, debemos saber cuáles son los perfiles que actúan de mejor

manera a tracción, éstos son los perfiles de sección circular llena y perfiles ángulos,

en caso de que las cargas sean de gran magnitud, se pueden usar perfiles de

sección canal, tubulares, secciones H y secciones compuestas. Como estamos

frente a solicitaciones que no son grandes, lo que podemos inferir debido a que las

solicitaciones que estamos buscando se encuentran generalmente al final de las

tablas 5 (Diseño de miembros a tracción), utilizaremos perfiles ángulos y perfiles

de sección circular. A través de una inspección en terreno, notamos que los

perfiles ángulo son conectados en sus extremos mediante pernos; en cambio, los

perfiles de sección circular se usan con conexión de soldadura (se adjuntan fotos).

Es por esto que el análisis con el uso de pernos como conexión será hecho con

perfil ángulo y el análisis con soldadura será hecho con perfil circular.

- RESTRICCIÓN POR ÁREA

Método ASD:

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Método LRFD:

Con el fin de elegir un perfil para los dos métodos, limitaremos el área bruta a

- ELECCIÓN PERFIL POR RESTRICCIÓN DE ÁREA, SOLICITACIÓN Y RADIO MÍNIMO

Perfil Resistencia ASD

Resistencia LRFD

Área Bruta

Rmín [ ]

Cumple

⁄ ⁄ NO

⁄ SÍ

⁄ NO

⁄ SÍ

Los perfiles ⁄ y ⁄ cumplen con estas primeras restricciones.

- DETERMINACIÓN DE Y para un perfil L según [ ]

Perfil L de dimensiones (h )

Luego, [ ] [ ]

[ ] [ ]

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Perfil L de dimensiones iguales ( )

Luego, [ ] [ ]

- VERIFICACIÓN PERFIL POR Y determinados en el punto anterior

Perfil CUMPLE

⁄ SÍ

Perfil CUMPLE

⁄ SÍ

Los perfiles elegidos cumplen con estas segundas restricciones.

- RESTRICCIÓN POR PESO

-

De los perfiles seleccionados previamente elegiremos el perfil más liviano, de

manera de hacer lo más económicamente posible el perfil.

El perfil ⁄ pesa [ ⁄ ] y el perfil ⁄ pesa [ ⁄ ], ambos

perfiles pesan prácticamente lo mismo, sin embargo, el perfil ⁄ es más

liviano, por lo que nos quedaremos con este perfil, sin descartar por completo el

perfil más pesado, esto porque podrían ocurrir problemas con las dimensiones del

perfil elegido.

Notar que en los perfiles ángulo la tensión de ruptura controla sobre la tensión de

fluencia, , cuando ⁄ , en otro caso controla la

tensión de fluencia sobre la tensión ruptura.

Como por fluencia el perfil tiene mayor resistencia que la requerida, se verificará

sólo a la fractura y desgarramiento, supuesto que con la distribución de pernos se

obtiene un Área Efectiva mayor que .

La siguiente imagen resume las propiedades del perfil elegido.

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- RESTRICCIÓN SEGÚN PERNO

Debido a que pondremos los pernos en línea, no es necesario verificar el ancho del perfil

por la cantidad de pernos espaciados a un determinado gramil.

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- PROPIEDADES DEL PERNO

- VERIFICACIÓN DE LA RESISTENCIA A FRACTURA DEL PERFIL

Estado límite de fractura

De Tabla D3.1 –AISC 360-10 Caso 2:

De Tabla D3.1 –AISC 360-10 Caso 8:

Ángulos simples: con 4 o más conectores por línea en la dirección de la carga

Por lo tanto controla

( )

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[ ]

(LRFD) =2 (ASD)

ASD

[ ] [ ]

LRFD

, con

[ ] [ ]

En ambos casos, ASD y LRFD se verifica que el perfil cumple con la resistencia a la

fractura.

- VERIFICACIÓN POR DESGARRAMIENTO

[( ( ) ) ]

[( ( ) )] [ ]

[( ) ]

[( ) ] [ ]

[( )) ] [ ]

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En primer lugar, se debe cumplir lo siguiente:

[ ] [ ] Cumple, OK!

Una vez calculado el paso anterior, y cumplida la condición, debemos ver si resiste

la solicitación

ASD

Donde,

[ ]

[ ] [ ]

Luego,

[ ] [ ] Cumple, OK!

LRFD

[ ]

[ ] [ ]

Luego,

[ ] [ ] Cumple, OK!

Verificado lo anterior, el perfil no fallará por desgarramiento.

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SOLDADURA

- DETERMINACIÓN DE para perfil de sección circular llena según

Luego, [ ] [ ]

IMÁGENES