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7/24/2019 TRABAJO DE DISE CHI.docx

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INTRODUCCION

ELEMENTOS DE TRACCION

Se denominan Miembros en Traccin Axial a los elementos de las estructuras en los cualesse generan esfuerzos internos que evitan que se separen los extremos cuando estnsometidos a una fuerza axial. Son los miembros ms simples de disear porque no tienenproblemas de estabilidad interna, como ocurre con las columnas sometidas a compresinaxial o a flexo compresin, o con las vigas sometidas a flexin, que pueden pandear.Son miembros que permiten los mximos valores de la capacidad del acero en suresistencia a que son eficientes. Sin embargo, en ellos las conexiones son muimportantes. !ara asegurar un buen comportamiento del miembro en traccin en susconexiones, se deben tratar asuntos relacionados con"

a# $l %actor de &esistencia del miembro 'f ( ).*+, por la inseguridad del comportamientode las conexiones#,

b# las reas netas las cadenas de falla en uecos,

c# los conceptos de reas netas efectivas

d# bloques de corte.

$stos dos -ltimos temas se relacionan con el deseo de evitar fallas conocidasrecientemente.os miembros en traccin se encuentran, con frecuencia, en la maor/a de las estructuras

de acero. Son elementos principales en puentes, en armaduras de tecados, en torres deantenas, en torres de l/neas de trasmisin en arrostramientos de edificios. !ueden sermiembros simples o armados 'unin de dos o ms elementos simples#. Se prefieren losmiembros simples porque requieren menos traba0o de fabricacin1 sin embargo, a veces esnecesario unirlos por las siguientes razones"

a# a resistencia de uno no es suficienteb# a relacin de esbeltez debe ser disminuida, para cumplir las$specificaciones evitar vibraciones no tolerablesc# as condiciones de las conexiones as/ lo requierend# 2isminuir los efectos de flexin.

3uando se aplica una fuerza de traccin a trav4s del e0e centroide de un miembro, elresultado es un esfuerzo de traccin uniforme en cada parte de su seccin transversal. asfuerzas de traccin que no act-an a trav4s del centroide causan una flexin adicional a latraccin1 las fuerzas laterales tambi4n causan flexin. $n cap/tulos posteriores se tratan


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los miembros su0etos a flexin traccin combinados. 5na de las formas ms simples delos miembros a tensin es la barra de seccin circular, la cual es dif/cil de conectar a otrasestructuras. a barra circular se us con frecuencia en el pasado, pero actualmente slotiene aplicacin en los sistemas de arrostramiento, en las armaduras ligeras en laconstruccin con madera. 5na causa importante para que las barras circulares no se

utilicen muco actualmente es el mal uso que recibieron en el pasado1 pero si se disean einstalan correctamente resultan mu adecuadas en mucos casos prcticos. Actualmente,aunque el uso de cables se a incrementado en estructuras de teco suspendido, losmiembros a tensin consisten generalmente en ngulos simples, ngulos dobles, seccionesT, canales, secciones 6 secciones armadas a base de placas o perfiles laminados. $stosmiembros tienen me0or apariencia que los antiguos, son ms r/gidos se conectan msfcilmente. 7tro tipo de seccin usada con frecuencia en miembros a tensin es la placaplana que resulta mu satisfactoria en torres de transmisin de seales, puentespeatonales estructuras anlogas.

$lemento estructural sometido a traccin pura.

87TA39:8 ; 2$%9893978$S 8otacin


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SECCION TOTAL, SECCION NETA:

$l diseo de la resistencia a la traccin de un miembro de acero estructural depende delrea de la seccin transversal adecuada. as tres reas de seccin transversal de inter4sson el rea bruta Ag, el rea neta An el rea efectiva Ae.

$l rea bruta 'Eross Area# de un miembro en cualquier punto es el rea total de la seccintransversal, sin deducir los uecos.

$l rea neta '8et Area# es el area bruta menos el rea de los uecos. Al calcular el reaneta para la tensin, el anco de un ueco se toma FBFG de pulgada maor de lo que estespecificado para esa dimensin. !uesto que las tolerancias necesitan que el ueco paraun tornillo sea FBFG de pulgada maor que el dimetro del tornillo, el anco de un ueco seasume, para propsitos de diseo, dos veces FBFG de pulgada FBHI maor que el dimetrodel tornillo.

$l rea neta de un elemento es su anco neto multiplicado por su espesor. !ara un ueco,

o dos o ms uecos que se encuentren perpendiculares al e0e del miembro, el anco neto esel anco bruto menos la suma de los ancos de los uecos

!ara el estado l/mite de fluencia del rea total de la seccin transversal Ag 'para prevenirel alargamiento desmedido del miembro si falla Ag lo -ltimo que va a resistir ser Tu#,entonces se tiene la siguiente expresin"

2onde"

Tu ( %uerza de diseo requerida =>lb?Ag ( @rea total de la seccin transversal 'rea bruta# =in?

% ( $sfuerzo de fluencia m/nimo especificado del acero =>lbBin?

C!n ( &esistencia del estado l/mite por el factor de resistencia =>lbBin?

C ( %actor de resistencia 'C ( ).D para fluencia por rea bruta#

3uando se presenta una perforacin en un elemento que est en traccin incrementa losesfuerzos, a-n si la perforacin est ocupada por un perno o remace, debido a esto setiene menos rea de acero sobre la que se puede distribuir la carga existir

concentracin de esfuerzos a lo largo del agu0ero que est en contacto con el perno comose muestra en la %igura A.


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$l rea neta de la seccin transversal An es el rea bruta de la seccin transversal menosel rea de los uecos cuo e0e es perpendicular al e0e del elemento, como se indicanteriormente, con lo que se tiene"

2onde e es el espesor de la planca, es el anco bruto de la seccin.

$n la construccin de estructuras de acero para que los elementos se conecten con pernoso remaces, los uecos debern tener una olgura de FBFGI maor que el dimetro delperno o remace. Seg-n el reglamento del A9S3)F

!ara propsitos de diseo, considerando los daos del ueco debido a imprecisiones almomento de perforar los mismos se adicionara al dimetro del ueco estndar FBFGI

$ntonces


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!ara el estado l/mite de ruptura del rea neta An en los extremos de miembros a tensinser"

2onde"

Tu ( %uerza de diseo requerida =>lb?

An ( @rea neta =in?

% ( $sfuerzo de fluencia m/nimo especificado del acero =>lbBin?

C!n ( &esistencia del estado l/mite por el factor de resistencia =>lbBin?

C ( %actor de resistencia 'C ( ).*+ para fluencia por rea neta#

a falla por ruptura del rea neta en los elementos estructurales de acero, no se aplica abarras que en la l/nea de gramil estn dos o ms filas de pernos en forma alternada. Sinembargo la norma A9S3)F considera para una cadena de uecos esparcidos a lo largo deuna seccin en forma diagonal o zigzag como se muestra en la %igura e load#

Cu!n#o 1!% c!r$!s #e imp!c"o

5 ( F.R2 F.G'r o S o ').+ r o ).H 6# '$cuacin A L del &%2#

5 ( F.R2 F.6 ).+ ).+'r o S o '$cuacin A LL del &%2#


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5 ( F.R2 UF.)$ ).+ ).RS '$cuacin A L+ del &%2#

$xiste un cambio en el valor de factor de carga para en las combinaciones AL , A LL,AL+ cuando se trata de gara0es, reas de reuniones publicas en todas las reas donde la

carga viva exceda de F)) psf.

5 ( F.R2 F.G'ro S o 'F.) o ).H 6# '$cuacin A LV del &%2#

5 ( F.R2F.6F.)).+'ro S o '$cuacin A LLV del &%2#

5 ( F.R 2 UF.) $ F.) ).RS '$cuacin A L+V del &%2#

3uando a la posibilidad de levantamiento por las fuerzas de viento sismo,

5 ( ).D 2 U'F. 6 o F.) $# '$cuacin A LG del &%2#

as magnitudes de las cargas '2, , r, etc.# Nobtenerse en los reglamentos deconstruccin vigentes o en la especificacin AS3$ *.D.

WAS3$ NAmerican Societ of 3ivil $ngineers

W3arga critica o gobernante el valor mas grande obtenido en cada caso

!c"ores #e Resis"enci!

a resistencia ultima de una estructura depende en la resistencia de los materiales, las

dimensiones, la mano de obra no puede calcular exactamente.ue pue#e influir

F. 9mperfecciones en las teor/as de anlisis

R. A variaciones en las propiedades de los materiales

. A las imperfecciones en las dimensiones de los elementos estructurales

!ara acer esta estimacin, se multiplica la resistencia ultima terica 'resistencianominal# de cada elemento por un factor C, de resistencia 'siempre menor que F.)#.


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M!$ni"u# #e los f!c"ores #e c!r$! % resis"enci!(

as incertidumbres que afectan a los factores de carga resistencia son"

Xariacin en la resistencia de los materiales.

$rror en los m4todos de anlisis.

os fenmenos naturales como uracanes, sismos, etc4tera.

2escuidado durante el monta0e

a presencia de esfuerzos residuales concentraciones de esfuerzos, variaciones en lasdimensiones de las secciones transversales, etc.

Diferenci!s en"re !mbos enfo2ues:


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Son m4todos de diseo propuestos por el A9S3

2os son los enfoques del 2iseo estructural en acero conforme a lo disponible a la feca"

Y2iseo por $sfuerzos !ermisiblesI, conocido por sus siglas AS2 'Alloable Stress2esign#

Y2iseo por %actores de 3arga &esistencia $stados l/mitesI, conocido por sus siglas&%2 'oad and &esistance %actor 2esign#.

$l m4todo AS2 a tiene ms de F)) aos de aplicacin1 con 4l se procura conseguir quelos esfuerzos unitarios actuantes reales en los miembros estructurales sean menores quelos esfuerzos unitarios permisibles, aconse0ados por el reglamento. Sin embargo, durantelas dos -ltimas d4cadas, el diseo estructural se est moviendo ac/a un procedimientoms racional basado en conceptos de probabilidades.

$n esta metodolog/a '&%2# se denomina Yestado l/miteI aquella condicin de laestructura en la cual cesa de cumplir su funcin. os estados l/mites se dividen en doscategor/as" &esistencia Servicio.

$l primer estado tiene que ver con el comportamiento para mxima resistencia d-ctil,pandeos, fatiga, fractura, volteo o deslizamiento. $l segundo estado tiene que ver con lafuncionalidad de la estructura, en situaciones tales como deflexiones, vibraciones,deformacin permanente ra0aduras. o que se pretende, entonces, es conseguir que laestructura no sobrepase los estados l/mites mencionados, pero como es imposibleconseguir riesgo cero en la prctica, el diseador se debe conformar con una probabilidadadecuada.

!ara poder conseguirla se debe basar en m4todos estad/sticos, que se denominanYM4todos de 3onfiabilidad de momentos de primer ordenZsegundo ordenI para nosobrepasar la resistencia de los elementos, que es lo que ms preocupa al diseador.Aceptando los criterios de base estad/stica en los que se basa este nuevo m4todo, se puedeexpresar el requerimiento de seguridad estructural como sigue"

a parte izquierda de la inecuacin representa la resistencia del componente o sistema, la parte dereca representa la carga mxima esperada.

a resistencia nominal &n es reducida por un factor menor que la unidad 'factor deresistencia# para obtener la Y&esistencia de 2iseoI. Al otro lado de la inecuacin, lascargas son amplificadas por sus respectivos factores de maoracin [i para tener lascargas factorizadas. 2urante la -ltima d4cada a ganado terreno en 5SA la adopcin dela filosof/a de diseo A9S3Z2iseo por %actores de 3arga &esistencia 'A9S3Z&%2#, en


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especial para el caso de las estructuras de acero, desde la divulgacin de las$specificaciones A9S3ZHG correspondientes que estn basadas en los siguientes criterios"

a# 5n modelo basado en probabilidades.

b# 3alibracin de los resultados con los que se obtiene en el m4todo AS2, con el ob0etoque las estructuras no sean mu diferentes entre ambos m4todos. Algunas de las venta0asde este procedimiento son"

F. $s una erramienta adicional para que el diseador no difiera en su concepto desolucin que emplea en diseo de concreto armado, por e0emplo.

R. &%2 aparece ms racional por lo tanto se acerca ms a la realidad de lo que ocurreen la vida -til de la estructura.

. $l uso de varias combinaciones de cargas conduce a econom/a de la solucin, porque se

acerca con ms exactitud a lo que ocurra.L. %acilita el ingreso de las bases de diseo conforme ms informacin est4 disponible.

+. $s posible introducir algunos cambios en los factores [i o C cuando se conoce conmaor exactitud la naturaleza de las cargas. $sto tiene importancia cuando existen cargasno usuales, o me0or conocimiento de la resistencia.

G. %uturos a0ustes calibraciones sern ms fciles de acer.

RELACION DE ES3ELTE4 DE MIEM3ROS EN TRACCION: L5r

Aun2ue los miembros en "r!cci+n no es"6n su7e"os ! p!n#eos, l!s Especific!ciones AISC8LRD en su Secci+n 39, es"!blece 2ue L5r en miembros "r!ccion!#os no #eber6 ece#er;


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3! rr!s #e

o7o

&!'( Resis"enci! #e #iseo

a resistencia de diseo de las barras de o0o se determinar de acuerdo con la Seccin .F.,adoptando como Ag el rea de la seccin transversal del cuerpo de la

barra.

!ara propsitos de clculoel anco del cuerpode la barra de o0oser

menor o igual que Hveces su espesor. &eglamento

39&S73 )F 3ap. 2 N G

&b'( Especific!ciones sobre #e"!lles

as barras de o0o sern de espesor uniforme, sin refuerzos en la zona del agu0ero, tendrn cabezas circulares con per/metro conc4ntrico con el agu0ero.

$l radio de transicin entre la cabeza circular el cuerpo de la barra ser maor o igualque el dimetro de la cabeza.

$l dimetro del perno ser maor o igual que *BH del anco del cuerpo de la barra de o0o el dimetro del agu0ero para el perno no exceder en ms de F mm el dimetro del perno.

!ara aceros con tensin de fluencia % ] LH+ M!a, el dimetro del agu0ero ser menor oigual que + veces el espesor de la capa el anco del cuerpo de la barra de o0o ser

reducido en concordancia con esa limitacin.Se permiten espesores menores que F mm slo si se utilizan tuercas externas paramantener todas las partes unidas apretadas en contacto.

$l anco b desde el borde del agu0ero al borde de la capa, medido perpendicularmente ala direccin de la fuerza, ser maor que RB , a los efectos del clculo, menor o igual queBL del anco del cuerpo de la barra de o0o.


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=LANC>AS UNIDAS =OR =ASADORES(

$n estructuras no es com-n encontrar uniones con pasadores, a que el uso de los

remaces posteriormente de los tornillos de la soldadura que son ms comunes.

os pasadores son piezas cil/ndricas de gran dimetro que resisten fuerzas mucosmaores a los que resisten individualmente, los tornillos. os pasadores deben serasegurados evitando el movimiento trasversal de los pasadores en los elementos, esto selogra a sea roscando sus extremos asegurndolos con arandelas tuercas o con pinesen o sus extremos, 'si los pasadores son orizontales se pueden colocar en ambos extremospines, en caso contrario, los pasadores deben tener una cabeza#.

Elemen"os conec"!#os con p!s!#ores(

3uando un miembro va ser conectado con un pasador, se perfora un agu0ero en el miembro las partes a las que va a estar conectado, se inserta un pasador a trav4s del agu0ero.$sto proporciona una conexin tan libre del momento cuando es posible en la prctica.os miembros en tensin conectados de esta manera estn sometidos a varios tipos defalla. a barra de o0o es un tipo especial de miembro conectado por pasador en la que elextremo que contiene el agu0ero del pasador es agrandado.

a barra de o0o fue usada ampliamente en el pasado como miembros simples en tensinpara armaduras de puentes usadas como eslabones tipo cadena de puentes colgantes.

9ncluso, tal como se puede apreciar en las imgenes precedentes de la figura, podemosdiferenciar claramente entre los pasadores de uniones comprimidas 'la base del pilar# deuniones traccionadas 'el ancla0e a la pared#.

$l remace debe resistir Y3orte SencilloI '$l cizallamiento ocurre en la seccin delremace entre las dos plancas#.

$l pasador debe resistir Ycorte dobleI 'a dos secciones disponibles para resistirla fuerza de corte#.

a


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ELEMENTOS.

5niones por medio de &emaces, !ernos !asadores"

Similitudes" os elementos conectores pasan a trav4s de perforaciones. os conectores traba0an a corte.

2iferencias" os remaces en caliente, al enfriarse se contraen producen una compresin entrelas plancas conectadas lo cual genera friccin. os remaces en frio al golpearlos tambi4n generan friccin. os pernos pueden ser de dos tipos"

a# !ernos a0ustados que llenan totalmente el orificio, aplicndoles un torque conocido.

b# !ernos corrientes actuando en uecos sobredimensionados '5niones provisionales#. !asadores de 5nin" son usados donde se requiera una articulacin o se desearealizar una conexin mu rpida.

ELEMENTOS8 >I=OTESIS DE C?LCULO.

A. 8o se considera la friccin causada por la contraccin de los remaces 'pernos#.


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conectar.

R.# \unta a tope, en cuo caso las plancas a unir se colocan una frente a la otra serecubren con una o dos plancas para poderlas unir, estas -ltimas suelen ser llamadascubre0untas.

$$M$8T7S ZT9!7S 2$ %AAS

Ja cuatro ')L# formas en que una \unta con remaces o pernos puede fallar"

F. !or corte del remace o perno"

R. !or desgarramiento de la planca principal" ocurre en una seccin que pasa por elueco eco para el paso del remace 'seccin neta#.

. !or falla de apoo 'presin de asiento#" ocurre un desplazamiento relativo de lasdos plancas por el agrandamiento o deformacin permanente del ueco, causado por unaexcesiva presin de asiento.

L. !or ser mu poca la distancia de borde" es decir la distancia desde el primer uecoasta el borde de la planca es mu corta.

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