06 diseño de miembros en tensión

DISEO DE MIEMBROS EN TENSIN AXIAL

1EL ACERO HOY

TENSIN AXIAL

Consideraciones generales

Definicin de miembros en tensin axial

Usos de miembros en tensin axial

Clasificacin de miembros en tensin axial

rea total, rea neta y rea neta efectiva

AGENDA

Ttulo da Apresentao 2

Trayectorias de falla

Comportamiento de miembros en tensin axial

Modos de falla

Especificaciones AISC 2005

Ejemplos de DiseoGRUPO GERDAU

Los miembros en tensin axial son perfilesestructurales barras de eje longitudinalrecto y seccin transversal constante, queestn sometidos a cargas que actan a lolargo de sus ejes centroidales, queocasionan esfuerzos de tensin normales a

CONSIDERACIONES GENERALES


ocasionan esfuerzos de tensin normales asu seccin transversal en direccin de lafuerza.

MIEMBROS EN TENSIN

ATftt ==

DEFINICIN DE MIEMBROS EN TENSIN AXIAL

(a) Miembro en tensin axial

T

Barra prismtica

T = tensin axial

T

Ttulo da Apresentao 4MIEMBROS EN TENSIN

(a) Miembro en tensin axial

T

(b) Distribucin uniforme de esfuerzos de tensin axial

f = esfuerzos de tensin axial, tambin conocido como

T

t

tf

t

Cuando una barra est sometida a unafuerza externa y experimenta unincremento en su longitud de manerauniforme en direccin de la fuerza (todaslas fibras sufren la misma deformacin), sepuede concluir que internamente la barra

DEFINICIN


puede concluir que internamente la barraest sometida a una fuerza que acta deadentro hacia afuera, normal al plano de suseccin transversal. A esta fuerza se le dael nombre de TENSIN AXIAL.

MIEMBROS EN TENSIN

BARRA MACIZA DE SECCIN TRANSVERSAL CUADRADA SUJETA A TENSIN AXIAL

nm

f = T/At

Barra en tensin

SM

ATft =


A = rea de la seccin transversal, cmL = Longitud de la barra, cmE = Mdulo de elasticidad de la barra, kg/cm

T

E

T

L

A

Donde:T = Tensin axial, kg

Se consideran que trabajan a tensin axiallos miembros estructurales siguientes:

Cuerdas inferiores de armaduras ydiagonales

USOS DE MIEMBROS EN TENSIN


CelosasContraventeosContraflambeosTensores

MIEMBROS EN TENSIN

USOS DE MIEMBROS EN TENSIN

Barras de Armaduras


Contraventeo lateral

Los distintos tipos de elementosestructurales que se utilizan para trabajaren tensin se pueden clasificar en:

1.- Cables (elementos flexibles)

CLASIFICACIN DE MIEMBROS EN TENSIN


2.- Barras redondas, cuadradas, planas(semi rgidos)3.- Secciones de perfiles (rgidos)4.- Secciones armadas (rgidos)5.- Tensores

MIEMBROS EN TENSIN

Este tipo de elementos son los mas simples paratrabajar bajo tensin. En el caso de barras redondasse suelen utilizar con los extremos roscados parapoder ajustar su longitud a la hora del montaje. Si losextremos de las barras son conectados consoldadura se recomienda utilizar un templador.Las barras planas generalmente se conectan con un

BARRAS REDONDAS, CUADRADAS Y PLANAS


Las barras planas generalmente se conectan con unpasador.

MIEMBROS EN TENSIN

Cuando la magnitud de la fuerza detensin es muy grande, se recurre a lautilizacin de perfiles laminados. Losperfiles laminados y las secciones armadasse utilizan cuando se requiere un ciertogrado de rigidez o cuando se determina en

SECCIONES DE PERFILES SIMPLES Y SECCIONES ARMADAS


grado de rigidez o cuando se determina enbase a un anlisis que las secciones mspequeas no soportan los esfuerzosocasionados por dicha fuerza de tensin.

MIEMBROS EN TENSIN

SECCIONES TRANSVERSALES CONVENIENTES

Y

XX

XX

YY

Y Y

2 LI 2 LI

XX

Y

Y

LI

XX

Y

Y2 LI

XX

Y

YH, IR W

XX

Y

Y

TR


X

Y

Y

XX

X

Y

Y

Cajn de LI

X

Y

Y

X

Y

XX

2 CE CE

XX

Y

Y

Y

Y

XX

SOLERA OS

Ag = rea TotalAn = rea NetaAe = rea Neta EfectivadBARR= Dimetro de barrenos = Paso

REA TOTAL, NETA Y NETA EFECTIVA

g

dBARR

t

tamao


s = Pasog = Gramil

MIEMBROS EN TENSIN

T

s s s

gT

La diferencia entre el rea total Ag y el reaneta An es que la segunda es medida en lazona de un perfil donde se han hechobarrenos para tornillos de alta resistenciapara realizar una unin.

REA TOTAL, NETA Y NETA EFECTIVA


El rea neta efectiva Ae no es otra cosaque el rea neta An multiplicada por uncoeficiente U que est en funcin del tipode unin y de la forma en la que setrasmiten los esfuerzos en la seccin.

MIEMBROS EN TENSIN

El rea neta se determina restando alancho total el dimetro de los barrenos queconformarn la conexin y multiplicndolopor su espesor, el ancho neto se determinacomo sigue:

REA NETA


a) El dimetro del barreno se considera1/16 (1.5 mm) ms que el dimetronominal de tornillo y para fines de clculose considera 1/16 (1.5 mm) ms por daodel material en el momento de ejecucin.

MIEMBROS EN TENSIN

b) Cuando existen ms barrenos en unanormal al eje de la pieza, el ancho netoser la resta de el ancho total menos lasuma de los dimetros de los barrenos.

REA NETA

g

25A


g

g

25

gT

B

C

D

E F

S SS50 S S S S

Trayectoria ABCDETrayectoria ABDETrayectoria ABCF

c) Cuando los agujeros se encuentran enuna diagonal normal al eje del elemento setienen que estudiar las trayectorias de fallaposibles, y la menor de estas ser la quecorresponda al ancho neto. El ancho netose obtiene restando del ancho total la

REA NETA


se obtiene restando del ancho total lasuma de los dimetros de los barrenos ysumando para cada espacio diagonal entreagujeros la cantidad de s/4g, donde s esel paso de los barrenos y g es el gramil.

MIEMBROS EN TENSIN

REA NETA

tg

sdbAm

i

n

ibn

+

++=

== 1

2

1 4161

161

Dao


Tolerancia

ss

gg

Se deber analizar TODAS las posibles superficies de fractura

El rea neta efectiva se calcula comosigue:

REA NETA EFECTIVA

a) Cuando la carga se trasmite por mediode tornillos o remaches:

*UAA =


*ne UAA =b) Cuando la carga se trasmite por mediode soldaduras:

*ge UAA =*CAPITULO D AISC 2005

U es el coeficiente de reduccin del reacuyos valores particularmente estninfluenciados por la geometra delelemento y por el tipo de conexin que sedesarrolla. Este coeficiente se calculacomo sigue:

COEFICIENTE U


como sigue:

MIEMBROS EN TENSIN

*90.01 =lxU

*CAPITULO D AISC 2005

=x Excentricidad de la carga (centroide)=l Longitud de la conexin en direccin de la carga

COEFICIENTE U


VALORES DEL COEFICIENTE U*CONEXIONES ATORNILLADAS

USecciones laminadas soldadas H I con patines de ancho no menor de 2/3 del peralte y ts estructurales obtenidas de ellas formadas por 2 placas soldadas conectadas en los patines con 3 o ms conectores en cada lnea en la direccin de los esfuerzos.

U=0.90

Secciones laminadas o soldadas H I que no cumplan con el prrafo anterior, ts estructurales obtenidas de ellas, formadas por 2 placas soldadas y todas las secciones restantes, incluidas las formadas por U=0.85

U


*CAPITULO D AISC 2005

soldadas y todas las secciones restantes, incluidas las formadas por varias placas, con 3 o ms conectores en cada lnea en la direccin de los esfuerzos.

U=0.85

Todos los miembros que slo tengan 2 conectores en cada lnea de la direccin del esfuerzo. U=0.75

ngulos conectados por una sola ala con 4 o mas conectores en cada lnea en la direccin del esfuerzo. U=0.80

ngulos conectados por una sola ala con menos de 4 conectores en cada lnea en la direccin del esfuerzo. U=0.60

VALORES DEL COEFICIENTE U*CONEXIONES SOLDADAS

Uw l < 1.5w U=0.751.5w l

COMPORTAMIENTO DE UN MIEMBRO EN TENSINCuando aplicamos una fuerza de tensinaxial en una barra de seccin constante ydicha fuerza est aplicada en el centroidedel eje longitudinal, todos los puntos de laseccin transversal se encuentran sujetosal mismo esfuerzo de tensin:


al mismo esfuerzo de tensin:

gt A

TF =

COMPORTAMIENTO DE UN MIEMBRO EN TENSINCuando incrementamos la fuerza T, elesfuerzo se incrementa uniformementehasta que alcanza el valor del esfuerzo defluencia Fy, momento en el cual lasdeformaciones quedan sin restriccin.


yg FAT =maxEl alargamiento elstico est dado por: EA

LT

g

max=

La capacidad de carga por tensin de la barra ser:

COMPORTAMIENTO DE UN MIEMBRO EN TENSIN

FtL

TF = T/A

T T

t


Fy

0

(b)= L

Tg = E = F /t0

Deformaciones sin restriccin.Incremento de esfuerzo uniforme.

F

F = T/A

(a)

t

t

COMPORTAMIENTO DE UN MIEMBRO EN TENSINCuando existe un agujero en un elementoen tensin, existe una discontinuidad queocasionar concentracin de esfuerzos,motivo por el cual el comportamiento de labarra con discontinuidades difiere.


ynFAT =maxLa capacidad de carga por tensin de la barra ser:

COMPORTAMIENTO DE UN MIEMBRO EN TENSINEl esfuerzo mximo se presenta en la orilladel agujero.

t

T

F

T

TE 1

(a)

23

Agujero para tornillo

Fy


P

PEP

1(b)

2(c)

3(d)

12

0

(e)E

E = Comportamiento elstico Comportamiento parcialmente elstico

P = Comportamiento plstico

E =

T +E 1

TE 2TP= +AH

AnTP= FyFy

MODOS DE FALLA

Los principales modos de falla de unelementos que se encuentra sujeto atensin axial son:

1) Fluencia en la seccin total.


2) Fractura en la seccin neta.

3) Cortante y tensin combinados.

1) FLUENCIA EN LA SECCIN TOTALLa falla consiste en que desarrolle elesfuerzo mximo en el rea total de laseccin transversal, esto es cuando elesfuerzo de tensin aplicado iguala elesfuerzo de fluencia del material donde lasdeformaciones quedarn sin restriccin.


deformaciones quedarn sin restriccin.

T T

2) FRACTURA EN LA SECCIN NETAEste tipo de falla se presenta en lasconexiones de los elementos que trabajanen tensin, en este caso el esfuerzo defluencia es alcanzado ms rpido debido aque el rea de la seccin transversal enese punto es menor.


ese punto es menor.

T

2) FRACTURA EN LA SECCIN NETA


3) CORTANTE Y TENSIN COMBINADOSLa falla se presenta en toda la longitud dela parte conectada y se combina unesfuerzo de cortante y uno de tensinsimultneamente, tambin se le conocecomo desgarramiento.


T

3) CORTANTE Y TENSIN COMBINADOS


EJEMPLOS.

Ejemplo 1. Determinar el rea neta efectivadel perfil IR 305 x 59.8 kg/m sometido atensin axial. T

PERFIL IR 305 X 59.8 kg/m ASTM A9929 Agujeros de 7 8" para tornillos A-325 de 3 4"2 PLACAS de 3 4" ASTM A572 - 50


7070

7070

7070

7071

7280

80

IR 305 X 59.8 kg/m(W 12 x 40)

240

TRAYECTORIAS DE FALLA70 70 70 70 7070

7

1

7

2

8

0

8

0

TA

B

C

D

E Fmmt

cmd

cmA

w

BARR

g

5.78"722.2

1.76 2

=

=

=


TRAYECTORIA ABDE

wBARRgn tdAA =

33.31.76 =nA( )( )( )75.022.221.76 =nA

277.72 cmAn =

TRAYECTORIAS DE FALLA

mmt

cmd

cmA

w

BARR

g

5.78"722.2

1.76 2

=

=

=

70 70 70 70 7070

7

1

7

2

8

0

8

0

TA

B

C

D

E F

TRAYECTORIA ABCDE


wwBARRgn tgs

tdAA4

2

+=

276.1294.100.51.76 ++=nA

( )( )( ) ( )( ) ( )( )( ) ( )75.02.74

0.775.01.74

0.775.022.231.7622

++=nA

267.73 cmAn =

TRAYECTORIA ABCDE

AREA NETA (EJEMPLO 1)

70 70 70 70 7070

7

1

7

2

8

0

TA

B

C

Dmmt

cmd

cmA

w

BARR

g

5.78"722.2

1.76 2

=

=

=

=

La trayectoria de falla que rge para el diseo es la comprendida en ABDE.


8

0

D

E F

TRAYECTORIA ABDEmmdmmb f

303203

=

=

277.72 cmAn =

AREA NETA EFECTIVA (EJEMPLO 1)

cmd

cmA

BARR

g

8"722.2

1.76 2

=

=

=

90.032

=

U

dbsi f

Para el clculo del rea neta efectiva utilizaremos la tabla del coeficiente U para conexiones atornilladas

85.032

=

06 diseño de miembros en tensión

Documents