3-diseño en acero y madera_traccion

7/25/2019 3-Diseo en Acero y Madera_Traccion

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DISEO EN ACERO

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TRACCION

Ing. Wilmer Rojas Armas


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TIPOS DE CARGAS

TRACCIN FLEXIN CORTE

TORSIN COMPRESIN


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Un miembro en traccin es el elemento ms simple yeficiente de un sistema estructural, por lo que se debera

buscar que todos los perfiles estructurales trabajen a

traccin.

La fuerza axial produce esfuerzos constantes en todo elmaterial que lo compone, sin generar flexin, cortante ni

torsin


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En trminos generales, el diseo por tensin es el ms fcil, yaque al no presentarse el problema del pandeo solo se necesita

calcular la fuerza factorizada que debe tomar el miembro ydividirla entre un esfuerzo de diseo para obtener el rea de laseccin transversal necesaria.


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Los tipos de perfiles utilizados para el diseo de elementos a

tensin se presentan en la siguiente figura


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Agujeros en placas y perfiles estructurales utilizados

como miembros en traccin, ocasionan

concentraciones de esfuerzo, de manera que estos no

se distribuyen uniformemente en las secciones

transversales.


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Modos de fallade los perfiles

estructurales


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DISEO A TRACCIN

AREAS DE LA SECCIN TRANSVERSALEl diseo de la resistencia a la traccin de un miembro de aceroestructural depende del rea de la seccin transversal adecuada. Las

tres reas de seccin transversal de inters son el rea bruta Ag, y el

rea netaAn y el rea efectivaAe.

El rea bruta (Gross Area)Es el rea total de la seccin transversal en cualquier parte del

elemento, sin deducir los huecos.

El rea neta (Net Area)

Cuando se presenta una perforacin en un elemento que est entraccin incrementa los esfuerzos, an si la perforacin est ocupada

por un perno o remache, debido a esto se tiene menos rea de acero

sobre la que se puede distribuir la carga y existir concentracin de

esfuerzos a lo largo del agujero que est en contacto con el perno como

se muestra en la figura siguiente:


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rea neta An: rea reducida por la presencia

de agujeros para conectores (tornillos oremaches).

An= Ag- Aperf


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Ancho neto, bn:

Para una placa perforada con agujeros en unatrayectoria normal al eje de la pieza

placas

tbAnn

tbAnn

agn N-bb


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El rea neta de la seccin transversalAn es el rea bruta de la seccin transversalmenos el rea de los huecos cuyo eje es perpendicular al eje del elemento, comose indic anteriormente, con lo que se tiene:

An =Ag AhuecoAn =Ag # (e hueco )

Donde e es el espesor de la plancha.


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En la construccin de estructuras de acero para que los elementos seconecten con pernos o remaches, los huecos debern tener una holgura de

1/16 mayor que el dimetro del perno o remache. Segn el reglamento delAISC:

Huecos estndar = perno + 1/16"

Para propsitos de diseo, considerando los daos del hueco debido aimprecisiones al momento de perforar los mismos se adicionara al dimetro del

hueco estndar 1/16

Entonces:Diseo perno = Huecosestndar + 1/16"

Diseo perno = perno + 1/8

Puesto que las tolerancias necesitan que el hueco para un tornillo sea 1/16(1.6mm) mayor que el dimetro del tornillo, el ancho de un hueco se asume, parapropsitos de diseo, dos veces 1/16de pulgada 1/8 (3.2 mm) mayor que eldimetro del tornillo.


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Durante el proceso de punzonado el material alrededor delagujero puede daarse; por ello las normas de diseo

consideran un ancho de agujeros mayor


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Para perforaciones estndar se considera que los

agujeros tienen un dimetro de 3.2 mm (1/8)mayorque el de los tornillos.

ag = Dimetro de agujero para remache o tornillos


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La resistencia de miembros de acero en traccin est definida

por el es tado lm ite que manda en el caso particular. En el casode Miembros en Traccin, los estados lmites son dos:

1. Fluencia en el rea total de la seccin, Ag, fuera de las

conexiones.

2. Fractura en la seccin neta efectiva, Ae, en la zona de las

conexiones.


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Se puede expresar, entonces, como Resistencia Nominal deMiembros en Traccin: Pn

ESTADO LIMITE 1- Caso Lmite de Fluencia en la seccin total:

Pnf= Fy Ag

DondeFy: Punto de fluencia del acero yAg: rea total de la seccin transversal.

- La condicion de resistencia a la fluencia ser:

Pnf = t Fy Ag

Factor de resistencia:

t= 0.90


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ESTADO LIMITE 2- Caso Lmite de Fractura en la seccin efectiva de las

conexiones:

Pnr= Fu Ae

Donde

Fu: Esfuerzo de fractura en la seccin neta efectiva.

- La condicion de resistencia a la fractura ser:

Pnr = t Fu Ae

Factor de resistencia:

t= 0.75


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Un miembro en tensin formado por una PL de 15 cm x 1.25 cm est conectado con 1tornillo de 2 cm de dimetro. Como se muestra en la figura el acero usado es A36.Calcule la resistencia de diseo.

FLUENCIAPnf = Fy Ag

Ag: rea total del elementoAg= 15x1.25 = 18.75 cm2

Como el acero es : A36 Fy= 2.53 t/cm2=0.90Reemplazando datos en la ecuacinPnf = Fy AgPnf = 0.90x2.53 t/cm2 x18.75 cm2Pnf = 42.69 ton. FALLA !

FRACTURAPnr = Fu Ae

Ae: Ag - rea de huecosAe= 18.75(2+0.32)1.25 = 15.85 cm2

Como el acero es : A36 Fu= 4.08 t/cm2=0.75Reemplazando datos en la ecuacinPnr = Fu AePnr = 0.75x4.08 t/cm2 x15.85 cm2Pnr = 48.50 ton.


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DEFINICION DE LA CADENA CRITICA (SECCIN DE POSIBLE FALLA)

El mtodo consiste en tener el ancho del elemento sin tomar en cuenta la direccinde la lnea donde pueda ocurrir la falla, restar los huecos a lo largo de la seccin enzigzag determinada, y adicionar por cada diagonal o espacio de gramil en la cadenael valor proporcionado por la siguiente expresin y elegir el valor predominantepara hallar el rea neta:

s 2/4 g

Donde:s = Separacin longitudinal o paso entre dos agujeros cualesquierag = Separacin transversal de los mismos huecos


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En teora, si cada perno resiste una porcin

desigual de carga puede ocurrir que

diferentes lneas de posible falla estnsometidas a diferentes cargas. En la

prctica, se calculan las posibles lneas de

falla ms desfavorables.

Conectores a ambos lados de un

ngulo (alternados):

El rea se obtiene desdoblando el

ngulo para obtener una placa

equivalente. Desdoblamos a lo largo

de la superficie media, as que el

ancho total de la placa equivalentees la suma de los lados menos el

espesor del ngulo.

A cualquier lnea de gramil que cruce

el taln del ngulo se le resta el

espesor de ste

g


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Caso (a):

La seccin crtica ser la seccin A-A

y su ancho neto Wn = Wg - 2D ogeneralizando Wn = Wg - D

Caso (b):

(En el caso de huecos alternados)

Si la falla ocurre en la seccin B-B,

el ancho neto ser: Wn = Wg - D

Caso (c):

Si la falla ocurre en la cadena C-C,

el ancho neto ser:

Wn = Wg -D +

s

2

/4g (Frmula deCochrane).

El trmino s2/4g se aadir tantas veces como espaciamientos

transversales existan en el recorrido de la cadena.

El Area neta ser, en este caso An = Wn*t (t = espesor de la plancha).

Cuando existan huecos, AISC-LRFD considera un rea neta nunca

superior al 85% del rea total de la seccin.


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Posibles lneas de falla:

A-B-C-D

E-F-G

A-B-F-C-D

A-B-F-G

NOMENCLATURA:

An = Area netaWn = Ancho neto

t = Espesor

Di = perno + huelgo

Ddis. = D + 1/8 3.2 mm

Ag = Area bruta


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Calcule la resistencia de diseo, para los elementos metlicos A 36


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GRACIAS !

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