clase n02 - analisis de miembros a tension

ESTRUCTURAS METALICAS

Ing. Guillermo Coz G.

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Anlisis de miembros a tensin

Es comn encontrar miembros sujetos a tensin en puentes,

armaduras de techos, torres, sistemas de arriostra miento y

miembros usados como tirantes. La seleccin de un perfil para

usarse como miembro a tensin es uno de los problemas mas

sencillos que se encuentran en el diseo de estructuras. Como

no existe un problema de pandeo solo es necesario calcular la

fuerza mxima estimada que debe tomar el miembro y dividirla

entre un esfuerzo permisible de diseo para terminar el rea de

seccin transversal efectiva necesaria.

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Esfuerzos permisibles a tensin y cargas :

Un miembro dctil de acero, sin agujeros y sometido a una carga de tensin puede resistir, sin fracturarse, una carga mayor que la correspondiente al producto del rea de su seccin transversal y del esfuerzo de fluencia del acero. Si tenemos un miembro de tensin con agujeros para tornillos, este puede fallar por fractura en la seccin neta que pasa por los agujeros. Esta carga de falla puede ser mas pequea que la carga requerida para plastificar la seccin bruta alejada de los agujeros.

Para miembros no agujereados :

= 0.60

Para miembros agujereados :

= 0.50

: Esfuerzo a la fluencia : Area transversal

: Resistencia a la tencin : Area efectiva < : Area neta

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Areas Netas :

La presencia de agujero en un miembro sujeto a tensin

incrementa los esfuerzos, aun si el agujero esta ocupado por un

tornillo o un remache. Se tiene menos rea de acero sobre la

que puede distribuirse la carga, y habr concentracin de

esfuerzos a los largo del borde del agujero. El rea neta de

seccin transversal viene a ser el rea bruta de seccin

transversal menso la de las ranuras, muescas o agujeros, para

tornillos o remaches debe considerarse al agujero en 1/16 por dems y por desgaste en el punzonado un 1/16 adicional en total 1/8 adicional al agujero del perno o remache.

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Anlisis de miembros a tensin 5

EJEMPLO 1: Determinar el rea neta de la placa de 3/8 x 8, se usan tornillo de


Efecto de los agujeros alternados:

Cuando los tornillos o remaches para la conexin de extremo de un

miembro a tensin se colocan en una sola lnea, se obtiene el rea neta

mxima, si no se tiene espacio para una lnea ser necesario usar

varias de estas. Las fallas ocurren segn el diagrama

Es posible que la falla en la fig (c) ocurra a lo largo de la lnea ABCD.

Para calcular el ancho total del miembro si tomar en cuenta la lnea a lo

largo de la cual puede ocurrir la falla, restar el dimetro de los agujeros

a lo largo de la seccin ZIG-ZAG aadir a la diagonal una cantidad

dada por s/4g.

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Los agujeros para tornillos y remaches en ngulos, se

punzonan normalmente en ciertos lugares estandarizados.

Estos lugares o gramiles dependen del ancho de los lados del

ngulo y del numero de lneas del agujero

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EJEMPLO 2:

Placa de 7/8x12 se usan tornillos de 7/8, determinar el rea neta critica.


Ejemplo 3 :

Determinar el rea neta sabiendo que el Ag=4.71 pulg, considerar tornillo de 1


Ejemplo 4 :

El ngulo de 8x6x1/2 mostrada en la figura, tiene una lnea de

tornillos de en cada lado y estn alternados 1.5 entre ellos.

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Areas netas efectivas :

Si un miembro placa plana es sometido a tensin axial hasta

que ocurra la falla en su seccin neta, el esfuerzo real de falla a

tensin ser menor que el obtenido en una probeta, La causa

de la reduccin de la resistencia del miembro es la

concentracin de esfuerzos cortantes, en consecuencia el Ae =

An * U donde U toma en cuenta de forma sencilla la distribucin

no uniforme del esfuerzo.

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La efectividad del ngulo conectado en uno de los lados es la

distancia x entre el plano de la conexin y el centroido del rea

de la seccin total. Entre menor sea el valor de x, mayor ser el

rea efectiva del miembro.

= 1

Donde L es la longitud de la conexin.

Si se desea calcular U en una seccin W o I o H conectado solo

en sus patines supondremos la formacin de 2 perfiles T .

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Para miembros atornillados o remachados :

a. Para perfiles W, M o S con ancho de patn no menores que

dos tercios de sus peraltes y siempre que la conexin sea

en el patn y los tornillos y remache deben ser > de 3 hileras

U=0.90

b. Para los perfiles que no cumplan la condicin anterior pero

la conexin debe tener > de hileras de conexin atornillada

o remachada U=0.85

c. Todos los miembros con conexin atornillada o remachada

con solo 2 hileras en la direccin de la fuerza U=0.75

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Miembros soldados :

1. Si la carga se trasmite por medio de soldadura a travs de los miembros a tensin Ae = U * Ag, los valores de U se pueden usar de las uniones atornilladas excepto la condicin c, para cordones continuos.

2. Para cordones de soldadura discontinua se tomara en cuenta :

cuando L > 2w U=1.0

cuando 2w>L>1.5w U=0.87

cuando 1.5w>L>w U=0.75

Donde L=longitud de la soldadura en pulgadas,

w = distancia entre cordones

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Ejemplo 5 :

Determinar el esfuerzo a la tensin de una biga W10x45 en

acero A36 con 2 hileras de tornillos de en cada patn considerar las caractersticas del material Ag=13.3 pulg ancho del patn 10.10 y distancia del alma 8.02 el espesor de la estructura es 0.62 el esfuerzo a la fluencia del material es de 36 klb/pulg y una resistencia a la tension de 58 klb/pulg.

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Elementos de conexin :

Cuando se usan placas de empalme cargados estticamente a

tensin, An no debe exceder del 85% de Ag.

Ejemplo 6 :

La estructura en acero A36 conectado a 2 placas de 3/8x12 en cada placa tiene 2 hileras de tornillos de determinar la fuerza mxima permisible de tensin que las placas pueden

trasmitir.

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Bloque cortante :

La carga de un miembro a tensin no siempre esta regida por

0.6*Fy*Ag o por 0.5*Fu*Ae, es necesario tomar en cuenta la

carga cortante y a tensin

= 0.30 + 0.5

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Ejemplo 7 :

En estructura sometida a tensin

de acero A36, esta conectado

con tres tornillos de determinar su resistencia

permisible considerando la

tensin y la cortante.

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Ejemplo 8 :

Determinar la resistencia

permisible de diseo del

miembro a acero A36 soldado.

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