Universidad Nacional San Luis Gonzaga De Ica

DEDICATORIA:A nuestros docentes que mediante la exigencia y consejos nos motivan a ser cada vez mejores profesionales y personas.

INTRODUCCION

El diseo estructural implica la seleccin de una seccin transversal que resista con seguridad y econmicamente las cargas aplicadas. La economa significa usualmente peso mnimo, es decir, una cantidad mnima de acero.Los miembros en tensin son elementos estructurales sometidos a fuerzas axiales de tensin. Ellos se usan en varios tipos de estructuras que incluyen miembros de armaduras, cables en puentes colgantes y atirantados, etc.En el presente trabajo hablaremos de los aspectos a tomar en cuenta en el anlisis y diseo de miembros a tensin; del Criterio de Diseo, de los Estados Limites, de los tipos de rea a utilizar en los clculos, lo cual depende del tipo de conexin a utilizar. Todos estos puntos a desarrollar se deben de tomar en cuenta tanto en el anlisis como en el diseo de las estructuras de acero, ya que de esta manera aseguramos que la estructura analizada soporte las diferentes cargas a la cual va a estar sometida durante su vida til.

ANALISIS Y DISEO DE ELEMENTOS A TENSIONConsideraciones La manera ms eficiente de usar el acero estructural es a traccin. Para que el miembro sea lo ms efectivo posible, las conexiones en los extremos deben ser ms resistentes que el cuerpo del elemento. Las posibles fallas por traccin se producen en las zonas de alta concentracin de esfuerzos: las conexiones soldadas o apernadas y en los puntos de aplicacin de las cargas. En ambos casos, estamos en los extremos del elemento a traccin. El esfuerzo de un miembro cargado en tensin viene dado por:

Donde P es la magnitud de la carga axial y A es el rea de la seccin transversal normal a la carga. (Esto es vlido siempre que no estemos en un punto adyacente a la aplicacin de la carga, en donde el esfuerzo no es uniforme) Cuando las conexiones son ms resistentes que el cuerpo del miembro, si sobrecargamos hasta la falla obtendremos no solo Fy, sino que podemos llegar a Fu.

P-P

Anlisis de la TraccinEn vigas y columnas:- La falla del metal se concentra en posiciones de altos esfuerzos.- Siempre ocurre algn tipo de falla por pandeo en o por debajo del esfuerzo de fluencia.- Siempre que las conexiones no fallen, los miembros en traccin hacen un uso ms ventajoso de los aceros de alta resistencia. (Existen cables hechos con alambres estirados en fro con resistencia a la tensin de hasta 150 ksi 10.555 kgf/cm2)

Nunca un miembro estructural es perfectamente recto:

Para miembros en compresin el momento producido por la excentricidad accidental produce deflexiones que a su vez amplifican este momento.Para miembros en traccin la deflexin producida reduce el momento.

ESTRUCTURAS TIPICAS SOMETIDAS A TENSION. Bodegas y estructuras industriales. Edificios urbanos Armaduras de puentes Armaduras de techo en bodegas y fbricas Vigas de alma abierta en edificios urbanos Torres de transmisin de energa elctrica Puentes colgantes y atirantados (cables) Cubiertas colgantes (Estructuras de grandes claros) Arcos

1. Marco rgido2. Tensor horizontal en cubierta3. Tensor vertical4. Columnas de fachada5. Tensor de columnas de fachada(1)(1)(1)(4)(4)(4)(2)(3)(5)

Armadura tpica de entrepisos Evitar problemas de pandeo de un entrepiso o de la estructura completa Resistir fuerzas horizontales sismo o viento Reducir los desplazamientos laterales de la estructura

Estructura tpica de armadura a dos aguas con tirante como elemento en tensin

Cubiertas tridimensionales.

DISEO EN TRACCIONDefiniciones.Area total.- El rea total de la seccin transversal Ag en un punto cualquiera de un miembro se determina sumando las reas obtenidas al multiplicar el espesor y el ancho de cada uno de los componentes, midiendo los anchos perpendicularmente al eje del miembro.Area neta.- El rea neta An se determina restando las reas obtenidas de la proyeccin de los agujeros al plano analizado

Criterio de diseo: Seleccionar un miembro con la seccin transversal suficiente para que la carga factorizada no exceda la resistencia de diseo

Resistencia de Diseo: Un miembro en traccin fallar cuando se alcance uno de dos estados lmites: Deformacin Excesiva FracturaPara prevenir la deformacin excesiva la carga sobre la seccin total debe ser tal que no se alcance el esfuerzo de fluencia Fy.Para prevenir la fractura, el esfuerzo sobre la seccin neta debe ser menor que la resistencia ltima a la traccin Fu.

El lado izquierdo de la inecuacin es la carga aplicada factorizada y el lado derecho representa la resistencia.Resistencia nominal por fluencia:

Resistencia nominal por fractura:

Ae = rea neta efectiva, igual al rea neta, o en algunos casos, menor.El factor de resistencia = t es menor por fractura que por fluencia.Fluenciat = 0.90Fracturat = 0.75Para miembros en traccin podemos escribir:

En los miembros en traccin es muy importante la forma de conexin. Normalmente una conexin debilita al miembro, y la medida de su influencia se llama eficiencia de la junta.Eficiencia de la junta: Ductilidad del material. Espaciamiento entre conectores. Concentracin de los esfuerzos entre agujeros Procedimiento de fabricacin. Retraso de cortante.

Retraso de cortante: Se presenta cuando algunos elementos de la seccin no estn conectados, por lo tanto el elemento conectado resulta sobrecargado en relacin a la parte no conectada. Podemos reducir el efecto alargando la regin conectada. Los investigadores recomiendan usar un rea neta reducida o rea efectiva.rea Neta Efectiva.-Si un miembro con conexiones es sometido a carga axial hasta que ocurre la falla en su seccin neta, el esfuerzo real de falla es menor que el esfuerzo nominal, a menos que los esfuerzos se transmitan uniformemente a travs de la seccin. La causa de la reduccin del esfuerzo de falla son las concentraciones de esfuerzo cortante alrededor de la conexin. As, el flujo del esfuerzo de tensin entre la seccin transversal del miembro principal y la seccin del miembro conectado no es 100% efectiva. En consecuencia: Area efectiva Ae = U An .Para conexiones atornilladas: Ae = UAnPara conexiones soldadas: Ae = UAgEl factor de reduccin U es:Donde x es la distancia desde el centroide del rea conectada hasta el plano de la conexinSi se tienen dos planos simtricamente localizados de conexin se mide desde el centroide de la mitad del rea ms cercana

L es la longitud de la conexin en la direccin de la cargaEn soldaduras se mide de un extremo de la conexin al otroSi los segmentos son de longitudes diferentes se toma el ms largo

Valores sugeridos por AISC:Conexiones apernadas:Perfiles W, M y S (ancho / peralte > 2/3) y perfiles T:U = 0.90Para todos los otros perfiles (incluidos los compuestos) con por lo menos tres sujetadores por lnea:U = 0.85Para todos los miembros con solo dos sujetadores por lnea:U = 0.75Conexiones soldadas:Perfiles W, M y S (ancho / peralte > 2/3) y perfiles T conectados en las alas:U = 0.90Para todos los otros perfiles:U = 0.85Ae< An slo cuando algunos elementos de la seccin transversal no estn conectados- Para placas y barras simples Ae = An- Para placas y barras conectadas por soldaduras longitudinales en sus extremos Ae = UAgU = 1.00,para l 2wU = 0.87,para 1.5w l < 2wU = 0.75,para w l < 1.5w

Conexiones atornilladas:Tornillos alineados:Todos los tornillos en una misma lnea maximizan el rea neta.

Tornillos no alineados:Razones de espacio nos pueden obligar a colocar varias lneas, produciendo una reduccin significativa del rea neta

Patrones alternados:Si los agujeros estn demasiado juntos, la influencia de un agujero excntrico puede ser sentida por una seccin transversal cercana y se puede producir una fractura a lo largo de una trayectoria inclinadaLos esfuerzos sobre la lnea de falla inclinada son una combinacin de traccin y cortante (esfuerzos biaxiales), as que ya es posible utilizar la expresin s = P/A

Mtodo de Cochran (1922)El rea neta ser la menor de las reas obtenidas por las diferentes lneas de falla posibles. Para cada lnea de falla obtendremos el rea neta restando al ancho neto total un valor de d (dimetro del orificio) por cada agujero no alternado y un valor de d por cada agujero alternado.

s = pasog = gramilAISC usa la misma aproximacin pero con un procedimiento diferente: calcula el ancho neto restando al ancho total la suma de los dimetros de los agujeros y sumando un valor de s2/4g por cada lnea inclinada en la cadena.

Bloque de cortanteEste anlisis se basa en la hiptesis que una de las dos superficies de falla se fractura y la otra fluye (cedencia). La fractura sobre la superficie de corte es acompaada con fluencia (cedencia) sobre la superficie de tensin. La fractura sobre la superficie de tensin es acompaada por la fluencia (cedencia) en la superficie de corte.En cualquiera de los casos, ambas superficies contribuyen con la resistencia total y la resistencia por bloque de cortante ser la suma de las resistencias de las dos superficies

Se tomar el mayor valor entre los dos casos:Cuando Fu Ant 0,6Fu Anc el mecanismo de falla es: fractura por traccin y cedencia por corte. Nn = 0,6 Fy Ac + Fu AntCuando 0,6 Fu Anc Fu Ant el mecanismo de falla es: cedencia por traccin y fractura por corte. Nn = 0,6 Fu Anc + Fy At

Ac = rea total de corte = b tAt = rea total en traccin = s tAnc = rea neta en corte = t (b - ncda)Ant = rea neta en traccin = t (s - ntda)t = espesor del la pieza de conexins = ancho del bloque de cortenc= n de agujeros en el plano de cortent = n de agujeros en el plano de traccinda = del perno + (3 mm o 1/8 pul.)En teora, si cada perno resiste una porcin desigual de carga puede ocurrir que diferentes lneas de posible falla estn sometidas 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 equivalente es 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.Esbeltez:La esbeltez (parmetro crtico para el diseo a compresin) no tiene influencia en la resistencia de los miembros en traccin. Sin embargo es prudente limitarla para evitar que ocurran comportamientos no deseados si por alguna razn se retira la fuerza de tensin.Se define esbeltez a la relacin L/r en donde L es la longitud no arriostrada lateralmente del miembro y r el menor radio de giro del rea de la seccin transversalEl AISC y COVENIN 1618:98 recomiendan que la relacin de esbeltez no se exceda de 300. (se excluyen expresamente cables y barras). Esto es con el fin de controlar la flexibilidad, vibracin, el combamiento y aflojamiento que puedan producirse en condiciones de servicio.

EJERCICIOS4.22repita el problema 4.8 suponiendo que se usar una lnea de tornillos de 7/8 en cada patn con tres tornillos por lo menos en cada lnea. Disee tambin las placas de unin. Suponga un gramil de 2 pulg de la espalda de la canal al eje de la lnea de tornillos. U debe determinarse con la especificacin B3 del LRFD.ENUNCIADO DEL PROBLEMA 4.84.8 un miembro a tensin soldado debe soportar una carga de diseo de Pu de 650 klb y debe constar de dos canales con sus almas paralelas separadas 12 pulg y sus patines encontrndose. Seleccione las canales estndar ms ligeras. Suponga U=0.87. El elemento debe medir 30 pie.SOLUCIONCondiciones de diseo por fluencia:Condiciones de diseo por fractura:Por esbeltez: En base a estos parmetros buscamos perfiles de tipo canal en las tablas de los cuales cumplen:

C 15X40MC 12X35

PARA UN CANALPARA DOS CANALESPARA UN CANALPARA DOS CANALES

Ag=11.82 in2Ag=23.6in2Ag=10.3 in2Ag=20.6in2

Ix=349 in4Ix=2x349=698in4Ix=216 in4Ix=2x216=432in4

Iy=9.23 in4Iy=2x9.23+2x23.6x(5.48^2)Iy=12.7 in4Iy=2x12.7+2x20.6x(5.54^2)

Tw=0.52 inIy=1435.89in4Tw=0.46 inIy=1289.89in4

Tf=0.65 inRx=5.44Tf=0.70 inRx=4.59

Ry=7.8Ry=7.91

L/r=66.17