lcap 3 - diseño de miembros a tracción

21
PJRR - Estructuras de Acero - Semestre A2012 1 Capítulo 3 Diseño de miembros a tracción 3.1. MIEMBROS A TRACCIÓN Los miembros en tracción son miembros estructurales que están solicitados a fuerza de tensión axial. a. Miembros en sistemas reticulados tipo cercha. b. Sistemas de arriostramiento en estructuras para resistir las fuerzas laterales impuestas por explosiones, viento o sismo. c. Tensores, barras o cables en puentes de suspensión. 3.2. MODOS DE FALLA DE UN MIEMBRO SOLICITADO A TRACCIÓN Un miembro a tracción puede fallar por: 3.2.1. Deformación excesiva (cedencia bajo cargas gravitatorias). 3.2.2. Fractura El comportamiento real de perfiles en tracción difiere del comportamiento ideal de las probetas del mismo acero ensayadas en laboratorio. Esto es debido a las siguientes razones: La presencia de tensiones residuales anticipa la cedencia local de algunas fibras mucho antes de alcanzarse la carga de cedencia de toda la sección, N = A F y . Las tensiones residuales también provocan un endurecimiento local prematuro que se refleja en el acortamiento de la rama plástica del diagrama tensión-deformación.

Upload: ernesto-sanchez

Post on 29-Dec-2015

45 views

Category:

Documents


9 download

TRANSCRIPT

Page 1: LCap 3 - Diseño de miembros a tracción

PJRR - Estructuras de Acero - Semestre A2012 1

Capítulo 3

Diseño de miembros a tracción

3.1. MIEMBROS A TRACCIÓN

Los miembros en tracción son miembros estructurales que están solicitados a fuerza detensión axial.

a. Miembros en sistemas reticulados tipo cercha.

b. Sistemas de arriostramiento en estructuras para resistir las fuerzas lateralesimpuestas por explosiones, viento o sismo.

c. Tensores, barras o cables en puentes de suspensión.

3.2. MODOS DE FALLA DE UN MIEMBRO SOLICITADO A TRACCIÓN

Un miembro a tracción puede fallar por:

3.2.1. Deformación excesiva (cedencia bajo cargas gravitatorias).

3.2.2. Fractura

El comportamiento real de perfiles en tracción difiere del comportamiento ideal de lasprobetas del mismo acero ensayadas en laboratorio. Esto es debido a las siguientesrazones:

• La presencia de tensiones residuales anticipa la cedencia local de algunas fibrasmucho antes de alcanzarse la carga de cedencia de toda la sección, N = A Fy. Lastensiones residuales también provocan un endurecimiento local prematuro que serefleja en el acortamiento de la rama plástica del diagrama tensión-deformación.

Page 2: LCap 3 - Diseño de miembros a tracción

PJRR - Estructuras de Acero - Semestre A2012 2

• Fenómenos de concentración de tensiones en la sección transversal por lapresencia de perforaciones, soldadura, o transiciones bruscas de sección.

• Momentos flectores provenientes de excentricidades geométricas o de laaplicación excéntrica de cargas.

• La presencia de perforaciones en miembros a tracción, a causa de los medios deunión o para permitir el paso de instalaciones, resulta en una significativadisminución de la capacidad de carga del miembro por la merma que hacen delárea total de la sección.

3.3. RESISTENCIA DE MIEMBROS SOLICITADOS A TENSION AXIAL PURA

Para verificar la resistencia última de miembros solicitados a tensión axial pura seconsideran los siguientes estados límites:

• Cedencia de la sección total• Fractura de la sección neta efectiva• Falla del bloque de cortante

La cedencia de la sección total, se presenta cuando la sección transversal del miembroestructural (sin tener en cuenta los huecos) solicitados a tensión axial llega a la tensión decedencia dado por Fy.

Fluencia en la sección total(yielding of gross section)

NN

Fluencia en la sección total(yielding of gross section)

NN

La fractura de la sección neta efectiva, se presenta cuando se tiene un miembro atensión con agujeros para tornillos o remaches. Este tipo de falla se presenta cuando lasección donde se concentran los agujeros llega a su tensión de fractura Fu.

La falla por bloque de corte, se produce por fractura de una sección con huecos pordesprendimiento de un bloque de material como se ilustra en la figura.

Fractura en la sección neta(Fracture of net sección)

NN

Page 3: LCap 3 - Diseño de miembros a tracción

PJRR - Estructuras de Acero - Semestre A2012 3

Ruptura por cortante y tensión combinados(Block shear rupture)

NN

Ruptura por cortante y tensión combinados(Block shear rupture)

NN NN

La resistencia de diseño, t Nn, será el menor valor que se obtenga de considerar losmodos de falla:

3.3.1. Cedencia en la sección total

3.3.2. Fractura en la sección neta efectiva

Donde: A = Área total de la sección transversal del miembro.Ae = Área neta efectiva, calculada de acuerdo al Artículo 7.3 Norma 1618-98Nn = Resistencia teórica a tracción normal.φt = Factor de minoración de la resistencia teórica.Fy = Tensión de cedencia del material.Fu = Tensión último del material.

Ct = Coeficiente de reducción empleado en el cálculo del área neta efectiva.

3.3.3. Fractura por bloque de corte

Se verificará el estado límite de agotamiento resistente por rotura en el bloque de corte enlas conexiones de los extremos de las vigas cuya ala superior haya sido cortada ydesmembrada y situaciones similares, en los miembros traccionados y en las planchasusadas como cartelas (planchas de nodos). La resistencia minorada a la rotura por bloquede corte, φNn, estará determinada por el mecanismo que controle el modo de falla.

Se toma el mayor valor entre los dos casos siguientes:

• Cuando Fu Ant 0.6 Fu Anc (Mecanismo de cedencia por corte y fracturapor tracción.

)FA(0.90N yn =t

FAN0.90 yn =∴=t

0.75t =φ FACFAN untuen ∴=0.75t =φ FACFAN untuen ∴=

)FA(0.75N uen =t

[ ]ntucyn AFAF0.600.75N +=

Page 4: LCap 3 - Diseño de miembros a tracción

PJRR - Estructuras de Acero - Semestre A2012 4

• Cuando 0.6 Fu Anc > Fu Ant (Mecanismo de cedencia por tracción y fracturapor corte)

Donde: A = Área de la sección transversal.Ae = Área neta efectiva.An = Área neta.Ac = Área en corte.At = Área en tracción.Anc = Área neta en corte.Ant = Área neta en tracción.

La resistencia de diseño de un miembro a tensión no siempre está especificada por φt Fy

Ag o por φt Fy Ae o bien por la resistencia de los tornillos o soldadura con que se conectael miembro; ésta puede determinarse por la resistencia de su bloque de cortante, tal comose muestra en las figuras siguientes:

Plano de tracción

Plano de cortante

Angulo apernado

Plano de tracción

Plano de cortante

Angulo apernado

La falla en un miembro puede ocurrir a lo largo de una trayectoria que implique tensiónen un plano y cortante en otro plano perpendicular. Es poco probable que la fracturaocurra en ambos planos simultáneamente.

Plano de cortantePlano de tracción

Placas Soldadas

El miembro tiene un área grande de cortante y una pequeña área en tracción. Lasespecificaciones LRFD consideran que es lógico suponer que cuando ocurre una fracturaen esta zona con alta capacidad de corte, la pequeña área a tensión ya ha fluido.

Plano de cortante

Plano de tracción

Plano de tracción

Plano de cortante

Ala apernada de un perfil doble te

Plano de cortante

Plano de tracción

Plano de tracción

Plano de cortante

Ala apernada de un perfil doble te

[ ]ncutyn AF0.60AF0.75N +=

Page 5: LCap 3 - Diseño de miembros a tracción

PJRR - Estructuras de Acero - Semestre A2012 5

3.4. PROCEDIMIENTO DE REVISIÓN DE MIEMBROS SOLICITADOS ATENSION AXIAL PURA

3.4.1. Perfiles laminados

El procedimiento de revisión de los perfiles laminados solicitados a tensión axial pura,esta definido en el Capítulo 14, Miembros a Tracción de la Norma COVENIN 1618:1998“Estructuras de acero para edificaciones. Método de los Estados Límites”, y puederesumirse de la siguiente manera:

1. Definir la tensión de cedencia del acero, Fy

2. Determinar el valor de NU con base en el análisis estructural.3. Evaluar el valor de Ag, el área gruesa (total) de la sección.4. Determinar la resistencia a la tensión (φNn) debida al estado límite de cedencia del

área total, como se indica a continuación:

yg FAtnt N =

5. Determinar los diámetros de los pernos que atraviesan el miembro estructural(dperno)

Tabla 3.1. Dimensiones nominales de los pernos

6. Determinar los diámetros de los huecos donde se colocan los pernos (dhueco)teniendo en cuenta la siguiente fórmula y la tabla anterior:

1/8"d perno +=huecodSe debe establecer un valor de dhueco para cada perno que se encuentre en la unión.

7. Determinar el área neta de la sección transversal de la siguiente manera:

a) Si se tienen pernos en una sola línea el área neta se debe calcular como seindica a continuación:

An = Ag – t Σ dhueco

Donde dhueco corresponde al diámetro de cada uno de los pernos queatraviesan el miembro estructural. Por ejemplo, en la siguiente figura, para

Page 6: LCap 3 - Diseño de miembros a tracción

PJRR - Estructuras de Acero - Semestre A2012 6

el elemento número 1, An1 = Ag1 – t1 (2dhueco) y para el elemento número 2,An2 = Ag2 – t2 (2dhueco)

PUPU PUPU

b) Si se tienen pernos no alternados en varias líneas se debe encontrar lasección neta crítica para cada elemento de la conexión. Por ejemplo, parael elemento 1 la sección neta crítica es (a-a) mientras que para el elemento2 es (c-c):

PUPU PUPU

Posteriormente se procede a evaluar el área neta para la sección netacrítica como en el inciso (a).

c) Si se tienen pernos con huecos alternados la fractura puede no serperpendicular a la fuerza de tensión, sino que su trayectoria puede serdiagonal. En este caso, se utiliza la siguiente fórmula empírica paracalcular el área neta a lo largo de diversas trayectorias.

∑∑

+= t4

s td-AA

2

agn gDonde s y g son el paso y el gramil, respectivamente, son distanciasmedidas en milímetros (mm) como se indica en la siguiente figura:

S S

g

g

S S S S

Perpendicular al eje del miembro En zig - zag En diagonal

S S

g

g

S S S S

Perpendicular al eje del miembroPerpendicular al eje del miembro En zig - zagEn zig - zag En diagonalEn diagonal

Page 7: LCap 3 - Diseño de miembros a tracción

PJRR - Estructuras de Acero - Semestre A2012 7

Para hallar el área neta crítica se deben contemplar todas las posiblestrayectorias de la fractura. La ruta que produzca la menor An es la rutacrítica. Igualmente en el cálculo de las áreas netas por corte y tracción hayque explorar cual es la ruta crítica para efectos del bloque de corte.También se debe cumplir que:

8. Determinar la resistencia a tensión debido al estado límite de fractura del áreaneta:

uen FA0.75N =t

Donde φt=0.75 para el estado límite de fractura y Ae corresponde al área netaefectiva, determinada de la siguiente manera:

a) El área neta efectiva Ae es igual al área neta crítica An obtenida según elprocedimiento del numeral anterior si la carga se transmite a través detodos los miembros de la sección transversal (alma y aletas) por medio delos conectores o soldaduras.

b) El área neta efectiva Ae es igual al área neta crítica An multiplicada por uncoeficiente de reducción cuando la carga se transmite por medio de pernos,remaches o soldaduras a través de algunos, pero no todos, de los miembrosde la sección transversal del perfil utilizado.

nt AC=eA

Donde: An = área neta de la sección transversal del elemento (mm2)Ct = coeficiente de reducción = ( ) 0.9Lx-1 ≤x = excentricidad en la conexión (mm). Ver figura 3.1.L = longitud de la conexión en la dirección de la carga (mm).

gnnneta A0.85 tbAA ≤==

Page 8: LCap 3 - Diseño de miembros a tracción

PJRR - Estructuras de Acero - Semestre A2012 8

Para conexiones apernadas:

X

LPlano de transferenciade carga

X

LPlano de transferenciade carga

LX

X

X

X

Considerar la seccióncomo perfil L

X

Considerar la mitaddel ala

Considerar la porción delalma como un perfil L

X

Se trata comoun perfil T

X

Hasta pasar elradio de curvatura

LX

XLXX

XX

XX

XX

Considerar la seccióncomo perfil L

XX

Considerar la mitaddel ala

Considerar la porción delalma como un perfil L

XX

Se trata comoun perfil T

XX

Hasta pasar elradio de curvatura

Figura 3.1 Definición de la excentricidad−x usada para calcular la porción del área

neta que contribuye a la resistencia de la sección.

Para conexiones soldadas:

El área neta (An) en conexiones soldadas es igual al área gruesa (Ag) de lasección transversal del elemento analizado. Se pueden usar valores mayoresde Ct siempre y cuando estén justificados por ensayos u otros criteriosrazonables. Bajo estas consideraciones se tienen las siguientes opciones quequedan a criterio del analista:

Page 9: LCap 3 - Diseño de miembros a tracción

PJRR - Estructuras de Acero - Semestre A2012 9

Cuando la fuerza de tracción es transmitida solamente por cordones desoldadura transversales, entonces: Ct=1.0. Cuando la fuerza de tracción estransmitida a una placa plana mediante cordones de soldadura longitudinales alo largo de ambos bordes próximos al extremo de la placa, debe ser L ≥ W:

L ≥ 2W ⇒ Ct = 1.001.5W ≤ L < 2W ⇒ Ct = 0.87W ≤ L < 1.5W ⇒ Ct = 0.75

Donde: L = Longitud de cada cordón de soldaduraW = ancho de la chapa (distancia entre los cordones de soldadura)

9. Determinar los posibles modos de falla por bloque de cortante en el elemento, porejemplo:

Figura 3.2 Determinación modos de falla por bloque de cortante.

10. Determinar el área gruesa a tensión (At), el área gruesa a cortante (Ac), el áreaneta a tensión (Ant) y el área neta a cortante (Anc). Las áreas netas para cortante ytensión se calculan suponiendo que la trayectoria de fractura es recta de centro acentro de los huecos, y los planos de cortante y tensión son perpendiculares, comoilustra la siguiente figura:

Figura 3.3 Determinación de áreas de falla a tensión y cortante.

El área en tensión se calcula como At = w x t, el área en corte se calcula comoAc = b x t; mientras que el área neta en tensión se determinan con la expresión:

∑∑

+= t4

s td-AA

2

agn g

el área neta a corte se determinan con la expresión:

Anv = (b x t) – (2.5 x d x t)

Page 10: LCap 3 - Diseño de miembros a tracción

PJRR - Estructuras de Acero - Semestre A2012 10

11. Calcular Fu Ant y 0.6 Fu Anc. Entonces:

• Cuando Fu Ant ≥ 0.6 Fu Anc

(Mecanismo de cedencia por corte y fractura por tracción) y:

[ ]ntucyn AFAF0.600.75 +=Nt

• Cuando Fu Ant < 0.6 Fu Anc

(Mecanismo de cedencia por tracción y fractura por corte) y:

[ ]ncutyn AF0.60AF0.75N +=t

Se escoge el mayor valor de φt Nn.

12. Determinar el menor valor de φt Nn de los obtenidos en los numerales (4), (8) y(11) y compararlo con el valor de máxima demanda PU obtenido en el numeral (2).Entonces, si PU ≥ φt Nn se debe reforzar el elemento.

3.4.2. Perfiles armados en tracción

La separación longitudinal de los medios de unión entre los miembros unidos en contactocontinuo será tal que la relación de esbeltez de cada componente entre medios de uniónsea, preferiblemente, menor o igual a 300, es decir:

3001

1 ≤r

L

En los lados abiertos de perfiles armados traccionados se pueden utilizar platabandasperforadas o presillas. Las presillas tendrán una longitud mayor o igual a 2/3 de ladistancia entre cordones de soldadura o las líneas de pasadores que las unen a lascomponentes del perfil armado. El espesor de las presillas será mayor o igual a 1/50 dedicha distancia.

La separación longitudinal de los cordones de soldadura intermitente o de los pasadoresde las presillas no deberá superar los 15 cm, tal como puede verse en la figura 3.4.

Page 11: LCap 3 - Diseño de miembros a tracción

PJRR - Estructuras de Acero - Semestre A2012 11

Cumplir con laseparación

máxima ydistancia al

borde de lospernos

Cumplir con laseparación

máxima ydistancia al

borde de lospernos

Figura 3.4 Miembros armados en tracción.

3.4.3. Perfiles de acero formados en frío

La resistencia a tensión (φt Nn) de perfiles formados en frío se calcula de acuerdo a losiguiente:

ynn FAN tt =

Donde φt = 0.95 para el estado límite de cedencia.

Page 12: LCap 3 - Diseño de miembros a tracción

PJRR - Estructuras de Acero - Semestre A2012 12

3.5. EJEMPLOS

Problema 1 Determinar la capacidad de carga axial máxima en la conexión apernadamostrada en la figura siguiente:

58 mm

60 mm

32 mm

5 @ 40 mm

N

Pernos φ 3/4” Tipo A325Planchas y perfiles A36FY = 2530 kgf/cm2

FU = 4080 kgf/cm2

A = 19.5 cm2

t = 8 mm

X = 23.3 mm

Solución

Capacidad por cedencia en la sección total

;

Capacidad por fractura en la sección neta efectiva

uen FA0.75N =t

Diámetro de los agujeros (huecos): da = (3/4” + 1/8”) x 22.5 = 22.2 mm

Se calcula la ruta crítica, para ello se evalúan dos posibilidades:

58 mm

60 mm

32 mm

5 @ 40 mm 5 @ 40 mm

58 mm

60 mm

32 mm

5 @ 40 mm 5 @ 40 mm

El ancho crítico y el área neta crítica será el mejor resultado que se obtenga utilizando lassiguientes expresiones:

∑∑

+= t4

s td-AA

2

agn g

tf44.4Nkgf444012530 x19.5 x0.9N nn =∴==

A0.85 tbA nn ≤==netaA

ynn FAN tt =

Page 13: LCap 3 - Diseño de miembros a tracción

PJRR - Estructuras de Acero - Semestre A2012 13

Para la ruta 1, como hay agujeros alternados:

2n1

2

cm15.4A0.8 x(6)4

40.8 x(2.22)2-19.5 =∴+=nA

Para la ruta 2, no hay agujeros alternados: An = 19.5 – 1 (2.22) 0.8 = 17.7 cm2

Por lo tanto, el área neta crítica es de 15.4 cm2

Se calcula el coeficiente de reducción: 0.854C40 x4

23.3-1 t =∴=tC

Finalmente, se obtiene la capacidad de carga para este estado límite:

uen FA0.75N =t

La capacidad a tracción de la conexión por fractura en la sección neta efectiva es de40.2 tf

Capacidad por bloque de corte

La figura muestra una de las posibles secciones de bloque de corte.

Plano de corte

Plano de Tracción

200 mm

92m

m

Se debe calcular el área en tensión como el producto entre el espesor del perfil y el anchototal traccionado, entonces At = 9.2 x 0.8, con lo que queda At = 7.36 cm2. El área encorte se determina como el producto entre la longitud bajo corte y el espesor del perfil,con lo cual Ac = 20 x 0.8, siendo Ac = 16 cm2. Las áreas netas en tensión y corte quedancomo:

Area neta en tracción: 2nt

2

t cm5.23A6 x4

42.22 x1.5-9.20.8 =∴

+=nA

Area neta en corte: [ ] 2ncc cm11.56A2.22 x2.5-200.8 =∴=nA

tf40.2Nkgf402434080 x x15.40.854 x0.75N nn =∴==

Page 14: LCap 3 - Diseño de miembros a tracción

PJRR - Estructuras de Acero - Semestre A2012 14

La fractura por tracción y cedencia por corte es: [ ]ntucyn AFAF0.600.75 +=N

[ ] tf34.2N5.23 x4.0816 x2.53 x0.60.75N nn =∴+=

La fractura por corte y cedencia por tracción es: [ ]ncutyn AF0.60AF0.75N +=

[ ] tf35.2N11.56 x4.08 x0.67.36 x2.530.75N nn =∴+=

Con lo que resulta que la capacidad por bloque de corte es: φ Nn = 35.2 tf.

Finalmente, se tienen las capacidades de resistencia a la tensión para los tres estadoslímites que son:

Por cedencia en la sección total: φ Nn = 44.4 tf.Por fractura en la sección neta efectiva: φ Nn = 40.2 tf.Por bloque de corte: φ Nn = 35.2 tf.

En consecuencia, la capacidad de resistencia a la tensión de la conexión es de 35.2 tfcontrolada por bloque de corte.

Problema 2 Diseñar los tensores de la plataforma mostrada con las barras

Equipos mecánicos = 90 tf.Personal de Operación = 100 kgf/m2

Peso de la Plataforma = 75 kgf/m2

Tensor

Anclajes al techo

Tensor

Tensor

Tensor

Plataforma

6 metros

6 metros

Tensor

Anclajes al techo

Tensor

Tensor

Tensor

Plataforma

Tensor

Anclajes al techo

Tensor

Tensor

Tensor

Plataforma

6 metros

6 metros

Page 15: LCap 3 - Diseño de miembros a tracción

PJRR - Estructuras de Acero - Semestre A2012 15

Solución

Cargas sobre los tensores:

Cargas permanentes:Plataforma6 x 6 x 75 / 4 = 675 kgfEquipos90000 / 4 = 22500 kgf

Total CP = 23175 kgf

Cargas variables:Personal6 x 6 x 100 / 4 = 900 kgf

Total CV = 900 kgf

Según Método de las Tensiones Adminibles (ASD)

Según Método de los Estados Límites (LRFD)

1.4 CP = 1.4 (23175) = 32445 kgf CONTROLA

1.2 CP + 1.6 CV = 1.2 (23175) + 1.6 (900) = 29250 kgf

Para este caso, el Método de los Estados Límites aporta una solución más económica queel Método de las Tensiones Admisibles, al requerir un área de 14.2 cm2 en lugar del áreade 15.9 cm2, es decir, un 12% más liviano.

NAFR Y ≥= n kgf32445A x2530 x.90 ≥

2cm14.2Area)2530 x0.9( /24453 =∴=A

AF0.6 Y=N A)kgf/cm2530 x(0.6kgf40752 2=2cm15.9Area)2530 x0.6( /40752 =∴=A

Page 16: LCap 3 - Diseño de miembros a tracción

PJRR - Estructuras de Acero - Semestre A2012 16

Problema 3 Determinar la capacidad de carga axial máxima en la conexión soldadamostrada en la figura siguiente:

Solución

Capacidad por cedencia en la sección total

tf51.8N23 x2.50 x0.9N nn =∴=

Capacidad por fractura en la sección neta efectiva

Considerando un promedio entre 75 y 125 mm de longitud de soldadura:

0.79C12.5)(7.50.5

2.13-1 t =∴

+=tC

)FA(0.75N uen =t entonces: tf50.42N3.7) x23 x(0.790.75N nn =⇒=

Capacidad por bloque de corte

At = Ant = 6 cm2

Ac = Anc = 16 cm2

Ant = 7.5 x 0.8 = 6 cm2

Anc = (7.5 + 12.5) x 0.8 = 16 cm2

Como son dos perfiles, entonces el Ant = At = 12 cm2 y Anc = Ac = 32 cm2

Fractura por tracción y cedencia por corte

[ ] tf69.3N32 x2.50 x0.612 x3.700.75N nn =∴+=

Fractura por corte y cedencia por tracción

[ ] tf75.8N32 x3.7 x0.612 x2.500.75N nn =∴+=

Page 17: LCap 3 - Diseño de miembros a tracción

PJRR - Estructuras de Acero - Semestre A2012 17

Finalmente, se tienen las capacidades de resistencia a la tensión para los tres estadoslímites que son:

Por cedencia en la sección total: φ Nn = 51.8 tf.Por fractura en la sección neta efectiva: φ Nn = 50.42 tf.Por bloque de corte: φ Nn = 75.8 tf.

En consecuencia, la capacidad de resistencia a la tensión de la conexión es de 50.42 tf.

Problema 4 Calcule la carga de servicio máxima aceptable que puede actuar sobre unángulo sencillo L6x4x3/4 que esta soldada a lo largo de una de sus alas a una plancha, enla que no hay agujeros. La carga variable de servicio es tres veces la carga permanente.Resolver para A36.

Solución

Planchas y perfiles A36: FY = 2530 kgf/cm2 ; Fu = 4078 kgf/cm2

( )22

22

29lg5.44/34

78.44lg94.64/34/364/34

cmpuA

cmpuA

e

g

==×=

==−+×=

Capacidad por cedencia en la sección total

gf101964253078.449.0 kN nt =××=

Capacidad por fractura en la sección neta efectiva

Por norma cuando la carga de tensión es transmitida solamente por soldadura transversal,el área neta es igual al área de los miembros conectados (sección B3 LRFD).

)FA(0.75N uen =t

kgf886974078290.75 =××=nt N

En consecuencia, la capacidad de resistencia a la tensión de la conexión es de88697kgf controlada por fractura.

)FA(0.90N ygn =t

Page 18: LCap 3 - Diseño de miembros a tracción

PJRR - Estructuras de Acero - Semestre A2012 18

Problema 5 Diseñar el miembro diagonal mostrado en la figura (pernos ø 3/ 4”)

Solución

Por cedencia

Por esbeltez

Por fractura

n2

mín A0.85cm8.824080 x0.75

27000 ===eA cm10.40.85

8.82 2mín ==nA

0.3)(1.9 t10.4mín ++=nA

Se asume un angular de alas desiguales L125x90x6

75 mm75 mm

40 mm

27 tf

2.75 m

h = 2.75 m

75 mm75 mm

40 mm

27 tf

2.75 m

h = 2.75 m

2mín cm911.

2530 x0.9

27000A ==

cm1.30300

100 x22.75r300 mínz ==≤

zr

L

0.8922.06/19-12.061.9613.3L125x90x611.7mm6

/X-1 UXrAPerfilA zmín

== Lt

Page 19: LCap 3 - Diseño de miembros a tracción

PJRR - Estructuras de Acero - Semestre A2012 19

Por bloque de corte

Fractura por corte – cedencia por tracción

{ }0.3))2.5(1.9-(190.6(4080)0.62530x30.75R BS ++=

Fractura por tracción – cedencia por corte

{ }0.3))(1.90.5-(50.6 x4080(19x0.6)2530 x.600.75R BS ++=

Se puede:• Aumentar el espesor, por ejemplo a 8 mm.• Modificar el detalle de la conexión (bloque de corte y distancias entre pernos y

de éstos a los bordes del perfil).• Los dos cambios anteriores, simultáneamente.• Usar una sección doble L. En este caso de debe garantizar el comportamiento de

la sección armada y evitar la falla prematura de un angular, colocando tacos opresillas.

• Solución soldada.

Se explorara la solución soldada usando E70XX (4920 kgf/cm2)

Tamaño de la soldadura

Como t = 6 mm el tamaño máximo de filete es D = t – 2 => D = 4 mm

50 mm

75 mmPlano de corte

Plano detracción

190 mm

50 mm

75 mmPlano de corte

Plano detracción

190 mm

kgf20564R BS =

kgf20139R BS =

verificaNOPerfilEl tf27 tf20.6R BS ∴<=

Page 20: LCap 3 - Diseño de miembros a tracción

PJRR - Estructuras de Acero - Semestre A2012 20

Fractura en la garganta

Separación de la soldadura del metal base

P1 + P2 + P3 ≥ 27 tfP1 = 626 x 12.5 ; P1 = 7825 kgfP2 = 626 x L2

P3 = 626 x L3

626 ( L2 + L3 ) ≥ ( 27 – 7.825 ) ∴ 626 ( L2 + L3 ) = 19.175 tf

[ ] kgf/cm626R1 x0.4 x0.707 x4920 x0.60.75R nn =∴=

[ ] kgf/cm734R1 x0.4 x4080 x0.60.75R nn =∴=

27 tf104.4 mm

20.6 mm

62.5

P3

P2

P1

27 tf104.4 mm

20.6 mm

62.5

P3

P2

P1

L2 y L3 deben ser tales que los centroide de P1, P2 y P3 coinciden con PU

En P3 haciendo Σ M = 0

12.5 P2 + 6.25 P1 = 10.44 PU tf18.6P5.12

7.825 x6.25-27 x10.4422 =∴=P

Como P2 = 0.626 L2 = 18.6 entonces L2 = 18.6/0.626 = 29.7 ≅ 30 cm

Para calcular L3 : 626 L3 ≥ (19.175 – 18.6 ) = 0.918 cm

Como Lmín = 4 x 0.4 = 1.6 cm ≅ 2.0 cm

Page 21: LCap 3 - Diseño de miembros a tracción

PJRR - Estructuras de Acero - Semestre A2012 21

Verificación por Bloque de Corte

Fractura por tracción y corte cedente

Cedencia por tracción y fractura por corte

( )VUY2 L tF0.6D tF += N

( ) kgf33503N30 x0.6 x4080 x0.60.4 x0.6 x2530.750 22 =∴+=N

Entonces φ R S = 33.5 tf > NU

La conexión soldada verifica

( )VYU1 L tF0.6D tF += N ...con LV = L2

( ) kgf21227N30 x0.6 x2530 x0.60.4 x0.6 x4080.750 11 =∴+=N