DISEÑO, FABRICACIÓN Y MONTAJE DE ESTRUCTURAS DE ACERO PARA EDIFICIOS CONFORME A LAS ESPECIFICACIONES AISC-2005

Transcripción

1 DISEÑO, FABRICACIÓN Y MONTAJE DE ESTRUCTURAS DE ACERO PARA EDIFICIOS CONFORME A LAS ESPECIFICACIONES AISC-2005 Traducido y adaptado por Héctor Soto Rodríguez Centro Regional de Desarrollo en Ingeniería Civil Miembros en tensión Morelia, Manual Mich. AISC 13a 1Ed.

2 P MIEMBROS EN TENSIÓN: Miembros estructurales prismático sujetos a tensión axial producida por fuerzas que actúan a lo largo de su eje centroidal. P Miembros en tensión Manual AISC 13a Ed. 2

3 Miembros en tensión: Capítulo B: Área total y área neta Capítulo D: Resistencia de miembros en tensión Capítulo J: Ruptura por cortante y tensión combinadas (block Shear) Parte 5: Ayudas de diseño y tablas Miembros en tension Manual AISC 13a Ed. 3

4 Área total y área neta: Criterio en la Sección B3.13 Criterio por resistencia en el Capítulo D: Diseño de miembros en tensión (MT) Miembros en tension Manual AISC 13a Ed. 4

5 Requisitos de diseño: P u P n (P a P n /Ω)ASD Donde varía de acuerdo con el modo de falla. Miembros en tension Manual AISC 13a 5Ed.

6 Resistencia de diseño de miembros en tensión Estados límite: Flujo plástico en la sección total Fractura en el área neta Bloque de cortante (Ruptura en bloque por cortante y tensión combinadas. Aplastamiento en los agujeros para tornillos de alta resistencia. Miembros en tension Manual AISC 13a Ed. 6

7 FACTORES QUE INFLUYEN EN DISEÑO DE MT Forma de la sección transversal del miembro. Tipo y propiedades mecánicas del acero Forma de conectar las piezas: tornillos o soldaduras. Rezago por cortante ( shear lag ). Miembros en tension Manual AISC 13a Ed. 7

8 Miembros en tension Manual AISC 13a Ed. 8

9 Flujoplásticoen la sección total t = 0.90 ( t = 1.67) Fractura en el área neta efectiva t = 0.75 ( t = 2.00) Ruptura por cortante y tensión combinadas (block shear) t = 0.75 ( t = 2.00) Miembros en tension Manual AISC 13a Ed. 9

10 Fluencia(flujo plástico) en la sección total Miembros en tension Manual AISC 13a Ed. 10

11 Flujoplástico(fluencia) en la sección total P n = F y A g Ecuación D2-1 t = 0.90 ( t = 1.67) A g = área total de la sección transversal del miembro en el plano perpendicular a los esfuerzos de tensión. Miembros en tension Manual AISC 13a Ed. 11

12 Fractura en la sección neta efectiva Miembros en tension Manual AISC 13a Ed. 12

13 Fractura en la sección neta efectiva P n = F u A e Ecuación D2-2 t = 0.75 ( t = 2.00) A e = área neta efectiva, calculada de acuerdo con la sección.. Toma en cuenta la presencia de los agujeros para tornillos, los planos potenciales de falla que no son perpendiculares a los esfuerzos de tensión, y el efecto de rezago de cortante ( shear lag ). Miembros en tension Manual AISC 13a Ed. 13

14 Fractura en la sección neta neta efectiva A n = área neta = Ancho netox grueso área total (Ag) modificada para tomar en cuenta lo siguiente: Agujeros o aberturas para tornillos Planos potenciales de falla no perpendiculares a los esfuerzos de tensión. Miembros en tension Manual AISC 13a Ed. 14

15 Fractura en la sección neta efectiva Disposición de agujeros en diagonal: Anchoneto= Anchototal + Σs 2 /4g ancho de todos los agujeros Sección B3.13 y D3.2 s = separación longitudinal centro a centro entre dos agujeros consecutivos (paso) g = separación transversal centro a centro entre los dos agujeros considerados (gramil) g P u Miembros en tension Manual AISC 13a Ed. s 15

16 Fractura en la sección neta efectiva Agujeros para tornillos o ranuras Sección D3.2 Utilizar anchos de agujeros 1.5 mm (1/16 ) mayores que el diámetro nominal del agujero, medido normalmente a la dirección de los esfuerzos. Ver tabla J3.3. Toma en cuenta el daño potencial del acero alrededor del agujero durante el proceso de fabricación(punzonado). Miembros en tension Manual AISC 13a Ed. 16

17 Fractura en la sección neta efectiva Cuando se consideran ángulos: El gramil (g) se indica en la página 1-46 del M- AISC El gramil de trabajo ( Workable Gages ) se indica en la tabla de ángulos estándar, a no ser que se indique otra cosa. Miembros en tension Manual AISC 13a Ed. 17

18 Fractura en la sección neta efectiva A n = área neta A n = A g - (d n +0.15)t + (s 2 /(4g))t d n = dimensión nominal del agujero t = grueso del miembro en tensión Los otros símbolos se han definido anteriormente. Miembros en tension Manual AISC 13a Ed. 18

19 Fractura en la sección neta efectiva A e = área neta efectiva Área neta (An) modificada para tomar en cuenta el rezago de cortante. A e = A n U Ecuación D3-1 U 1 x l O el valor dado en la tabla D3.1 U = factor de reducción por rezago de cortante. x = excentricidad de la conexión. l = longitud de la conexión en la dirección de la carga (distancia paralela a la carga de tensión aplicada a lo largo de tornillos o soldaduras. Miembros en tension Manual AISC 13a Ed. 19

20 Miembros en tension Manual AISC 13a Ed. 20

21 Miembros en tension Manual AISC 13a Ed. 21

22 Miembros en tension Manual AISC 13a Ed. 22

23 Miembros en tension Manual AISC 13a Ed. 23

24 Miembros en tension Manual AISC 13a Ed. 24

25 Miembros en tension Manual AISC 13a Ed. 25

26 Ruptura en bloque por cortante y tensión combinadas (block Shear) Miembros en tension Manual AISC 13a Ed. 26

27 Miembros en tension Manual AISC 13a Ed. 27

28 Miembros en tension Manual AISC 13a Ed. 28

29 Bloque de cortante (shear block) Resistencia de ruptura en bloque por cortante y tensión (Ecuación J4-5), R n 0. 6F A U F A 0. 6F u nv bs u nt y A gv U bs F u A nt t = 0.75 ( t = 2.00) A gv A nv A nt U bs = área total sujeta a cortante = área neta sujeta a cortante = áreanetasujetaa tensión = 1 ó 0.5 (1 para la mayoría de los miembros en tensión, ver Figura C-J4.2) del Manual AISC Miembros en tension Manual AISC 13a Ed. 29

30 Miembros en tension Manual AISC 13a Ed. 30

31 Bloque de cortante (shear block) Resistencia de ruptura en bloque por cortante y tensión (Ecuación J4-5), R n 0. 6F A U F A 0. 6F u nv bs u nt y A gv U bs F u A nt t = 0.75 ( t = 2.00) Rige el menor de los dos valores A gv = área total sujeta a cortante A nv = área neta sujeta a coortante A nt = área neta sujeta a tensión U bs = 1 ó 0.5 (1 para la mayoría de los miembros en tensión. ver Figura C-J4.2) del Manual AISC Miembros en tension Manual AISC 13a Ed. 31

32 REQUISITOS COMPLEMENTARIOS DE DISEÑO Este modo de falla consiste en que un bloque de material en la conexión extrema atornillada de un miembro en tensión puede desprenderse. Cuando se revisa este modo de falla debe cuidarse la separación entre tornillos y las distancias a los bordes de las piezas. Miembros en tension Manual AISC 13a Ed. 32

33 Aplastamiento en agujeros para tornillos Miembros en tension Manual AISC 13a Ed. 33

34 Miembros en tension Manual AISC 13a Ed. 34

35 Aplastamiento en agujeros para tornillos Para un tornillo en una conexión con agujeros estándar, sobredimensionados o alargados cortos o, con los agujeros paralelos a la dirección de la fuerza de aplastamiento: R 1.2L tf 2. 4dtF n c u u (Ecuación J3-6a) t = 0.75 ( t = 2.00) L c = distancia libre, en la dirección de la fuerza, entre el borde de un agujero y el borde del agujero adyacente o del material. t = espesor de la parte conectada crítica d = diámetro nominal del tornillo F u = esfuerzo mínimo especificado de ruptura en tensión del material conectado. Miembros en tension Manual AISC 13a Ed. 35

36 Aplastamiento en agujeros para tornillos Para agujeros estándar, sobredimensionados o alargados cortos o largos, con agujeros paralelos a la dirección de la fuerza de aplastamiento: (Ecuación J3-6a) R 1.2L tf 2. 4dtF n c u u Límite de desprendimiento Límite de aplastamiento t = 0.75 ( t = 2.00) L c = distancia libre, en la dirección de la fuerza, entre el borde de un agujero y el borde del agujero adyacente o del material. t = grueso de la parte conectada crítica. d = diámetro nominal del tornillo F u = esfuerzo mínimo especificado de ruptura en tensión del material conectado. Miembros en tension Manual AISC 13a Ed

37 Aplastamiento en agujeros para tornillos Para agujeros estándar, sobredimensionados, alargados largos o alaragados cortos con agujeros paralelos a la dirección d ela carga, pero cuando la deformación del agujeros no es una consideración de diseño: R 1.5L tf 3. 0dtF n c u u (Ecuación J3-6b) Para agujeros alargados largos con los agujeros perpendiculares a la dirección de la fuerza: R 1.0L tf 2. 0dtF (Ecuación J3-6c) n c u u Miembros en tension Manual AISC 13a Ed. 37

38 REQUISITOS ADICIONALES Revisión de la esbeltez l/r Esfuerzos máximos en la sección de WHITMORE Miembros en tension Manual AISC 13a Ed. 38

39 Miembros en tension Manual AISC 13a Ed. 39

40 Ayudas de diseño Miembros en tension Manual AISC 13a Ed. 40

41 Ayudas de diseño Tablas 5-1 a 5-8 Resistencia de fluencia y de ruptura disponibles para secciones estructurales típicas laminadas. Utilizar con cautela! Estas tablas suponen A e =.75A g.(u=0.75) Deberá verificarse si esta consideración se cumple en el diseño de miembros en tensión y de las conexiones estructurales.! Miembros en tension Manual AISC 13a Ed. 41

42 Ayudas de diseño La Tabla 7-5 proporciona la resistencia al aplastamiento en los agujeros para tornillos con base en la separación de los conectores. La Tabla 7-6 proporciona la resistencia al aplastamiento en los agujeros para tornillos con base en la distancia al borde. Con estas tablas se verifica el aplastamiento y desprendiemiento. Nótese que la distancia al borde, L e y la separación entre tornillos, s, se mide entre centros de agujeros para tornillos, en vez de los bordes de los agujeros para tornillos. El lado del aplastamiento de la ecuación controla cuando s s total ó L e L etotal. s total y L etotal son las separaciones y distancias al borde de los tornillos el c alculo de la resistencia total al aplastamiento. Miembros en tension Manual AISC 13a Ed. 42

43 Miembros en tension Manual AISC 13a Ed. 43

44 Miembros en tension Manual AISC 13a Ed. 44