MIEMBROS SUJETOS A TENSIÓN. INTRODUCCIÓN. Mercedes López Salinas

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1 MIEMBROS SUJETOS A TENSIÓN. INTRODUCCIÓN Mercedes López Salinas PhD. Ing. Civil Correo: elopez@uazuay.edu.ec ESTRUCTURAS DE ACERO Y MADERA Facultad de Ciencia y Tecnología Escuela de Ingeniería Civil y Gerencia de Construcciones Curso: Marzo-Julio 2017

2 Índice 1 Miembros sujetos a tensión. Introducción

3 Miembros sujetos a tensión. Introducción Miembros sujetos a tensión. Introducción Objetivos Conocer y aplicar e concepto de área bruta área neta y área neta efectiva. Conocer y saber utilizar las diferentes especificaciones para el diseño de los miembros estructurales sometidos a tensión. Aplicación de las especificaciones. Ejemplos

4 Miembros sujetos a tensión. Introducción Miembros sujetos a tensión. Introducción Un miembro estructural se considera trabajando a esfuerzo de tracción cuando sobre el actúan fuerzas en sus dos extremos que tienden a alargarlos. En los elementos traccionados se considera que los esfuerzos que se originan en la sección transversal del mismo son teóricamente uniformes. Esto no ocurre en la realidad ya que el elemento no es totalmente recto y es practicamente imposible que las cargas pasen por el centro de gravedad. Para efectos de cálculo se considera que las cargas si pasan por el centro de gravedad y que el elemento es totalmente recto.

5 Miembros sujetos a tensión. Introducción Se considera un miembro muy eficiente ya que es posible utilizar, por lo general, todas las propiedades del material y el diseñado o proyectista puede aprovechar toda el área de la sección transversal de manera efectiva. Es posible utilizar la tensión máxima del acero con que se fabricó la estructura. Hay que tener cuidado con la inversión de esfuerzos, ya que si un miembro está originalmente trabajando a tracción y pasa luego a trabajar en compresión, puede no ser posible emplear toda su capacidad, que que dicho elemento puede presentar problemas de estabilidad, y sea este fenomeno el que dicte el diseño del mismo. Es común encontrar miembros sujetos a tensión o tracción en armaduras de puentes y techos, torres, sistemas de arriostramiento y en situaciones donde se usan como tirantes.

6 Miembros sujetos a tensión. Introducción Miembros sujetos a tensión. Tipos Los miembros o elementos estructurales a tracción se pueden dividir en: Perfiles estructurales Simples Compuestos Varillas y barras Cables y alambres

7 Miembros sujetos a tensión. Introducción Miembros sujetos a tensión. Diseño AISC Los miembros estructurales sometidos a tracción aparecen en el capítulo D de la especificaciones de la AISC (2010), y plantea lo siguiente: DISEÑO DE MIEMBROS A TENSIÓN. Este capítulo se aplica a miembros sometidos a tensión (o tracción) axial causado por fuerzas estáticas actuando a través de los ejes centroidales. D1. Limitaciones de la Esbeltez D2. Resistencia de tensión (o tracción) D3. Determinación del Área Neta Efectivas D4. Miembros construidos D5. Miembros conectados por pasador D4. Barra de ojo

8 Miembros sujetos a tensión. Introducción Miembros sujetos a tensión. D.1 Limitaciones de Esbeltez Para los miembros en tensión no hay un valor de esbeltez máxima. Para los miembros diseñados sobre la base de la tensión, la relación de esbeltez (L/r) preferiblemente no debe exceder de 300. Esta sugerencia no aplica para cables o articulaciones en tensión. L: Longitud del elemento r: radio de giro de la sección transversal respecto al eje que se está analizando

9 Miembros sujetos a tensión. Introducción Miembros sujetos a tensión. D.2 Resistencia de tensión La resistencia de diseño a tensión, φ t P n, debe ser el menor valor obtenido de acuerdo con los estados ĺımites de tensión de fluencia en la sección bruta y tensión de rotura en la sección neta Donde: Para la tensión de fluencia en el área neta: P n = F y A g con φ t = 0,90 (D2 1) Para la tensión de rotura en el área neta: P n = F u A e con φ t = 0,75 (D2 2) A e :=Área neta efectiva (mm2) A g :=Área neta bruta del miembro (mm2) F y :=Tensión de fluencia mínimo (MPa) F u :=Resistencia de tensión mínima especificada (MPa)

10 Miembros sujetos a tensión. Introducción Miembros sujetos a tensión. D.2 Resistencia de tensión Cuando los miembros sin agujeros son totalmente conectados por soldadura, el área neta efectivas que se emplea en la ecuación D2 2 será como se define en la sección D3. Cuando hay agujeros presentes en un miembro con soldadura en conexiones extremas, o en las conexiones soldadas en el caso de soldadura punto o ranura, el área neta efectiva debe ser utilizada en D2-2. P n = F u A e con φ t = 0,75 (D2 2)

11 Miembros sujetos a tensión. Introducción Miembros sujetos a tensión. D.3 Área Neta Efectiva Área bruta. El área bruta, A g de un miembro es el área total de la sección transversal Área neta. El área neta, A n de un miembro es el área bruta de la sección transversal menos la de agujeros, ranuras u otras muescas. Al considerar esta áreas se considera un ancho un poco mayor que la nomimal del agujero. El ancho del agujero debe ser tomado 2mm mayor que la dimension nominal del agujero, si d 22mm, caso contrario 3 mm; que a su vez es 1.6 mm mayor que el diametro nominal del conector.

12 Miembros sujetos a tensión. D.3 Área Neta Efectiva Efecto de Agujeros alternados Para una cadena de agujeros que cruzan la sección en diagonal o zigzag, el ancho neto de la parte debe ser obtenido reduciendo el ancho bruto la suma de los diámetros o las dimensiones de la ranura, como se indico anteriormente, de todos los agujeros de la cadena, y adicionando, por cada espacio de gramil de la cadena, la cantidad s 2 /4g Donde: B n = B g D + 1,6mm + s 2 /4g s: Espaciamiento longitudinal entre centros de dos agujeros consecutivos, (mm) g: Espaciamiento transversal centro a centro entre ĺıneas de gramil de fijadores, (mm)

13 Miembros sujetos a tensión. D.3 Área Neta Efectiva Área Neta Efectiva Las conexiones tiene un influencia significante en el comportamiento de los miembros a tensión. Una conexión casi siempre debilita el miembro, y la medida de su influencia se denomina eficiencia de la junta. La eficiencia de la junta depende de: la ductilidad del material, espaciamiento del sujetador, tensiones concentradas en las agujeros, proceso de fabricación y cortante retardado o retraso del cortante. Todos los factores contribuyen a reducir la efectividad, pero el cortante retardado es el más importante. El cortante retardado ocurre cuando la fuerza de tensión no se transfiere de forma simultánea a todos los elementos de la sección. Esto ocurre cuando algunos elementos de la sección transversal no estan concectadas.

14 Miembros sujetos a tensión. D.3 Área Neta Efectiva Área Neta Efectiva La consecuencia de esta conexión parcial es que el elemento conectado se cobrecarga y la parte no conectada no está completamente esforzado.para tener en cuenta el cortante retardado se emplea el área neta efectiva. El área neta efectiva de miembros en tensión se determinan de la siguiente manera: Donde: A e = A n U U: Factor del cortante retardado (coeficiente de reducción)

15 Miembros sujetos a tensión. D.3 Área Neta Efectiva U = 1 x L x: Excentridad de la concexión, mm. Distancia desde el plano de conexión, o cara del elemento, al centro de gravedad de la porción del miembro que resiste la fuerza de conexión.

16 Miembros sujetos a tensión. D.3 Área Neta Efectiva

17 Miembros sujetos a tensión. D.3 Área Neta Efectiva

18 Miembros sujetos a tensión. D.3 Área Neta Efectiva

19 Miembros sujetos a tensión. D.3 Área Neta Efectiva