DISEÑO BÁSICO DE ACERO Clases: 1559 y 1560 Periodo: 2210 Profesor: DAVID GONZÁLEZ Estructuras CONTENIDO 1. Introducción. 2. Comportamiento y resistencia de miembros a tensión. 3. Cálculo de áreas de la sección. 4. Bloque de cortante. 5. Miembros conectados con pasadores. 6. Barras de ojo. 1. Introducción Miembros en tensión en estructuras Miembros en tensión en estructuras Akashi Kaiky Bridge Kobe, Japan Fuente: https://steelfabservices.com.au/steel-bridges/ Chaotianmen Bridge, Chongqing, China Secciones comunes utilizadas para miembros a tensión Perfiles Laminados en Caliente Secciones comunes utilizadas para miembros a tensión Perfiles Armados Barras Roscadas Modos de Falla I 2. Comportamiento y Resistencia de Miembros en Tensión La norma considera dos estados límites: (AISC 360 D2) t= 0.90 ( t= 1.67) t= 0.75 ( t= 2.00) Fluencia del Área Bruta La fluencia ocurre cuando el esfuerzo distribuido uniformemente a lo largo de la sección bruta alcanza el esfuerzo de fluencia mínimo especificado del material utilizado. Aunque el miembro en este punto capaz de seguir resistiendo la carga, empieza a experimentar un alargamiento excesivo que hace el miembro no usable. Dado que este fenómeno esta acompañado del alargamiento excesivo del miembro, el modo de falla es dúctil y da un previo aviso. Fluencia del Área Bruta Rotura en el Área Neta La falla ocurre debido a la concentración de esfuerzos que se desarrolla en la vecindad de las perforaciones existentes en un miembro. En estas regiones, los esfuerzos alcanzan el esfuerzo de fluencia, sin embargo, sigue tomando carga adicional pasando por endurecimiento por deformación hasta que se produce la rotura cuando se llega al esfuerzo último. A diferencia del caso de fluencia del área bruta, en este modo de falla, la fluencia que ocurre en las regiones adyacentes a las perforaciones no presenta alargamientos muy grandes. La rotura entonces ocurre súbitamente, sin dar un previo aviso. Este es un modo de falla frágil. Rotura en el Área Neta 3. Cálculo de las Áreas de la Sección Area bruta, Ag Se utilizan tres tipos de áreas: Area neta, An Área neta efectiva, Ae (AISC 360 B4.3) (db t (B4.3b) A n = Ag - dn+1/16)t + (s2/4g)t (consultar g en Tabla 1-7A del Manual) (AISC 360 Tabla J3.3) En pulgadas 1.6 1.6 1.6 Area bruta, Ag Ag = A Diámetro adicional perforación (indicado en F.2.2.4.3) (db t Para tener en cuenta el daño al elemento debido a la perforación del orificio. Área Neta, An En el caso más simple es el área bruta menos el área de perforaciones: Ag n.(db t Para HSS con ranuras, debe descontarse el ancho total de las ranuras por el espesor Para miembros sin perforaciones, An = Ag Caso 1: pernos alineados 6 pernos ¾ in. b = 8 in. ancho de platina t = ½ in. espesor de platina Ag t.b 0.5(8.0) An 4.0 3 3 4 4.0 in.2 1 16 1 16 Sección neta 0.5 2.69 in.2 Caso 2: pernos alternados 2 perf. 3 perf. 4 perf. 5 perf. Por ejemplo, para el caso de 4 perforaciones: Hay más área para resistir la fuerza a lo largo de las diagonales que si todos los agujeros estuvieran en línea recta. Entonces, después de restar las 4 perforaciones, debemos agregar algo más. bn s2 4g 1 16 b n dh g g g g s Ejemplo: Perforaciones para pernos 5/8 in. b = 11.0 in. ancho platina s = 4.0 in. g = 2.0 in. Calculo ancho neto bn: s bn2 1 11.0 2 5 8 1 16 16 11.0 1.5 9.5 in. 1 16 16 11.0 2.25 8.75 in. bn3 11.0 3 5 8 bn4 11.0 4 5 8 1 16 1 1 16 2 42 4 2 11.0 3.0 4 12.0 in. bn5 11.0 5 5 8 1 16 1 16 11.0 3.75 8.0 15.3 in. 4 42 4 2 Controla Revisemos lo que sucedería si las líneas verticales de las perforaciones de los pernos estuvieran separadas solo s=2.0 in. (en lugar de 4.0 in) bn4 11.0 4 5 8 1 1 16 16 2 22 4 2 11.0 3.0 1 9.0 in. Ahora ambas trayectorias muestran una reducción de área. bn5 11.0 5 5 8 1 1 16 16 11.0 3.75 2.0 4 22 4 2 9.25 in. Pero, bn3 = 8.75 in. aun controla Pero, y si cada línea vertical solo tuviera 2 perforaciones? Entonces g = 2.0 in. y s = 2.0 in. bn2 bn4 11.0 2 5 8 1 16 11.0 1.5 9.5 in. 11.0 4 5 8 1 1 1 16 16 16 2 22 4 2 11.0 3.0 1 9.0 in. Por tanto, bn4 = 9.0 in. ahora controla (AISC 360 D3) (AISC 360 Tabla D3.1) 2w Adicionar figura AISC 360-16 AISC 360 Tabla D3.1: Ver AISC 360 Figura C-D3.2 para más casos especiales Fuente: Salmon Caso 1 Caso 2 Caso 3 Caso 4 2w Caso 5 Caso 5 Caso 6 Caso 6 Caso 7 Caso 8 Uso de platinas de refuerzo para aumentar el área neta 4. Bloque de Cortante t= 0.75 ( t= (AISC 360 J4.3) 2.00) (Ec. J4-5) El menor controlará El factor de distribución del esfuerzo de tensión, Ubs, depende de la variación del esfuerzo de tensión a lo largo del área de tensión. Ubs = 1.0 para esfuerzo de tensión uniforme Ubs = 0.5 para esfuerzo de tensión NO uniforme AISC 360 Figura C-J4.2 5. Miembros Conectados con Pasadores (AISC 360 D5) Estados Límite Rotura por Tensión sobre el Área Neta Efectiva Rotura por Cortante sobre el Área Efectiva Estados Límite (AISC 360 J7) Fluencia sobre la Sección Bruta Aplastamiento sobre el Área Proyectada del Pasador Requisitos Dimensionales (AISC 360 D5.2) (figura del AISC 360) 6. Barras de Ojo (AISC 360 D2) Fluencia sobre la Sección Bruta Falla del Pasador por Aplastamiento ó por Cortante Requisitos Dimensionales (AISC 360 D6) (figura del AISC 360) Fin sesión! AYUDAS DE DISEÑO Relación de esbeltez L/r < 300 (NSR-10 F.2.4.1) (AISC 360 D1) En Tablas 5-1 a 5-8 del manual, se ofrece la resistencia a la rotura y a la fluencia disponibles para secciones típicas. Cuidado! Estas tablas asumen desde Ae = 0.700Ag hasta 0.952Ag. (Hay que verificar que esto se cumpla en el miembro y las conexiones)
