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CI52R: ESTRUCTURAS DE CI52R: ESTRUCTURAS DE ACEROACERO
Prof.: Ricardo Herrera M.Prof.: Ricardo Herrera M.Aux.: Aux.: PhillipoPhillipo Correa M.Correa M.
Programa CI52RPrograma CI52R
NÚMERO NOMBRE DE LA UNIDAD OBJETIVOS
3 DURACIÓN
2 semanas
Diseño para tracción Identificar modos de falla de elementos en tracción. Diseñar elementos en tracción
CONTENIDOS BIBLIOGRAFÍA
1. Elementos en tracción. 2. Resistencia nominal. 3. Área neta, área neta efectiva. 4. Barras en tracción, pasadores y cáncamos.
[McCormac, Cáps. 3 y 4] [AISC, Cáps. B y D]
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Capítulo 3:Capítulo 3:Diseño para TracciónDiseño para Tracción
3.1. Elementos en tracción3.1. Elementos en tracción
Elementos en tracciónElementos en tracción
nn Enrejados (puentes, de techo, torres de Enrejados (puentes, de techo, torres de transmisión, etc.)transmisión, etc.)
3
Elementos en tracciónElementos en tracción
nn ArriostramientosArriostramientos (laterales, de techo, etc.)(laterales, de techo, etc.)
Elementos en tracciónElementos en tracción
nn Cables, colgadores (puentes, techos, etc.)Cables, colgadores (puentes, techos, etc.)
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Secciones típicas de elementos Secciones típicas de elementos en tracciónen tracción
Capítulo 3:Capítulo 3:Diseño para TracciónDiseño para Tracción
3.2. Resistencia Nominal3.2. Resistencia Nominal
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ResistenciaResistencia
ResistenciaResistenciaP
6
ResistenciaResistencia
σ
σ
σy
σavg ≈3σavg
ResistenciaResistencia
1.1. Fluencia de la sección bruta.Fluencia de la sección bruta.
2.2. Fractura de la sección neta.Fractura de la sección neta.
3.3. Fractura en la conexión.Fractura en la conexión.
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Fluencia de la sección brutaFluencia de la sección bruta
nn Resistencia nominalResistencia nominalTTnn = = FFyy · · AAgg
FFyy = tensión de fluencia= tensión de fluenciaAAgg = área bruta de la sección= área bruta de la sección
σ
σ
Fractura de la sección neta Fractura de la sección neta efectivaefectiva
nn Resistencia nominalResistencia nominalTTnn = = FFuu · · AAee
FFuu = resistencia a la tracción= resistencia a la tracciónAAee = área neta efectiva de la sección= área neta efectiva de la sección
σ
σ
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Capítulo 3:Capítulo 3:Diseño para TracciónDiseño para Tracción
3.3. 3.3. AreaArea neta y área neta neta y área neta efectivaefectiva
Área NetaÁrea Neta
nn Perforaciones en los elementos en tracción Perforaciones en los elementos en tracción son requeridas cuando se conectan son requeridas cuando se conectan usando pernos o remaches.usando pernos o remaches.
nn Estas perforaciones reducen el área del Estas perforaciones reducen el área del elemento en la conexión.elemento en la conexión.
nn La resistencia en la sección de área La resistencia en la sección de área reducida puede controlar la resistencia del reducida puede controlar la resistencia del elemento.elemento.
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Área Neta: Métodos de Área Neta: Métodos de perforaciónperforación
nn PunzonadoPunzonado (“punching”).(“punching”).nn PunzonadoPunzonado y rebaje.y rebaje.nn Perforado.Perforado.
Para perforaciones estándarPara perforaciones estándar
( )mmdd perno 2,3"81+=
Área Neta: perforaciones no Área Neta: perforaciones no alineadasalineadas
nn Espacio reducido obliga a intercalar Espacio reducido obliga a intercalar perforacionesperforaciones
p p
g
A
B A
BC
s
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Área Neta: perforaciones no Área Neta: perforaciones no alineadasalineadas
nn Complicada evaluación de la resistenciaComplicada evaluación de la resistenciann Modificar largo proyectado de la Modificar largo proyectado de la
trayectoriatrayectoriann Fórmula de Fórmula de CochraneCochrane (empírica (empírica
simplificada)simplificada) p p
g
A
BC
s
Área Neta: perforaciones no Área Neta: perforaciones no alineadasalineadas
nn Fórmula de Fórmula de CochraneCochrane (1922)(1922)p p
g
A
BC
sw
( )g
sww h
effAC 4
22
"16
1 ++⋅−= φ
φh
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Área Neta EfectivaÁrea Neta Efectiva
nn AreaArea neta entrega área que resiste neta entrega área que resiste tensiones, pero no necesariamente la tensiones, pero no necesariamente la resistencia.resistencia.
nn Distribución de tensiones no es uniforme.Distribución de tensiones no es uniforme.nn Elementos donde sólo una parte está Elementos donde sólo una parte está
conectada.conectada.nn Elementos donde conexión es excéntrica Elementos donde conexión es excéntrica
respecto al respecto al centroidecentroide del elemento.del elemento.
Área Neta EfectivaÁrea Neta Efectiva
nn EjemplosEjemplos
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Área Neta EfectivaÁrea Neta Efectiva
nn Se calcula comoSe calcula comoAAee = = UU · · AAnn
DondeDondeUU = coeficiente de reducción= coeficiente de reducciónAAnn = área neta= área neta
nn Válida para conexiones apernadas y Válida para conexiones apernadas y soldadas (soldadas (AAnn = = AAgg en este caso)en este caso)
Área Neta EfectivaÁrea Neta Efectiva
nn Coeficiente de reducción (Coeficiente de reducción (MunseMunse y y ChessonChesson1963)1963)
UU = 1 = 1 –– xx / / LLDondeDonde
xx = distancia del = distancia del centroidecentroide del del elemento conectado elemento conectado excéntricamente al plano de excéntricamente al plano de transferencia de cargatransferencia de carga
LL = longitud de conexión en la = longitud de conexión en la dirección de cargadirección de carga
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Área Neta EfectivaÁrea Neta Efectiva
nn Ejemplos (Comentario AISC)Ejemplos (Comentario AISC)
Capítulo 3:Capítulo 3:Diseño para TracciónDiseño para Tracción
3.4. Disposiciones de la AISC3.4. Disposiciones de la AISC
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AISC Specification for Structural AISC Specification for Structural Steel BuildingsSteel Buildings
nn Límites de esbeltezLímites de esbeltezL / r L / r = 300 (recomendado)= 300 (recomendado)
Basado en juicio profesional y consideraciones de Basado en juicio profesional y consideraciones de economía, facilidad de manejo y cuidado para economía, facilidad de manejo y cuidado para minimizar daños durante fabricación, transporte minimizar daños durante fabricación, transporte y construcción. Este límite no es necesario para y construcción. Este límite no es necesario para asegurar la integridad estructural del elemento, asegurar la integridad estructural del elemento, sólo limita la posibilidad de vibracionessólo limita la posibilidad de vibraciones
AISC Specification for Structural AISC Specification for Structural Steel BuildingsSteel Buildings
nn Resistencia a la TracciónResistencia a la Tracciónnn Fluencia en área brutaFluencia en área bruta
PPnn = = FFyy · · AAgg
φφtt = 0.9 (LRFD)= 0.9 (LRFD) ΩΩtt = 1.67 (ASD)= 1.67 (ASD)
nn Fractura en área netaFractura en área netaPPnn = = FFuu · · AAee
φφtt = 0.75 (LRFD)= 0.75 (LRFD) ΩΩtt = 2 (= 2 (ASDASD))
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AISC Specification for Structural AISC Specification for Structural Steel BuildingsSteel Buildings
nn Determinación de áreaDeterminación de áreann AreaArea bruta: bruta: AAgg = área total de la sección= área total de la sección
nn AreaArea neta:neta:
( ) ∑=
++⋅−=2
1
2
423
i i
ih
effABD g
smmdww
∑ ⋅=i
effiin wtA
p p
g1
A
B
C
s1 w
D
g2
s2
dh
AISC Specification for Structural AISC Specification for Structural Steel BuildingsSteel Buildings
nn Determinación de áreaDeterminación de áreann AreaArea neta (neta (cont.cont.):):
nn AngulosAngulos
nn Perfiles tubularesPerfiles tubulares
tggt
gt
gg baba −+=−+−=22
tpl
tpl
t ttAA plgn ⋅⋅−= 2
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AISC Specification for Structural AISC Specification for Structural Steel BuildingsSteel Buildings
nn Determinación de áreaDeterminación de áreann AreaArea neta (neta (cont.cont.):):
nn Elementos cortos (placas)Elementos cortos (placas)
gn AA 85.0≤
AISC Specification for Structural AISC Specification for Structural Steel BuildingsSteel Buildings
nn Determinación de áreaDeterminación de áreann AreaArea neta efectiva:neta efectiva:
nn Coeficiente de reducciónCoeficiente de reducción(ver Tabla D3.1)(ver Tabla D3.1)
nn AngulosAngulos, ángulos dobles y , ángulos dobles y TsTs::nn conexiones dimensionadas para lograr U = 0.6, oconexiones dimensionadas para lograr U = 0.6, onn Diseñar elementos para carga excéntricaDiseñar elementos para carga excéntrica
ne AUA ⋅=
Lx
U −= 1
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AISC Specification for Structural AISC Specification for Structural Steel BuildingsSteel Buildings
nn Ejemplo: verificar empalme entre IN 30x90,7 e Ejemplo: verificar empalme entre IN 30x90,7 e IN 30x75,4 (acero A37IN 30x75,4 (acero A37--24ES)24ES)
B
H t
e
IN 30x90,7:H = 300 mmW = 90,7 kgf/mB = 250 mme = 20 mmt = 6 mm
IN 30x75,4:H = 300 mmW = 75,4 kgf/mB = 250 mme = 16 mmt = 6 mmP = 100T
P
AISC Specification for Structural AISC Specification for Structural Steel BuildingsSteel Buildings
nn Ejemplo: verificar empalme entre IN 30x90,7 e Ejemplo: verificar empalme entre IN 30x90,7 e IN 30x75,4IN 30x75,4
1260
30
60
30
60
3030
2
Alma IN 30x75,4
Alma IN 30x90,7
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Capítulo 3:Capítulo 3:Diseño para TracciónDiseño para Tracción
3.5. Barras en tracción, pasadores 3.5. Barras en tracción, pasadores y cáncamosy cáncamos
Barras en Barras en traccióntracción
nn UsosUsosnn ArriostramientosArriostramientos de techo y murode techo y muro
nn Colgadores (puentes, estructuras colgantes)Colgadores (puentes, estructuras colgantes)
nn OtrosOtros
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Barras en Barras en traccióntracción
nn Resistencia a la TracciónResistencia a la Tracción
nn Fractura en área netaFractura en área netaPPnn = 0.75= 0.75FFuu · · AAbb
φφtt = 0.75 (LRFD)= 0.75 (LRFD) ΩΩtt = 2 (= 2 (ASDASD))
Ab
dnom
Hyatt Regency, Kansas CityHyatt Regency, Kansas City
nn Abierto en Julio, 1980.Abierto en Julio, 1980.nn Pasarelas colgantes.Pasarelas colgantes.nn Pasarelas colapsaron el 17 de Julio de Pasarelas colapsaron el 17 de Julio de
1981: 114 muertos, 200+ heridos.1981: 114 muertos, 200+ heridos.
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Hyatt Regency, Kansas CityHyatt Regency, Kansas City
nn Causas:Causas:nn Cambios en diseño.Cambios en diseño.nn Errores en diseño y revisión de cambios Errores en diseño y revisión de cambios
propuestos.propuestos.
Hyatt Regency, Kansas CityHyatt Regency, Kansas City
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PasadoresPasadores y y cáncamoscáncamos
nn UsosUsosnn Cuando se quiere materializar una rótula.Cuando se quiere materializar una rótula.
nn Puentes.Puentes.
nn Estructuras de techo.Estructuras de techo.
nn OtrosOtrosnn Funcionan bien cuando la carga viva es sólo una Funcionan bien cuando la carga viva es sólo una
fracción pequeña de la permanentefracción pequeña de la permanente
PasadoresPasadores y y cáncamoscáncamos
nn Elementos conectados por pasadoresElementos conectados por pasadores
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PasadoresPasadores y y cáncamoscáncamos
nn Elementos conectados por pasadoresElementos conectados por pasadoresnn Resistencia nominalResistencia nominal
nn Fractura en sección neta (tracción)Fractura en sección neta (tracción)
PPnn = 2= 2t t ··bbeffeff · · FFuunn Fractura en sección neta (corte)Fractura en sección neta (corte)
PPnn = 0.6= 0.6FFuu · · AAsfsf
φφtt = 0.75 (LRFD)= 0.75 (LRFD) ΩΩtt = 2 (ASD)= 2 (ASD)nn Aplastamiento de la perforaciónAplastamiento de la perforaciónnn Fluencia de la sección brutaFluencia de la sección bruta
PasadoresPasadores y y cáncamoscáncamos
nn Elementos conectados por pasadoresElementos conectados por pasadoresbbeffeff = 2= 2t t + 16+ 16mmmm = = bb
AAsfsf = 2= 2tt ··((aa++dd/2)/2)
aa = (4/3)= (4/3)··bbeffeff
ww = 2= 2bbeffeff + d+ dcc = = aa
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PasadoresPasadores y y cáncamoscáncamos
nn CáncamosCáncamosnn Solían ser forjados, ahora son cortados Solían ser forjados, ahora son cortados
térmicamente (al oxígeno o plasma).térmicamente (al oxígeno o plasma).
Sección rectangular
PasadoresPasadores y y cáncamoscáncamos
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PasadoresPasadores y y cáncamoscáncamos
nn CáncamosCáncamosnn Resistencia nominal: fluencia de la sección bruta del Resistencia nominal: fluencia de la sección bruta del
cuerpocuerpo
tt = 13= 13mmmmww = 8= 8ttdd = 7= 7ww/8/8ddhh = = dd + 1+ 1mmmmRR = = ddhh + 2+ 2bb22ww/3 = b = 3/3 = b = 3ww/4 (cálculo)/4 (cálculo)