La descarga está en progreso. Por favor, espere

La descarga está en progreso. Por favor, espere

Tensión Héctor Soto Rodríguez Centro Regional de Desarrollo en Ingeniería Civil Morelia, Mich. México Febrero de 2006 Revisión, elaboración del guión y.

Presentaciones similares


Presentación del tema: "Tensión Héctor Soto Rodríguez Centro Regional de Desarrollo en Ingeniería Civil Morelia, Mich. México Febrero de 2006 Revisión, elaboración del guión y."— Transcripción de la presentación:

1 Tensión Héctor Soto Rodríguez Centro Regional de Desarrollo en Ingeniería Civil Morelia, Mich. México Febrero de 2006 Revisión, elaboración del guión y locución a cargo del Dpto. de Ingeniería Civil de la Universidad de Chile con coordinación del Ing. Ricardo Herrera

2 Contenido Miembros en Tensión 1.Definición 2.Características 3.Complicaciones 4.Usos de miembros en tensión 5.Comportamiento 6.Modos de falla 7.Propiedades geométricas 8.Diseño

3 Miembros en Tensión 1. Definición Secciones laminadas o formadas por placas, o barras (redondas, cuadradas o planas), de eje longitudinal recto o sección transversal constante (miembros prismáticos), sujetos a cargas que actúan a lo largo de sus ejes centroidales, que producen en cualquier sección perpendicular a su eje longitudinal, esfuerzos axiales de tensión.

4 Eficiencia 2. Características Un miembro en tensión es el elemento más simple y eficiente de un sistema estructural. La fuerza axial produce esfuerzos constantes en todo el material que lo compone, sin generar flexión, cortante ni torsión

5 Dificultad en las uniones 3. Complicaciones Las conexiones de los miembros en tensión con el resto de la estructura introducen excentricidades en las cargas, que deben tomarse en cuenta en el diseño

6 3. Complicaciones Las imperfecciones de los perfiles estructurales laminados utilizados como miembros en tensión, deben ser reconocidas por el diseñador y fabricante de estructuras Tolerancias de laminación

7 3. Complicaciones Los esfuerzos residuales provenientes del enfriamiento irregular de los perfiles estructurales se toman en cuenta en las normas de diseño Esfuerzos residuales

8 Distribución de esfuerzos 3. Complicaciones Agujeros en placas y perfiles estructurales utilizados como miembros en tensión, ocasionan concentraciones de esfuerzo, de manera que estos no se distribuyen uniformemente en las secciones transversales.

9 Estructuras 4. Usos de miembros en tensión Bodegas y estructuras industriales. Edificios urbanos Armaduras de puentes Armaduras de techo en bodegas y fábricas Vigas de alma abierta en edificio urbanos Torres de transmisión de energía eléctrica Puentes colgantes y atirantados (cables) Cubiertos colgantes (Estructuras de grandes claros) Arcos

10 Estructuras industriales 4. Usos de miembros en tensión Uso: Contraventeo de vigas y columnas en cubierta y paredes Funciones: –Proporcionar soporte lateral –Resistir las fuerzas horizontales (viento y sismo) (1) (4) (2) (3) (5) 1. Marco rígido 2. Contraventeo horizontal en cubierta 3. Contraventeo vertical 4. Columnas de fachada 5. Contraventeo de columnas de fachada

11 Ejemplos de contraventeos verticales en edificios de varios pisos Sistemas de contraventeo 4. Usos de miembros en tensión

12 Funciones del contraventeo 4. Usos de miembros en tensión Evitar problemas de pandeo de un entrepiso o de la estructura completa Resistir fuerzas horizontales sismo o viento Reducir los desplazamientos laterales de la estructura

13 Armadura típica de sistemas de piso Armaduras 4. Usos de miembros en tensión montante diagonal cuerda = compresión = tensión = sin carga

14 Estructuras de celosía Torre autosoportante 4. Usos de miembros en tensión

15 Naves industriales Estructura típica a base de armadura a dos aguas con tirante como elemento en tensión 4. Usos de miembros en tensión

16 Contraventeos simples Contraventeo a base de barras redondas macizas como elementos de contraventeo en estructuras ligeras. 4. Usos de miembros en tensión

17 Elementos de cubierta Elementos de cubierta de edificios industriales 4. Usos de miembros en tensión

18 Cubiertas y tirantes Elementos de cubierta de edificios industriales y tirantes para el soporte de pisos 4. Usos de miembros en tensión

19 Edificios urbanos La estructuración de edificios soportados por un núcleo central se combina con elementos en tensión como el caso de las columnas exteriores de esta estructura 4. Usos de miembros en tensión

20 Cubiertas colgantes Las estructuras ligeras que salvan claros grandes, con mucha frecuencia se resuelven con miembros en tensión 4. Usos de miembros en tensión

21 Cubiertas colgantes En las estructuras de grandes domos o cúpulas invertidas los miembros en tensión resultan muy convenientes 4. Usos de miembros en tensión

22 Cubiertas colgantes Cubiertas ligeras soportadas sistemas de cables principales y secundarios 4. Usos de miembros en tensión

23 Estructuras espaciales Las estructuras tridimensionales modernas tienen una gran cantidad de barras trabajando a tensión 4. Usos de miembros en tensión

24 Ejemplo T 1, T 2 son las fuerzas de tensión axial en las barras verticales de la estructura. 5. Comportamiento

25 Ejemplo 5. Comportamiento Ecuaciones de equilibrio Equilibrio para la barra horizontal en la dirección vertical: 2T 1 + T 2 = P (1) Ecuación de compatibilidad de deformaciones 1 = 2 (2) 1 y 2 = alargamientos respectivos de las barras laterales y central.

26 Ejemplo Si T 1, T 2 < y ·A, 1 = T 1 L 1, 2 = T 2 L 2 EA EA Reemplazando en la ecuación (2) T 1 L 1 = T 2 L 2 (3) EA De donde 5. Comportamiento

27 Ejemplo Los esfuerzos en las barras son El límite elástico del sistema está dado por De donde 5. Comportamiento

28 Ejemplo El desplazamiento de fluencia y es igual a La capacidad del sistema está dada por De donde 5. Comportamiento

29 El desplazamiento último u es igual a La relación del desplazamiento total con el correspondiente de fluencia es Adicionalmente, el cuociente de la carga última con la carga de fluencia es Ejemplo 5. Comportamiento

30 Ejemplo 5. Comportamiento 1.Comportamiento elástico (respuesta lineal de la estructura ) 2.Comportamiento parcialmente plástico (flujo plástico restringido). 3.Flujo plástico ilimitado (no restringido)

31 6. Modos de falla 1.Fluencia del área total 2.Fractura de la sección neta Ángulo en tensión Fluencia en la sección total (yielding of gross section) Fractura en la sección neta (Fracture of Net sección)

32 Ángulo en tensión Ruptura por cortante y tensión combinados (Block shear rupture) 6. Modos de falla 3.Ruptura por cortante y tensión combinados

33 Area total A g = b·t 7. Propiedades geométricas Área total, A g : Área total de la sección transversal de un miembro A g = Σ b · t A g = b1· t1 + b2 · t2 + b3 · t3

34 Área neta 7. Propiedades geométricas Área neta A n : Área reducida por la presencia de agujeros para conectores (tornillos o remaches). A n = A g - A perf

35 Ancho neto 7. Propiedades geométricas Ancho neto, b n : –Para una placa perforada con agujeros en una trayectoria normal al eje de la pieza –Para un elemento compuesto por placas perforadas

36 Ancho neto 7. Propiedades geométricas –Para una placa perforada con agujeros colocados en una línea diagonal o en zigzag s = paso, g = gramil

37 Trayectorias de falla Placa con agujeros dispuestos en diagonal o en zig zag 7. Propiedades geométricas

38 Diámetro de agujeros Durante el proceso de punzonado el material alrededor del agujero puede dañarse; por ello las normas de diseño consideran un ancho de agujeros mayor 7. Propiedades geométricas

39 Diámetro de agujeros 7. Propiedades geométricas Para perforaciones estándar se considera que los agujeros tienen un diámetro de 3 mm (1/8) mayor que el de los tornillos. ag = Diámetro de agujero para remache o tornillos

40 Descuento por soldaduras Área neta en soldaduras de tapón o de ranura 7. Propiedades geométricas En el cálculo del área neta a través de soldaduras de tapón o de ranura no se considera el metal de aportación.

41 Perforaciones en ángulos 7. Propiedades geométricas

42 Factores que afectan a la sección neta 7. Propiedades geométricas Factores principales que afectan la eficiencia de la sección neta Ductilidad del metal Método empleado para hacer los agujeros Cuociente g/d Relación entre el área neta y el área de apoyo sobre el sujetador Distribución del material de la sección transversal de la barra, con respecto a las placas de unión, u otros elementos que se utilicen para conectarla Posición de los planos de corte de los tornillos o remaches respecto a la sección transversal del miembro

43 Cuando se conecta un ángulo en tensión a una placa mediante tornillos o soldaduras la superficie de falla corresponde a la interfase de los dos perfiles Área neta efectiva 7. Propiedades geométricas

44 Área neta efectiva Definición de la excentricidad x usada para calcular la porción del área neta que contribuye a la resistencia de la sección 7. Propiedades geométricas

45 Referencias principales 8. Diseño Especificaciones AISC (2005) –Capítulo D. Miembros en tensión –Capítulo D. Sección D3. Reglas para calcular el área total, área neta y área neta efectiva. –Capítulo J. Sección J4.3 (Reglas para ruptura por cortante y tensión combinadas, Block shear rupture).

46 Recomendación: L / r 300 donde L: longitud del miembro r: radio de giro de la sección transversal del miembro Límite de esbeltez 8. Diseño

47 El diseño de miembros en tensión consiste en comparar la resistencia con la acción de diseño P u t P n (LRFD)óP P n / t (ASD) donde: P = Carga de diseño P u = Carga de diseño mayorada P n = Resistencia nominal t = Factor de reducción de resistencia (adimensional) t = Factor de seguridad (adimensional) Requisitos de resistencia 8. Diseño

48 Estados límite 8. Diseño 1.Fluencia en área bruta P n = F y · A g t = 0.9 (LRFD) t = 1.67 (ASD) F y : esfuerzo de fluencia nominal A g : área total 2.Fractura en área neta P n = F u · A e t = 0.75 (LRFD) t = 2 (ASD) F u : esfuerzo de ruptura nominal A e : área neta efectiva

49 Sección D3, especificaciones AISC (2005) donde: A e = Área neta efectiva A n = Área neta U = Coeficiente de reducción del área que toma en cuenta el rezago por cortante Shear lag (U<1.0) Área neta efectiva 8. Diseño

50 Área neta efectiva Distribución de esfuerzos en un perfil W conectado al resto de la estructura a través de los patines 8. Diseño

51 Si la carga se transmite directamente a todos los elementos de la sección transversal Si la carga no se transmite directamente a uno o más elementos de la sección transversal donde: x = excentricidad de la interfaz de conexión al centro de gravedad de la parte de la sección transversal tributaria a la placa de conexión L = longitud de la junta. Factor de reducción U 8. Diseño

52 Factor de reducción U

53 Definición de x y L 8. Diseño Conexión atornillada Conexión soldada

54 Definición de x y L 8. Diseño Conexión atornillada Conexión soldada

55 Definición de x y L 8. Diseño Conexión atornillada Conexión soldada

56 8. Diseño 3.Ruptura por cortante y tensión combinadas (Block shear rupture): El miembro estructural en tensión falla por arrancamiento o desprendimiento de material en la conexión atornillada extrema. Bloque de cortante

57 8. Diseño Hipótesis del modo de falla ruptura por cortante y tensión combinadas en AISC (2005): 1.Las superficies de tensión y cortante no siempre se fracturan al mismo tiempo. 2.Cuando ocurre la ruptura por cortante y tensión combinados, puede ocurrir uno de los dos posibles modos de falla siguientes: a)La superficie de tensión se fracturará y la superficie por cortante fluirá b)Las superficies de tensión y de cortante se fracturarán Bloque de cortante

58 8. Diseño Bloque de cortante

59 Bloque de cortante 8. Diseño Ruptura por cortante y tensión combinadas t = 0.75 (LRFD) t = 2 (ASD)


Descargar ppt "Tensión Héctor Soto Rodríguez Centro Regional de Desarrollo en Ingeniería Civil Morelia, Mich. México Febrero de 2006 Revisión, elaboración del guión y."

Presentaciones similares


Anuncios Google