diseño a la tracción 25

USACh - Departamento de Ingeniería en Obras Civiles - Curso: Diseño en Acero 1 - Prof. Luis LeivaUSACh - Departamento de Ingeniería en Obras Civiles - Curso: Diseño en Acero 1 - Prof. Luis Leiva

Curso:Curso:

DISEÑO EN ACERO 1DISEÑO EN ACERO 1

Nota:Este archivo es solo un complemento de los contenidos vistos en clases.


Diseño en Acero 1 / 2 BIBLIOGRAFIAAISC (download) 2005 Specification for Structural Steel Buildings

2005 Seismic Provisions for Structural Steel Buildings incl. Supp. No. 1FEMA 350 - Recommended Seismic Design Criteria for New Steel Moment-Frame Buildings

AISC Steel Construction Manual (Metric) Vol. 1 -2J. C. Smith Structural Steel Design: LRFD ApproachWilliam T. Segui LRFD Steel DesignRobert E. Englekirk Steel Structures: Controlling Behavior Through DesignAkbar Tamboli Handbook of Structural Steel Connection Design and Details Jack C. McCormac Diseño de Estructuras de Acero. Método LRFDJoseph E. Bowles Diseño de Acero EstructuralBoris Bresler , Diseño de estructuras de aceroICHA Manual de Diseño para Estructuras de Acero ICHA Libro de Apuntes para Estudiantes de IngenieríaLL / Ayudantes Guías de Ejercicios

NORMAS CHILENASNCh1537.Of1986 Diseño estructural de edificios - Cargas permanentes y sobrecargas de usoNCh2369.Of2003 Diseño sísmico de estructuras e instalaciones industrialesNCh431.Of1977 Construcción - Sobrecargas de nieveNCh432.Of1971 Cálculo de la acción del viento sobre las construccionesNCh433.Of1996 Diseño sísmico de edificios


LRFD/LRFD/ASDASD

Entrar a www.aisc.orgHome / Steel Solutions Center/ Technical Resources /Free downloadbajar norma: (Está en pdf)

Specification for Structural Steel Buildings, March 9, 2005

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Diseño en Acero 1 / 2Diseño en Acero 1 / 2 Condiciones de aprobación del Condiciones de aprobación del

curso:curso: Pruebas Pep 1-2-3: Pruebas Pep 1-2-3: 80 %80 % Trabajo - Taller: Trabajo - Taller: 20%20% Pruebas y trabajo deben aprobarse por Pruebas y trabajo deben aprobarse por

separadoseparado

Para tener derecho a rendir la prueba POR se Para tener derecho a rendir la prueba POR se debe tener un 85% de asistencia al cursodebe tener un 85% de asistencia al curso



Ensayo a latracción

Propiedades mecánicas del acero


aceroacero Tensión de Tensión de fluencia fluencia (Mpa)(Mpa)

Tensión de Tensión de última última

(Mpa)(Mpa)

A 37-24A 37-24 240240 370370

A 42-27A 42-27 270270 420420

A 52-34A 52-34 340340 520520

A 36A 36 248248 400 - 552400 - 552

SAE SAE 10201020

276276 414414


Perfiles soldados


Perfiles laminados


Perfiles plegados en frío


DISEÑO ASD y LRFDDISEÑO ASD y LRFD

ASDASD == Diseño por tensiones admisibles Diseño por tensiones admisibles (Allowable Stress Design)(Allowable Stress Design)

LRFDLRFD == Diseño por factores de carga y Diseño por factores de carga y resistencia resistencia

(Load and Resistance Factor (Load and Resistance Factor Design)Design)

Fuerzas y TensionesFuerzas y Tensiones

ASDASD =>=> tensiones máximas son tensiones máximas son comparadas con tensiones admisiblescomparadas con tensiones admisibles

LRFDLRFD =>=> fuerzas y momentos fuerzas y momentos máximos son comparados con fuerzas máximos son comparados con fuerzas límites y capacidades de momentolímites y capacidades de momento



Combinaciones de carga Combinaciones de carga ASDASD

1.01.0DD + 1.0 + 1.0LL 0.750.75DD + 0.75 + 0.75LL + 0.75 + 0.75WW 0.750.75DD + 0.75 + 0.75LL + 0.75 + 0.75EE

DD == Cargas permanentes (dead load)Cargas permanentes (dead load)

LL == Cargas eventuales (live load) Cargas eventuales (live load)

WW == Carga de viento (wind load)Carga de viento (wind load)

EE == carga sísmica (earthquake load)carga sísmica (earthquake load)


Combinaciones de carga Combinaciones de carga LRFDLRFD

1.41.4DD 1.21.2DD + 1.6 + 1.6LL 1.21.2DD + 1.6 + 1.6WW + 0.5 + 0.5LL 1.21.2DD ±± 1.0 1.0EE + 0.5 + 0.5LL 0.90.9DD ±± (1.6 (1.6WW or 1.0 or 1.0EE))DD == dead loaddead loadLL == live loadlive loadWW == wind loadwind loadEE == earthquake loadearthquake load


Diseño a la TracciónDiseño a la Tracción



LRFDLRFD Condición de Condición de

diseño:diseño: PPuu ≤ ≤ t t PPnn

ASDASD Condición de Condición de

diseño:diseño: PPaa ≤ ≤ PPn n //tt


Diseño a la Tracción LRFDDiseño a la Tracción LRFDCondición de diseño:Condición de diseño:

PPuu ≤ ≤ t t PPnn

PPuu = resistencia requerida = resistencia requerida (con cargas mayoradas)(con cargas mayoradas)

PPuu = 1,4 D = 1,4 D

PPuu = 1,2 D + 1,6 L = 1,2 D + 1,6 LD = carga permanente L = sobrecargaD = carga permanente L = sobrecarga

PPnn = resistencia nominal = resistencia nominal

t t == factor de resistenciafactor de resistencia


Diseño a la Tracción ASDDiseño a la Tracción ASDCondición de diseño:Condición de diseño:

PPaa ≤ P ≤ Pnn/ / tt

PPaa = resistencia requerida = resistencia requerida (con cargas sin (con cargas sin mayorar)mayorar)

PPnn = resistencia nominal = resistencia nominalt t == factor de seguridadfactor de seguridad

PPnn/ / tt== resistencia admisibleresistencia admisible


Diseño a la Tracción Diseño a la Tracción La resistencia nominal a la tracción es el La resistencia nominal a la tracción es el

mínimo de:mínimo de:

a) a) Fluencia de la Fluencia de la sección brutasección bruta::

PPnn = F = Fy y AAg g concon t t == 0.90.9 (LRFD)(LRFD)

t t == 1.671.67 (ASD)(ASD)

b)Fractura de la b)Fractura de la sección neta efectivasección neta efectiva::

PPnn = F = Fu u AAe e concon t t == 0.750.75 (LRFD)(LRFD)

t t == 2.0 2.0 (ASD)(ASD)

c) Falla por Bloque de corte:c) Falla por Bloque de corte:


Diseño a la Tracción Diseño a la Tracción



Area NetaArea Neta

AAnn << 0.85 A 0.85 Ag g

para placas en tracciónpara placas en tracción

(esta regla no se aplica a (esta regla no se aplica a perfiles)perfiles)


Pernos en diagonalPernos en diagonal


Pernos en diagonalPernos en diagonal

AAn n = Area Neta= A= Area Neta= Agg – – AAh h + + (s(s22/4g)t/4g)tpp

AAgg = área bruta de la sección = área bruta de la sección

AAhh = área de la perforación = área de la perforación

= (diametro perf.+ 2 mm) = (diametro perf.+ 2 mm) ttpp


Area neta efectiva, AeArea neta efectiva, Ae Cuando no todos los Cuando no todos los

elementos de la sección elementos de la sección están conectados,están conectados,

los elementos conectados los elementos conectados pueden ser sobrecargados pueden ser sobrecargados

mientras que el resto de los mientras que el resto de los elementos tienen tensiones elementos tienen tensiones

menores.menores.Esto se toma en cuenta Esto se toma en cuenta

usando un área reducida:usando un área reducida:el el Area neta efectiva, AeArea neta efectiva, Ae


Area neta efectiva, AeArea neta efectiva, Ae

Uniones apernadasUniones apernadas

AAee = U A = U Ann

Si todos los elementos de la sección Si todos los elementos de la sección

están conectados: están conectados: U = 1U = 1


Area neta efectiva, AeArea neta efectiva, Ae

Uniones apernadas: Valores Uniones apernadas: Valores recomendados de Urecomendados de U

Si SOLO ALGUNOS DE LOS Si SOLO ALGUNOS DE LOS ELEMENTOS DE LA SECCION ESTAN ELEMENTOS DE LA SECCION ESTAN CONECTADOS CONECTADOS

U = 1 – X/L ≤ 0,9U = 1 – X/L ≤ 0,9

-


Area neta efectiva, Ae Area neta efectiva, Ae U = 1 – X/L ≤ 0,9U = 1 – X/L ≤ 0,9

-

–≤


Area neta efectiva, Ae Area neta efectiva, Ae U = 1 – X/L ≤ 0,9U = 1 – X/L ≤ 0,9

-



c) Falla por Bloque de corte c) Falla por Bloque de corte

(AISC 2005 J4.3):(AISC 2005 J4.3):


Diseño a la Tracción Diseño a la Tracción c) Falla por Bloque de corte:c) Falla por Bloque de corte:


c) Falla por c) Falla por Bloque deBloque de cortecorte


Diseño a la Tracción Diseño a la Tracción c) Falla por Bloque de corte:c) Falla por Bloque de corte:


Diseño a la TracciónDiseño a la TracciónResistencia de un bloque de Resistencia de un bloque de

cortecorte LRFDLRFD Condición de Condición de

diseño:diseño: PPuu ≤ ≤ t t RRnn

t t == 0.750.75


diseño:diseño: PPaa ≤ ≤ RRn n //tt

t t == 2.02.0


Diseño Bloque de corte:Diseño Bloque de corte:

RRnn = = FFu u AAnv nv UUbs bs FFu u AAnt nt

≤≤ FFy y AAgv gv UUbs bs FFu u AAntnt

AAnt nt = área neta en tracción= área neta en tracción

AAnv nv = área neta en corte= área neta en corte

AAgv gv = área bruta en corte= área bruta en corte


Diseño de placas GussetDiseño de placas GussetSección de WhitmoreSección de Whitmore

Fluencia de la Fluencia de la

sección de sección de

WhitmoreWhitmore:: RRnn = F = Fy y AAw w

concon t t == 0.90.9 (LRFD)(LRFD)

t t == 1.671.67 (ASD)(ASD)

AAww = b = b tt t= espesor t= espesor placaplaca GussetGusset


Diseño de placas GussetDiseño de placas GussetSección de WhitmoreSección de Whitmore


Pernos: Falla por aplastamiento en la Pernos: Falla por aplastamiento en la planchaplancha


corte

aplastamiento

Unión Apernada: Falla por aplastamiento y corte en la Unión Apernada: Falla por aplastamiento y corte en la planchaplancha


Diseño a la TracciónDiseño a la TracciónResistencia al aplastamiento Resistencia al aplastamiento

(bearing)(bearing) LRFDLRFD Condición de Condición de

diseño:diseño: PPuu ≤ ≤ ΣΣ((t t RRn)n)

t t == 0.750.75


diseño:diseño: PPaa ≤ ≤ ΣΣ(( RRn n //t)t)

t t == 2.02.0


LRFD: Resistencia de diseño al LRFD: Resistencia de diseño al aplastamiento: aplastamiento:

RRnn == 0.750.75

ASD: Resistencia admisible al ASD: Resistencia admisible al aplastamiento: aplastamiento:

RRn n //

RRnn : resistencia nominal en una : resistencia nominal en una perforaciónperforación

Resistencia al aplastamientoResistencia al aplastamientopor perforaciónpor perforación


Resistencia al aplastamientoResistencia al aplastamiento RRnn(a) Perforación estándar, holgada, ovalada corta (a) Perforación estándar, holgada, ovalada corta

(independiente de la dirección de la fuerza), y (independiente de la dirección de la fuerza), y ovalada larga cuando el eje más largo es paralelo ovalada larga cuando el eje más largo es paralelo a la línea de fuerza:a la línea de fuerza:

(i) si las deformaciones alrededor de los (i) si las deformaciones alrededor de los agujeros son críticas agujeros son críticas

RRn n = 1.2 L= 1.2 Lcc t F t Fuu ≤≤ 2.4 d t F2.4 d t Fuu (ii) si las deformaciones alrededor de los (ii) si las deformaciones alrededor de los

agujeros no son importantes:agujeros no son importantes:

RRn n = 1.5 L= 1.5 Lcc t F t Fuu ≤≤ 3.0 d t 3.0 d t FFu u (b) Perforación ovalada larga con el eje más largo (b) Perforación ovalada larga con el eje más largo

perpendicular a la línea de fuerza: perpendicular a la línea de fuerza:

RRn n = 1.0 L= 1.0 Lcc t F t Fuu ≤≤ 2.0 d t 2.0 d t FFu u


perforación normal

holgada

Ovalada corta

Ovalada larga


Deberán ejecutarse agujeros normales en las uniones de planchas , a menos que el ingeniero apruebe agujeros holgados, ovalados cortos u ovalados largos en uniones apernadas.

Se pueden introducir chapas de relleno de hasta 6 mm, dentro de uniones de deslizamiento crítico calculadas sobre la base de agujeros normales, sin hacer la reducción correspondiente a agujeros ovalados, de la resistencia nominal al corte especificada delperno.


Se podrán usar agujeros holgados en cualquiera o todas las chapas de uniones dedeslizamiento crítico, pero no podrán ser usadas en uniones tipo aplastamiento.

Se deberán instalar golillas endurecidas sobre los agujeros holgados de una placa externa.


Se podrán usar agujeros ovalados cortos en cualquiera o todas las planchas de uniones dedeslizamiento crítico o del tipo aplastamiento.

Los agujeros ovalados se podrán usarindependientemente de la dirección de la carga en uniones del tipo deslizamiento crítico, pero su longitud mayor deberá ser normal a la dirección de la fuerza en el caso de uniones tipo aplastamiento. Se deberán instalar golillas sobre los agujeros ovalados cortos en una placa externa; cuando se usen pernos de alta resistencia, estas golillas deberán serendurecidas.


Tanto en uniones tipo deslizamiento crítico como tipo aplastamiento, los agujeros ovalados largos solamente podrán ser usados en una de las partes unidas en cada superficie individual de empalme.

Se podrán usar agujeros ovalados largos independientemente de la dirección de la fuerza en uniones tipo deslizamiento crítico, pero deberán ser normales a la dirección de la fuerza en el caso de uniones tipo aplastamiento.


3/4 in. Dia.

7/8 in. Dia.

1 1/4 in. Dia.

A325 and A490 Bolts


RESISTENCIA AL CORTE, Fv


RESISTENCIA A LA TRACCION, Ft


Uniones apernadasUniones apernadas

UNION POR CIZALLE SIMPLEUNION POR CIZALLE SIMPLE

UNION POR CIZALLE DOBLEUNION POR CIZALLE DOBLE


Uniones apernadasUniones apernadasUNIONES TIPO APLASTAMIENTOUNIONES TIPO APLASTAMIENTO

-PERNOS TENSADOS EN FORMA LEVE

-LAS PLACAS SE MANTIENEN UNIDAS POR PERNOS SUJETOS A CORTE

-SE PERMITE DESLIZAMIENTO MINIMO ENTRE PLACAS


Uniones apernadasUniones apernadasUNIONES TIPO DESLIZAMIENTO CRITICOUNIONES TIPO DESLIZAMIENTO CRITICO

-PERNOS COMPLETAMENTE TENSADOS

-LAS PLACAS SE MANTIENEN UNIDAS POR FRICCION EN LA SUPERFICIE DE CONTACTO DEBIDO A LA PRESION EJERCIDA POR LOS PERNOS

-NO SE PERMITE DESLIZAMIENTO ENTRE PLACAS


FFnn = F = Fnt nt resistencia nominal a la tracciónresistencia nominal a la tracción

FFnvnv resistencia nominal al corte resistencia nominal al corte (Tabla J3.2)(Tabla J3.2)

Diseño de UNIONES APERNADAS TIPO Diseño de UNIONES APERNADAS TIPO APLASTAMIENTOAPLASTAMIENTO

Resistencia Nominal de cada pernoResistencia Nominal de cada perno LRFDLRFD resistencia a la tracción- corte:resistencia a la tracción- corte:

RRn n == 0.750.75

ASDASD Tracción-corte admisible:Tracción-corte admisible:

RRn n //tt

t t ==

2.02.0

Ab = área calculada al exterior del hilo

RRnn =F =Fnn AAbb


3/4 in. Dia.

7/8 in. Dia.

1 1/4 in. Dia.

A325 and A490 Bolts


Unión Tipo AplastamientoUnión Tipo Aplastamiento

interacción corte-traccióninteracción corte-tracción

Tu

w.p.




FFntnt = = resistencia nominal a la tracción modificada resistencia nominal a la tracción modificada

para incluir el efecto de la tensión de cortepara incluir el efecto de la tensión de corte




fv = tensión de corte requerida




Interacción lineal




interacción elíptica



-PERNOS COMPLETAMENTE TENSADOS

-LAS PLACAS SE MANTIENEN UNIDAS POR FRICCION EN LA SUPERFICIE DE CONTACTO DEBIDO A LA PRESION EJERCIDA POR LOS PERNOS

-NO SE PERMITE DESLIZAMIENTO ENTRE PLACAS


Diseño de UNIONES APERNADAS Diseño de UNIONES APERNADAS tipo deslizamiento críticotipo deslizamiento crítico (unión tipo fricción) (unión tipo fricción)

LRFDLRFD resistencia de diseño a la fricciónresistencia de diseño a la fricción

RRnn

ASDASD resistencia a la resistencia a la

fricción admisible:fricción admisible:

RRn n //tt

Uniones donde el deslizamiento es un estado límite

= 1.0 = 1.0 tt = 1.5 = 1.5

Uniones donde se quiere prevenir el deslizamiento cuando se alcanza la resistencia de diseño

tt


Uniones tipo deslizamiento crítico

La resistencia nominal a la fricción es:

Rn= µ Du hsc Tb Ns

Du = 1.13 Tb= Tensión mínima del perno (Tabla J3.1 M)Tb= Tensión mínima del perno (Tabla J3.1 M) hsc= factor de tipo de perforación

Ns= Número de planos de deslizamiento

µ = Coeficiente de roce para superficies clase A o B


Tb= Tensión mínima del perno



Ensayo PERNO M20


perforaciónnormal

holgada

ovalada corta

ovalada larga

hsc = 1

hsc = 0.85

hsc = 0.85

hsc = 0.7

hsc= factor de tipo de perforación


µ = Coeficiente de roce para superficies clase A o B

µ = 0,35 para superficies clase A (superficies no pintadas y libres de óxido o

superficies con pintura tipo A sobre acero arenado o superficies galvanizadas por inmersión y con tratamiento de rugosidad)

µ = 0,5 para superficies clase B (superficies no pintadas y arenadas o superficies

con pintura tipo B sobre acero arenado)


UNIONES TIPO DESLIZAMIENTOUNIONES TIPO DESLIZAMIENTO CRITICO CRITICO


UNIONES TIPO DESLIZAMIENTOUNIONES TIPO DESLIZAMIENTO CRITICO CRITICO

LLAVE DE TORQUE


• F1852 bolts are twist-off-type tension-control bolts

• These bolts must be pretensioned with a twist-off-type tension-control bolt installation wrench that has two coaxial chucks

• The inner chuck engages the splined end of the bolt

• The outer chuck engages the nut

• The two chucks turn opposite to one another to tighten the bolt

• The splined end of the F1852 bolt shears off at a specified tension (AISC 2003)

• Another way to try to ensure proper pretensioning of a bolt is through the use of direct tension indicators (DTIs)

• These washers have protrusions that must bear against the unturned element

• As the bolt is tightened the clamping force flattens the protrusions and reduces the gap

• The gap is measured with a feeler gage

• When the gap reaches the specified size the bolt is properly pretensioned (AISC & NISD 2000)

ASTM F959 Direct Tension Indicators

Feeler Gages

DTI’s

It is essential that direct tension indicators be properly oriented in the assembly

a) The bolt head is stationary while the nut is turned – DTI under bolt head

b) The bolt head is stationary while the nut is turned – DTI under nut (washer required)

c) The nut is stationary while the bolt head is turned – DTI under bolt head (washer required)

d) The nut is stationary while the bolt head is turned – DTI under nut

(RCSC 2000)

Installation of DTIs


Método de la LLAVE DE TORQUE

Se debe especificar un torque:

T = 0.2 b dT = Torque requerido (Nm)Tb= Tensión mínima del perno (kN) (Tabla J3.1 M)d = diámetro del perno (mm)

Alternativa:

T = 0.0167 b dT = Torque requerido (pound foot) libras-pieTb= Tensión mínima del perno (pounds) libras (Tabla J3.1) d = diámetro del perno (inches) pulgadas


Uniones tipo deslizamiento crítico• en estas uniones debe verificarse adicionalmente:

- la resistencia al aplastamiento

- la resistenciade los pernos al corte


Uniones tipo deslizamiento crítico• casos en que puede convenir su utilización

-Al usarse perforaciones holgadas /ovaladas-Si se quiere evitar todo tipo de deformación ( por ej. Si hay sensores)- si existen cargas cíclicas que pueden aflojar la unión

-


Unión tipo deslizamiento críticoUnión tipo deslizamiento crítico

interacción corte-traccióninteracción corte-tracciónLa resistencia nominal a la fricción Rn= µ Du hsc Tb Ns

debe multiplicarse por un factor ks:

Tu = Tracción ( cargas mayoradas)Ta = Tracción ( cargas sin mayorar)Nb = número de pernos de la unión


Diseño a la Tracción LRFDDiseño a la Tracción LRFDBarras con HiloBarras con Hilo



Resistencia de barras con hiloResistencia de barras con hilo

LRFDLRFD Condición de diseño:Condición de diseño:

PPuu ≤ ≤ t t RRnn

t t == 0.750.75

RRn n =F=Fnn A Abb

FFn n =0.75 F=0.75 Fuu

ASDASD Condición de diseño:Condición de diseño:

PPaa ≤ ≤ RRn n //tt

t t == 2.02.0

Ab = área calculada al exterior del hilo


Diseño de ELEMENTOS CONECTADOS CON Diseño de ELEMENTOS CONECTADOS CON PASADORPASADOR

LRFDLRFD resistencia de diseño a la resistencia de diseño a la

tracción :tracción :

t t PPn n = =0.750.75

ASDASD Tracción admisible:Tracción admisible:

PPn n //tt

t t ==

2.02.0

PPnn corresponde al menor valor de corresponde al menor valor de los siguientes los siguientes estados límitesestados límites::

1) Ruptura por 1) Ruptura por traccióntracción en el área neta efectiva en el área neta efectiva2) Ruptura por 2) Ruptura por cortecorte en el área neta efectiva en el área neta efectiva3) 3) AplastamientoAplastamiento en el área proyectada del pasador en el área proyectada del pasador4) 4) FluenciaFluencia en la sección bruta en la sección bruta


ELEMENTOS CONECTADOS CON PASADORELEMENTOS CONECTADOS CON PASADOR



1) Ruptura por 1) Ruptura por traccióntracción en el área neta efectiva en el área neta efectiva



2) Ruptura por 2) Ruptura por cortecorte en el área neta efectiva en el área neta efectiva



3) 3) AplastamientoAplastamiento en el área proyectada del pasador en el área proyectada del pasador

Apb = área proyectada del pasador



4) 4) FluenciaFluencia en la sección bruta en la sección bruta


acción separadora (efecto de palanca)prying action


acción separadora (efecto de palanca)prying action

- Cálculo de espesor de ala requerido

- Cálculo de incremento de la tracción en los pernos

Implica:


tc = espesor del ala necesario para que los pernos no reciban la carga adicional qu

diseño a la tracción 25

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