ic-804 ejercicio 1 respuesta final segunda parte 50 pc

IC-804 Diseo en Acero Prof. Jorge Omerovic Pavlov Ayudante: Victor Carvajal Talamilla

FACULTAD DE CIENCIAS DE INGENIERIA Y CONSTRUCCION _____________________________________________________________

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVIL IC-804 DISEO EN ACERO

Ejercicio N1 (05/09/2014): Primera Parte: (Individual- Sin apuntes) Duracin= 45 minutos Ponderacin=30% 1. Explique cmo se fabrica el acero. 2. Mediante Autocad determine las propiedades del perfil ngulo plegado 50x30x3 (Area, Ubicacin centro de Gravedad, direcciones principales de inercia, Inercia mxima, inercia mnima) Redactar la respuesta en archivo Word , pegando la informacin de Autocad, y enviarlo a [email protected] Segunda Parte (Grupo de 3 alumnos-Con apuntes- y con consulta a ayudante y profesor) Duracin= 30 minutos Ponderacin=70% (20% entrega en Sala + 50% Informe Grupal preparado en casa, con entrega en el Control) En las Tablas Excel entregadas como anexo se encuentran las solicitaciones de servicio para las cuales se debe disear el perfil de menor peso por el Mtodo LRFD y ASD de manera manual. El elemento estructural es de 6 m de longitud entre apoyos, inclinado en un ngulo de 42. Considere que las alternativas de conexin en sus conexiones extremas son:

1. PAR , para los cuales se puede estimar que cada uno puede resistir alrededor de 5 T en condiciones de servicio. Suponga pasos de 3, gramil mnimo de 4 y distancia a borde cargado mnimo de 11/4. Recordar que se debe cumplir con las distancias para el apriete de los pernos con la llave de torque (lo que debe verificarse).

2. Soldadura de filete con electrodo E70XX (AWS) para la cual se puede estimar que en condiciones de servicio puede resistir alrededor de 1 T/cm de longitud de filete.

- Considerar el acero norteamericano con que se cuente en la Tabla que utilice del Manual AISC-14th - Steel Construction Manual2010.pdf para determinar las propiedades de los perfiles y su capacidad aproximada. -Usar Norma AISC 2010 para actualizar otros requisitos del diseo a traccin. Utilice la forma de perfil que resulte la ms econmica, incluido tubulares. En caso de ocupar perfiles tipo Canal o W considere que por motivos de las instalaciones de piping estos deben colocarse con su mayor dimensin orientada horizontalmente.

18/9/2014 Correo de Universidad Catlica del Norte - Ejercicio 1 Diseo en Acero

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Jorge Omerovic

Ejercicio 1 Diseo en Acero1 mensaje

COFRE CEJAS ALEJANDRO JORGE ROBERTO L 12 de septiembre de 2014, 11:49Para: Jorge Omerovic , [email protected]

Grupo 1 Alvaro LoveraFranz Irusta Alejandro Cofr

GRUPO 1 - EJERCICIO 1 DISEO EN ACERO.docx941K

Segunda Parte (Grupo de 3 alumnos-Con apuntes- y con consulta a ayudante y profesor) Duracin= 30 minutos Ponderacin=70% Nombres: Franz Irusta, Alvaro Lovera, Alejandro Cofr En las Tablas Excel entregadas como anexo se encuentran las solicitaciones de servicio para las cuales se debe disear el perfil de menor peso por el Mtodo LRFD y ASD de manera manual. El elemento estructural es de 6 m de longitud entre apoyos, inclinado en un ngulo de 42. Considere que las alternativas de conexin en sus conexiones extremas son:



- Considerar el acero norteamericano con que se cuente en la Tabla que utilice del Manual AISC-14th - Steel Construction Manual2010.pdf para determinar las propiedades de los perfiles y su capacidad aproximada. -Usar Norma AISC 2010 para actualizar otros requisitos del diseo a traccin. Utilice la forma de perfil que resulte la ms econmica, incluido tubulares. En caso de ocupar perfiles tipo Canal o W considere que por motivos de las instalaciones de piping estos deben colocarse con su mayor dimensin orientada horizontalmente. Respuesta: Combinaciones de carga por el mtodo ASD

La tensin mxima de diseo por el mtodo ASD es de 33,77 (ton) o 74,45(kips) en el sistema ingls.

Combinaciones de carga por el mtodo LRFD

De acuerdo a las combinaciones de carga por el mtodo LRFD la traccin mxima es de 54,66 (ton) o 120,5 (kips) Especificaciones de los Pernos. Los pernos son PAR , cada uno resiste 5 (ton) en condiciones de servicio, por lo tanto el nmero de pernos a usar es de: 33,77 5 = 6,75 7, pero para una mejor distribucin se usara un numero par de pernos, es decir, un mnimo de 8 pernos. Al dimetro de los pernos (3/4) hay que sumarle 1/16 parar la perforacin y aadir un 1/6 por el tema del debilitamiento alrededor de la perforacin, por lo tanto el dimetro de clculo a usar es; Dcalculo =3/4+1/16+1/16 = 7/8 = Especificaciones de la Soldadura. La soldadura disponible es E70XX (AWS) que tiene una resistencia de servicio de 1 T/cm de filete, entonces la longitud de soldadura necesaria es de: 33,77 1

= 33,77 34 .

Pre-Seleccin de Perfiles. Los perfiles ms usados para resistir la traccin son los siguientes; circular llena, circular, ngulo, canal y w. Pero mayoritariamente se usa el perfil ngulo.

Como queremos economizar eligiendo el perfil ms liviano se descarta la opcin del circular lleno. Restriccin de esbeltez Para evitar la deformacin durante el traslado el radio de giro mnimo de la seccin del perfil debe cumplir que: 300 , es decir, 600 300 2 Usando la tabla de radios de giro aproximados Con el perfil Circular se tiene: = 0,35 5,71 Con el perfil Angulo se tiene: = 0,195 10,26 Con el perfil canal se tiene: = 0,28 7,14 Con el perfil w se tiene: = 0,25 8 Recomendacin de altura para evitar deformacin por peso propio. 90 600cos (42) 90 4,95 Se concluye que controla la restriccin de esbeltez frente a la de altura para todos los perfiles.

Tipos de Acero Los aceros usados sern los del Manual AISC 14th Steel Construction Manual, es decir, ASTM A992, ASTM A36, ASTM A500 B y ASTM A53 B. Las resistencias de estos aceros, tanto a fluencia como ruptura se muestran a continuacin;

Tipo de Acero Fy Fu A992 50 65 A36 36 58

A500 B 42 48 A53 B 35 60

Unidades de Fy e Fu en Ksi. rea Bruta. El rea bruta depender de cual tipo de acero se elegir (de acuerdo con AISC 14th Construction Manual) tambin si se est trabajando con ASD o LRFD. Y como criterio se usara la resistencia por traccin, esto es;

Quedando los resultados en la siguiente tabla: in2 ASD LRFD

A992 2,49 2,68 A36 3,45 3,72

A500 B 2,96 3,19 A53 B 3,55 3,83

Lo siguiente es ver dos criterios para seleccionar los perfiles, el primero es que cumpla con el radio de giro mnimo; 2 cm = 0,79 in (puesto que esta restriccin manda por sobre la de altura como se comprob anteriormente). Y el segundo que el rea bruta sea igual o mayor que lo indicado en la anterior tabla, segn el mtodo y acero que corresponda en cada caso. Perfil ngulo (mtodo ASD) Los perfiles ngulos estn en acero A36, por lo tanto necesitaremos un rea bruta mayor a 3,45 in2, tambin viendo el radio de giro sea mayor a 0,79 in.

Perfil Peso rea r Resistencia a la Fluencia L lb/ft in2 in ASD (ksi) LRFD (ksi)

L6x4x3/8 12,3 3,61 0,87 77,8 117 L5x5x3/8 12,3 3,65 0,986 78,7 118

L6x6x5/16 12,4 3,67 1,19 79,1 119 Todos los perfiles de la tabla anterior cumplen con la Resistencia a la traccin en Fluencia, por lo que se proceder a verificar la Ruptura en traccin para el rea efectiva.

Disposicin de Pernos. El perfil L5x5x3/8 se elige por sobre los dems por ser ms liviano y ms regular (tambin sirve L6x4x3/8). A continuacin se presenta la configuracin de los pernos y las medidas estn en pulgadas.

El espaciamiento mnimo entre los centros de perforacin (seccin J3.3) es de 2-2/3, pero el paso exigido es de 3 y el gramil mnimo es de 4, por lo tanto se cumple esta disposicin. La distancia mnima al borde para un perno de es de 1 (tabla J3.4.), en la configuracin de la figura es de 2, por lo que cumple con la disposicin. Disposicin Tabla J3.5.????? La distancia mxima debe ser el menor entre 12 veces el espesor (3/8*12 = 4,5 = 11,43 cm) y 15cm mandando la primera, cumple ya que los pernos estn a 2 del borde. Las distancias mnimas para asegurar el apriete de los pernos se muestran en la siguiente tabla, para un perno de se destaca con color.

Como la disposicin de los pernos cumple con todas estas distancias, por lo tanto se opta por seguir con la distribucin de pernos expuesta anteriormente.

Verificando el estado lmite de fractura por traccin. Primero se obtiene un ancho bruto para determinar un ancho neto y se obtiene un rea neta para calcular finalmente el rea efectiva, para luego multiplicarla con la tensin de ruptura y obtener la resistencia, esto para diferentes mecanismos de ruptura segn corresponda. Para este caso solo hay una lnea de ruptura (AD en la figura anterior).

Ancho bruto (Bg) = 3+3-3/8 = 5,625 = 14,29 cm.

Ancho neto = 5,625 2*3/4+0 = 7,125 No hay concentracin de tensiones debido a que los pernos estn bien distribuidos, por ello el factor de reduccin es 1 (U = 1) rea neta = ancho neto * espesor = 7,125*3/8 = 2,67 (in2) rea efectiva = rea Neta * U= 2,67 (in2) = 17,23(cm2) Pn = Fu*Ae/ = 58 * 2,67 /2 = 77,43 Kips, mayor a la tensin mxima de 74,45 Kips, Por lo tanto resiste! Estado limite por Desgarramiento. Acero A36 tenemos que Fy= 36 Ksi y Fu=58 Ksi Para perfil 5x5x3/8 Anv = (11/4+9-3,5(7/8)) (3/8) = 2,7 in2 Agv = 7,68 in2 Ant = 1,78 in2 0,6 Fu Anv + Ubs Fu Ant > = 0,6 Fy Agv + Ubs Fu Ant donde Ubs=1 Rn1 >= Rn2 Donde Rn1 = 291,16 kips y Rn2 = 269,128 kips Controla Rn2 = 269,128 Kips Para ASD 0,5 Rn2 = 134,5 kips > 74,45 kips

Perfiles tubulares HHS - ASTM A500 Grado B En el anlisis siguiente se utiliza directamente las tracciones mximas obtenidas en la combinatoria de cargas del mtodo de diseo ASD y LRFD para determinar el rea bruta y efectiva. Condicin de Diseo (LRFD) ; Condicin de Diseo (ASD) ; / As se obtienen las reas mnimas requeridas para resistir dichas cargas y por consiguiente establecer un mtodo para determinar el perfil ms adecuado. Adems se utilizara la restriccin de radio de giro mnimo 0,79 in y la longitud de soldadura mnima a utilizar es de 14 in de acuerdo a la carga de servicio.

A500B

LRFD ASD rea Bruta (in^2) 3,19 2,96

rea Efectiva (in^2) 2,77 2,57 Traccin Mxima(Ksi) 120,5 74,45

Conexin por soldadura Se utilizara una plancha gusset en el extremo del perfil soldada en ranuras longitudinales localizadas en el eje central de la seccin y para realizar esta conexin se soldara en 4 lneas de 5,5 in. El rea efectiva esta determinada segn la expresin = La disposicin del manual AISC360-2010, en la tabla D3.1 - Factor de Corte Diferido para Conexiones de Miembros en Traccin caso 5, especfica que para un perfil tubular unido a una plancha gusset concntrica, el factor U para determinar el rea efectiva depender de la siguientes condiciones:

Siguiendo esta disposicin, para el estado de carga LRFD se seleccionan los siguientes perfiles:

Perfil Wt[lb/ft] R[in] Ag[in^2] U Ae[in^2] HSS4,0x0,313 12,34 1,32 3,39 1 3,39 HSS4,5x0,337 15 1,48 4,12 0,74 3,05 HSS5,0x0,258 13,08 1,69 3,59 0,71 2,55

Segn los datos obtenidos, dos de estos perfiles cumplen la condicin de rea bruta y efectiva mnima requeridos para resistir la traccin mxima, por lo tanto se escoger el perfil de menor rea bruta ya que este es el perfil ms econmico; PERFIL TUBULAR HSS4,0x0,313 , el cual resiste una carga mxima de 120,5 Ksi. Para el estado de cargas no factorizadas (mtodo ASD) se escogen los siguientes perfiles:

Perfil Wt[lb/ft] R[in] Ag[in^2] U Ae[in^2] HSS4,5x0,237 10,80 1,52 2,96 0,74 2,19 HSS4,0x0,313 12,34 1,32 3,39 1 3,39 HSS4,5x0,375 16,54 1,47 4,55 0,74 3,37

El perfil tubular HSS4,5x0,237 cumple con las condiciones de radio de giro, altura mnima y rea bruta, pero segn los clculos el rea efectiva 2,19 in^2 resulta menor que la requerida 2,57 in^2 por lo tanto se rechaza el perfil. Los perfiles tubulares cumplen con todas las restricciones incluyendo el rea efectiva minima y para seleccionar el ms econmico se discriminara por el rea bruta de cada perfil, HSS4,5x0,375 y HSS4,0x0,313 tienen un rea bruta de 4,55in^2 y 3,39 in^2 respectivamente, finalmente se escoge el PERFIL TUBULAR HSS4,0X0,313 el cual resiste una carga mxima de 74,45Ksi.

18/9/2014 Correo de Universidad Catlica del Norte - Ejercicio 1 Acero, grupo 2


Jorge Omerovic

Ejercicio 1 Acero, grupo 21 mensaje

ivan cortes 12 de septiembre de 2014, 11:49Para: "[email protected]" , "[email protected]"

Hola profesor y ayudante, les enviamos el ejercicio n1.

Atte.Ivn Corts Salas

INFORME ACERO GRUPO 2.docx431K

EJERCICIO N1

DISEO EN ACERO - IC 804

Universidad Catlica del Norte Facultad de Ciencias de la Ingeniera y Construccin Departamento de Ingeniera Civil

Grupo N 2

Integrantes: Ivn Cortes

Fernando Ortiz

Jos Valenzuela

Profesor: Jorge Omerovic

Ayudante: Vctor Carvajal

INDICE

Introduccin ........................................................................................................................................ 3

Enunciado Ejercicio 1 .......................................................................................................................... 4

1. Combinaciones de cargas ............................................................................................................ 5

2. Cantidad de pernos y soldadura ................................................................................................. 7

2.1. Cantidad de pernos a utilizar .............................................................................................. 7

2.2. Cantidad de Soldadura a utilizar ......................................................................................... 7

3. Restricciones ............................................................................................................................... 8

3.1. Restriccin por esbeltez ...................................................................................................... 8

3.2. Restriccin de altura ........................................................................................................... 8

3.3. Estimacin de dimensiones aproximadas ........................................................................... 8

4. Eleccin de los perfiles .............................................................................................................. 10

5. Verificacin del espacio para llave de torque ........................................................................... 13

6. Conclusin ................................................................................................................................. 14

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Introduccin

El acero es una aleacin compuesta de hierro, carbono y otros materiales que definen las caractersticas especficas de grado y resistencia de este.

Este material lo podemos encontrar en distintas formas para su uso industrial y constructivo, estas son laminas, cables, perfiles, barras, etc.

Unos de los materiales ms importantes en las obras civiles junto con el hormign es el acero, pues este debido a sus propiedades juega un rol fundamental en la resistencia de las estructuras.

Cuando en una estructura existen secciones que se encuentran solicitadas a traccin el acero es el material indicado con el cual se debe construir. Aqu podremos ver un ejemplo de esta situacin y como esta se puede analizar con los mtodos ASD (Diseo de tensiones admisibles) y LRFD (Diseo de factores de cargas y resistencia).

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Enunciado Ejercicio 1

Segunda Parte (Grupo de 3 alumnos-Con apuntes- y con consulta a ayudante y profesor)

Duracin= 30 minutos Ponderacin=70%

(20% entrega en Sala + 50% Informe Grupal preparado en casa, con entrega en el Control)

En las Tablas Excel entregadas como anexo se encuentran las solicitaciones de servicio para las cuales se debe disear el perfil de menor peso por el Mtodo LRFD y ASD de manera manual.

El elemento estructural es de 6 m de longitud entre apoyos, inclinado en un ngulo de 42.

Considere que las alternativas de conexin en sus conexiones extremas son:



Considerar el acero norteamericano con que se cuente en la Tabla que utilice del Manual AISC-14th - Steel Construction Manual2010.pdf para determinar las propiedades de los perfiles y su capacidad aproximada.

Usar Norma AISC 2010 para actualizar otros requisitos del diseo a traccin.

Utilice la forma de perfil que resulte la ms econmica, incluido tubulares. En caso de ocupar perfiles tipo Canal o W considere que por motivos de las instalaciones de piping estos deben colocarse con su mayor dimensin orientada horizontalmente.

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1. Combinaciones de cargas

Las combinaciones de carga fueron realizadas a partir de la planilla Excel entregada por el profesor, donde de acuerdo a la norma NCh 3171 Of.2010 Diseo estructural Disposiciones generales y combinaciones de cargas se entregan los siguientes resultados para los mtodos de Tensiones Admisibles (ASD) y Factores de Carga y Resistencia (LRFD):

Figura 1: Combinaciones de carga por mtodo ASD.

Por el mtodo ASD, para las combinaciones de cargas tenemos que:

Traccin mxima= 33.77 ton (casos 1, 3, 9 y 11) Compresin mxima= 50.7 ton (casos 1, 3, 9 y 11)

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Figura 2: Combinaciones de carga por mtodo LRFD.

Por el mtodo LRFD, para las combinaciones de carga tenemos:

Traccin mxima= 54.66 ton (casos 1, 3, 9 y 11) Compresin mxima= 81.98 ton (casos 1, 3, 9 y 11)

Por lo tanto, las tracciones mximas a utilizar son:

Mtodo ASD: Tmx= 33.77 ton = 74.45 kips Mtodo LRFD: Tu= 54.66 ton = 120.5 kips

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2. Cantidad de pernos y soldadura

2.1. Cantidad de pernos a utilizar Los pernos a utilizar son Pernos de Alta Resistencia PAR de , con una resistencia de 5 ton en condiciones de servicio, donde utilizando la traccin mxima obtenida por ASD se pude deducir el nmero de pernos a utilizar de acuerdo a la siguiente relacin:

= () = 33.775 = 6.754 7

Para una buena distribucin de los pernos, se utilizarn 8 pernos con un paso de 3, gramil de 4 y distancia al borde cargado mnima de 1 . Adems, sta disposicin de pernos ser utilizada tanto para diseo con mtodos ASD como LRFD.

2.2. Cantidad de Soldadura a utilizar La soldadura corresponde a una E70XX (AWS), la cual posee una resistencia de 1 T/cm en condiciones de servicio, por lo que la longitud de soldadura necesaria corresponde a:

. = () = 33.77 1 / = 33.77 34

Por lo tanto, la soldadura debe ser de 34 cm, para diseo por mtodo ASD como para LRFD.

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3. Restricciones

3.1. Restriccin por esbeltez Estimando el radio de giro mnimo aproximado (o las dimensiones mnimas aproximadas) a partir de la restriccin de esbeltez mxima recomendada para evitar deformaciones durante el transporte, donde:

= 300

600300 = 2 0.787 Por lo tanto, el radio de giro debe ser mayor a 2 cm o 0.787 in.

3.2. Restriccin de altura Se debe estimar la altura de la proyeccin vertical h de la seccin transversal del perfil, ya que este se encuentra inclinado en un ngulo inferior a 45 instalado en la estructura, donde:

90 = 600 4290 = 4.95

Por lo tanto, el perfil debe tener una altura mnima de 4.95 cm para evitar la deformacin por peso propio.

3.3. Estimacin de dimensiones aproximadas De acuerdo a la figura 1, se estiman las dimensiones aproximadas para los perfiles ngulo (L) y W, a partir del radio de giro mnimo obtenido anteriormente.

Figura 3: Radios de giro aproximado para secciones L y W.

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Para el perfil ngulo se tiene que:

= 0.197 = 2 10.15 4

Para el perfil W, dispuesto de forma horizontal, se tiene que:

= 0.25 = 2 8 3.15

Analizando la disposicin de los pernos PAR de , si consideramos una distancia de borde descargado mnima de 1, podremos obtener: 4 +2*1 in = 6 15.24 Por lo tanto, debemos escoger perfiles donde la dimensin mayor a 6 in, la cual ser conectada por pernos o por soldadura. Adems, esta disposicin controla por sobre las disposiciones anteriormente calculadas, ya que necesita de una mayor dimensin.

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4. Eleccin de los perfiles La eleccin de los probables perfiles se realiza de acuerdo a su dimensin, donde la mayor dimensin deber ser de 6 in como mnimo. Con esta disposicin, obtenemos los siguientes perfiles:

Tabla 1: Perfiles a analizar.

Para las siguientes tablas, se consideran valores en el sistema ingls, donde fy y fu corresponden a unidades en ksi, el peso del perfil en lb/ft, radio de giro mnimo (r min) en pulgadas (in), rea brut en pulg2, Ae (aper.) corresponde al rea efectiva para conexiones apernadas, Ae (sold.) corresponde al rea efectiva para conexiones soldadas, y los valores de resistencia a fluencia y fractura poseen unidades de kips.

Tabla 2: Propiedades de perfiles.

Tipo perfil PerfilW w8x10W w8x13W w8x15L L7x4x3/8L L7x4x7/16L L8x4x7/16

Cuad. HSS7x2x1/8Cuad. HSS7x2x3/16Cuad. HSS7x2x1/4Canal C9x13,4Canal C8x11,5

Tipo perfil Perfil fy fu peso r min Ag Ae (aper.) Ae (sold.)W w8x10 50 65 10 0.841 2.96 2.22 2.52W w8x13 50 65 13 0.843 3.84 2.88 3.26W w8x15 50 65 15 0.876 4.44 3.33 3.77L L7x4x3/8 36 58 13.6 0.873 4.00 3.00 3.40L L7x4x7/16 36 58 15.7 0.869 4.63 3.47 3.94L L8x4x7/16 36 58 17.2 0.867 5.11 3.83 4.34

Cuad. HSS7x2x1/8 46 58 7.31 0.871 2.00 1.50 1.70Cuad. HSS7x2x3/16 46 58 10.7 0.845 2.93 2.20 2.49Cuad. HSS7x2x1/4 46 58 13.91 0.819 3.84 2.88 3.26Canal C9x13,4 50 65 13.4 0.613 3.94 2.96 3.35Canal C8x11,5 50 65 11.5 0.623 3.37 2.53 2.86

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Tabla 3: Resistencias a fluencia y fractura de perfiles para distintas conexiones.

Tabla 4: Variacin porcentual de resistencias con respecto a las obtenidas por combinaciones de cargas.

Para la tabla 4, los valores corresponden al porcentaje de variacin entre las tracciones obtenidas por combinaciones de carga (Tmx y Tu) y las resistencias obtenidas en la tabla 3. Adems, se recuerdan los valores anteriormente obtenidos:

Mtodo ASD: Tmx= 33.77 ton = 74.45 kips

Mtodo LRFD: Tu= 54.66 ton = 120.5 kips

Tipo perfil Perfil asd lrfd asd lrfd asd lrfd asd lrfdW w8x10 88.62 133.20 72.15 108.23 88.62 133.20 81.77 122.66W w8x13 114.97 172.80 93.60 140.40 114.97 172.80 106.08 159.12W w8x15 132.93 199.80 108.23 162.34 132.93 199.80 122.66 183.98L L7x4x3/8 86.23 129.60 87.00 130.50 86.23 129.60 98.60 147.90L L7x4x7/16 99.81 150.01 100.70 151.05 99.81 150.01 114.13 171.19L L8x4x7/16 110.16 165.56 111.14 166.71 110.16 165.56 125.96 188.94

Cuad. HSS7x2x1/8 55.09 82.80 43.50 65.25 55.09 82.80 49.30 73.95Cuad. HSS7x2x3/16 80.71 121.30 63.73 95.59 80.71 121.30 72.22 108.34Cuad. HSS7x2x1/4 105.77 158.98 83.52 125.28 105.77 158.98 94.66 141.98Canal C9x13,4 117.96 177.30 96.04 144.06 117.96 177.30 108.84 163.26Canal C8x11,5 100.90 151.65 82.14 123.22 100.90 151.65 93.10 139.64

APERNADAS SOLDADAFluencia Fractura Fluencia Fractura

Tipo perfil Perfil asd lrfd asd lrfd asd lrfd asd lrfdW w8x10 0.19 0.11 -0.03 -0.10 0.19 0.11 0.10 0.02W w8x13 0.54 0.43 0.26 0.17 0.54 0.43 0.42 0.32W w8x15 0.79 0.66 0.45 0.35 0.79 0.66 0.65 0.53L L7x4x3/8 0.16 0.08 0.17 0.08 0.16 0.08 0.32 0.23L L7x4x7/16 0.34 0.24 0.35 0.25 0.34 0.24 0.53 0.42L L8x4x7/16 0.48 0.37 0.49 0.38 0.48 0.37 0.69 0.57

Cuad. HSS7x2x1/8 -0.26 -0.31 -0.42 -0.46 -0.26 -0.31 -0.34 -0.39Cuad. HSS7x2x3/16 0.08 0.01 -0.14 -0.21 0.08 0.01 -0.03 -0.10Cuad. HSS7x2x1/4 0.42 0.32 0.12 0.04 0.42 0.32 0.27 0.18Canal C9x13,4 0.58 0.47 0.29 0.20 0.58 0.47 0.46 0.35Canal C8x11,5 0.36 0.26 0.10 0.02 0.36 0.26 0.25 0.16

Fluencia FracturaAPERNADAS SOLDADA

Fluencia Fractura

11

Si el porcentaje en la tabla 4 posee un valor positivo indica que su resistencia es mayor, mientras que si posee un valor negativo corresponde a una resistencia menor.

Finalmente, se escogen los mejores perfiles, de acuerdo a su porcentaje de resistencia, los cuales son los especificados en la tabla 5.

Tabla 5: Perfiles seleccionados.

El perfil W8x10 posee un muy buen comportamiento para una conexin soldada, sin embargo posee una menor resistencia por fractura apernada necesaria para este caso. El perfil W8x13 compensa la deficiencia del perfil anterior, y es una mejor alternativa para conexiones apernadas. El perfil L7x4x3/8 junto al HSS7x2x1/4 corresponden a buenas alternativas, donde resisten muy bien las solicitaciones utilizadas, sin embargo quedan descartadas por poseer un peso mayor a las alternativas de perfil W.

Por lo tanto, se concluye que se deben verificar las disposiciones para los siguientes perfiles:

Conexin apernada: Perfil W8x13. Conexin soldada: Perfil W8x10.

Es probable que el perfil W8x10 pueda resistir la fractura con conexin apernada, sin embargo hay que verificar que su rea efectiva sea mayor al 75% del rea bruta.

Tipo perfil Perfil fy fu peso r minW w8x10 50 65 10 0.841W w8x13 50 65 13 0.843L L7x4x3/8 36 58 13.6 0.873

Cuad. HSS7x2x1/4 46 58 13.91 0.819

12

5. Verificacin del espacio para llave de torque

Segn lo especificado en la tabla 6, para los pernos pulgada se debe considerar una distancia desde el eje del perno hasta el comienzo del filete de unos pulgada.

Tabla 6: Distancias para consideracin de llave de torque.

13

6. Conclusin

Dada la gran resistencia del material de construccin Acero, es que es el preferido en las construcciones, pero para poder ocuparlo de una manera ptima es necesario conocer las propiedades mecnicas de este material, como as mismo encontrar la mejor manera de poder unir las piezas, ya que a diferencia del hormign, el cual es un material que se puede preparar en terreno, el acero viene desde una planta siderrgica, muchas veces siendo necesario un transporte de esta, es por esto que existen restricciones como la esbeltez, para evitar as posible deformaciones del material.

En el trabajo se lograron estudiar dos tipos de conexiones, Soldada y apernada, para ambos casos, fue necesario estudiar los requerimientos mnimos de espaciamiento y resistencia.

14

18/9/2014 Correo de Universidad Catlica del Norte - Ejercicio Nmero 1 Grupo 3


Jorge Omerovic

Ejercicio Nmero 1 Grupo 31 mensaje

Angel Rivera Bobadilla 12 de septiembre de 2014, 11:50Para: [email protected], [email protected]

Adjunto Ejercicio 1

-- Angel Rivera BobadillaEstudiante Ingeniera Civil | Universidad Catlica del [email protected]

Ejercicio Nmero 1 GRUPO 3.docx288K

Ejercicio N 1

Diseo a traccin

Integrantes: Monserrat Rivera Casanova

Betty Mena Ahumada

Angel Rivera Bobadilla

Profesor: Jorge Omerovic

Ayudante: Vctor Carvajal

Curso: Diseo en Acero 2014-2

Fecha: 12/09/2014

FACULTAD DE CIENCIAS DE INGENIERA Y CONSTRUCCIN

CARRERA DE INGENIERA CIVIL

Ejercicio n1






- Considerar el acero norteamericano con que se cuente en la Tabla que utilice del Manual AISC-14th - Steel Construction Manual2010.pdf para determinar las propiedades de los perfiles y su capacidad aproximada.

-Usar Norma AISC 2010 para actualizar otros requisitos del diseo a traccin.


Desarrollo

Datos del problema:

Longitud entre apoyos: 6 m Angulo inclinado: 42 PAR Pasos de 3 Gramil mnimo de 4 Distancia a borde cargado mnimo de 11/4 Tipos de acero: ASTM 992 , Fy = 50ksi Fu = 65 ksi

ASTM 36, fy =36 ksi Fu =58 ksi

Existen dos mtodos LRFD y ASD en cada uno de stos se debe obtener la carga mxima (traccin) mediante las tablas excel en donde se encuentran todas las combinaciones de cargas (norma chilena NCh 3171 of 2010) que ya vienen determinadas por lo cual se obtiene rpidamente el valor mximo que ocuparemos para cada mtodo.

Tmax (T) Tmax (kips) LRFD 54,66 120,5 ASD 33,77 74,45

Luego se debe escoger varias opciones de perfiles para poder obtener el perfil ms adecuado que ste ser el que cumple con todas las restricciones.

Tambien se deber obtener la cantidad de pernos y para esto se debe considerar lo siguiente:

PAR , se puede resistir alrededor de 5 T en condiciones de servicio.

=

ASD:

= 33,77 5

= 6,754 7 pernos Pero como se debe colocar pernos en nmero par entonces se colocara 8 pernos LRFD

= 54,66 11,670,9 = 7,28 8 pernos

Para ambos mtodos la cantidad de pernos es 8

Restricciones

Restriccin por esbeltez:

Rmin 600/300

Por lo tanto rmin 2cm = 0,787 pulg

Restriccin por altura:

H a /90

Donde: = 42 a = L*cos a = 600*cos(42) a = 445,88 Luego H 445,88/90 H 4,954 cm = 1,95 pulg

Restriccin por longitud: Resistencia de soldadura = 1 T/cm ASD: LRFD: L = 33, 77/1 = 33, 77 cm L= 54,66/(1*1,67*0,9) L= 36, 36 cm

Mtodo ASD

Restriccin por fluencia

ASTM 992: Fy =50 ksi ( para perfiles W )

Se tiene que:

Tu = 74,45 kips = 1,6 Tu

Tu =

Despejando Ag se tiene:

Ag =

= 74,451,67

50 = 2,486 pulg 2

ASTM 36: Fy = 36 ksi ( para perfiles L )

Ag =

= 74,451,67

36 = 3,45 pulg2

Restriccin por ruptura:

ASTM 992: Fu= 65 ksi ( perfiles W ) Se tiene que:

= 2 D = 0,75 (apernados)

Ag =

= 74,452

650,75 = 3,05 pulg2 Ae = 0,75*Ag Ae = 0,75*3,05 Ae = 2,28 pulg

ASTM 36: Fu = 58 ksi ( para perfiles L )

Ag =

= 74,452

580,75 = 3, 423 pulg2 Luego de calcular las areas brutas para cada tipo de perfil se procede a comparar con las restricciones de fluencia y de ruptura y se considerar la de mayor area bruta, es decir, que se sera el area bruta de diseo. Se obtiene las siguientes areas brutas: Luego de haber obtenido la mayor area bruta se procede a buscar los perfiles que cumplan con las condiciones. Perfiles L

Ag = 3,45 rmin = 0,787 pulg

Los 3 perfiles cumplen con el area bruta requerida pero se descarta el perfil L4x3 x ya que no cumple con el rmin y los otros dos que quedan se descartar ya que L5x5x no cumplir con las distancias del alma porque tiene una distancia de 5 y se require una distancia mayor a 6 y el otro perfil que queda tiene una distancia de 6 se encuentra muy en el limite por lo tanto se decidi buscar otro tipo de perfil.

1 2 1 2

Perfiles W Ag = 3,05 pulg2 rmin = 0,787 pulg

Luego de haber escogido algunas opciones posibles de perfiles se empezar a descartar mediante a las restricciones mencionadas anteriormente.

Se puede observar que stos 3 perfiles cumplen con el rea bruta ya que son mayor que Ag= 3,05 pulg.

Pero el perfil W10x12 se descarta ya que no cumple con el radio min ya que el rmin= 0,787pulg y ste perfil tiene un r = 0,785 por lo tanto preferimos descartarlo.

Los otros dos perfiles que quedan cumplen con el radio mnimo pero el perfil W6x12 se descarta ya que no cumple con la distancia del alma ya que el gramil es igual a 4 y la distancia min de borde del ala por norma es 1 por lo que hace una distancia total a 6 entonces este perfil se encuentra muy justo con la distancia requerida por lo tanto se escoger el perfil W8x13 ya que cumple con todas las restricciones requeridas.

Segn enunciado:

Dimetro perno : 3/4 pulg Pasos = 3 pulg Gramil = 4 pulg Distancia a borde a borde cargado = 5/4 pulg

Analizaremos el perfil W8x13 para ver si cumple con las disposiciones requeridas

Dimetro de clculo:

Dcalculo = Dperno + 1/8 pulg

Dcalculo = 3/4 pulg + 1/8 pulg

Dcalculo = 7/8 pulg

Restricciones por disposiciones de conexiones:

Dbd = ( 13/2 pulg 4 pulg ) x 1/2

Dbd = 1,25 pulg

Verificar distancia para el apriete con llave:

Tabla 8-4 perno 3/4 C3 = 3/4 pulg = 0,75 pulg

C3 Dbd

0,75 pulg 1,25 pulg cumple!

Apriete de perno 3/4 pulg (alma):

Perno 3/4 pulg socket 9/4 pulg = 2,25 pulg

Dsocket/2 = 2,25/2 = 1,125

1,125 < Dbd = 1,25 pulg cumple!

Verificacin traccin :

Ag = 3,84 pulg (diseo )

Ag *Tmax/ Fy

3,84 pulg2 * 50 ksi 1,67 * Tmax

Tmax 114,97 kips

Por mtodo ASD

Tdiseo Trequerido

114,97 kips 74,29 kips cumple!

Centroide:

X = 1,25 pulg

Ae = U*An U= 1- x/L

Donde:

L = 3 * paso U = 1 1,25 pulg/9 pulg

L = 3 * 3 pulg U = 0,861

L = 9 pulg

An = Ag 2 * Dcalculo * tw

An = 3,84 pulg2 2 * (7/8 pulg) * pulg

An = 3,4025 pulg2

Ae = U * An = 0,861 * 3,4025 pulg2

Ae = 2,929 pulg2 Area Efectiva

Verificacin por ruptura:

Ag *Tmax/ Fn*D

3,84 * 0,75 * 65 2 * Tmax

Tmax 93,6 kips

Tdiseo Trequerido

93,6 kips 74,29 kips cumple!

Desgarramiento:

Anv = 2 (L + Dbd 3*Dcalculo 1/2*Dcalculo)*tw

Anv = 2 (9 + 1,25 3(7/8) 1/2(7/8)) * 1/4

Anv = 3,594 pulg2

Ant = (gramil Dcalculo)*tw

Ant = (4 pulg 7/8 pulg)* pulg

Ant = 0,7813 pulg2

Agr = 2 (L + Dbd) * tw

Agr = 2 (9 + 1,25) * 1/4

Agr = 5,125 pulg2

Caso 1 Caso 2

Fractura corte + Fractura traccin Fluencia corte + Fractura traccin

0,60*Fn*Anv + Ubs*Fn*Ant 0,60*Fy*Agv + Ubs*Fu*Ant

165,56 179,14

Tr = 165,56 kips

Metodo ASD:

Tmax Tn/

Tmax 165,56 kips / 2

Tmax 82,78 kips

Requerido = 74,29 kips 82,78 kips

Metodo LRFD:

Tmax * Tn

Tmax 0,75*165,56 kips

Tmax 124,17 kips

Requerido = 74,29 kips 124,17 kips

Mtodo LRFD

Restriccin por fluencia

ASTM 992: Fy =50 ksi ( para perfiles W )

Se tiene que:

Tu = 120,252 kips = 0,9 Tu Tu =

Despejando Ag se tiene:

Ag =

= 120,252

0,950 = 2,67 pulg 2 ASTM 36: Fy = 36 ksi ( para perfiles L )

Ag =

= 120,252

0,936 = 3,71 pulg2

Restriccin por ruptura: ASTM 992: Fu= 65 ksi ( perfiles W ) Se tiene que:

= 0,75 D = 0,75 (apernados)

Ag =

= 120,2520,75650,75 = 3,29 pulg2

ASTM 36: Fu = 58 ksi ( perfiles L )

Ag =

= 120,252

0,75580,75 = 3,68 pulg2 Como en el mtodo anterior, se procede a comparar las reas brutas de cada perfil por las restricciones de fluencia y de ruptura y se elige la mayor rea de estas dos. Cabe destacar que se descartara el perfil L, ya que no cumple con las disposiciones de los pernos, es decir, tiene poca distancia para las especificaciones y restricciones de estos.

Perfiles W

Ag = 3,29 pulg2 rmin = 0,787 pulg

Notamos que el perfil W8x13 cumple con el rea requerida y las tensiones de fluencia y ruptura, si bien no es el ms liviano, la distancia del alma favorece a nuestro diseo.

18/9/2014 Correo de Universidad Catlica del Norte - ejercicio 1 Diseo en acero


Jorge Omerovic

ejercicio 1 Diseo en acero1 mensaje

Gaston Carvajal 12 de septiembre de 2014, 11:49Para: "[email protected]" , "[email protected]"

Diseo en acero, Ejercicio 1. grupo 4.rar2967K

Universidad Catlica del Norte Facultad de Ciencias de la Ingeniera y Construccin Departamento de Ingeniera Civil Antofagasta - Chile

DISEO EN ACERO SEGUNDA PARTE. EJERCICIO 1

Curso : Diseo en acero IC-804 Alumnos : Astrid Seplveda Vera.

Pablo Araya Tapia. Gastn Carvajal Ibacache Profesor : Jorge Omerovic P. Ayudante : Victor Carvajal T Fecha : 12-09-2014 Grupo : Numero 4

2

NDICE

ENUNCIADO PARTE 2 ........................................................................................................................... 3

DETERMINACION DE LAS CARGAS DE DISEO ..................................................................................... 4

RESTRICCIONES .................................................................................................................................... 7

VERIFICACIN DE CASOS DE FALLA EN LAS CONECCIONES ............................................................... 10

ESTADO LIMITE DE FRACTURA POR TRACCIN ................................................................................. 11

ESTADO LIMITE POR DESGARRAMIENTO ........................................................................................... 14

SOLDADURA DE FILETE ....................................................................................................................... 16

CONCLUSIN ...................................................................................................................................... 17

ANEXOS .............................................................................................................................................. 18

3

ENUNCIADO PARTE 2

En las Tablas Excel entregadas como anexo se encuentran las solicitaciones de servicio para las

cuales se debe disear el perfil de menor peso por el Mtodo LRFD y ASD de manera manual.



PAR , para los cuales se puede estimar que cada uno puede resistir alrededor de 5 T en

condiciones de servicio. Suponga pasos de 3, gramil mnimo de 4 y distancia a borde cargado

mnimo de 1 . Recordar que se debe cumplir con las distancias para el apriete de los pernos con

la llave de torque (lo que debe verificarse).

Soldadura de filete con electrodo E70XX (AWS) para la cual se puede estimar que en condiciones

de servicio puede resistir alrededor de 1 T/cm de longitud de filete.

- Considerar el acero norteamericano con que se cuente en la Tabla que utilice del Manual AISC-

13th - Steel Construction Manual2005.pdf para determinar las propiedades de los perfiles y su

capacidad aproximada.


Utilice la forma de perfil que resulte la ms econmica, incluido tubulares. En caso de ocupar

perfiles tipo Canal o W considere que por motivos de las instalaciones de piping estos deben

colocarse con su mayor dimensin orientada horizontalmente.

4

DETERMINACION DE LAS CARGAS DE DISEO

Cargas de servicio: (Cargas de servicio elegidas, segn la tabla entregada, para el valor mximo

positivo a traccin)

Peso Propio (T)

TD -10,58

Sobrecarga del techo(Tr)

TLr -10,19

Sobrecarga de uso (L)

L 0

Sobrecarga de lluvia

R 0

Viento Transversal (T)

TW1 40,11

TW1 40,11

Sismo Longitudinal (T)

TE2 0

TE2 0

Nieve Total (T)

TS1 -6,79

Nieve Parcial (T)

TS2 -1,71

5

Combinaciones de carga:

Metodo LRFD:

COMBINACIONES LRFD

Numero Formula

1 1,4*D

2 1,2*D+1,6*L+0,5*Lr

1,2*D+1,6*L+0,5*S

1,2*D+1,6*L+0,5*R

3a 1,2*D+1,6*Lr+L

1,2*D+1,6*S+L

1,2*D+1,6*R+L

3b 1,2*D+1,6*Lr+0,8W

1,2*D+1,6*Lr-0,8W

1,2*D+1,6*S+0,8W

1,2*D+1,6*S-0,8W

1,2*D+1,6*R+0,8W

1,2*D+1,6*R-0,8W

4 1,2*D+1,6*W+L+0,5*Lr

1,2*D-1,6*W+L+0,5*Lr

1,2*D+1,6*W+L+0,5*S

1,2*D-1,6*W+L+0,5*S

1,2*D+1,6*W+L+0,5*R

1,2*D-1,6*W+L+0,5*R

5 1,2*D+1,4*E+L+0,2*S

1,2*D-1,4*E+L+0,2*S

6 0,9*D+1,6*W

0,9*D-1,6*W

7 0,9*D+1,4*E

0,9*D-1,4*E

Valor de la carga a traccin:

Pernos a utilizar:

6

Metodo ASD:

COMBINACIONES ASD

Numero Formula

1 D

2 D+L

3 D+Lr

D+S

D+R

4 D+0,75*L+0,75*Lr

D+0,75*L+0,75*S

D+0,75*L+0,75*R

5a D+W

D-W

5b D+E

D-E

6a D+0,75*W+0,75*L+0,75*Lr

D-0,75*W+0,75*L+0,75*Lr

D+0,75*W+0,75*L+0,75*S

D-0,75*W+0,75*L+0,75*S

D+0,75*W+0,75*L+0,75*R

D-0,75*W+0,75*L+0,75*R

6b D+0,75*E+0,75*L+0,75*S

D-0,75*E+0,75*L+0,75*S

7 0,6*D+W

0,6*D-W

8 0,6*D+E

0,6*D-E

Valor de la carga a traccin:

Pernos a utilizar

Ya que los pernos resisten 5 Ton en condiciones de servicio, seran 7 pernos, pero para cumplir una

simtria deben ser numeros pares, por tanto se colocaran 8 pernos.

7

RESTRICCIONES

Posibles perfiles: De acuerdo al manual AISC - 13th - Steel Construction Manual 2005 para

determinar propiedades de los perfiles y sus capacidades aproximadas, se llego a que estos perfiles

se acercan mas a su capacidad de carga, pero el perfil W8 X 10 no cumple restricciones, por tanto

se usa W8 X 13.

Mtodo LRFD Mtodo ASD

W8 X 13 W8 X 13

W8 X 10 W8 X 10

Restriccin por esbeltez:

Evita que el elemento estructural sufra deformaciones considerables en el transporte desde la

fbrica al montaje.

.

Restriccion de altura:

Evita que el elemento estructural sufra deformaciones originadas por el peso propio y vibraciones

producidas por viento o equipos.

( )

( )

.

8

Restriccin por disposicion de conexiones:

Se debe verificar que el ancho del alma permita colocar los pernos de con un gramil de 4 y una

distncia a borde cargado minmo de 1 .

Propiedades del perfil:

x

r

x

tf

tw

y k1

k

d T

k y

bf

9

Verificacin de distancias para el apriete de pernos con llave de torque (C3), considerando la

curvatura que existe en el perfil W, comprobando el apriete de pernos en el alma:

(

)

(

)

Cumple con la condicin de apriete de pernos en el alma.

10

VERIFICACIN DE CASOS DE FALLA EN LAS CONEXIONES

Estado limite de fluencia por traccin:

Condicin de diseo (LRFD):

.

Condicin de diseo (ASD):

11

ESTADO LIMITE DE FRACTURA POR TRACCIN

Donde Ae corresponde al rea efectiva, definida por:

Donde U no requiere ser menor que la razn entre el rea bruta del elemento conectado y el rea

bruta del elemnto:

( )

( ( ))

De acuerdo a AISC 2010:

12

donde, l: longitud de conexin y : exentricidad de conexin.

Luego, An corresponde al rea neta, definida por:

(

)

Por tanto,

Entonces,

Condicin para combinacin LRFD:

13

Condicin para combinacin ASD:

14

ESTADO LIMITE POR DESGARRAMIENTO

La tensin disponible para el estado lmite de rotura de bloque de corte a lo largo de la falla de

corte y la ruta perpendicular a la tensin de fallo, se tomar como:

rea neta de corte:

[ ( ) ]

[ (

) ]

rea neta de traccin:

[ ( )]

[ (

]

15

rea bruta de corte:

( )

( )

Por lo tanto,

16

SOLDADURA DE FILETE

Longitud de soldadura

Espesor minimo, (por la tabla J2.3 del cdigo AISC 360) ser de 3mm

Diseo para metal de soldadura

= Tension nominal del metal de soldadura

= Area efectiva de la soldadura

[

]

LRFD:

rea efectiva: Ser la longitud efectiva multiplicada opr la garganta efectiva.

Garganta efectiva: Menor distancia desde la raz hasta la superficie de soldadura.

Longitud efectiva: longitud del eje central de la soldadura a lo largo del plano que pasa a travs de

la garganta.

17

CONCLUSIN

En primera instancia, por lo dispuesto por las cargas ltimas de diseo (tanto para el mtodo ASD como para el mtodo LRFD), se eligi un perfil W8X10, ya que era el perfil que se acercaba a los valores de la carga ltima, sin embargo en el proceso de verificacin no cumpli las distancias en las conexiones, en su defecto se eligi la ms prxima, W8X13. Si bien este perfil no es el ptimo (sabido por el rea del perfil) cumple con todas las verificaciones dispuestas por el cdigo AISC-360. Cabe destacar que para el clculo del centro de gravedad de la seccin transversal se ocupe el programa AUTOCAD y fue exportado el dato. En el programa dicho, tampoco se tom en cuenta el filete del perfil, ya que la desviacin del error es mnima, llegando a ser despreciable.

18

ANEXOS

Tabla tensin axial del Perfil W8 X 13

19

Tabla dimensiones del perfil W8 X 13

18/9/2014 Correo de Universidad Catlica del Norte - Ejercicio 1 Laura Alcayaga - Pa Crcamo - Marjorie Tran


Jorge Omerovic

Ejercicio 1 Laura Alcayaga - Pa Crcamo - Marjorie Tran1 mensaje

Pa Carcamo Sarria 12 de septiembre de 2014, 11:50Para: [email protected], [email protected]

Adjunto Ejercicio 1

Saludos

Prueba Acero Pa Crcamo Laura Alcayaga Marjorie Tran .docx180K

EJERCICIO N1: SEGUNDA PARTE

DISEO EN TRACCIN Curso : Diseo en Acero IC 804

Alumnos : Laura Andrea Alcayaga Olivares.

Pa Carolina Crcamo Sarria.

Marjorie Andrea Tern Jorquera

Profesor : Jorge Bernardo Omerovic Pavlov

Ayudante : Vctor Manuel Carvajal Talamilla

Fecha : 12 de Septiembre del 2014

Universidad Catlica del Norte Facultad de Ciencias de la Ingeniera y Construccin Departamento de Ingeniera Civil Antofagasta - Chile

2

INDICE

1. INSTRUCCIONES 3

2. Clculo de las solicitaciones de servicio 3 2.1.1. Mtodo LRFD 4 2.1.2. Mtodo ASD 5 2.1.3 Clculo de nmero de pernos 5

2.2. Pre-diseo 6 2.2.1. Restricciones Geomtricas 6 2.2.1.1. Restriccin por Esbeltez 6 2.2.1.2. Restriccin por Altura. 7 2.2.2. Diseo ptimo para perfil W y Canal 7 2.2.3. Restricciones por Fluencia a Traccin para perfil W y Canal 7 2.2.4. Resistencia por Fractura en Seccin Bruta: 8 2.2.5. Otras consideraciones para el pre-diseo geomtrico 9

3. Propiedades 9 3.1.1. Perfil W 8 x 13 9 3.1.2. Perno PAR 10 3.1.3. Ubicacin del perno en el alma 10 3.1.3.1. Distancia Horizontal 10 3.1.3.2. Distancia Vertical Mnima Hilo-Rosca 10 3.1.3.3. Distancia Vertical Mnima Hilo-Hilo 10

4. Comprobaciones 11 4.1.1. Estado Lmite de Fractura por Traccin 11 4.1.2. Estado Lmite por Desgarramiento 12

5. Anlisis por soldadura 14

5.1. Calculo del largo de la soldadura 14

5.2. Restriccin de esbeltez 14

5.3. Restriccin por Altura: Restriccin para limitar la deformacin por peso propio 144

5.3.1. Restricciones por Fluencia a Traccin para perfil W y Canal 15 5.3.2. Resistencia por Fractura en Seccin Bruta: Pn = Fy Ag conFy = 65[kip] 15

3

1. INSTRUCCIONES

Segunda Parte (Grupo de 3 alumnos-Con apuntes- y con consulta a ayudante y profesor) En las Tablas Excel entregadas como anexo se encuentran las solicitaciones de servicio para las cuales se debe disear el perfil de menor peso por el Mtodo LRFD y ASD de manera manual. El elemento estructural es de 6 m de longitud entre apoyos, inclinado en un ngulo de 42. Considere que las alternativas de conexin en sus conexiones extremas son:




2. Clculo de las solicitaciones de servicio

Considerando los valores entregados de las cargas que actan sobre el elemento traccionado, se calcularn las solicitaciones de servicio por los mtodos LRFD y ASD. No se consideran sobrecargas ni cargas de lluvia. Las cargas de anlisis y sus combinaciones son:

Nieve Total Nieve Total Nieve Total Nieve Total Viento Transversal Viento Transversal Viento Longitudinal Viento Longitudinal Sismo Transversal Sismo Longitudinal Sismo Transversal Sismo Longitudinal

TIPO Caso 1 Caso 2 Caso 3 Caso 4 Caso 5 Caso 6 Caso 7 Caso 8

D= -10,58 -10,58 -10,58 -10,58 -10,58 -10,58 -10,58 -10,58 Lr= -10,19 -10,19 -10,19 -10,19 -10,19 -10,19 -10,19 -10,19 S= -6,79 -6,79 -6,79 -6,79 -6,79 -6,79 -6,79 -6,79 W= 40,11 -33,19 40,11 -33,19 14,15 14,15 14,15 14,15 E= 28,53 -28,53 0,000 0,000 28,53 -28,53 0,000 0,000

4

Nieve Parcial Nieve Parcial Nieve Parcial Nieve Parcial Viento Transversal Viento Transversal Viento Longitudinal Viento Longitudinal Sismo Transversal Sismo Longitudinal Sismo Transversal Sismo Longitudinal

TIPO Caso 9 Caso 10 Caso 11 Caso 12 Caso 13 Caso 14 Caso 15 Caso 16 D= -10,58 -10,58 -10,58 -10,58 -10,58 -10,58 -10,58 -10,58 Lr= -10,19 -10,19 -10,19 -10,19 -10,19 -10,19 -10,19 -10,19 S= -1,71 -1,71 -1,71 -1,71 -1,71 -1,71 -1,71 -1,71 W= 40,11 -33,19 40,11 -33,19 14,15 14,15 14,15 14,15 E= 28,53 -28,53 0,000 0,000 28,53 -28,53 0,000 0,000

2.1.1. Mtodo LRFD

Las cargas ltimas calculadas para cada una de las 25 combinaciones de carga son:

Nieve Total Nieve Total Nieve Total Nieve Total Viento Transversal Viento Transversal Viento Longitudinal Viento Longitudinal Sismo Transversal Sismo Longitudinal Sismo Transversal Sismo Longitudinal Caso 1 Caso 2 Caso 3 Caso 4 Caso 5 Caso 6 Caso 7 Caso 8

-204,939 -177,230 -204,939 -177,230 -134,977 -134,977 -101,093 -101,093 136,654 108,946 136,654 108,946 76,038 76,038 32,809 32,809

Nieve Parcial Nieve Parcial Nieve Parcial Nieve Parcial

Viento Transversal Viento Transversal Viento Longitudinal Viento Longitudinal Sismo Transversal Sismo Longitudinal Sismo Transversal Sismo Longitudinal Caso 9 Caso 10 Caso 11 Caso 12 Caso 13 Caso 14 Caso 15 Caso 16

-204,939 -177,230 -204,939 -177,230 -134,977 -134,977 -101,093 -101,093 136,654 108,946 136,654 108,946 76,038 76,038 35,384 35,384 La carga ltima mxima de compresin es de 204,939 [Tonf] = 451,813 [kip]. La carga ltima mxima de traccin es de 136,654 [Tonf] = 301,271 [kip].

Las cargas de servicio calculadas para cada una de las 24 combinaciones de carga son:

Nieve Total Nieve Total Nieve Total Nieve Total

Viento Transversal Viento Transversal Viento Longitudinal Viento Longitudinal Sismo Transversal Sismo Longitudinal Sismo Transversal Sismo Longitudinal Caso 1 Caso 2 Caso 3 Caso 4 Caso 5 Caso 6 Caso 7 Caso 8 -81,98 -70,89 -81,89 -70,89 -53,99 -53,99 -40,44 -40,44 54,66 43,58 54,66 43,58 30,42 30,42 13,12 13,12

5


Viento Transversal Viento Transversal Viento Longitudinal Viento Longitudinal Sismo Transversal Sismo Longitudinal Sismo Transversal Sismo Longitudinal Caso 9 Caso 10 Caso 11 Caso 12 Caso 13 Caso 14 Caso 15 Caso 16 -81,98 -70,89 -81,98 -70,89 -52,97 -52,97 -40,44 -40,44 54,66 43,58 54,66 43,58 30,42 30,42 13,12 13,12 La carga de servicio mxima de compresin es de -81,98 [Tonf] = -180,57 [kip]. La carga de servicio mxima de traccin es de 54,66 [Tonf] = 120,39[kip].

2.1.2. Mtodo ASD

Las cargas de servicio calculadas para cada una de las 24 combinaciones de carga son:

Nieve Total Nieve Total Nieve Total Nieve Total Viento Transversal Viento Transversal Viento Longitudinal Viento Longitudinal Sismo Transversal Sismo Longitudinal Sismo Transversal Sismo Longitudinal Caso 1 Caso 2 Caso 3 Caso 4 Caso 5 Caso 6 Caso 7 Caso 8 -50,70 -43,77 -50,70 -43,77 -39,11 -39,11 -28,84 -28,84 33,77 26,84 33,77 26,84 22,18 22,18 7,81 7,81


Viento Transversal Viento Transversal Viento Longitudinal Viento Longitudinal Sismo Transversal Sismo Longitudinal Sismo Transversal Sismo Longitudinal Caso 9 Caso 10 Caso 11 Caso 12 Caso 13 Caso 14 Caso 15 Caso 16 -50,70 -43,77 -50,70 -43,77 -39,11 -39,11 -28,84 -28,84 33,77 26,84 33,77 26,84 22,18 22,18 7,81 7,81 La carga de servicio mxima de compresin es de -50,70 [Tonf] = -111,83 [kip]. La carga de servicio mxima de traccin es de 33,77[Tonf] = 74,38 [kip].

2.1.3. Clculo de nmero de pernos

Considerando la carga de servicio mxima de traccin y la resistencia de los pernos de alta resistencia de en sus conexiones extremas PAR que corresponde a 5 [Tonf], el nmero de pernos necesarios son: Para LRFD

= x x = 33,77 []5 1,67 0,9 [] = 7,27 8

6

Para ASD

= = 33,77 []5 [] = 6,75 8

Por condiciones de simetra en la conexin, se utilizaran 8 pernos.

2.2. Pre-diseo 2.2.1. Restricciones Geomtricas

2.2.1.1. Restriccin por Esbeltez

= 300

Despejando de la inecuacin tenemos que:

600300 = 2[]

Considerando el uso de un perfil W, las dimensiones geomtricas mnimas son:

2.2.1.2. Restriccin por Altura: Restriccin para limitar la deformacin por peso propio.

Para vigas, por simple inspeccin, sabemos que el radio de giro mnimo es el paralelo al eje y por proporcin geomtrica tenemos h2b. Por lo tanto, despejando de la expresin de tenemos que ,[] .

= < 45 Cumple el valor de . = [] >

, donde corresponde a de la restriccin por

esbeltez. = () = () = , []

> ,

= ,[] = . [] Como el de la restriccin por esbeltez es mayor que el de la restriccin por peso propio; por lo tanto controla la

7

2.2.2. Diseo ptimo para perfil W y Canal En el diseo en acero es habitual admitir que la solicitacin pueda superar hasta en un 3% a la resistencia requerida, considerndose esto en el rango del diseo ptimo debido a la gran cantidad de incertezas que preceden el clculo, originadas principalmente en la evaluacin de sus cargas y sus combinaciones.

= 0,97 74,38[] = 72,14[] 72[] = 0,97 120,39[] = 116,77[] 117[]

2.2.3. Restricciones por Fluencia a Traccin para perfil W y Canal

= 50 454 []2,542[2] = 3518,51 [][2] LRFD

: = 0,9

= = 546600,9 3518,51 = 17,26 [2] = 2,675 [2]

= 0,75 = 2 [2] ASD

: = 1,67

= = 1,67 337703518,51 = 16,028 [2] = 2,48 [2]

= 1,86 [2] 2.2.4. Resistencia por Fractura en Seccin Bruta: = con = []

= 65 454 []2,542[2] = 4574,06 [][2]

8

LRFD

= = 546600,75 4574,06 = 15,93 [2] = 2,469 [2]

= 0,75 = 21,24 [2] = 3,29 [2] ASD

= = 1.67 337704574,06 = 14,76[2] = 2,28 [2]

= 0,75 = 19,68[2] = 3,05 [2]

9

2.2.5. Otras consideraciones para el pre-diseo geomtrico Considerando la ubicacin de 3 planos paralelos de 2 pernos cada uno en el alma, realizaremos una aproximacin de la altura del alma:

> + = 9"4 + 4" = 6,25[] Considerando como primer parmetro de eleccin que la resistencia del perfil cumpla con la requerida, se analizan 3 perfiles que cumplan con las exigencias de pre-diseo por ambos mtodos. El estudio de factibilidad se resume en el cuadro siguiente:

Perfil LRFD_Fu (kip) ASD_Fa (kip) bf (in) rmin (in) T (in) Ag (in2) Ae (in2) Cumple? ptimo 120 74 1,95 0,787 6,25 3,29 0,75 Ag < -

W 8 x 13 140 93,6 4 0.843 6,4 6,5 2,88 SI W 10 x 12 130 86,5 3,96 0,785 8,375 3,54 2,66 SI

W 8 x 10 108 72,2 3.94 0,841 6,5 2,96 2,22 NO

A pesar de que a simple vista se ve sobredimensionado por las resistencias que posee ste perfil, se puede apreciar que es el que mejor se ajusta a las restricciones de esbeltez, resistencia y peso propio, logrando un adecuado transporte del perfil, adems de otorgar el menor costo, es decir, es el perfil ms ptimo que cumple con todas las restricciones analizadas para el pre-diseo.

3. Propiedades

3.1.1. Perfil W 8 x 13

Ag = 3.84 [in2] D = 7,99 [in] tw = 0,230 [in] bf = 4 [in] tf = 0,255 [in] k1 = 0,5625 [in] T = 6,5 [in]

10

3.1.2. Perno PAR

3.1.3. Ubicacin del perno en el alma Para cumplir la distancia mnima de los pernos ubicados en el alma, consideraremos los valores exigidos restados a la distancia del alma incluidos los filetes, adems, consideraremos como distancia mnima entre los pernos conectados en el ala con los conectados en el alma la entregada por tabla para pernos ASTM A325 y A490.

3.1.3.1. Distancia Horizontal

> 0 6,5 4 2,25 = 0,25 > 0 !

3.1.3.2. Distancia Vertical Mnima Hilo-Rosca

1 + 1 = 1,25 + 0,468 = 1,72[]

3.1.3.3. Distancia Vertical Mnima Hilo-Hilo

1 + 2 = 1,25 + 1,375 = 2,625[] Por tanto, consideraremos los pernos ubicados a una distancia de 3 de cada cara interior del ala.

Dimetro nominal (dn) = 0,75 [in2] Dimetro de apriete (da) = 2,25 [in] H1 = 0,46875 [in] H2 = 1,375 [in] C1 = 1,25 [in] C2 = 0,75 [in] C3 (circular) = 0,75 [in] Distancia al borde descargado(dbd) = 1,25 [in] Distancia al borde cargado (dbc) = 1,25 [in]

11

4. Comprobaciones 4.1.1. Estado Lmite de Fractura por Traccin

Como la carga de traccin es transmitida directamente a cada uno de los elementos de la seccin transversal por conectores (pernos), el rea efectiva Ae es igual al factor de reduccin U por el ara neta, An. Donde el parea neta se calcula:

= + 18"

= 0,75 + 18" = 0,875

= 2

= 3,84 2 0,875 0,23 = 3,4375[2] Calculo del factor de reduccin:

=

= 2,96 2

Finalmente se obtiene:

: = 2 =

= 652,962

= 96,2[]

: = 0,75 = = 0,75 65 2,96 = 144,3 []

NOTA: En ambos casos las cargas exceden el 3% de diseo optimo, por lo que el perfil esta sobredimensionado.

= 1 /L

Donde = 1,25 = 9 = 0,861

12

4.1.2. Estado Lmite por Desgarramiento

= 0,6 + 0,6 + Donde Ubs es 1 debido a que el esfuerzo de traccin es uniforme. = 2 ( + )

= 4,715 [2] = ( )

= 0,71875 [2] = 2 [( + + 3,5) ]

= 3,3 [2]

13

Valores a utilizar para la comprobacin segn la resistencia a desgarramiento:

Fy 50 ksi Fu 65 ksi

Ubs 1 - fi 0,75 -

omega 2 - Tw 0,23 in

Paso 3 in D calculo 0,875 in

d bc 1,25 in gramil 4 in

L (2@3") 9 in Agv 4,715 in2 Ant 0,71875 in2 Anv 3,3 in2

= 0,6 + 0,6 + = 0,6 65 3,3 + 1 65 0,71875 0,6 50 4,715 + 1 65 0,71875

= 175,42 188,16

= 175,42

Metodo Demanda Resistente

Fractura/Fractura Cumple? ASD 74,38 87,71 ok! LRFD 120,39 131,565 ok!

**Solicitaciones y resistencias en kips.

Segn muestra la tabla anterior, el perfil cumple con las especificaciones de resistencia a desgarramiento. Por lo tanto el perfil escogido es W8X13.

14

5. Anlisis por soldadura

5.1. Calculo del largo de la soldadura

LRFD:

= 54,66

0,91,671 = 36,37 ASD:

= 33,77

1= 33.77

5.2. Restriccin de esbeltez

=

300 Despejando de la inecuacin tenemos que:

600300 = 2[]

5.3. Restriccin por Altura: Restriccin para limitar la deformacin por peso propio

= < 45 Cumple el valor de . = [] >

, donde corresponde a de la restriccin por

esbeltez. = () = () = , []

> ,

= ,[] = . [] Como el de la restriccin por esbeltez es mayor que el de la restriccin por peso propio; por lo tanto controla la

15

5.3.1. Restricciones por Fluencia a Traccin para perfil W y Canal

= 50 454 []2,542[2] = 3518,51 [][2] LRFD

: = 0,9

= = 546600,9 3518,51 = 17,26 [2] = 2,675 [2]

= 0,85 = 2,273 [2] ASD

: = 1,67

= = 1,67 337703518,51 = 16,028 [2] = 2,48 [2]

= 0,85 2,48 = 2,108 [2] 5.3.2. Resistencia por Fractura en Seccin Bruta: = con = []

= 65 454 []2,542[2] = 4574,06 [][2] LRFD

= = 546600,75 4574,06 = 15,93 [2] = 2,469 [2]

= 0,85 = 18,74 [2] = 2,9 [2] ASD

16

= = 1.67 337704574,06 = 14,76[2] = 2,28 [2]

= 0,85 = 17,34 [2] = 2,69 [2]

18/9/2014 Correo de Universidad Catlica del Norte - Ejercicio 1


Jorge Omerovic

Ejercicio 11 mensaje

Patricio Cataln Kochansky 12 de septiembre de 2014, 10:38Para: "[email protected]" , "[email protected]"

Ejercicio 1. Grupo CATALAN_ROJO_VILLARROEL.docx635K

FACULTAD DE CIENCIAS DE INGENIERIA Y CONSTRUCCION _____________________________________________________________

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVIL IC-804 DISEO EN ACERO

Ejercicio N1 (05/09/2014):

Primera Parte: (Individual- Sin apuntes) Duracin= 45 minutos Ponderacin=30% 1. Explique cmo se fabrica el acero. 2. Mediante Autocad determine las propiedades del perfil ngulo plegado 50x30x3 (rea, Ubicacin centro de Gravedad, direcciones principales de inercia, Inercia mxima, inercia mnima) Redactar la respuesta en archivo Word, pegando la informacin de Autocad, y enviarlo a [email protected] Segunda Parte (Grupo de 3 alumnos-Con apuntes- y con consulta a ayudante y profesor) Duracin= 30 minutos Ponderacin=70% (20% entrega en Sala + 50% Informe Grupal preparado en casa, con entrega en el Control) En las Tablas Excel entregadas como anexo se encuentran las solicitaciones de servicio para las cuales se debe disear el perfil de menor peso por el Mtodo LRFD y ASD de manera manual. El elemento estructural es de 6 m de longitud entre apoyos, inclinado en un ngulo de 42. Considere que las alternativas de conexin en sus conexiones extremas son:

1. PAR , para los cuales se puede estimar que cada uno puede resistir alrededor de 5 T en condiciones de servicio. Suponga pasos de 3, gramil mnimo de 4 y distancia a borde cargado mnimo de 1 1/4. Recordar que se debe cumplir con las distancias para el apriete de los pernos con la llave de torque (lo que debe verificarse).




FACULTAD DE CIENCIAS DE INGENIERIA Y CONSTRUCCION DEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVIL

IC-804 DISEO EN ACERO

EJERCICIO N1

Integrantes: Patricio Cataln K Alex Rojo

Carlos Villarroel


ndice 1. Determinacin de cargas de diseo ..................................................................................... 4 2. Restricciones de diseo ....................................................................................................... 7 3. Diseo mtodo ASD ......................................................................................................... 10 4. Diseo por mtodo LRFD ................................................................................................. 10 5. Verificacin de conexiones ............................................................................................... 11


1. Determinacin de cargas de diseo Para determinar las cargas de diseo se realizaron las combinaciones de carga segn NCh3171 of.2010 (Basadas en ASCE-7-05), Datos obtenidos de Excel entregado. Mtodo ASD: Combinaciones de carga

COMBINACIONES ASD Numero Formula

1 D 2 D+L 3 D+Lr D+S D+R

4 D+0,75*L+0,75*Lr D+0,75*L+0,75*S D+0,75*L+0,75*R

5a D+W D-W

5b D+E D-E

6a D+0,75*W+0,75*L+0,75*Lr D-0,75*W+0,75*L+0,75*Lr D+0,75*W+0,75*L+0,75*S D-0,75*W+0,75*L+0,75*S D+0,75*W+0,75*L+0,75*R D-0,75*W+0,75*L+0,75*R

6b D+0,75*E+0,75*L+0,75*S D-0,75*E+0,75*L+0,75*S

7 0,6*D+W 0,6*D-W

8 0,6*D+E 0,6*D-E

Tabla 1.- Combinaciones de carga mtodo ASD.


Tabla 2.- Continuacin tabla 1. Segn valores obtenidos se tienen: Compresin mxima de servicio = -50,69 T = 111,77 Kips Traccin mxima de servicio = 33,76 T = 74,45 Kips (Controla diseo) Mtodo LRFD:

COMBINACIONES LRFD Numero Formula

1 1,4*D 2 1,2*D+1,6*L+0,5*Lr 1,2*D+1,6*L+0,5*S 1,2*D+1,6*L+0,5*R


3a 1,2*D+1,6*Lr+L 1,2*D+1,6*S+L 1,2*D+1,6*R+L

3b 1,2*D+1,6*Lr+0,8W 1,2*D+1,6*Lr-0,8W 1,2*D+1,6*S+0,8W 1,2*D+1,6*S-0,8W 1,2*D+1,6*R+0,8W 1,2*D+1,6*R-0,8W

4 1,2*D+1,6*W+L+0,5*Lr 1,2*D-1,6*W+L+0,5*Lr 1,2*D+1,6*W+L+0,5*S 1,2*D-1,6*W+L+0,5*S 1,2*D+1,6*W+L+0,5*R 1,2*D-1,6*W+L+0,5*R

5 1,2*D+1,4*E+L+0,2*S 1,2*D-1,4*E+L+0,2*S

6 0,9*D+1,6*W 0,9*D-1,6*W

7 0,9*D+1,4*E 0,9*D-1,4*E

Tabla 3.- Combinaciones de carga mtodo LRFD


Tabla 4.- Continuacin tabla 2.

Segn valores obtenidos se tienen: Compresin mxima de servicio = -81,97 T = -180,73 Kips Traccin mxima de servicio = 54,66 T = 120,5 Kips (Controla diseo)

2. Restricciones de diseo

2.1.Restriccin por esbeltez: para evitar deformaciones en el elemento durante su fabricacin, transporte, obra y montaje su esbeltez debe ser:

=

300, =


Donde: L : Largo de la barra= 600 cm Imin : inercia mnima de la seccin transversal Ag : rea bruta de la seccin transversal Reemplazando los valores en la formula, se obtiene:

2 Restriccin por altura: Para evitar deformaciones por pp, vibraciones por viento, la mayor proyeccin en el plano vertical de las dimensiones de la seccin transversal del elemento debe ser:

90 Donde: a : proyeccin horizontal de longitud de perfil= L x Cos 42 Reemplazando los valores en la formula, se obtiene:

4,95

Tabla 5.- Radios de giros aproximados.


De tabla 5, se obtiene una restriccin de:

Para perfil W se obtiene un ry=0,25b, reemplazando se obtiene un b= 3,15 (in) Para perfil L se obtiene un ry=3,13b, reemplazando se obtiene un b= 2,46 (in)

Para determinar un perfil ptimo despus de probar varios tipos de perfiles, se diseara con el perfil W8x13 que es el ms liviano, Acero A36 americano.

Tabla 6.- Tensin axial perfil W.


Fig.1.- Propiedades de perfil Wx8x13.

3. Diseo mtodo ASD Diseo por fractura

Donde: Tmax : Tensin de diseo Ag : rea bruta de la seccin transversal Fu : Tensin de rotura del acero Fu=65 (ksi) Fy : Tensin de fluencia del acero Fy= 50 (ksi) : factor ASD de fluencia y fractura D : factor de conexin apernada o soldada D apernado=0,75, D soldada=0,85 Reemplazando valores se obtiene: Conexin apernada Ag= 3,05 (in2) Conexin soldada Ag= 2,7 (in2) Diseo por fluencia

Reemplazando valores se obtiene:

Ag=2,49 (in2)

Comparando con el rea bruta del perfil 3,84 (in2) este cumple las condiciones de rea mnima.

4. Diseo por mtodo LRFD Diseo por fractura

Donde: Tmax : Tensin de diseo


Ag : rea bruta de la seccin transversal Fu : Tensin de rotura del acero Fu=65 (ksi) Fy : Tensin de fluencia del acero Fy= 50 (ksi) : factor LRFD D : factor de conexin apernada D=0,75 Reemplazando valores se obtiene:

Ag= 3,29 (in2) Diseo por fluencia

Ag= 2,67 (in2)

Comparando con el rea bruta del perfil 3,84 (in2) este cumple las condiciones de rea mnima.

5. Verificacin de conexiones Obtencin de cantidad de pernos:

. = = 8

Estos sern colocados en 2 capas de 4. Verificacin de distancias para el apriete de pernos con llave de torque

Debido a la curvatura existente en el perfil W, la desigualdad a verificar es:


C_3+K_1 (gramil+t_w)/2

Verificacin de casos de falla en las conexiones: 3.1.-Estado limite de fluencia por traccin: Ag=3,84 in2

Pn=Fy*Ag= 50 Ksi * 3,84in2 =192 Kips Condicin de diseo (LRFD): Tu Tn *Tn=0,9*192=172,8 Kips Tu=120,5 120,5 172,8

Cumple con las condiciones de diseo. Condicin de diseo (ASD):

TmaxTn/ Tn/=192/1,64=117,07 74,45 117,07

Cumple con las condiciones de diseo Estado limite de desgarramiento: Rn= 0,6*Fu*Anv+Ubs*Fu*Ant0,6*Fy*Agv+Ubs*Fu*Ant Area neta al corte Anv= [{L+Db-(Dperno+Dperforacion)*Tw}*1/4}*2 Anv= 3.5936 in2 Area neta de traccin Ant= [gramil-(Dperno+Dperforacion)]*1/4 Ant= 0,7812 in2

Area bruta de corte Agv=[{9+1,125}*1/4]*2= 5,06 in2

Rn= 0,6*65*3.5936+0,5*65*0,78120,6*65*5,06+0,5*65*0,7812


165,54179,139 ASD= 165,54/2=82,77 LRFD= 0,75*165,54=124,155 Condicin para combinacin para LRFD Rn =0,75*165,54 0,75*179,139 124,155 134,35 Cumple con las condiciones de diseo Condicin para combinacin para ASD Rn/= 82,77/2 179,139/2 41,385 89,5695 Cumple con las condiciones de diseo El perfil utilizado cumple con los requerimientos de la norma de Acero.


18/9/2014 Correo de Universidad Catlica del Norte - EJERCICIO 1 GRUPO 7


Jorge Omerovic

EJERCICIO 1 GRUPO 71 mensaje

felipe soto 12 de septiembre de 2014, 11:58Para: "[email protected]" , "[email protected]"

EJERCICIO 1 Diseo en acero.docx561K

FACULTAD DE CIENCIAS DE INGENIERIA Y CONSTRUCCION

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVIL

IC-804 DISEO EN ACERO

DISEO EN ACERO

EJERCICIO N1

Integrantes: Mauricio Ramrez Daz

Felipe Soto Soto

Profesor: Jorge Omerovic P.

Ayudante: Vctor Carvajal T.

Fecha: 12/09/2014

1. ENUNCIADO

Segunda Parte (Grupo de 3 alumnos-Con apuntes- y con consulta a ayudante y profesor) Duracin= 30 minutos Ponderacin=70%.

(20% entrega en Sala + 50% Informe Grupal preparado en casa, con entrega en el Control).




PAR , para los cuales se puede estimar que cada uno puede resistir alrededor de 5 T en condiciones de servicio. Suponga pasos de 3, gramil mnimo de 4 y distancia a borde cargado mnimo de 11/4. Recordar que se debe cumplir con las distancias para el apriete de los pernos con la llave de torque (lo que debe verificarse).

Soldadura de filete con electrodo E70XX (AWS) para la cual se puede estimar que en condiciones de servicio puede resistir alrededor de 1 T/cm de longitud de filete.

- Considerar el acero norteamericano con que se cuente en la Tabla que utilice del Manual AISC-14th - Steel Construction Manual2010.pdf para determinar las propiedades de los perfiles y su capacidad aproximada.



2. DESARROLLO PERNOS

2.1. Calculo de solicitaciones

2.1.1. Mtodo ASD

Por este mtodo la traccin mxima de servicio que debe soportar el perfil a disear es

de:

Tmax= 33,77 [Ton] =74,48 kips.

2.1.2. Mtodo LRFD

COMBINACIONES DE CARGA SEGN NCh3171 Of.2010 (BASADAS EN ASCE-7-05) Nieve Total Nieve Total Nieve Total Nieve TotalDATOS DE CARGAS Viento Transversal Viento Transversal Viento Longitudinal Viento LongitudinalTIPO Magnitud (en unidades adecuadas) Sismo Transversal Sismo Longitudinal Sismo Transversal Sismo LongitudinalD= (peso propio)Lr= (sobrecarga de techo) TIPO Caso 1 Caso 2 Caso 3 Caso 4 Caso 5 Caso 6 Caso 7 Caso 8L= (sobrecarga de uso) D= -10,58 -10,58 -10,58 -10,58 -10,58 -10,58 -10,58 -10,58R= (sobrecarga de lluvia) Lr= -10,19 -10,19 -10,19 -10,19 -10,19 -10,19 -10,19 -10,19S= (sobrecarga de nieve) L=W= (sobrecarga de viento) R=E= (sobrecarga de sismo) S= -6,79 -6,79 -6,79 -6,79 -6,79 -6,79 -6,79 -6,79

W= 40,11 -33,19 40,11 -33,19 14,15 14,15 14,15 14,15COMBINACIONES ASD E= 28,53 -28,53 0,00 0,00 28,53 -28,53 0,00 0,00Numero Formula Resultado

1 D 0,00 MINIMO -50,77 -43,77 -50,77 -43,77 -39,11 -39,11 -28,84 -28,842 D+L 0,00 MAXIMO 33,77 26,84 33,77 26,84 22,18 22,18 7,81 7,813 D+Lr 0,00

D+S 0,00 Nieve Parcial Nieve Parcial Nieve Parcial Nieve ParcialD+R 0,00 Viento Transversal Viento Transversal Viento Longitudinal Viento Longitudinal

4 D+0,75*L+0,75*Lr 0,00 Sismo Transversal Sismo Longitudinal Sismo Transversal Sismo LongitudinalD+0,75*L+0,75*S 0,00D+0,75*L+0,75*R 0,00 TIPO Caso 9 Caso 10 Caso 11 Caso 12 Caso 13 Caso 14 Caso 15 Caso 16

5a D+W 0,00 D= -10,58 -10,58 -10,58 -10,58 -10,58 -10,58 -10,58 -10,58D-W 0,00 Lr= -10,19 -10,19 -10,19 -10,19 -10,19 -10,19 -10,19 -10,19

5b D+E 0,00 L=D-E 0,00 R=

6a D+0,75*W+0,75*L+0,75*Lr 0,00 S= -1,71 -1,71 -1,71 -1,71 -1,71 -1,71 -1,71 -1,71D-0,75*W+0,75*L+0,75*Lr 0,00 W= 40,11 -33,19 40,11 -33,19 14,15 14,15 14,15 14,15D+0,75*W+0,75*L+0,75*S 0,00 E= 28,53 -28,53 0,00 0,00 28,53 -28,53 0,00 0,00D-0,75*W+0,75*L+0,75*S 0,00D+0,75*W+0,75*L+0,75*R 0,00 MINIMO -50,77 -43,77 -50,70 -43,77 -39,11 -39,11 -28,84 -28,84D-0,75*W+0,75*L+0,75*R 0,00 MAXIMO 33,77 26,84 33,77 26,84 22,18 22,18 7,81 7,81

6b D+0,75*E+0,75*L+0,75*S 0,00D-0,75*E+0,75*L+0,75*S 0,00 MINIMO -50,77

7 0,6*D+W 0,00 MAXIMO 33,770,6*D-W 0,00

8 0,6*D+E 0,000,6*D-E 0,00

Por este mtodo se observa que la carga ltima de traccin es de:

Tu = 54.66 [Ton] = 120,4 kips

2.2. Calculo de numero de pernos

Se debe calcular la cantidad de pernos requeridos considerando la carga mxima de traccin

de servicio y utilizando adems la estimacin de la carga que soportan los pernos PAR 3 4 de la siguiente manera:

NPernos =

= 33,775 = 6.75 7 Se utilizaran 8 pernos por condiciones de simetra y para poder distribuirlos de mejor forma.

2.3. Pre diseo

2.3.1. Restriccin de esbeltez:

=

Siendo, L= 6 [m]= 600 [cm], entonces:

300 600

= 600300 = 2 [] = 0.78 []

COMBINACIONES DE CARGA SEGN NCh3171 Of.2010 (BASADAS EN ASCE-7-05) Nieve Total Nieve Total Nieve Total Nieve TotalDATOS DE CARGAS Viento Transversal Viento Transversal Viento Longitudinal Viento LongitudinalTIPO Magnitud (en unidades adecuadas) Sismo Transversal Sismo Longitudinal Sismo Transversal Sismo LongitudinalD= (peso propio)Lr= (sobrecarga de techo) TIPO Caso 1 Caso 2 Caso 3 Caso 4 Caso 5 Caso 6 Caso 7 Caso 8L= (sobrecarga de uso) D= -10,58 -10,58 -10,58 -10,58 -10,58 -10,58 -10,58 -10,58R= (sobrecarga de lluvia) Lr= -10,19 -10,19 -10,19 -10,19 -10,19 -10,19 -10,19 -10,19S= (sobrecarga de nieve) L=W= (sobrecarga de viento) R=E= (sobrecarga de sismo) S= -6,79 -6,79 -6,79 -6,79 -6,79 -6,79 -6,79 -6,79

W= 40,11 -33,19 40,11 -33,19 14,15 14,15 14,15 14,15COMBINACIONES LRFD E= 28,53 -28,53 0,00 0,00 28,53 -28,53 0,00 0,00Numero Formula Resultado

1 1,4*D 0,00 MINIMO -81,98 -70,89 -81,98 -70,89 -53,99 -53,99 -40,44 -40,442 1,2*D+1,6*L+0,5*Lr 0,00 MAXIMO 54,66 43,58 54,66 43,58 30,42 30,42 13,12 13,12

1,2*D+1,6*L+0,5*S 0,001,2*D+1,6*L+0,5*R 0,00 Nieve Parcial Nieve Parcial Nieve Parcial Nieve Parcial

3a 1,2*D+1,6*Lr+L 0,00 Viento Transversal Viento Transversal Viento Longitudinal Viento Longitudinal1,2*D+1,6*S+L 0,00 Sismo Transversal Sismo Longitudinal Sismo Transversal Sismo Longitudinal1,2*D+1,6*R+L 0,00

3b 1,2*D+1,6*Lr+0,8W 0,00 TIPO Caso 9 Caso 10 Caso 11 Caso 12 Caso 13 Caso 14 Caso 15 Caso 161,2*D+1,6*Lr-0,8W 0,00 D= -10,58 -10,58 -10,58 -10,58 -10,58 -10,58 -10,58 -10,581,2*D+1,6*S+0,8W 0,00 Lr= -10,19 -10,19 -10,19 -10,19 -10,19 -10,19 -10,19 -10,191,2*D+1,6*S-0,8W 0,00 L=1,2*D+1,6*R+0,8W 0,00 R=1,2*D+1,6*R-0,8W 0,00 S= -1,71 -1,71 -1,71 -1,71 -1,71 -1,71 -1,71 -1,71

4 1,2*D+1,6*W+L+0,5*Lr 0,00 W= 40,11 -33,19 40,11 -33,19 14,15 14,15 14,15 14,151,2*D-1,6*W+L+0,5*Lr 0,00 E= 28,53 -28,53 0,00 0,00 28,53 -28,53 0,00 0,001,2*D+1,6*W+L+0,5*S 0,001,2*D-1,6*W+L+0,5*S 0,00 MINIMO -81,98 -70,89 -81,98 -70,89 -52,97 -52,97 -40,44 -40,441,2*D+1,6*W+L+0,5*R 0,00 MAXIMO 54,66 43,58 54,66 43,58 30,42 30,42 13,12 13,121,2*D-1,6*W+L+0,5*R 0,00

5 1,2*D+1,4*E+L+0,2*S 0,00 MINIMO -81,981,2*D-1,4*E+L+0,2*S 0,00 MAXIMO 54,66

6 0,9*D+1,6*W 0,000,9*D-1,6*W 0,00

7 0,9*D+1,4*E 0,000,9*D-1,4*E 0,00

Se trabajara utilizando un perfil tipo W:

= 038 = 0.22

= 0.22 = 0.22 = 20.22 = 9 [] = 3.54[]

= 2 = 2 3.54 = 7.08 []

2.3.2. Restriccin por altura:

90

Dnde:

=42

Restriccin Por Fractura:

=

= 546600.75 4574 0.75 = 21.24[2]= 3.29[2]

Eleccin de los perfiles

Para los perfiles W el que cumple de mejor forma es el mostrado a continuacin, que si bien

se sobrepasa en las tensiones, o sea se observa a simple vista que esta sobredimensionado,

es la que de mejor manera cumple los otros requisitos de pre diseo, por lo tanto este ser

ocupado.

Perfil rmin(in) d(in) T (in) bf(in) tw (in) tf (in) Ag (in) Fluencia Ruptura ASD LRFD ASD LRFD

W8x13 0,843 8 6,5 4 0,23 0,255 3,84 115 173 93,6 140

2.4. Propiedades

2.4.1. Propiedad del Perfil W8x13 (perfil a utilizar)

2.4.2. Propiedades de Pernos PAR

Observando la tabla anterior los datos que se utilizaran sern los siguientes:

Ag = 3.84 [in2] tw = 0,23 [in] bf = 4 [in] tf = 0.255 [in] T = 6.5[in] Observacin: estos valores fueron obtenidos de la tabla anterior.

Dimetro nominal (dn) = 0,75 [in2]

Dimetro de apriete (da) = 2,25 [in]

H1 = 0,46875 [in]

H2 = 1,375 [in]

C1 = 1,25 [in]

C2 = 0,75 [in]

C3 (circular) = 0,75 [in]

2.4.3. Disposicin

2.5. Distancias mnima entre pernos

2.5.1. Distancia mnima horizontal: > 0 6.5 4 2.25 > 0 0.25 > 0 !

2.5.2. Distancia Vertical Mnima Hilo-Rosca

1 + 1 = 1.25 + 0.47 = 1.72[]

2.5.3. Distancia Vertical Mnima Hilo-Hilo

1 + 2 = 1.25 + 1.375 = 2.625[]

2.6. Comprobaciones:

2.6.1. Estado lmite de fluencia por traccin:

=

= 50 3,841,67 = 114,97[] = = 0,9 50 3,84 = 172,8 []

2.6.2. Estado Lmite de Fractura por Traccin

Se debe calcular el rea neta:

= + 0 = 3.84 (0.875 2 0.23) = 3.44 [2]

El tercer trmino se iguala a cero ya que para la disposicin a utilizar la lnea de rotura es

recta, por lo tanto S=0.

Luego, Se debe hallar la distancia de borde descargado ()

= 2 = 6.5 42 = 1.25 Entonces, se calcula el coeficiente de reduccin (U):

Para obtener este coeficiente se ocupa la formula obtenida de la tabla D3.1 de AISC360

2010, que ser mostrada a continuacin:

Siendo as:

= 1

= 1 1.259 = 0.86 = ,

Finalmente, el rea efectiva:

= = 0.86 3.44 = 2.95[2] Como este valor es mayor a el rea efectiva calculada en el pre diseo se comprueba que

no falla por fractura.

2.6.3. Estado Lmite por Desgarramiento:

= 0,6 + 0,6 +

Donde Ubs es 1 debido a que el esfuerzo de traccin es uniforme.

= ( ) = 0.23(4 0.875) = 0.7182

= + 2 = 0.23 9 + 1.25 3 0.875 0.8752 = 1.65 2 = 3.32

= (+) = 0.23 (9 + 1.25) = 2.358 2 = 4.7162 Reemplazando, finalmente se tiene:

= 0.6 65 3.3 + 1 65 0.718 0.6 50 4.716 + 1 65 0.718 175.37 188.15 ! Mtodo ASD

= 135.372 = 87.69 [] = 74.48 [] !

Mtodo LRFD

= 175.37 0.75 = 131.52 [] 120,4[] !

Por lo tanto, el perfil cumple con las especificaciones de resistencia a desgarramiento. 2.7. DESARROLLO SOLDADURA

Segn enunciado, 1 [T/cm] de longitud de filete es lo que puede resistir en condiciones de servicio y adems se sabe segn las solicitaciones calculadas anteriormente el valor mximo de carga en condiciones de servicio es de 33.77 [Ton].

2.7.1. Longitud de soldadura

Lo siguiente a calcular es la longitud de soldadura lo que se hace de la siguiente manera:

= 33.771 = 33.77 [] = 13.295 []

ic-804 ejercicio 1 respuesta final segunda parte 50 pc

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