Diseño de miembros en tensión con AISC 13a Ed

1
Traducido y adaptado por Héctor Soto Rodríguez
Centro Regional de Desarrollo en Ingeniería Civil
Morelia, Mich.Miembros en tensión – Manual AISC
13a Ed.
DISEÑO, FABRICACIÓN Y MONTAJE DE
ESTRUCTURAS DE ACERO PARA EDIFICIOS
CONFORME A LAS ESPECIFICACIONES
AISC-2005

MIEMBROS EN TENSIÓN:
Miembros estructurales
prismático sujetos a
tensión axial producida
por fuerzas que actúan a
lo largo de su eje
centroidal.
P
P
Miembros en tensión –
Manual AISC 13a Ed. 2

Miembros en tension – Manual AISC 13a Ed.
 Miembros en tensión:
 Capítulo B: Área total y área neta
 Capítulo D: Resistencia de miembros en tensión
 Capítulo J: Ruptura por cortante y tensión
 combinadas (block Shear)
 Parte 5: Ayudas de diseño y tablas
3

Área total y área neta:
Criterio en la Sección B3.13
Criterio por resistencia en el
Capítulo D:
Diseño de miembros en tensión
(MT)
4

Requisitos de diseño:
Pu  Pn (Pa  Pn/Ω)ASD
Donde  varía de acuerdo con el modo de falla.
Miembros en tension – Manual AISC 13a Ed.5

Resistencia de diseño de miembros en tensión
Estados límite:
Flujo plástico en la sección total
Fractura en el área neta
Bloque de cortante (Ruptura en bloque por
cortante y tensión combinadas.
Aplastamiento en los agujeros para
tornillos de alta resistencia.
Miembros en tension –
Manual AISC 13a Ed. 6

 Forma de la sección transversal del miembro.
 Tipo y propiedades mecánicas del acero
 Forma de conectar las piezas: tornillos o
soldaduras.
 Rezago por cortante (“shear lag”).
7
Miembros en tension – Manual AISC 13a
Ed.
FACTORES QUE INFLUYEN
EN DISEÑO DE MT
FACTORES QUE INFLUYEN
EN DISEÑO DE MT

Ed. 8

Ed.
Flujo plástico en la
sección total
t = 0.90 (t = 1.67)
Fractura en el área neta
efectiva
t = 0.75 (t = 2.00)
Ruptura por cortante y tensión
combinadas (block shear)
t = 0.75 (t = 2.00)
9

Ed.
Fluencia(flujo plástico) en la sección
total
10

Ed.
Pn = FyAg Ecuación D2-1
Flujo plástico (fluencia)
en la sección total
t = 0.90 (t = 1.67)
Ag = área total de la sección transversal del miembro
en el plano perpendicular a los esfuerzos
de tensión.
11

Ed.
Fractura en la sección neta efectiva
12

Ae = área neta efectiva, calculada de acuerdo con la
sección..
Toma en cuenta la presencia de los agujeros para
tornillos, los planos potenciales de falla que no son
perpendiculares a los esfuerzos de tensión, y el
efecto de rezago de cortante (“shear lag”).
Pn = FuAe Ecuación D2-2
t = 0.75 (t = 2.00)
Fractura en la sección neta
efectiva
13

Ed.
An = área neta = Ancho netox grueso
área total (Ag) modificada para tomar en cuenta lo
siguiente:
Agujeros o aberturas para
tornillos
Planos potenciales de falla no perpendiculares a los
esfuerzos de tensión.
14
Fractura en la sección neta neta
efectiva

Ed.
Disposición de agujeros en diagonal:
Ancho neto = Ancho total + Σs2/4g – ancho de todos los agujeros
Sección B3.13 y D3.2
s = separación longitudinal centro a centro entre dos agujeros consecutivos (paso)
g = separación transversal centro a centro entre los dos agujeros considerados (gramil)
g
s
Pu
15
efectiva

Ed.
Agujeros para tornillos o
ranuras
Sección D3.2
Utilizar anchos de agujeros 1.5 mm (1/16”) mayores que el
diámetro nominal del agujero, medido normalmente a la
dirección de los esfuerzos. Ver tabla J3.3.
Toma en cuenta el daño potencial del acero alrededor del
agujero durante el proceso de fabricación(punzonado).
16
efectiva

Ed.
Cuando se consideran ángulos:
El gramil (g) se indica en la página 1-46 del M-
AISC-2005.
El “gramil de trabajo” (“Workable Gages”) se indica
en la tabla de ángulos estándar, a no ser que se
indique otra cosa.
17
efectiva

Ed.
An = área neta
An = Ag- ∑(dn+0.15)t + ∑(s2/(4g))t
dn = dimensión nominal del agujero
t = grueso del miembro en tensión
Los otros símbolos se han definido
anteriormente.
18
efectiva

Ae = área neta efectiva
Área neta (An) modificada para tomar en cuenta el rezago de cortante.
O el valor dado
en la tabla D3.1
l
x
U  1
Ae = AnU Ecuación D3-1
U = factor de reducción por rezago de
cortante.
= excentricidad de la conexión.
l = longitud de la conexión en la dirección de la
carga (distancia paralela a la carga de
tensión aplicada a lo largo de tornillos o
soldaduras.
x
19
efectiva

Ed. 20

Ed. 21

Ed. 22

Ed. 23

Ed. 24

Ed. 25

Ed.
 Ruptura en bloque por cortante y tensión
combinadas (block Shear)
26

27
Ed.

Ed. 28

Ed.
Bloque de cortante (shear block)
Resistencia de ruptura en bloque por cortante y tensión
(Ecuación J4-5),
ntubsgvyntubsnvun AFUAF.AFUAF.R  6060
t = 0.75 (t = 2.00)
Agv = área total sujeta a cortante
Anv = área neta sujeta a cortante
Ant = área neta sujeta a tensión
Ubs = 1 ó 0.5 (1 para la mayoría de los miembros en tensión,
ver Figura C-J4.2) del Manual AISC-2005.
29

30
Ed.

Bloque de cortante (shear block)
Resistencia de ruptura en bloque por cortante y tensión
(Ecuación J4-5),
ntubsgvyntubsnvun AFUAF.AFUAF.R  6060
Agv = área total sujeta a cortante
Anv = área neta sujeta a coortante
Ant = área neta sujeta a tensión
Ubs = 1 ó 0.5 (1 para la mayoría de los miembros en tensión.
ver Figura C-J4.2) del Manual AISC-2005.
Rige el menor de
los dos valores
31
t = 0.75 (t = 2.00)
31

 Este modo de falla consiste en que un bloque
de material en la conexión extrema atornillada
de un miembro en tensión puede desprenderse.
 Cuando se revisa este modo de falla debe
cuidarse la separación entre tornillos y las
distancias a los bordes de las piezas.
32
Ed.
REQUISITOS COMPLEMENTARIOS
DE DISEÑO
REQUISITOS COMPLEMENTARIOS
DE DISEÑO

Ed.
Aplastamiento en agujeros para
tornillos
33

Ed. 34

Ed.
Aplastamiento en agujeros para tornillos
Para un tornillo en una conexión con agujeros estándar, sobredimensionados
o alargados cortos o, con los agujeros paralelos a la dirección de la fuerza de
aplastamiento:
(Ecuación J3-6a)uucn dtFtFLR 4.22.1 
t = 0.75 (t = 2.00)
Lc = distancia libre, en la dirección de la fuerza, entre el borde de un
agujero y el borde del agujero adyacente o del material.
t = espesor de la parte conectada crítica
d = diámetro nominal del tornillo
Fu = esfuerzo mínimo especificado de ruptura en tensión del material
conectado.
35

Ed.
Para agujeros estándar, sobredimensionados o alargados cortos o largos, con
agujeros paralelos a la dirección de la fuerza de aplastamiento:
(Ecuación J3-6a)
uucn dtFtFLR 4.22.1 
Lc = distancia libre, en la dirección de la fuerza, entre el
borde de un agujero y el borde del agujero adyacente o
del material.
t = grueso de la parte conectada crítica.
d = diámetro nominal del tornillo
Fu = esfuerzo mínimo especificado de ruptura en tensión del
material conectado.
36
Límite de
aplastamiento
Límite de
desprendimiento
t = 0.75 (t = 2.00)
36

Para agujeros estándar, sobredimensionados, alargados largos o alaragados
cortos con agujeros paralelos a la dirección d ela carga, pero cuando la
deformación del agujeros no es una consideración de diseño:
(Ecuación J3-6b)
uucn dtFtFLR 0.35.1 
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Para agujeros alargados largos con los agujeros perpendiculares
a la dirección de la fuerza:
(Ecuación J3-6c)uucn dtFtFLR 0.20.1 

 Revisión de la esbeltez l/r
 Esfuerzos máximos en la sección de
WHITMORE
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Ed.
REQUISITOS ADICIONALESREQUISITOS ADICIONALES

39
Ed.

Ed.
Ayudas de diseño
40

Ed.
Tablas 5-1 a 5-8
Resistencia de fluencia y de ruptura disponibles
para secciones estructurales típicas laminadas.
Utilizar con cautela!
Estas tablas suponen Ae = .75Ag.(U=0.75)
Deberá verificarse si esta consideración se cumple en
el diseño de miembros en tensión y de las conexiones
estructurales.!
41
Ayudas de diseño

Ayudas de diseño
La Tabla 7-5 proporciona la resistencia al
aplastamiento en los agujeros para tornillos con base
en la separación de los conectores.
• Con estas tablas se verifica el aplastamiento y desprendiemiento .
• Nótese que la distancia al borde, Le y la separación entre tornillos, s, se
mide entre centros de agujeros para tornillos, en vez de los bordes de
los agujeros para tornillos.
• El lado del aplastamiento de la ecuación controla cuando s ≥ stotal ó Le ≥
Letotal. stotal y Letotal son las separaciones y distancias al borde de los
tornillos el c´´alculo de la resistencia total al aplastamiento.
42
La Tabla 7-6 proporciona la resistencia al
aplastamiento en los agujeros para tornillos con base
en la distancia al borde.

Ed. 43

Ed. 44

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