diseño en acero

1. Curso: Diseño en
Acero
Diseño de elementos
en tracción
Mg. Ing. Dario
Quintanilla H.
Facultad de Ingeniería Civil – Universidad Nacional
Federico Villarreal
Lima - 2017

2. Elementos en tracción
Como elementos estructurales principales en: puentes,
armaduras de techo, torres de transmisión, y sistemas de
arriostramiento en edificios altos y como elementos
secundarios en cualquier tipo de estructuras como tirantes.

3. Resistencia nominal
La resistencia de un miembro a tracción estará en función
de los 3 siguientes estados límites:
1. Fluencia de la sección transversal del miembro lejos de
la conexión
2. Fractura del área efectiva neta en la conexión
3. Rotura o ruptura por bloque de corte

4. Estado Límite: Fluencia
La resistencia nominal en la longitud del elemento estará
basada en el área total y el esfuerzo de fluencia:
𝑻𝒏 = 𝑭𝒚𝑨𝒈 (4.1-1)
Esfuerzo
Deformación
*Saint Venant
Se pueden
presentar
deformaciones
excesivas al
exceder “Fy”

5. La resistencia nominal en la zona de conexión del elemento
estará basada en el área neta efectiva y el esfuerzo último:
𝑻𝒏 = 𝑭𝒖𝑨𝒆 (4.1-2)
Esfuerzo
Deformación
Estado Límite: Fractura de la sección neta efectiva
A definir:
Área neta
Efecto de agujeros alternados
Área neta efectiva (Ae)

6. Estado Límite: Fractura de la sección neta efectiva
𝑭𝒂𝒗𝒈
𝑻 𝑻
𝑭𝒎á𝒙 ≈ 𝟑𝑭𝒂𝒗𝒈
𝑭𝒚
𝑻 𝑻
𝑳𝒊
𝑳𝒇
𝑻 𝑻
Se presentan
deformaciones
pequeñas. Por lo
que se alcanza
rápidamente “Fu”
Presencia de aberturas en los elementos origina concentración de
esfuerzos (no uniformes)
Teoría de la elasticidad

7. Estado Límite: Rotura o ruptura por bloque de corte
Estado de falla límite por arrancamiento cuando el material
sujetado por pernos es delgado. No es común, sin embargo
puede presentarse conexiones empernadas de almas delgadas.

8. En estos casos se presentará la falla por arrancamiento si la
suma de la resistencia en corte de a-b y c-d y la resistencia en
tracción b-c es menor que la resistencia en fluencia o fractura a
lo largo de e-b-c-f.
Estado Límite: Rotura o ruptura por bloque de corte

9. Las dos ecuaciones siguientes pueden ser usadas para
representar la resistencia nominal:
𝑻𝒏 = 𝟎. 𝟔 𝑭𝒚 𝑨𝒗𝒈 + 𝑭𝒖 𝑨𝒏𝒕 10.4-3a
Estado Límite: Rotura por bloque de corte (10.4.3)
1. Fluencia en corte – fractura en tracción ( 𝐹𝑢 𝐴𝑛𝑡 ≥ 0.6𝐹𝑢 𝐴𝑛𝑣)
𝑻𝒏 = 𝟎. 𝟔 𝑭𝒖 𝑨𝒏𝒗 + 𝑭𝒚 𝑨𝒕𝒈 10.4-3b
2. Fractura en corte – fluencia en tracción (0.6𝐹
𝑢 𝐴𝑛𝑣 > 𝐹𝑢 𝐴𝑛𝑡)
𝐴𝑣𝑔:
𝐴𝑡𝑔:
𝐴𝑛𝑣:
𝐴𝑛𝑡:
Área total sometida a fluencia en corte
Área total sometida a fluencia en tracción
Área neta sometida a fractura en corte
Área neta sometida a fractura en tracción
James M. Ricles, Joseph A. Yura. “Strenght of double-row bolted –web connections”
(1983). Steve G. Hardash, Reidar Bjorhovde. “New design criteria for Gusset plates
in tension” (1985)
*La falla será en realidad la fractura de una sección seguida por la fluencia
en la sección perpendicular.

10. Es el área de la sección transversal reducida por presencia de
agujeros en conexiones empernadas.
El diámetro total para cálculo involucra dos situaciones:
• Corte del agujero 1.6 mm más que el diámetro del perno
• Distancia de 1.6 mm adicional debido al daño del material por el
corte
Área neta
P
P
Material dañado
por corte
Plancha
Dado
𝑑𝑎𝑔𝑢𝑗𝑒𝑟𝑜 = 𝑑𝑝𝑒𝑟𝑛𝑜 + 3.2 𝑚𝑚
𝐴𝑛𝑒𝑡𝑎 = 𝐴𝑏𝑟𝑢𝑡𝑎 − 𝑑𝑎𝑔𝑢𝑗𝑒𝑟𝑜 ∗ 𝑡𝑝𝑙𝑎𝑛𝑐ℎ𝑎

11. Cuando se tiene mas de un agujero y no están alineados
transversalmente en la dirección longitudinal existe más de una
línea potencial de falla.
Efecto de agujeros alternados (cadena de agujeros)
T
s
g
A
g
C
D
B
E
T
=
𝑠2
4𝑔
Longitud de
corrección*
s: distancia paralela a la dirección de la
carga entre dos agujeros consecutivos
g: distancia perpendicular
𝐿𝐴𝐵𝐶𝐷 = 𝐿𝐴𝐷 − 2 𝑑𝑎𝑔𝑢𝑗𝑒𝑟𝑜
𝐿𝐴𝐵𝐸𝐶𝐷 = 𝐿𝐴𝐷 − 3 𝑑𝑎𝑔𝑢𝑗𝑒𝑟𝑜 + 2
𝑠2
4𝑔
F
*V. H. Cochrane. “Rules for rivet hole deductions in tension members”, Engineering News-
Record (1989)

12. Caso de ángulos: Agujeros alternados en las dos alas
Efecto de agujeros alternados (cadena de agujeros)
𝑠2
4𝑔
𝒈𝒂
𝒈𝒃
𝒕 𝒔
𝒈
El valor de “g” para la distancia entre agujeros de distintas alas será:
𝑔 = 𝑔𝑎 −
𝑡
2
+ 𝑔𝑏 −
𝑡
2
= 𝑔𝑎+𝑔𝑏 − 𝑡
Se sigue usando la
misma expresión:

13. El área neta calculada antes proporciona la sección reducida que
resiste tracción, pero aún no refleja correctamente la resistencia.
En particular sucede donde la carga en tracción es transmitida en los
extremos del miembro por conexión al alguno pero no todos los
elementos.
Área neta efectiva
Excentricidad en
la transmisión de
la carga

14. En estos casos la distribución de esfuerzos no es uniforme sobre el
área neta. Entonces para tomar en cuenta la uniformidad, la norma
establece el “área neta efectiva” como:
Área neta efectiva
𝑨𝒆 = 𝑼𝑨
𝑼: Coeficiente de reducción
𝑨: Área neta en el caso de conexión empernada o área bruta en el
caso de conexión soldada
2.3-1

15. *Expresión empírica, con buena correlación con los ensayos dentro del 10 %
Coeficiente de reducción (U)
𝑼 = 𝟏 −
𝒙
𝒍
≤ 𝟎. 𝟗
Distancia del centroide del elemento al plano de transferencia
de carga
Geofrey L. Kulak, John W. Fisher and John H. A. Struik - Guide to design criteria for
bolted and riveted joints. John Wiley & Sons (1987)
2.3-2
𝒙:
𝒍: Longitud de la conexión

16. Coeficiente de reducción (U)

17. Factores de reducción para los estados límites
1. Fluencia de la sección transversal del miembro lejos de la
conexión
∅𝑡 = 0.9
2. Fractura del área efectiva neta en la conexión
∅𝑡 = 0.75
3. Rotura o ruptura por bloque de corte
∅𝑡 = 0.75

18. Ángulos