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Traducido y adaptado por Héctor Soto RodríguezCentro 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

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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

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

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Requisitos de diseño:Pu Pn (Pa Pn/Ω)ASD

Donde varía de acuerdo con el modo de falla.

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Resistencia de diseño de miembros en tensión

Estados límite:Flujo plástico en la sección totalFractura en el área netaBloque de cortante (Ruptura en bloque porcortante 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”).

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Ed.

FACTORES QUE INFLUYEN EN DISEÑO DE MT

FACTORES QUE INFLUYEN EN DISEÑO DE MT

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Flujo plástico en la sección totalt = 0.90 (t = 1.67)

Fractura en el área netaefectivat = 0.75 (t = 2.00)

Ruptura por cortante y tensióncombinadas (block shear)

t = 0.75 (t = 2.00)

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Fluencia(flujo plástico) en la seccióntotal

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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 miembroen el plano perpendicular a los esfuerzos

de tensión.

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Fractura en la sección neta efectiva

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Ae = área neta efectiva, calculada de acuerdo con la sección.. Toma en cuenta la presencia de los agujeros paratornillos, 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 netaefectiva

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An = área neta = Ancho netox gruesoárea total (Ag) modificada para tomar en cuenta lo siguiente:

Agujeros o aberturas paratornillos

Planos potenciales de falla no perpendiculares a losesfuerzos de tensión.

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Fractura en la sección neta netaefectiva

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Disposición de agujeros en diagonal:Ancho neto = Ancho total + Σs2/4g – ancho de todos los agujerosSección 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

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Fractura en la sección netaefectiva

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Agujeros para tornillos o ranuras

Sección D3.2Utilizar 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).

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Fractura en la sección netaefectiva

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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 indicaen la tabla de ángulos estándar, a no ser que se indique otra cosa.

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Fractura en la sección netaefectiva

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An = área neta

An = Ag- ∑(dn+0.15)t + ∑(s2/(4g))t

dn = dimensión nominal del agujerot = grueso del miembro en tensiónLos otros símbolos se han definidoanteriormente.

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Fractura en la sección netaefectiva

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Ae = área neta efectivaÁrea neta (An) modificada para tomar en cuenta el rezago de cortante.

O el valor dado en la tabla D3.1

lxU 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

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Fractura en la sección netaefectiva

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Ruptura en bloque por cortante y tensióncombinadas (block Shear)

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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 cortanteAnv = área neta sujeta a cortanteAnt = área neta sujeta a tensiónUbs = 1 ó 0.5 (1 para la mayoría de los miembros en tensión,

ver Figura C-J4.2) del Manual AISC-2005.

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30Miembros en tension – Manual AISC 13a

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Miembros en tension – Manual AISC 13a 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 cortanteAnv = área neta sujeta a coortanteAnt = área neta sujeta a tensiónUbs = 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

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t = 0.75 (t = 2.00)

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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.

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REQUISITOS COMPLEMENTARIOS DE DISEÑO

REQUISITOS COMPLEMENTARIOS DE DISEÑO

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Aplastamiento en agujeros paratornillos

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Miembros en tension – Manual AISC 13a Ed.

Aplastamiento en agujeros para tornillos

Para un tornillo en una conexión con agujeros estándar, sobredimensionadoso 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 críticad = diámetro nominal del tornilloFu = esfuerzo mínimo especificado de ruptura en tensión del material

conectado.

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Aplastamiento en agujeros para tornillos

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 tornilloFu = esfuerzo mínimo especificado de ruptura en tensión del

material conectado.36

Límite de aplastamiento

Límite de desprendimiento t = 0.75 (t = 2.00)

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Para agujeros estándar, sobredimensionados, alargados largos o alaragadoscortos 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 perpendicularesa la dirección de la fuerza:

(Ecuación J3-6c)uucn dtFtFLR 0.20.1

Aplastamiento en agujeros para tornillos

Revisión de la esbeltez l/r Esfuerzos máximos en la sección de

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REQUISITOS ADICIONALESREQUISITOS ADICIONALES

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Ayudas de diseño

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Tablas 5-1 a 5-8Resistencia de fluencia y de ruptura disponiblespara 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 conexionesestructurales.!

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Ayudas de diseño

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Ayudas de diseñoLa 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 lostornillos el c´´alculo de la resistencia total al aplastamiento.

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La Tabla 7-6 proporciona la resistencia al aplastamiento en los agujeros para tornillos con base en la distancia al borde.

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