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2. Elementos cargados axialmente

2.1 Miembros en tensin comportamiento y diseo

La forma ms efectiva de usar el acero estructural es en un miembro a tensin, Si bajo ciertas

condiciones de carga el esfuerzo se invierte en el miembro se vuelve de compresin, deber

disearse como miembro a tensin y como columna, perdindose la eficacia.

Para que todo el material en el miembro a tensin sea totalmente efectivo, las conexiones de

extremo deben disearse ms fuerte que el cuerpo del miembro.

Las vigas y columnas no utilizan el material con una eficiencia plena por dos razones:

1. La falla del metal se concentra en posiciones de altos esfuerzos

2. Algn tipo de falla por pandeo siempre ocurre o por debajo del esfuerzo de fluencia y la

resistencia ltima a tensin del material nunca puede alcanzarse.

En la siguiente figura se muestran algunos tipos de miembros a tensin que pueden alcanzar una

alta eficiencia.

a) Cuerda o cable de alambre (torn) con extremos encasquillados en donde el uso de alambres de

acero estirado en fro con resistencia a la tensin de hasta 10500 kg/cm2

o ms con en

aplicaciones especiales, proporciona la mxima relacin de resistencia a peso de que se

dispone en el uso del acero.

Un cable se define como un elemento flexible a tensin que consisten en uno o ms grupos de

alambres, torones o cuerda, Un torn se forma por alambres dispuestos helicoidalmente respecto a

un alambre central para producir una seccin simtrica; una cuerda de alambre es una pluralidad de

torones dispuestos helicoidalmente alrededor de un ncleo central compuesto de un ncleo de tela u

otro torn de alambre.

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Tipos de cables

Tipo de torn

b) Barra redonda con extremo de rosca sobrepuesta

Las barras redondas o cuadradas se utilizan para tensores, o a menudo insertadas con lechada en

perforaciones en formaciones rocosas para estabilizar tneles o muros de contencin.

c) Barra de ojo con extremos forjados para conexiones de pasador que son ms fuertes que el

cuerpo de la barra

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d) Placa conectada por pasador con placas soldadas de refuerzo en los extremos

Las barras de ojo y las placas conectadas con pasadores se usa en una gra cantidad de situaciones

especiales, para transferencia de una carga de tensin en una cuerda de alambre o cable a un

miembro o ancla de acero estructural,como en el caso de un puente colgante, El uso de barras de

ojo com miembro a tensin en los pueentes colgantes.

Estados lmites de servicio y rea neta efectiva

Los miembros a tensin axialmente cargados son proporcionados de manera que la fuerza de

diseo requerida sea menor que o igual a la resistencia del estado lmite multiplicada por el

factor de resistencia .

Se debe revisar las dos condiciones de estado lmite:

1. El estado lmite de fluencia del rea total de la seccin transversal

2. El estado lmite de fractura del rea neta efectiva , en los extremos del miembro a tensin

Donde es la resistencia a tensin mnima especificada del acero. El menor factor de resistencia

de 0.75 para la fractura se usa debido a las consecuencias de este tipo de falla de la conexin.

El rea neta efectiva de un miembro es:

Es el rea igual al rea de la seccin transversal total cuando la carga de tensin se tramite por

soldaduras longitudinales, slo o en combinacin con soldaduras transversales y es igual al rea

neta si se trasmite por pernos o remaches.

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Coeficiente de reduccin por retraso del cortante que debe usarse cuando slo parte de la

seccin transversal est conectada, como por ejemplo, un lado de un perfil angular a tensin. La

determinacin de est definida en el manual AISC para diferentes tipo de juntas soldadas,

remachadas o unidas por pernos.

El rea neta real en el caso de una serie de agujeros, perforaciones o barrenos que se extienden a

travs de un elemento, se determina por medio de una regla emprica: el ancho neto de la parte se

obtendr deduciendo de ancho total la suma de los dimetros de todos agujeros o barrenos en la

cadena y sumando, para cada espacio de gramil en la cadena, la cantidad:

Donde ( ) es la separacin longitudinal (paso) de dos barrenos o agujeros, consecutivos

cualesquiera, en unidades de longitud y ( ) es la separacin transversal (gramil) de los mismos dos

agujeros o barrenos en unidades longitud.

Diseo por carga repetida

Cuando la carga se aplica y se quita en forma repetida, con un nmero de repeticiones del orden de

muchos miles o hasta millones, el metal puede desarrollar grietas que a la larga se extienden al

grado que causan fatiga o falla del miembro es ms fcil que las grietas de fatiga ocurran cuando la

carga repetida es principalmente de tensin. Las concentraciones pueden ser debidas a soldaduras

mal hechas, a pequeos agujeros y a bordes speros daados, como resultado de los procesos de

fabricacin de cortante, punzonado o corte de baja calidad con oxgeno La resistencia la fatiga de

los aceros de alta resistencia no es apreciablemente mayor que la del acero estructural A36

comnmente utilizado.

En 1969, las AISCS introdujeron un mtodo simplificado para el diseo por carga repetida, las

caractersticas del mtodo proporcionado es el uso del rango de esfuerzo esperado como el criterio

de control en el diseo. El rango de esfuerzo es la diferencia algebraica entre el esfuerzo mximo y

mnimo esperado en cualquier ciclo de la carga.

El rango permisible de esfuerzos es una funcin de:

1. La condicin de carga

2. La categora o rango de esfuerzos.

Las condiciones de carga se definen y tabular en las normas AISC y son determinadas de acuerdo

con el nmero predeterminado de ciclos de carga a usar como base para el diseo. Para menos de

20 000 ciclos, no tienen que considerarse la carga repetida pero para lmites sucesivos inferiores de

20 000, 100 000, 500 000 y 2 000 0000 ciclos, respectivamente se establecen las condiciones de

carga 1, 2, 3, y 4.

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Los esfuerzos que varan de A a F con valores creciente del incremento local de esfuerzo, estn

tabuladas y definidas en la AISC. Despus de establecer la condicin de carga y la categora del

esfuerzo, se determina el rango permisible de esfuerzo en el Manual AISC.

Los miembros en edificios comunes no necesita disearse por carga repetida por que el nmero de

repeticiones de carga mxima es usualmente menor que 20 000 Sin embargo, las trabes de gras y

las estructuras de soporte para maquinaria y equipo, s requieren la consideracin de fatiga. La

fatiga es una consideracin principal del diseo de puentes.

2.2 Miembros en compresin comportamiento y diseo

Los miembros en compresin son elementos estructurales sometidos slo a fuerzas axiales de

compresin; es decir, las cargas son aplicadas a lo largo de un eje longitudinal que pasa por el

centroide de la seccin transversal del miembro y el esfuerzo puede calcularse con la siguiente

ecuacin:

Donde se considera uniforme sobre toda la seccin transversal. En realidad, este estado ideal

nunca se alcanza y alguna excentricidad de la carga es inevitable. Se tendr entonces flexin que

puede considerase como secundaria y ser despreciada si la condicin de carga terica puede

aproximarse en buena media. La flexin no pude despreciarse si existe un momento flexionante

calculable.

El tipo ms comn de miembro en compresin que ocurre en edificios y puentes es la columna,

miembro vertical cuya funcin principal es soportar cargas verticales. En muchos casos esos

miembros se usa tambin para resistir flexin y en esos casos el miembro es una viga- columna. Los

miembros en compresin se usan tambin en armaduras y como componentes de sistemas de

contraventeo. Los miembros en compresin ms pequeos no clasificados como columna se

denominan puntales.

2.3 Miembros compuestos

Se usan perfiles estructurales y miembros compuestos cuando se requiere rigidez en un miembro a

tensin, para resistir pequeas cargas laterales o cuando la inversin de la carga puede someter al

miembro a compresin y tensin alternada, como en la diagonal de una armadura cerca del centro

del claro.

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Los perfiles ms comunmente utilzados son los que se muestrane la siguiente figura.

Los perfiles W (IR), M o S, son especialmente adecuados para la construccin de armaduras

soldadas en doble plano.

Aunque las conexiones de extremo son de importancia primordial en el diseos completo de un

miembro a tensin, una clausula no obligatoria de las especificaciones AISCS, recomienda una

relacin de esbeltez mxima ( ) de 300, las barras y los cables no se incluyen en esta categora.

Perfil compuesto de placas y ngulos

en armaduras de doble plano

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y