Carga Axial.

Fuerza que actúa a lo largo del eje longitudinal de un miembro estructural, aplicada al

centroide de la sección transversal del mismo, produciendo un esfuerzo uniforme.

También llamada fuerza axial

Diseño de Miembros Sometidos a Carga Axial.

Tracción.

En el cálculo de estructuras e ingeniería se denomina tracción al esfuerzo interno a que

está sometido un cuerpo por la aplicación de dos fuerzas que actúan en sentido opuesto, y

tienden a estirarlo.

Lógicamente, se considera que las tensiones que tiene cualquier sección perpendicular a

dichas fuerzas son normales a esa sección, y poseen sentidos opuestos a las fuerzas que

intentan alargar el cuerpo.

Comportamiento de los materiales ante la Tracción

Son muchos los materiales que se ven sometidos a tracción en los diversos procesos

mecánicos. Especial interés tienen los que se utilizan en obras de arquitectura o de

ingeniería, tales como las rocas, la madera, el hormigón, el acero, varios metales, etc.

Cada material posee cualidades propias que definen su comportamiento ante la tracción.

Algunas de ellas son:

• Elasticidad

• Plasticidad

• Ductilidad

• Fragilidad

Los materiales con características pétreas, bien sean naturales, o artificiales como el

concreto, se comportan mal frente a esfuerzos de tracción, hasta el punto que la

resistencia que poseen no se suele considerar en el cálculo de estructuras.

Por el contrario, las barras de acero soportan bien grandes esfuerzos a tracción y se

considera uno de los materiales idóneos para ello. El acero en barras corrugadas se

emplea en conjunción con el concreto para evitar su fisuración, aportando resistencia a

tracción, dando lugar al concreto armado.

Flexo tracción.

La Flexo tracción se da principalmente en las vigas y como resulta complicado realizar los

ensayos de tracción pura en el concreto, se simplifican a través del Ensayo de

Flexotracción, el cual consiste en someter a una deformación plástica una probeta recta

de sección plena, circular o poligonal, mediante el pliegue de ésta, sin inversión de su

sentido de flexión, sobre un radio especificado al que se le aplica una presión constante.

Elementos Sometidos a Tracción

En el caso de construcciones, estos elementos estructurales pueden tener estados de

tensión uniaxiales, biaxiales o triaxiales según su dimensionalidad y según cada una de las

direcciones consideradas pueden existir tanto tracciones como compresiones y finalmente

dicho estado puede ser uniforme sobre ciertas secciones transversales o variar de punto a

punto de la sección. Los elementos estructurales suelen clasificarse en virtud de tres

criterios principales:

Dimensionalidad del elemento, según puedan ser modelizados como elementos

unidimensionales (vigas, pilares, entre otros), bidimensionales (placas, láminas,

membranas) o tridimensionales.

Forma geométrica y/o posición, la forma geométrica concreta afecta a los detalles del

modelo estructural usado, así si la pieza es recta como una viga o curva como un arco, el

modelo debe incorporar estas diferencias, también la posición u orientación afecta al tipo

de estado tensional que tenga el elemento.

Estado tensional y/o solicitaciones predominantes, los tipos de esfuerzos predominantes

pueden ser tracción (membranas y cables), compresión (pilares), flexión (vigas, arcos,

placas, láminas) o torsión (ejes de transmisión, etc.).

Fórmula para calcular la resistencia a Flexotracción.

Miembros sujetos a tracción.

Es común encontrar miembros sujetos a tracción en puentes, armaduras de techo, torres,

sistemas de arriostramiento y en miembros usados como tirantes. La sección de un perfil

para usarse como miembro a tracción es uno de los problemas más sencillos en el diseño

de estructuras.

Como no existe el problema de pandeo, el proyectista sólo necesita calcular la fuerza

factorizada cargada al miembro y dividirla entre un esfuerzo de diseño para determinar el

área de la sección transversal efectiva necesaria. Luego se selecciona un perfil estructural

que posea un área que satisfaga el requerimiento.

Longitud para el diseño: la longitud de diseño de los miembros traccionados

normalmente, L, será la longitud no arriostrada lateralmente, definida como la distancia

entre los baricentros de los miembros que los restringen lateralmente. Relación de

esbeltez: será solo su longitud no arriostrada, L, dividida por el correspondiente radio de

giro, r, es decir L/r. La relación de esbeltez de los miembros traccionados distintos a las

barras, preferiblemente no debe exceder de 300. Este método de límite puede ser

obviado cuando se dispone de otros medios para controlar la flexibilidad, la vibración, y el

aflojamiento que puedan ocurrir durante las condiciones de servicio de la estructura. Área

total (A): se determinará sumando las áreas obtenidas al multiplicar el espesor y el ancho

de cada uno de los elementos componentes, debiéndose medir los anchos

perpendiculares al eje longitudinal del miembro. Área neta (An): se determinará sumando

las áreas obtenidas al multiplicar el espesor y el ancho neto de cada uno de los elementos

componentes, calculando el ancho neto como se indica a continuación: al calcular las

áreas netas de los elementos en tracción y corte, los diámetros de los agujeros, da, se

considerarán 2 mm (1/16 pulgadas) mayores que la dimensión nominal del agujero, dh, o

3 mm (1/8 pulgada) mayores que el diámetro nominal del perno.

ELEMENTOS EN TRACCION

Se denominan Miembros en Tracción Axial a los elementos de las estructuras en los cuales

se generan esfuerzos internos que evitan que se separen los extremos cuando están

sometidos a una fuerza axial. Son los miembros más simples de diseñar porque no tienen

problemas de estabilidad interna, como ocurre con las columnas sometidas a compresión

axial o a flexocompresión, o con las vigas sometidas a flexión, que pueden pandear.

Son miembros que permiten los máximos valores de la capacidad del acero en su

resistencia ya que son eficientes. Sin embargo, en ellos las conexiones son muy

importantes. Para asegurar un buen comportamiento del miembro en tracción en sus

conexiones, se deben tratar asuntos relacionados con:

a) el Factor de Resistencia del miembro (f = 0.75, por la inseguridad del comportamiento

de las conexiones),

b) las áreas netas y las cadenas de falla en huecos,

c) los conceptos de áreas netas efectivas y

d) bloques de corte.

Estos dos últimos temas se relacionan con el deseo de evitar fallas conocidas

recientemente.

Los miembros en tracción se encuentran, con frecuencia, en la mayoría de las estructuras

de acero. Son elementos principales en puentes, en armaduras de techados, en torres de

antenas, en torres de líneas de trasmisión y en arriostramientos de edificios. Pueden ser

miembros simples o armados (unión de dos o más elementos simples). Se prefieren los

miembros simples porque requieren menos trabajo de fabricación; sin embargo, a veces

es necesario unirlos por las siguientes razones:

a) La resistencia de uno no es suficiente

b) La relación de esbeltez debe ser disminuida, para cumplir las

Especificaciones y evitar vibraciones no tolerables

c) Las condiciones de las conexiones así lo requieren

d) Disminuir los efectos de flexión.

Comportamiento de los materiales.

Son muchos los materiales que se ven sometidos a tracción en los diversos procesos

mecánicos. Especial interés tienen los que se utilizan en obras de arquitectura o de

ingeniería, tales como las rocas, la madera, el hormigón, el acero, varios metales, etc.

Cada material posee cualidades propias que definen su comportamiento ante la tracción.

Algunas de ellas son:

� elasticidad (módulo de elasticidad)

� plasticidad

� ductilidad

� fragilidad

Catalogados los materiales conforme a tales cualidades, puede decirse que los de

características pétreas, bien sean naturales, o artificiales como el hormigón, se comportan

mal frente a esfuerzos de tracción, hasta el punto que la resistencia que poseen no se

suele considerar en el cálculo de estructuras.

Por el contrario, las barras de acero soportan bien grandes esfuerzos a tracción y se

considera uno de los materiales idóneos para ello. El acero en barras corrugadas se

emplea en conjunción con el hormigón para evitar su fisuración, aportando resistencia a

tracción, dando lugar al hormigón armado.

Ejemplos

Cualquier elemento sometido a fuerzas externas, que tiendan a flexionarlo, está bajo

tracción y compresión. Los elementos pueden no estar sometidos a flexión y estar bajo

condiciones de tracción o compresión si se encuentran bajo fuerzas axiales.

Criterios y Métodos de Diseño de elementos a Tracción y Compresión

Los elementos estructurales son diseñados, es decir, calculados o dimensionados para

cumplir una serie de requisitos, que frecuentemente incluyen:

Criterio de resistencia, consistente en comprobar que las tensiones máximas no superen

ciertas tensiones admisibles para el material del que está hecho el elemento.

Criterio de rigidez, consistente en que bajo la acción de las fuerzas aplicadas las

deformaciones o desplazamientos máximo obtenidos no superan ciertos límites

admisibles.

Criterios de estabilidad, consistente en comprobar que desviaciones de las fuerzas reales

sobre las cargas previstas no ocasionan efectos autoamplificados que puedan producir

pérdida de equilibrio mecánico o inestabilidad elástica.

Criterios de funcionalidad, que consiste en un conjunto de condiciones auxiliares

relacionadas con los requisitos y solicitaciones que pueden aparecer durante la vida útil o

uso del elemento estructural.

Pandeo

El pandeo es un fenómeno de inestabilidad elástica que puede darse en elementos

comprimidos esbeltos y que se manifiesta por la aparición de desplazamientos

importantes transversales a la dirección principal de compresión.

Puede calificarse al pandeo como un fenómeno que obedece a la inestabilidad de ciertos

materiales al ser sometidos a una compresión. La manifestación de fenómeno se

evidencia a partir de una deformación transversal.

Existen diferentes tipos de pandeos. Puede hablarse de pandeo torsional, pandeo

flexional, pandeo lateral-torsional y otros. Cada clasificación depende de la manera en que

se produce la deformación a partir de una cierta compresión.

Falla de una columna por pandeo.

Definición de área efectiva del acero y conceptos relacionados.

Área efectiva del acero: Producto de la superficie de sección transversal de una armadura

de acero por el coseno del ángulo que viene determinada por su eje y la dirección para la

que se considera efectiva.

Área efectiva de hormigón: Superficie de una sección de hormigón situada entre el

centroide de la armadura de tracción y la capa de compresión.

Determinación de un área efectiva en caso de excentricidad axial.

Área efectiva A´ = ½ B1 L1 (zapata con doble excentricidad.

Comportamiento de miembros comprimidos.

La compresión ocurre cuando dos fuerzas actúan en la misma dirección y sentido

contrario haciendo que el elemento se acorte y se deforme. Cada pieza falla bajo diferente

magnitud de carga. La cantidad de carga bajo la cual falla un elemento en compresión

depende del tipo de material, la forma del elemento y la longitud de la pieza. El problema

es que si se presionan dos extremos de una barra delgada la misma no permanece recta,

se acorta y se flexiona fuera de su eje (PANDEO). Los miembros en compresión, tales

como las columnas, están sujetas principalmente a carga axiales. Entonces, las tensiones

principales en un miembro comprimido son las tensiones normales. La falla de un

miembro en compresión, tiene que ver con la resistencia, la rigidez del material y la

geometría (relación de esbeltez) del miembro. La consideración de columna corta,

intermedia o larga depende de estos factores.

3. Casi todos los miembros de una estructura están solicitados a una combinación de

momento y carga axial. Cuando la magnitud de alguna de ellas es relativamente pequeña,

su efecto se desprecia y el miembro se diseña como una viga, una columna axialmente

cargada o un miembro a tracción. En muchas situaciones ningún efecto puede

despreciarse y el diseño debe considerar el comportamiento del miembro bajo carga

combinada

El esfuerzo de compresión es la resultante de las tensiones o presiones que existen dentro

de un sólido deformable o medio continuo, caracterizada porque tiende a una reducción

de volumen del cuerpo, y a un acortamiento del cuerpo en determinada dirección

(coeficiente de Poisson).

En piezas estructurales suficientemente esbeltas los esfuerzos de compresión pueden

producir además abolladura o pandeo

En general, cuando se somete un material a un conjunto de fuerzas se produce tanto

flexión, como cizallamiento o torsión, todos estos esfuerzos conllevan la aparición de

tensiones tanto de tracción como de compresión. Aunque en ingeniería se distingue entre

el esfuerzo de compresión (axial) y las tensiones de compresión.

En un prisma mecánico el esfuerzo de compresión puede ser simplemente la fuerza

resultante que actúa sobre una determinada sección transversal al eje baricéntrico de

dicho prisma, lo que tiene el efecto de acortar la pieza en la dirección de eje baricéntrico.

Las piezas prismáticas sometidas a un esfuerzo de compresión considerable son

susceptibles de experimentar pandeo flexional, por lo que su correcto dimensionado

requiere examinar dicho tipo de no linealidad geométrica

Fuerzas de compresión: la Fuerza aplicada intenta comprimir o acotar al material a lo largo

de su línea de acción. Ejemplo: Las ruedas de un coche están bajo compresión ya que el

peso del coche las aplasta contra el suelo.

Tablas y normas para el diseño de estructuras a tracción y compresión.

� Norma COVENIN- MINDUR 1618-98 ESTRUCTURAS DE ACERO

PARAPROYECTO Y CONSTRUCCIÓN DE OBRAS EN CONCRETO

ESTRUCTURALFONDONORMA 1753:2006

*http://www.funvisis.gob.ve/archivos/pdf/normas/norma_dise%C3%B1o_acero/1618-

1998A.pdf

*Consultar norma covenin 1618

* FONDONORMA 1753:2006