Elementos En Tension Y Compresion.pptx

UNIDAD 2

Consideraciones Generales Las piezas comprimidas, corresponden en la práctica a uno de los elementos más abundantes en estructuras de acero y probablemente, el más importante. Usualmente encontramos elementos sometidos a fuerzas de compresión en: •

Estructuras reticulares o armaduras. Aquí se presentan cargas axiales puras, preferentemente en los cordones superiores y en arriostramientos.

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Columnas. Estos son miembros verticales rectos, cuyas longitudes son considerablemente mayores que su ancho. También pueden estar sometidas a decompresión axial pura, aunque resulta bastante común encontrarlas en combinación con cargas de flexión. De los elementos comprimidos la columna es sin duda, el más importante dentro de una estructura.

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Vigas armadas y laminadas. Las cargas de compresión aparecen con frecuencia en las alas superiores de vigas del tipo IN, o W.

• Tipo de carga. • Propiedades de los materiales. • Longitud del elemento. • Tipo de extremos.

conexión

• Forma de la sección • Tensiones residuales • Otros. En general, el análisis de resistencia se hace idealizando el sistema de cargas como una fuerza axial pura (compresión pura), o bien una combinación de flexión y carga axial.

en

los

Área neta Se refiere al área bruta de la sección transversal menos las de ranuras y agujeros.

Los agujeros para los tornillos se hacen con un diámetro 1/16 pulg mayor que el correspondiente al tornillo

Se agrega un 1/16 por el punzonamiento del agujero que se daña o destruye

El área de los agujeros que se resta corresponde a un diámetro de 1/8 de pulg.

Área neta efectiva Es aquella que se determina multiplicando el área neta (si es un miembro atornillado o remachado) o su área total (si es soldado) por un factor de reducción U.

Factor U: toma en cuenta de manera sencilla la distribución no uniforme del esfuerzo.

Un miembro de acero, sin agujeros y sometido a una carga de tensión puede resistir, sin fracturarse, una carga mayor que la correspondiente al producto del área de su sección transversal y del esfuerzo de fluencia del acero, gracias al endurecimiento por deformación. Sin embargo un miembro a tensión cargado hasta el endurecimiento, se alargara considerablemente y restara utilidad a éste, pudiendo además causar la falla del sistema estructural del que formara parte el miembro.

Si tenemos un miembro a tensión con agujeros para tornillos, éste puede fallar por fractura en la sección neta requerida que pasa por los agujeros. Ésta carga de falla puede ser más pequeña que la carga requerida para plastificar la sección bruta alejada de los agujeros.

Modos de falla  Fluencia de la sección transversal total del miembro lejos de la conexión

P

P

 Fractura del área neta efectiva (por ejemplo a través de

agujeros) en la conexión

P

P

3. Ruptura por cortante y tensión combinados

P

P

FALLA POR FLUENCIA Fy= Limite de fluencia FR= Factor de Resistencia (0.90 LRFD y 1.67 ASD)

FALLA POR FRACTURA Fu= Resistencia Ultima FR= Factor de Resistencia (0.75 LRFD y 2 ASD)

Tornillo

Remache U= Factor de eficiencia

 Valor de U

Se denomina longitud efectiva a la longitud de la onda de pandeo que se utiliza para la determinación de la carga crítica de Euler.

Longitud Efectiva : le = k lu lu : Es la longitud "real“ sin apoyo lateral de la columna, que difiere de la anterior, y también varía de acuerdo con el plano de pandeo que se analice. Las figuras siguientes aclaran el concepto:

Para columnas con condiciones estrictas de borde, el coeficiente k, llamado Factor de Longitud Efectiva para Elementos Comprimidos, toma valores familiares al alumno, que ya los ha estudiado en cursos anteriores sobre Teoría de las Estructuras y Estructuras Metálicas. Tales valores son: Columna biarticulada: k=1 Columna biempotrada: k=1/2

Columna empotrada-articulada: k=0.71

En estructuras con nodos indesplazables esta longitud está comprendida, obviamente, entre 0.5 y 1.0 veces la longitud sin apoyo lateral (lu) de la pieza y en la mayoría de los casos se encuentra entre 0.75 y 0.90 veces dicha longitud dependiendo de la restricción al giro que impongan las condiciones de vínculo en los extremos superior e inferior. (En una primera aproximación se suele adoptar un valor 0.8). Para el caso de nudos desplazables, el valor de k es siempre mayor que 1.

Consideraciones generales Existen varios tipos de miembros que trabajan a compresión, de los cuales las columna es el mas conocido. Entre los otros tipos se encuentran las cuerdas superiores de armaduras, miembros de arriostramiento, los patines a compresión de vigas laminadas y armadas y los miembros sujetos simultáneamente a flexión y a compresión. Las columnas son miembros verticales rectos cuyas longitudes son considerablemente mayores que su ancho. Hay tres modos generales según los cuales las columnas cargadas axialmente pueden fallar. Estos son: pandeo flexionante, pandeo local, y pandeo torsionante.

1. El pandeo flexionante: (llamado también pandeo de Euler) Los miembros están sometidos a flexión cuando se vuelven inestable. 2. El pandeo local: Ocurre cuando alguna parte o partes de la sección transversal de una columna son tan delgadas que se pandean localmente en comprensión antes que los otros modos de pandeo puedan ocurrir. La susceptibilidad de una columna al pandeo local se mide por las relaciones ancho grueso de las partes de su sección transversal. 3. El pandeo torsionante: Puede ocurrir en columnas que tienen ciertas configuraciones en su sección transversal . Esas columnas fallan por torsión o por una combinación de pandeo torsional y flexionante.

Entre mas larga sea una columna para una misma sección transversal, mayor en su tendencia a pandearse y menor será la carga que pueda soportar. La tendencia de un miembro a pandearse se mide por lo general con la relación de esbeltez que se ha definido previamente como la relación entre la longitud del miembro y su radio de giro mínimo. La tendencia al pandeo depende también de los siguientes factores: tipo de conexión en los extremos, excentricidad de la carga, imperfecciones en el material de la columna, torceduras iniciales en la columna, esfuerzos residuales de fabricación, etc. En teoría puede seleccionarse un sin fin de perfiles para resistir con seguridad una carga de compresión en una estructura dada. Las secciones utilizadas para miembros a compresión por lo común son similares a las empleadas para miembros a tensión con ciertas excepciones. Las excepciones las causa el hecho de que las resistencias de los miembros a compresión varían en cierta relación inversa con las relaciones de esbeltez y se requieren entonces miembros rígidos.