1. OBJETIVOS Determinar la carga ultima que podrá soportar PLACA C/ANGULO

2. MARCO TEÓRICO 2.1. ACEROS ESTRUCTURALES MODERNOS

Entre los aceros estructurales modernos tenemos los aceros al carbono. Estos aceros tienen como elementos principales de resistencia al carbono y al manganeso en cantidades cuidadosamente dosificadas. Los aceros al carbono son aquellos que tienen los siguientes elementos con cantidades máximas de: Carbono 1.7%, Manganeso 1.65%, Silicio 0.60% y Cobre 0.60%. Estos aceros se dividen en cuatro categorías dependiendo del porcentaje de carbono: 1) Acero de bajo contenido de carbono, < 0.15% 2) Acero dulce al carbono (0.15 a 0.29%) Este es el acero estructural de mayor uso.3) Acero medio al carbono (0.30 a 0.59%) 4) Acero con lato contenido de carbono (0.6 a 1.7%) El Acero A-36, con un esfuerzo de fluencia de 36 ksi, es adecuado para puentes y estructuras atornilladas o soldadas.

Aceros de alta resistencia y baja aleación. Estos aceros obtienen sus altas resistencias y otras propiedades por la adición de columbio, cromo, vanadio, níquel, además del carbono y manganeso. Se incluyen aceros con esfuerzos de fluencia comprendidos entre 40 y 70 ksi. Estos aceros tienen una mayor resistencia a la corrosión atmosférica que los aceros al carbono, debido principalmente por su baja aleación de cobre. Método LRFD (Diseño por Factores de Carga y Resistencia) El diseño con factores de carga y resistencia se basa en los conceptos de estados límite.

El término de estado límite se utiliza para describir una condición en la que una estructura o parte de ella deja de cumplir su función predeterminada. Existen dos tipos de estado límite: los de resistencia y los de servicio. Los primeros se basan en la seguridad o capacidad de carga de las estructuras e incluyen resistencias plásticas, de pandeo, de fractura, de fatiga, de volteo, etc. Los segundos se refieren al comportamiento de las estructuras bajo cargas normales de servicio y tiene que ver con aspectos asociados con el uso y ocupación, tales como flechas excesivas, deslizamientos, vibraciones, etc.

La estructura no solo debe ser capaz de resistir las cargas de diseño sino también las de servicio en forma tal, que se cumplan los requisitos de los usuarios de ella. Las especificaciones del LRFD se concentran en requisitos muy específicos relativos a los estados límite de resistencia y permiten cierta libertad en el área de servicio.

2.2. ANÁLISIS DE MIEMBROS A TRACCIÓN Localización Estructural de Perfiles a la Tracción Estos perfiles se encuentran e la mayor parte de las estructuras, como ser:

Puentes Armaduras de Cubiertas Torres Tirantes Sistemas de Arrostramiento

Los perfiles a la tracción corresponden a los perfiles más fáciles de diseñar, dejando aclarado que el pandeo no existe, contrariamente los perfiles son atirantados tendiendo a conformar unidades estructurales prácticamente rectas. Área de Diseño: A = Pu / Fa El perfil redondo es el más común utilizado para la tracción, su mayor empleo se realiza para elementos de:

Arrostramiento Armaduras ligeras Construcción compuesta con madera

Estos perfiles han tenido varios casos de mala experiencia del pasado (problemas de vibración). Requieren proceso de tesado o tracción inicial para evitar su deflexión por gravedad (peso)

Respecto a otros perfiles, los más comunes empleados a la tracción corresponden a:

Placas PL Angulares L, 2L Tes WT, T Canales MC, C Perfiles I W, M, S, I Secciones Armadas, Perfiles con Cubreplacas Perfiles UNC.

En el diseño a la tracción no se incluyen placas de conexión, excepto cubreplacas que son introducidas para mejorar la sección transversal y resistir la carga axial.

Los cables de acero son de acero aleado, extruídos al frío, con resistencias de 200 Ksi a 250 Ksi. Este material se emplea en estructuras como puentes, puentes colgantes, techos suspendidos, funiculares.

Diseño por Resistencia a la Tracción

Un miembro dúctil de acero (sin agujeros) sometido a carga de tracción puede resistir a una carga mayor al producto de Ag y de Fy en virtud al endurecimiento por deformación.

En caso de existir agujeros, se emplea el valor de An (área neta), la plastificación de este sector no es un estado límite.

La especificación LRFD – DI establece que la resistencia de un miembro a la tensión Φt Pn será la más crítica de uno los valores siguientes.

Por estado límite de fluencia en la sección bruta

Pu = t Fy Ag = 0.90

Por fractura en la sección neta en la que existe agujeros.

Pu = t Fu Ae = 0.75

Donde

Fu = Esfuerzo último

Ae = Área neta efectiva (puede ser menor que An)

Estas relaciones no se aplican a barras roscadas o a perfiles con agujeros para pasadores (barras de ojo), las mismas que tienen otras especificaciones similares

Las fluctuaciones de esfuerzos no llegan a ser un problema porque los cambios de cargas ocurren esporádicamente y varían en mínima cuantía a los esfuerzos. Las cargas por viento total o sismo ocurren con muy poca frecuencia por lo que no se considera el diseño por fatiga.

Área Neta

En el sector de los agujeros se incrementan los esfuerzos aunque sean llenados con tornillos o remaches, ya que existe menor área para distribuir el esfuerzo.

Se asume que la tensión se distribuye uniformemente sobre la sección, (no estando así debido a la ductibilidad, por lo que se asume distribución uniforme, aspecto que en tracción es importante.

Acero dúctil con agujeros tienen mayor resistencia que aceros frágiles, comentario válido para el caso de fuerzas estáticas.

Área neta = Área bruta menos ranuras, agujeros o muescas. Para efectos de absorber fallas de perforación y efectos secundarios, el diámetro de agujeros se incrementa en: 1/16 por punzonamiento + 1/16 por daños en el metal circundante

2.3. TIPO Y DISEÑO DE CONEXIONES

2.3.1. CONEXIONES ATORNILLADAS

La carga se transmite por medio de tornillos o por medio de remaches, o alternativamente se transmite por algunos tornillos.

Ae = An * ULa determinación del factor U se la efectúa del a siguiente manera:

Para perfiles W , M, T, o S:si bf > 2/3 d y existen por lo menos 3 conectores por hilera

U = 0.90si no se cumple o anterior

U = 0.85 Para perfiles con conexiones atornillados o remachadas con solo dos conectores por hilera en la línea de fuerza

U = 0.75 Otros casos se aplica la fórmula

U = 1 – x/L < 0.902.3.2. CONEXIONES SOLDADAS

Soldadura de Filete

Los cordones de soldadura a filete A están cargados en corte longitudinal y el cordón B está cargado en corte transversal. Si se incrementa la fuerza Ru hasta que exceda la resistencia de las soldaduras, la ruptura ocurrirá en los planos de menor resistencia. Se asume que esto sucede en la garganta de la soldadura donde se presenta la menor área transversal. Pruebas de soldadura a filete utilizando electrodos compatibles han demostrado que la soldadura falla a través de su garganta efectiva antes que el material falle a lo largo del lado del cordón.

Figura 3. Soldadura a Filete

Las soldaduras de filete son más resistentes a la tracción y a la compresión que al corte, de manera que los esfuerzos determinantes son los de corte. Este tipo de soldadura falla por corte en un ángulo de aproximadamente 45 grados a través de la garganta.

La dimensión efectiva de la garganta de una soldadura de filete es, nominalmente, la distancia mas corta desde la raíz a la cara de la soldadura. Si se asume que la soldadura de filete tiene lados iguales de tamaño nominal a, la garganta efectiva es igual a 0.707a. Si la soldadura a filete se diseña para ser asimétrica (una situación

rara), con lados desiguales, el valor de te debe calcularse de la forma de la soldadura. LRFD modifica las dimensiones efectivas de la garganta para cordones de soldadura a filete hechos con el proceso de arco sumergido (SAW), para tomar en cuenta la calidad superior de dichas soldaduras:

a. Para cordones de soldadura a filete con el tamaño nominal menor o igual a 3/8” (10 mm), la dimensión efectiva de la garganta se tomará igual al tamaño nominal w.

b. Para cordones con tamaño nominal mayor que 3/8” la dimensión efectiva de la garganta se tomará como 0.707w + 2.8 mm (0.11 in).

a) b)

Figura 4. Dimensiones Efectivas de la gargantapara soldadura a filete

El área efectiva de un cordón de soldadura a filete AW es el producto de la longitud efectiva del cordón de soldadura por la dimensión efectiva de la garganta.

1) La carga es trasmitida por medio de soldadura por casi todos los elementos a tracción.

Ae = U * AgU ya está definido (Solo casos A y B. C no es aplicable)

2) Si la carga de tracción se transmite por medio de soldaduras transversales a algunos elementos con perfiles W M o S, o WT

Ae = Área de las partes directamente conectadas.3) Para Placas Planas conectadas por cordones longitudinales como miembros a

tracción, se presentan fallas si los cordones están muy separados. Longitud de Cordones > ancho de placas o ancho de barras.

La falla puede producirse en las esquinas si los cordones están muy separados entre si L cordón > Ancho de las placas o de las barras. Ae = U Ag Si L > 2w U = 1.00

2w > L > 1.5w U = 0.87 1.5 > L > w U = 0.75

Donde L = Longitud de placaw = Ancho placa