Diseño de elementos estructurales sometidos a esfuerzos directos

4.1.DISEÑO DE MIEMBROS SOMETIDOS BAJO TENSIÓN O COMPRESIÓN DIRECTA

El esfuerzo normal directo de compresión o de tensión (s), se calcula como:

s = F / A (16)
Se deben cumplir las siguientes condiciones:
• El miembro con carga debe ser recto.
• La sección transversal debe ser uniforme a lo largo de toda la longitud considerada.
• El material debe ser homogéneo.
• La cargadebe aplicarse a lo largo del eje centroidal.
• Los miembros a compresión deben ser cortos para que no se pandeen.

4.1.1 ESFUERZOS NORMALES DE DISEÑO

El esfuerzo normal de diseño (sd) 4, se calcula teniendo como referencia la resistencia de cedencia (Sy) o la resistencia última (Su), de acuerdo con las siguientes ecuaciones:

sd = Sy / N 1 (17)
sd = Su / N 2 (18)
donde, N 1 y N 2son factores de seguridad, llamados también factores de diseño, los cuales se determinan de acuerdo con el cuadro 5 (MOTT, 1999):

Cuadro 5: Criterios para esfuerzos de diseño, en esfuerzos normales directos.
Forma de carga Material dúctil Material quebradizo
Estática Sy / 2 Su / 6
Repetida Su / 8 Su / 10
Impacto Su / 12 Su / 15
Para el diseño de estructuras de construcciónsometidas a cargas estáticas, el AISC y el AA, sugieren las siguientes ecuaciones:
Acero estructural (AISC):
s d = 0.60 Sy (19)
s d = 0.50 Su (20)
Se toma el menor valor de las dos ecuaciones.
Aluminio (AA):
s d = 0.61 Sy (21)
s d = 0.51 Su (22)
Se toma el menor valor de las dos ecuaciones.
Ejemplo 1: Un soporte estructural de una máquina se verá sometido a una carga de tensiónestática de 16.0 kN. Se planea fabricar una varilla cuadrada de acero AISI 1020 laminado en caliente. Especificar las dimensiones para la sección transversal de la varilla.
Ejemplo 2: Un miembro de una armadura para cubierta debe soportar una carga de tensión axial estática de 19800 lb . Se propone el uso de un ángulo de acero estructural estándar de aletas iguales utilizando acero estructuralASTM A36.
Ejemplo 3: Un elemento de una máquina empacadora se somete a una carga de tensión de 36.6 kN que se repetirá varios miles de veces durante la vida útil de la máquina. La sección transversal del elemento es de 12 mm de espesor y 20 mm de ancho. Especifique un material adecuado para hacer el elemento.


4.2. DISEÑO POR ESFUERZO CORTANTE

El esfuerzo a cortante de diseño (t d), sedetermina a partir de la resistencia a la cedencia cortante (Sys) y el respectivo factor de seguridad (N), de acuerdo con la ecuación:
t d = Sys / N (23)
Si la resistencia a la cedencia cortante no es posible determinar, entonces, se calculará a partir de la resistencia a la cedencia (Sy), de acuerdo con las siguientes ecuaciones:
Sys = Sy / 2 (24)
t d = Sy / 2N (25)
Los factores deseguridad para el diseño a cortante, se determinan de acuerdo con el siguiente cuadro 6 (MOTT, 1999):

Cuadro 6: Criterios de esfuerzo de diseño para la determinación de la fuerza cortante.
Forma de carga Factor de carga (N) Diseño para esfuerzo cortante (td)
Estática 2 Sy / 4
Repetida 4 Sy / 8
Impacto 6 Sy / 12

La resistencia última a cortante (Sus) puede estimarse a partirde la resistencia última (Su), para las aleaciones de aluminio, acero, hierro maleable y aleaciones de cobre, y hierro colado gris, de acuerdo con las siguientes ecuaciones, respectivamente:

Sus = 0.65 Su (26)
Sus = 0.82 Su (27)
Sus = 0.90 Su (28)
Sus = 1.30 Su (29)
Ejemplo 4: Un perno de transición cilíndrico insertado en un eje de diámetro 3 plg, es sometido a un torque de 1575lb-plg. Determinar el diámetro mínimo del perno, si es fabricado con acero estirado en frío AISI 1020 (Sy = 51000 psi).

4 Se conoce también como esfuerzo normal admisible (sa).
4.3.DISEÑO POR ESFUERZOS DE APOYO

Para superficie planas, y áreas proyectadas de pernos en agujeros perforados, de elementos fabricados en acero, el esfuerzo admisible para esfuerzos de apoyo (s bd), se determina...