Diseño De Elementos Sometidos A Tension

Introducción

El presente busca mostrar los pasos a seguir para realizar un diseño efectivo de estructuras metálicas, cuando estas se encuentran sometidas a diferentes esfuerzos, tales como el esfuerzo de compresión, de tensión y de flexión.
Cuando nos referimos a los esfuerzos de compresión, hablamos de la resultante de las tensiones o presiones que existen dentro de un sólido deformable,caracterizado porque tiende a una reducción de volumen o acortamiento, mientras que los esfuerzos de tensión, es cuando sobre un elemento actúa una fuerza externa perpendicular a su sección transversal, dicho efecto produce un alargamiento longitudinal al que se le asocia una disminución transversa. Por último, el esfuerzo de flexión se refiera a combinación de compresión y tensión.
Todos estosesfuerzos recaen sobre los diferentes elementos de una estructura arquitectónica, y dicha estructura se comportará dependiendo de si dichos elementos están unidos mediante soldaduras o por remaches.
Por todo esto, indagaremos y definiremos las formulas necesarias para que los elementos estructurales puedan soportar los diferentes esfuerzos que recaen sobre los mismos.



Diseño deElementos Sometidos a Esfuerzo de Tensión

En términos generales, el diseño por tensión es el más fácil, ya que al no presentarse el problema del pandeo solo se necesita calcular la fuerza factorizada que debe tomar el miembro y dividirla entre un esfuerzo de diseño para obtener el área de la sección transversal necesaria. Los tipos de perfiles utilizados para el diseño de elementos a tensión sepresentan en la siguiente figura
El manual del AISC-LRFD , especifica que la resistencia de diseño de un elemento a tensión, φt Pn, será el menor de los valores obtenidos con las siguientes expresiones:
1. Para el estado límite de fluencia en la sección bruta.
Pu =φt Fy Ag con φt= 0.90
2. Para la fractura en la sección neta en la que se encuentran agujeros de tornillos o remaches:
Pu =φtFu Ae conφt= 0.75
Donde Fu es el esfuerzo de tensión mínimo especificado y Ae es el área netaefectiva que se supone resiste la tensión en la sección a través de los agujeros.
Cálculo de áreas netas
Se define como el área bruta de la sección transversal menos el área de las ranuras, muescas o agujeros. Al considerar el área de los agujeros, es necesario restar un área un poco mayor que la nominal delagujero. Para tornillos de alta resistencia, es necesario incrementar el diámetro del tornillo en un octavo de pulgada. El área que se resta por agujeros es igual al área de los agujeros por el espesor del metal. Cuando se tiene más de una hilera de agujeros para tornillos en un miembro, a veces es conveniente escalonar los agujeros a fin de tener el máximo de área neta en cualquier sección pararesistir la carga

Para determinar el ancho neto del elemento con agujeros alternados o en tres bolillos, se considera el ancho total del elemento sin tomar en cuenta la línea a lo largo donde pueda ocurrir la falla, restar el diámetro de los agujeros a lo largo de la sección en tres bolillos considerada y añadiendo por cada diagonal una cantidad dada por la expresión s2/ 4g. Donde s es elespaciamiento longitudinal(o paso) entre dos agujeros cualesquiera y g es el espaciamiento o gramil de dichos agujeros.
Por la concentración de esfuerzos cortantes en la vecindad de una conexión en elementos sometidos a tensión axial, se presenta una reducción de la resistencia por tensión. En caso así, el flujo de esfuerzos de tensión entre la sección transversal del miembro principal y la del miembromás pequeño conectada a el, no es cien por ciento efectiva. Por tanto, el AISC–LRFD estipula que el área neta efectiva, Ae, de dicho miembro se determina multiplicando su área neta (si está atornillada o remachada) o su área total (si esta soldada) por un factor de reducción U; este factor toma en cuenta de manera sencilla la distribución no uniforme del esfuerzo de tensión.
1) Si la fuerza se...