Diseño vigas altas de acero

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Capítulo 7 VIGAS ALTAS Son generalmente de gran luz y capacidad de carga tal que exceden las posibilidades de perfiles laminados o normales; por esta razón se les conoce también como VIGAS MAESTRAS o PRINCIPALES. Para el diseño de este tipo de vigas es necesario considerar las siguientes posibilidades de falla: a) b) c) d) a) Por aplastamiento local del alma Por pandeo local del alma o delas alas Por pandeo general del alma Por interacción de flexión y corte. P

Aplastamiento local del alma P

45°

45°

K
f

t
N+K

N
N+2K

f
45°

e N R

P = Carga producida por una grúa montacarga

f = fatigas locales de compresión, críticas en la raíz del filete de soldadura
N= longitud de apoyo

2 Restricción: N > K Si las fatigas locales de compresión "f" son muyconsiderables, se puede producir el aplastamiento del alma del perfil.

Consideraciones para el diseño I. Apoyo: Tramo: Fatigas de trabajo
f ap  R N  K  * t

Fatigas admisible

Fap  0,75  F f Fap  0,75  F f

f ap 

P N  2K  * t

Donde: f ap = fatiga de trabajo por aplastamiento del alma II a) Si f ap  Fap , existen dos posibilidades a saber: Aumentar el espesor del alma. Estasolución es de alto costo.

b) Colocar un atiesador de carga. Esta solución es más adecuada.

CARACTERISTICAS DE LOS ATIESADORES DE CARGA 1. 2. 3. 4. 5. Deben colocarse en pares en ambos lados del alma y centrados bajo las cargas. El extremo adyacente debe ser cepillado y estar en contacto con el ala para permitir la transferencia de los esfuerzos por aplastamiento. Debe hacerse un recorte a45°, generalmente de 2 cm, para no interferir con los filetes de soldadura. Deben extenderse lo más posible del borde de las alas, hasta una distancia de unos 0,5 cms. Pueden fallar por aplastamiento en el extremo cargado o por pandeo general de flexión.

3 Consideraciones para el diseño del atiesador de carga
e

Aplastamiento: a) Tensión de trabajo:
0,5 cm

fa 

P Aa

t

ℓ

Donde:Aa = Area de aplastamiento

H

Aa  2a  ea
b) Tensión admisible
2 cm

Fa  0,9  F f
x

Pandeo general de flexión a) Tensión de trabajo:
fc  P A
a es a ea

donde: A  A1  A2
x

A1 = área del atiesador A1  2  a  es   ea es = espesor de soldadura (aprox. 2 cm) A2 = Area colaborante del alma:

A2  12  t 2 para atiesador extremo A2  24  t 2 para atiesador intermedio4 b) Tensión admisible a la compresión ( Fc )

Fc según fórmulas para solicitación de compresión, donde:

 x  0,75 
Ejemplo:

x rx

Diseñar los atiesadores de carga para una viga de acero, como la mostrada en la figura. Datos: - Apoyo extremo - Usar acero A 37 - 24 ES - N = 25 cms (longitud de apoyo)
PL 150x0,8 cm 3 cm 2 cm PL 25x3 cm 25 cm

PL 25x3 cm

R=50 ton

Solución 1.Verificación de P.L. del ala

25,2  b  12,5  4,1   16,3  no existe pandeo local en el ala   3 Ff e

2. a)

Verificación al aplastamiento local del alma Fatiga de trabajo:

5

f ap 

R 50  ton    2,08 2  N  K   t 25  5  0.8  cm 

Ya que:

R  50ton  N  25cm  K  2  3  5cm  t  0,8cm 
b) Fatiga admisible

 ton  Fap  0,75  F f  0,75 2,4  1,8 2   cm 
Luego:
f ap  Fap  existe aplastamiento local del alma

  colocar atiesadores de carga. Diseño del atiesador de carga a) Aplastamiento:

fa 

R R   Fa  0,9  F f Aa 2a  ea

(*)

Donde :
Aa  área del atiesador de carga

a = ancho, en contacto con el ala, del atiesador de carga
ea = espesor del atiesador de carga

Pero el ancho del atiesador de cargaestá limitado por el ancho del ala de acuerdo a la siguiente expresión: B  t   e  0,5 a sold 2 Donde:

6
e sold  2 cm (espesor de la soldadura)

En nuestro caso:
a 25  0,8  2  0,5  9,6 cm 2

Sea: a  9,5cm  Entonces de (*)  ea  Sea: ea  1,3cm  Entonces:

R 50   1,22cm  2a  0,9 F f 2  9,5  0,9  2,4

Aa  2a  ea  2  9,5  1,3  24,7 cm 2  
fa  R 50...