F.2.4 — Diseño de miembros a tensión
Diseño de miembros a tensión: resistencia por fluencia en el área bruta y rotura en el área neta (ecuaciones F.2.4.2-1 y F.2.4.2-2), área neta efectiva con el factor por rezago de cortante U de la Tabla F.2.4.3-1, miembros armados, miembros conectados con pasadores (F.2.4.5-1 y F.2.4.5-2) y barras de ojo.
Este numeral se aplica a miembros solicitados por tensión axial causada por fuerzas estáticas que actúan a lo largo del eje centroidal.
Se incluyen las siguientes secciones:
- F.2.4.1 — Límites de Esbeltez
- F.2.4.2 — Resistencia de diseño a tensión
- F.2.4.3 — Área Neta Efectiva
- F.2.4.4 — Miembros Armados
- F.2.4.5 — Miembros Conectados con Pasadores
- F.2.4.6 — Barras de Ojo
Para casos no incluidos en este numeral, se aplican los siguientes numerales:
- • F.2.2.3.10 Miembros solicitados por cargas de fatiga
- • F.2.8 Miembros solicitados por tensión axial y flexión combinadas.
- • F.2.10.3 Barras roscadas
- • F.2.10.4.1 Elementos de conexión solicitados por tensión
- • F.2.10.4.3 Resistencia al desgarramiento en bloque en conexiones de extremo de miembros solicitados por tensión
F.2.4.1 — Límites de esbeltez
No se establece un límite máximo para la relación de esbeltez de miembros a tensión.
Para miembros cuyo diseño se basa en solicitaciones a tensión, la relación de esbeltez preferiblemente no debe exceder de 300. Esta recomendación no se aplica a varillas o pendolones a tensión.
F.2.4.2 — Resistencia de diseño a tensión
La resistencia de diseño para miembros solicitados por tensión, φtPn, se tomará como el menor valor entre los obtenidos para los estados límites de fluencia por tensión sobre el área bruta y rotura por tensión sobre el área neta.
- (a) Para fluencia por tensión sobre el área bruta:
| Pn = Fy Ag | (F.2.4.2-1) |
| φt = 0.90 |
- (b) Para rotura por tensión sobre el área neta:
| Pn = Fu Ae | (F.2.4.2-2) |
| φt = 0.75 |
donde:
| Símbolo | Significado |
|---|---|
| Ae | = área neta efectiva, mm² |
| Ag | = área bruta del miembro, mm² |
| Fy | = esfuerzo de fluencia mínimo especificado para el tipo de acero usado, MPa |
| Fu | = resistencia a tensión mínima especificada para el tipo de acero usado, MPa |
Para miembros sin perforaciones conectados completamente por soldaduras, el área neta efectiva para la fórmula F.2.4.2-2 se tomará según el numeral F.2.4.3. Al aplicar la misma fórmula para miembros que incluyen perforaciones y se conectan en sus extremos mediante soldaduras, y en conexiones con soldaduras de tapón o de ranura, se tomará el área neta efectiva a través de las perforaciones.
F.2.4.3 — Área neta efectiva
El área bruta, Ag, y el área neta, An, de un miembro a tensión se determinarán según se especifica en el numeral F.2.2.4.3.
El área neta efectiva de un miembro a tensión se calcula como sigue:
| Ae = An U | (F.2.4.3-1) |
donde el factor de reducción por rezago de cortante, U, se calcula como se muestra en la tabla F.2.4.3-1.
Para secciones abiertas tales como W, M, S, C, HP, WT, ST o similares y ángulos sencillos o dobles, no se requiere tomar un valor de U, el factor por rezago de cortante, menor que la relación entre el área bruta de los elementos conectados y el área bruta de la sección. Esta provisión no se aplica a secciones cerradas, tales como perfiles tubulares estructurales (PTE) ni a platinas.
Para platinas de empalme con perforaciones, el valor de An está limitado a un máximo de 0.85Ag según el numeral F.2.10.4.1(b).
| Caso | Descripción del elemento | Factor por rezago de cortante U | |
|---|---|---|---|
| 1 | Todos los miembros a tensión donde la carga se transmita directamente a cada uno de los elementos de la sección transversal mediante pernos o soldaduras (excepto para los casos 4, 5 y 6) | U = 1.0 | |
| 2 | Todos los miembros a tensión, excepto platinas y PTE, donde la carga de tensión se transmita a algunos pero no a todos los elementos de la sección transversal mediante pernos o soldaduras longitudinales, o por una combinación de soldaduras longitudinales y transversales (para perfiles W, M, S , HP y perfiles laminados similares se puede aplicar alternativamente el caso 7. Para ángulos se puede aplicar el caso 8). | U = 1 − x̄ / ℓ | |
| 3 | Todos los miembros a tensión donde la fuerza se transmita mediante soldaduras transversales únicamente a algunos pero no a todos los elementos de la sección transversal | U = 1.0 y An = área de los elementos conectados directamente | |
| 4 | Platinas donde la fuerza de tensión se transmita mediante soldaduras longitudinales únicamente. | ℓ ≥ w: U = 1.0 ; 2w > ℓ ≥ 1.5w: U = 0.87 ; 1.5w > ℓ ≥ w: U = 0.75 | |
| 5 | PTE circulares con platina de conexión única y concéntrica | ℓ ≥ 1.3D: U = 1.0 ; D ≤ ℓ < 1.3D: U = 1 − x̄ / ℓ ; x̄ = D / π | |
| 6 | PTE rectangulares | con platina de conexión única y concéntrica | ℓ ≥ H: U = 1 − x̄ / ℓ ; x̄ = (B² + 2BH) / 4(B + H) |
| con dos platinas de conexión laterales | ℓ ≥ H: U = 1 − x̄ / ℓ ; x̄ = B² / 4(B + H) | ||
| 7 | Perfiles W, M, S , HP o perfiles laminados similares, y perfiles T derivados de ellos (se permite calcular U según el caso 2 y tomar el mayor valor) | conexión por las aletas, con 3 ó más pernos por línea en dirección de la carga | bf ≥ 2/3d: U = 0.90 ; bf < 2/3d: U = 0.85 |
| conexión por el alma, con 4 o más pernos por línea en dirección de la carga | U = 0.70 | ||
| 8 | Ángulos simples (se permite calcular U según el caso 2 y tomar el mayor valor) | Con 4 ó más pernos por línea en dirección de la carga | U = 0.80 |
| Con 3 pernos por línea en dirección de la carga (para menos de 3 pernos por línea en dirección de la carga usar el caso 2) | U = 0.60 |
| Símbolo | Significado |
|---|---|
| l | = longitud de la conexión, mm |
| w | = ancho de la platina, mm |
| x̄ | = excentricidad de la conexión, mm |
| B | = ancho total de un miembro en PTE rectangular, medido perpendicularmente al plano de la conexión, mm |
| H | = peralte de un miembro en PTE rectangular, medido en el plano de la conexión, mm |
F.2.4.4 — Miembros armados
Cuando se usan una platina y un perfil, o dos platinas, en contacto continuo, el espaciamiento longitudinal de los conectores entre los dos elementos debe cumplir con las limitaciones dadas en el numeral F.2.10.3.5.
Se pueden utilizar tanto cubreplacas perforadas como presillas sin diagonales en las caras abiertas de miembros armados solicitados por tensión. Las presillas deben tener una longitud no inferior a 2/3 de la distancia entre las líneas de soldaduras o de pernos que las conectan a los componentes del miembro. El espesor de dichas presillas no será inferior a 1/50 de la distancia entre dichas líneas. El espaciamiento longitudinal de soldaduras intermitentes o pernos en las presillas no debe exceder de 150 mm
Preferiblemente, el espaciamiento longitudinal de los conectores debe ser tal que la relación de esbeltez de cualquier componente entre uno y otro conector no sea superior a 300.
F.2.4.5 — Miembros conectados con pasadores
F.2.4.5.1 — Resistencia a tensión
La resistencia de diseño a tensión, φtPn, para los miembros conectados con pasadores, será el menor valor entre los obtenidos para los estados límites de rotura por tensión, rotura por cortante, aplastamiento y fluencia.
- (a) Para rotura por tensión sobre el área neta efectiva:
| Pn = 2t be Fu | (F.2.4.5-1) |
| φt = 0.75 |
- (b) Para rotura por cortante sobre el área efectiva:
| Pn = 0.60Fu Asf | (F.2.4.5-2) |
| φsf = 0.75 |
donde:
| Símbolo | Significado |
|---|---|
| Asf | = 2t (a + d/2), área sobre la trayectoria de la falla a cortante, mm² |
| a | = distancia más corta entre el borde del agujero del pasador y el borde del miembro, medida paralelamente a la dirección de la fuerza, mm |
| be | = 2t + 16, mm, pero no mayor que la distancia real entre el borde del agujero y el borde de la pieza, medida en dirección normal a la fuerza aplicada |
| d | = diámetro del pasador, mm |
| t | = espesor de la platina, mm |
F.2.4.5.2 — Requisitos dimensionales
El agujero del pasador debe localizarse, sobre la dirección normal a la fuerza aplicada, en posición equidistante entre los bordes del miembro. Cuando se espere que el pasador permita el movimiento relativo entre las partes conectadas baja la acción de la carga total, el diámetro de la perforación no debe exceder en más de 1 mm al diámetro del pasador.
La platina debe tener, a la altura del agujero del pasador, un ancho no menor que 2be + d y debe extenderse más allá del extremo de contacto del agujero, en dirección paralela al eje del miembro, en una longitud “a” no menor que 1.33be.
Las esquinas más allá del agujero del pasador pueden cortarse a 45º con respecto al eje del miembro, siempre que el área neta mas allá de la perforación del pasador, sobre un plano perpendicular al corte, no sea menor que la requerida mas allá de la perforación del pasador en dirección paralela al eje del miembro.
F.2.4.6 — Barras de ojo
F.2.4.6.1 — Resistencia a tensión
La resistencia de diseño a tensión para barras de ojo se debe determinar de acuerdo con el numeral F.2.4.2, tomando Ag como el área de la sección transversal del cuerpo de la barra.
Para efectos de cálculo, el ancho del cuerpo de la barra de ojo no se tomará mayor que ocho veces su espesor.
F.2.4.6.2 — Requisitos dimensionales
Las barras de ojo deben ser de espesor uniforme, sin refuerzo en los huecos de pasador, y tener cabeza circular de periferia concéntrica con el agujero del pasador.
El radio de la transición entre la cabeza circular y el cuerpo de la barra de ojo no debe ser menor que el diámetro de la cabeza
El diámetro del pasador no debe ser menor que 7/8 del ancho del cuerpo de la barra de ojo, y el diámetro del agujero del pasador no debe exceder en más de 1 mm al diámetro del pasador.
Para aceros con Fy superior a 485 MPa, el diámetro del agujero no debe exceder de cinco veces el espesor de la platina y el ancho del cuerpo de la barra de ojo se debe reducir proporcionalmente
Se permite un espesor de menos de 13 mm sólo si se proporcionan tuercas externas que permitan apretar las platinas del pasador y las platinas de relleno de manera que queden en contacto firme. El ancho entre el borde del agujero y el borde de la platina, medido perpendicularmente a la dirección de la carga aplicada, debe ser mayor que 2/3 del ancho del cuerpo de la barra de ojo, pero para efectos de cálculo se tomará como máximo los ¾ de dicho ancho del cuerpo de la barra de ojo.