TRACCIÓN Y FLEXO-TRACCIÓN
Tracción
En el cálculo de estructuras e ingeniería se denomina tracción al esfuerzo interno a que está sometido un cuerpo por la aplicación de dos fuerzas que actúan en sentido opuesto, y tienden a estirarlo.
Lógicamente, se considera que las tensiones que tiene cualquier sección perpendicular a dichas fuerzas son normales a esa sección, y poseen sentidos opuestos a las fuerzas que intentan alargar el cuerpo.
Comportamiento de los materiales ante la Tracción
Son muchos los materiales que se ven sometidos a tracción en los diversos procesos mecánicos. Especial interés tienen los que se utilizan en obras de arquitectura o de ingeniería, tales como las rocas, la madera, el hormigón, el acero, varios metales, etc.
Cada material posee cualidades propias que definen su comportamiento ante la tracción. Algunas de ellas son:
- Elasticidad (módulo de elasticidad)
- Plasticidad
- Ductilidad
- Fragilidad
Los materiales con características pétreas, bien sean naturales, o artificiales como el concreto, se comportan mal frente a esfuerzos de tracción, hasta el punto que la resistencia que poseen no se suele considerar en el cálculo de estructuras.
Por el contrario, las barras de acero soportan bien grandes esfuerzos a tracción y se considera uno de los materiales idóneos para ello. El acero en barras corrugadas se emplean en conjunción con el concreto para evitar su fisuración, aportando resistencia a tracción, dando lugar al concreto armado.
Elementos Sometidos a Tracción
En el caso de construcciones estos elementos estructurales pueden tener estados de tensión uniaxiales, biaxiales o triaxiales según su dimensionalidad y según cada una de las direcciones consideradas pueden existir tanto tracciones como compresiones y finalmente dicho estado puede ser uniforme sobre ciertas secciones transversales o variar de punto a punto de la sección. Los elementos estructurales suelen clasificarse en virtud de tres criterios principales:
- Dimensionalidad del elemento, según puedan ser modelizados como elementos unidimensionales (vigas, pilares, entre otros), bidimensionales (placas, láminas, membranas) o tridimensionales.
- Forma geométrica y/o posición, la forma geométrica concreta afecta a los detalles del modelo estructural usado, así si la pieza es recta como una viga o curva como un arco, el modelo debe incorporar estas diferencias, también la posición u orientación afecta al tipo de estado tensional que tenga el elemento.
Estado tensional y/o solicitaciones predominantes, los tipos de esfuerzos predominantes pueden ser tracción (membranas y cables), compresión (pilares), flexión (vigas, arcos, placas, láminas) o torsión (ejes de transmisión, etc.).
Pandeo
El pandeo es un fenómeno de inestabilidad elástica que puede darse en elementos comprimidos esbeltos y que se manifiesta por la aparición de desplazamientos importantes transversales a la dirección principal de compresión.
Puede calificarse al pandeo como un fenómeno que obedece a la inestabilidad de ciertos materiales al ser sometidos a una compresión. La manifestación de fenómeno se evidencia a partir de una deformación transversal.
Existen diferentes tipos de pandeos. Puede hablarse de pandeo torsional, pandeo flexional, pandeo lateral-torsional y otros. Cada clasificación depende de la manera en que se produce la deformación a partir de una cierta compresión.
Flexotracción
La Flexotracción se da principalmente en las vigas y como resulta complicado realizar los ensayos de tracción pura en el concreto, se simplifican a través del Ensayo de Flexotracción, el cual consiste en someter a una deformación plástica una probeta recta de sección plena, circular o poligonal, mediante el pliegue de ésta, sin inversión de su sentido de flexión, sobre un radio especificado al que se le aplica una presión constante.
Miembros sujetos atracción
Es común encontrar miembros sujetos atracción en puentes, armaduras de techo, torres, sistemas de arriostramiento y en miembros usados como tirantes.
La sección de un perfil para usarse como miembro atracción es uno de los problemas más sencillos en el diseño de estructuras. Como no existe el problema de pandeo, el proyectista sólo necesita calcular la fuerza factorizada cargada al
Miembro y dividirla entre un esfuerzo de diseño para determinar el área de la sección transversal efectiva necesaria.
Luego se selecciona un perfil estructural que posea un área que satisfaga el
Requerimiento. Longitud para el diseño : lalongitud de diseño de los miembros traccionados normalmente, L, será la longitud no arriostrada lateralmente, definida como la distancia entre los baricentros de los miembros que los restringen lateralmente.
Relación de esbeltez: será solo su longitud no arriostrada, L, dividida por el correspondiente radio de giro, r, es decir L/r . La relación de esbeltez de los miembros traccionados distintos a las barras, preferiblemente no debe exceder de 300.
Este método de límite puede ser obviado cuando se dispone de otros medios para controlar la flexibilidad, la vibración, y el aflojamiento que puedan ocurrir durante las condiciones de servicio de la estructura.
Diseño por resistencia de miembros a tracción:
Resistencia: la resistencia minorada de los miembros sometidos a tracción,Ф t Nt,
Será el menor valor que se obtenga de considerar los estados límites de cedencia en la sección del área total y de fractura en la sección el área neta efectiva, es decir:
1. Cedencia en la sección del área total Фt=0,90 Nt = fy A
2. Fractura en la sección del área neta efectiva Ф t = 0,75 Nt = fu Ae
Donde:
Fu : esfuerzo de tracción mínimo especificado
A : área total de la sección transversal del miembro
Ae: área neta efectiva
Nt: carga teórica atracción normal
Фt: factor de minoración de la resistencia teórica
Selección de perfiles: los miembros escogidos para trabajar a tracción deben tener
Las siguientes propiedades:
a. Deberán ser compactos
b. Tener dimensión es que se ajusten a la estructura con una relación razonable en las dimensiones de los otros miembros.
c. Tener conexiones con tantas partes de las secciones como sea posible para minimizar el rezago del corte.
PROBLEMAS REFERENTE AL TEMA.
1. Determinar el Ancho neto y el Area efectiva de la conexión. Ver Fig. 3.4 Diámetro de los pernos: 3/4", Espesor de la plancha: 9.5 mm (3/8"). Fu = 4.08 t/cm2 además, determinar la resistencia de diseño. f t Pnr =?.
Solución:
D = 3/4" + 1/8" = 2.23 cm
Wg = ancho total de la Plancha = 20.0 cm
Cadena ABDE: Wg = 20.0
-SDi = 2*2.23 = -4.46
+s2/4g = 52/(4*10) = 0.63
16.17 cm (crítico)
Cadena HFG: Wg = 20.0
-SDi = -2.23
17.17 cm.
Área máxima, según AISC: 0.85*20*0.95 = 16.15 cm2
Área neta crítica = 16.15*0.95 = 15.36 cm2
Resistencia de Diseño en la conexión:
Pnr = f t.Ae*Fu = 0.75*15.36*4.08 = 47 t
Criterios y Métodos de Diseño de elementos a Tracción y Compresión
Los elementos estructurales son diseñados, es decir, calculados o dimensionados para cumplir una serie de requisitos, que frecuentemente incluyen:
Criterio de resistencia, consistente en comprobar que las tensiones máximas no superen ciertas tensiones admisibles para el material del que está hecho el elemento.
Criterio de rigidez, consistente en que bajo la acción de las fuerzas aplicadas las deformaciones o desplazamientos máximo obtenidos no superan ciertos límites admisibles.
Criterios de estabilidad, consistente en comprobar que desviaciones de las fuerzas reales sobre las cargas previstas no ocasionan efectos autoamplificados que puedan producir pérdida de equilibrio mecánico o inestabilidad elástica.
Criterios de funcionalidad, que consiste en un conjunto de condiciones auxiliares relacionadas con los requisitos y solicitaciones que pueden aparecer durante la vida útil o uso del elemento estructural.
Los elementos estructurales son diseñados, es decir, calculados o dimensionados para cumplir una serie de requisitos, que frecuentemente incluyen:
Criterio de resistencia, consistente en comprobar que las tensiones máximas no superen ciertas tensiones admisibles para el material del que está hecho el elemento.
Criterio de rigidez, consistente en que bajo la acción de las fuerzas aplicadas las deformaciones o desplazamientos máximo obtenidos no superan ciertos límites admisibles.
Criterios de estabilidad, consistente en comprobar que desviaciones de las fuerzas reales sobre las cargas previstas no ocasionan efectos autoamplificados que puedan producir pérdida de equilibrio mecánico o inestabilidad elástica.
Criterios de funcionalidad, que consiste en un conjunto de condiciones auxiliares relacionadas con los requisitos y solicitaciones que pueden aparecer durante la vida útil o uso del elemento estructural.
