Apuntes de Diseño de Estructuras de Acero

APUNTES DE DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO M.C. Josept David Revuelta Acosta MÉTODOS DE DISEÑO ELÁSTICO Y PLÁSTICO La mayor parte de las estructuras existentes se diseñaron con métodos elásticos ( Diseño por  esfuerzos permisibles y diseño por esfuerzos de trabajo ), estos métodos consisten en la estimación de cargas de trabajo y servicio, es decir, las que la estructura tiene que soportar y se diseñan los miembros en base a ciertos esfuerzos permisibles. Estos esfuerzos, son una fracción del esfuerzo mínimo de fluencia especificado del acero. Dentro del tema de mecánica de materiales es sabido que la ductilidad del acero proporciona una reserva de resistencia y está circunstancia es la base del diseño plástico. En el método plástico, las cargas de trabajo se estiman y se multiplican por ciertos factores de carga o de sobrecapacidad y los elementos estructurales se diseñan en entonces con base en sus resistencias al colapso, por ello este método también lleva por nombre el de diseño por colapso . La mayor porción de la curva esfuerzo-deformación yace más allá del límite elástico del acero. Estudios experimentales han demostrado que los aceros pueden resistir esfuerzos considerablemente mayores que los de fluencia y en caso de sobrecargas las estructuras estáticamente indeterminadas tienen la capacidad de repartir la sobrecarga, gracias a la ductilidad del acero.

DISEÑO CON FACTORES DE CARGA Y RESISTENCIA (LRFD, LOAD AND RESISTANCE FACTORS DESIGN) El diseño con factores de carga y resistencia se basa en los conceptos de estados límite. Estado límite se usa para describir una condición en la que una estructura o parte de ella deja de cumplir con su función. Los estados límite son: los de resistencia y los de servicio . Los estados límite por resistencia se basan en: seguridad, capacidad de carga de las estructuras que incluyen las resistencias plásticas, de pandeo, de fractura, de fatiga de volteo, etc. Los estados límite de servicio se basan en: deflexiones excesivas, deslizamientos, vibraciones y agrietamientos. La especificación LRFD se concentra en requisitos muy específicos relativos a los estados límite de resistencia, dejando al Ingeniero Estructural cierta libertad en el área de servicio.

 

En este método las cargas de trabajo o servicio  se multiplican por factores de carga o seguridad  que son casi siempre mayores que 1.0, las magnitudes de estos factores dependerá de las combinaciones de carga.

 

A estructura se calcula para para que tenga una resistencia última de diseño suficiente suficiente para resistir las cargas factorizadas. Esta resistencia se considera igual a la resistencia teórica nominal  del miembro estructural, multiplicada por un factor de resistencia que es normalmente menor que 1.0. Con lo que puede resumirse para un miembro estructural de la manera



 

APUNTES DE DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO M.C. Josept David Revuelta Acosta siguiente: (suma de los productos de los efectos de las cargas y factores de carga) ≤ (Factor de

resistencia) (Resistencia nominal).

∑   FACTORES DE CARGA El propósito de los factores de caga es incrementar las cargas para tomar en cuenta las incertidumbres implicadas al estimar las cargas vivas y muertas. Las combinaciones usadas en la especificación LRFD son las siguientes:

     

(Ecuación A4-1 del LRFD). (Ecuación A4-2 del LRFD)

Donde U representa la carga última, D la carga muerta, L la carga viva, S para cargas de nieve y R para cargas de lluvia.

 la carga viva de techo,

Las cargas de impacto se incluyen sólo en la segunda combinación. Si existen cargas de viento (W) o sismo (E), es necesario considerar las siguientes combinaciones:

               

(Ecuación A4-3 del LRFD) (Ecuación A4-4 del LRFD) (Ecuación A4.5 del LRFD)

Es necesario considerar solo las cargas de impacto en la combinación A4-3 de este grupo. Existe un cambio para L en las combinaciones A4-3, A4-4 y A4-5 cuando se trata de garajes, áreas de reuniones públicas y en todas las áreas donde la carga viva exceda de 100 psf. Para tales casos debe usarse el valor de 1.0 y las combinaciones quedan:

               

(Ecuación A4-3’ del LRFD) (Ecuación A4-4’ del LRFD) (Ecuación A4.5’ del LRFD)

En las especiaciones LRFD se da otra combinación para tomar en cuenta la posibilidad de levantamiento. Esta combinación se incluye para cubrir los casos donde se desarrollan fuerzas de tensión debidas a momento de volteo; esto regirá sólo en edificios altos donde se presentan fuertes carga laterales. En esta combinación existe una reducción de un 10% de la carga muerta. Si las fuerzas de sismo y viento adquieren signos negativos y positivos solo se necesita considerar ese efecto en esta última combinación.

       

(Ecuación A4.6 del LRFD)

APUNTES DE DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO M.C. Josept David Revuelta Acosta Nota: Realizar ejemplo de clase.

FACTORES DE RESISTENCIA Factores de Resistencia o

Situaciones Aplastamiento en áreas proyectantes de pasadores, fluencia del alma bajo cargas concentradas, cortante en tornillos en juntas tipo fricción Vigas sometidas a flexión y corte, filetes de soldadura con esfuerzos paralelos al eje de la soldadura, soldaduras de ranura en metal base, fluencia de la sección total de miembros a tensión Columnas, aplastamiento del alma, distancias al borde y capacidad de aplastamiento en agujeros Cortante en área efectiva de soldaduras de ranura con penetración completa, tensión normal al área efectiva de soldaduras de ranura con penetración parcial. Tornillos a tensión, soldaduras de tapón o muesca, fractura en la sección neta de miembros a tensión. Aplastamiento en tornillos (que no sean Tipo A307) Aplastamiento en cimentaciones de concreto

1.0 0.90 0.85 0.80 0.75 0.65 0.60

ÍNDICES DE CONFIABILIDAD Índice de confiablidad β 3.00

4.50

2.5 1.75

Situaciones Miembros sujetos a cargas de gravedad Conexiones. (Este valor se refleja en la práctica común de diseñar las conexiones con mayor resistencia que la asociada a miembros conectados). Miembros sujetos a cargas de gravedad y viento. (Este valor se refleja la antigua idea de que los factores de seguridad no tienen que ser tan grandes en los casos en que se presentan cargas laterales, ya que éstas son de corta duración.) Miembros sujetos a cargas de gravedad y sismo

VENTAJAS DEL MÉTODO LRFD Proporciona una confiabilidad más uniforme para todas las estructuras de acero, sean cuales sean las cargas. Facilita la incorporación de los avances que se logren con el paso de los años en el campo del diseño estructural. El método DEP utiliza los mismo factores para carga muerta y carga viva en tanto que el LFRD utilizada factores de carga mucho menor para cargas muerta que para vivas lo cual se ve reflejado en el ahorro en el costo de los elementos.

APUNTES DE DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO M.C. Josept David Revuelta Acosta ANÁLISIS DE MIEMBROS A TENSIÓN Un miembro dúctil de acero, sin agujeros y sometido a una carga de tensión puede resistir, sin fracturarse, una carga mayor que la correspondiente al producto del área de su sección transversal y del esfuerzo de fluencia del acero, gracias al endurecimiento por deformación. Sin embargo, un miembro cargado hasta el endurecimiento, se alargará considerablemente y restará utilidad a éste, además de poder causar la falla del sistema estructural del que forma parte el miembro.

Figura 1. Tipos de miembros a tensión

Por otra parte, si tenemos un miembro a tensión con agujeros para tornillos, éste puede fallar por fractura en la sección neta que pasa por los agujeros. Está carga puede ser más pequeña que la requerida para plastificar la sección bruta alejada de los agujeros. Se debe tomar en cuenta que el área transversal reducida por los agujeros, es muy corta comparada su longitud total. Aunque el endurecimiento por deformación se alcanza rápidamente en la sección del área neta del miembro, la plastificación en esa zona no es un estado límite de importancia, ya que el cambio de la longitud del miembro, debido a esa plastificación en una parte tan corta es insignificante. La especificación LRFD (D1) estipula que la resistencia de diseño de un miembro a tensión será la más pequeña de los valores obtenidos con las expresiones siguientes:

 ,

Para el estado límite de fluencia en la sección bruta (con la idea de prevenir alargamiento excesivo del miembro)

         con  

(Ecuación D1-1 del LRFD)

Por fractura en la sección neta en la que se encuentren agujeros y tornillos

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    (Ecuación D1-2 del LRFD)      con   Donde  es el esfuerzo mínimo especificado y   es el área neta efectiva que se supone resiste la sección a través de los agujeros. Está área puede ser algo más pequeña que él área neta real,  , debido a las concentraciones de esfuerzos y otros factores. Para edificios comunes esas fluctuaciones en los esfuerzos ocurren de forma esporádica además son de bajo orden.

Nota: Las resistencia no se aplican a miembros con agujeros para pasadores o barras roscadas.

AREAS NETAS La presencia de un agujero en un miembro sujeto a tensión incrementa los esfuerzos, aun si el agujero está ocupado por un tornillo. Se tiene menos área de acero sobre la que puede distribuir se la carga y habrá concentración de esfuerzos a los largo del borde del agujero. La tensión se supone uniformemente distribuida sobre la sección neta del miembro, aunque en sentido estricto existirá un incremento en la intensidad del esfuerzo alrededor de los bordes de los agujeros y que en ocasiones exceden varias veces el valor que se tendría sin los agujeros. Sin embargo para materiales dúctiles éste se supondrá uniforme. El término área neta se refiere al área bruta de la secciones menos la de las ranuras, muescas y agujeros. El área que se le debe restar por agujeros a una sección sujeta a tensión debe ser la equivalente a un diámetro de 1/8” (3 mm) mayor que el diámetro del conector por el espesor del metal, el área es considerada como rectangular y dependerá del arreglo geométrico de los conectores. (1/16” por fabricación + 1/16” por punzonamiento + diámetro del tornillo) X (espesor del metal)

La variación de este criterio depende de: - Las placas con espesores mayores que el diámetro del tornillo - El uso de tornillos de alta resistencia Las conexiones de los miembros a tensión deben diseñarse de modo que no tengan excentricidad.

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Figura 2. Alineación de los centros de gravedad de los miembros EFECTO DE AGUJEROS ALTERNADOS Si se tiene más de una hilera de agujeros para tornillos o remaches en un miembro, a veces es conveniente escalonar los agujeros con el fin de tener en cualquier sección el máximo de área neta para resistir la carga.

Figura 3. Secciones posibles fallas en placas Las especificaciones LRFD (B2) y otras usan un método muy simple para calcular el ancho neto de un miembro a tensión a lo largo de una sección zigzag. El método consiste en considerar el ancho total del miembro sin tomar en cuenta la línea a lo largo de la cual pueda ocurrir la falla, restar el diámetro de los agujeros a lo largo de la sección en zigzag considerada y añadir por cada diagonal una cantidad dada por la expresión

  Donde s es el espaciamiento longitudinal (paso) entre dos agujeros cualesquiera y g es el espaciamiento transversal (gramil) de los mismos agujeros. Pueden existir varias trayectorias cada una de las cuales puede ser la crítica en una junta en particular y deberá considerarse la menor para el cálculo del área neta.

APUNTES DE DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO M.C. Josept David Revuelta Acosta Tabla 3. Gramiles usales para ángulos

Hacer ejercicios. Las especificaciones LRFD no incluyen un método para determinar los anchos netos de secciones que no sean placas o ángulos. Para canales, secciones W, secciones S y otras, los espesores del alma y el patín no son los mismos; en consecuencia, es necesario trabajar con áreas con áreas netas en vez de anchos netos. Si los agujeros se sitúan en líneas rectas a través de esos miembros, el área puede obtenerse simplemente restando las pareas de los agujeros del área total del miembro. Si los agujeros están escalonados, es necesario multiplicar los valores s2/4g por el espesor aplicable para obtener un área. Para segmentos que van de agujeros en el alma a agujeros en el patín, los valores s 2/4g se multiplican por el promedio de los espesores del alma y del patín y del alma.

Figura 4. Conexión típica

APUNTES DE DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO M.C. Josept David Revuelta Acosta ÁREAS NETAS EFECTIVAS Si un miembro que no sea una barra o una placa plana se somete a tensión axial hasta que ocurre la falla de su sección neta, es esfuerzo real de falla a tensión probablemente será menor que el obtenido en una probeta, a menos que las diversas partes que conforman la sección estén conectadas de manera que el esfuerzo se transmita uniformemente a través de la sección. Si las fuerzas no son transferidas uniformemente a través de la sección transversal de un miembro, habrá una región de transición de esfuerzo no uniforme que irá de la conexión al miembro a lo largo de cierta distancia.

Figura 5. Retraso de cortante

En la región de transición, el esfuerzo en la parte conectada del miembro puede fácilmente exceder



y entrar al rango de endurecimiento por deformación y el miembro podrá

fracturarse prematuramente. Entre más nos alejamos de la conexión más uniforme se vuelve el esfuerzo. En la región de transición, el esfuerzo cortante se ha “retrasado” y fenómeno se

conoce como retraso del cortante.

Figura 6. Reducción del retraso de cortante

APUNTES DE DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO M.C. Josept David Revuelta Acosta En una situación así el flujo del esfuerzo de tensión entre la sección transversal del miembro principal y la del miembro más pequeño conectado a él, no es 100% efectivo.

  de dicho miembro se determina multiplicando su área neta o su área total por un factor de reducción , este factor toma en cuenta de manera El LRFD estipula que el área neta efectiva,

sencilla la distribución no uniforme del esfuerzo.

    Investigaciones demostraron que la efectividad de un miembro está en función de la distancia

̅ , formada entre el plano de la conexión y el centroide del área de la sección total. Entre meno sea este valor mayor será la efectividad del miembro.

Figura 7. Valores de

 para diferentes perfiles

Miembros atornillados Si una carga de tensión debe trasmitirse por medio de tornillos, miembro y

 se calcula como sigue:

  es igual al área neta   del

    ̅  

La longitud usada en esta expresión es igual a la distancia entre el primero y el último tornillo de la línea. Cuando hay dos o más pernos, es la longitud de la línea con el número máximo de tornillo. Si lo pernos están a tresbolillo, es la dimensión fuera-a-fuera entre tornillos extremos.

APUNTES DE DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO M.C. Josept David Revuelta Acosta Entre más larga se vuelve la conexión (L), más grande resultará

 así como el área efectiva del

miembro. Cuando solo se presenta un tornillo en una línea, una forma conservadora para este caso es suponer

    del elemento conectado.

 para una sección W conectada sólo por sus patines, se supone que la sección está dividida en dos tes estructurales. El valor de ̅ usado será entonces la distancia desde el Para calcular

borde del patín exterior del patín al centro de gravedad de la te estructura (Figura 7). Otro ejemplo se tiene al observar una canal con dos líneas de tornillos a través de su alma. La parte ángulo de este canal arriba del centro del tornillo superior se muestra en la Figura 8. Está parte no está conectada.

Figura 8. Calculo de

 para una canal atornillada a través de su alma

Para fines del retraso de cortante podemos calcular la distancia vertical del centro del tornillo superior al centroide del ángulo superior y la distancia horizontal de la cara exterior del alma al centroide del ángulo. El valor mayor representa la peor situación y será la ecuación. Tabla 3.2. Valores permitidos U para conexiones atornilladas

̅ usada en la

APUNTES DE DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO M.C. Josept David Revuelta Acosta Cuando una carga de tensión se trasmite por filetes de soldadura a algunos pero no a todos los elementos de una sección transversal, regirá la resistencia a la soldadura.

Miembros soldados Cuando las cargas de tensión son trasmitidas por soldaduras, deberán usarse las siguientes reglas (Especificación B.3) para determinar los valores de  A y U. 1. Si la carga es trasmitida solo por soldaduras longitudinales a otros elementos que no sean placas, o por soldaduras transversales,

  debe ser igual al área total   del

miembro. 2. Si una carga de tensión es transmitida sólo por soldaduras transversales, igual al área de los elementos directamente conectados y

 es igual a 1.0.

  debe ser

3. Las pruebas han mostrado que cuando placas o barras planas conectadas por soldadura de filete longitudinales se usan como miembros en tensión, ellas pueden fallar prematuramente por retraso del cortante en las esquinas si las soldaduras está muy separadas entre sí, por lo que el LRFD establece que las longitudes de las soldaduras no deben ser menores que el anchos de las placas o barras.

 =1 Cuando  =0.87 Cuando  =0.75 Donde  es la longitud de la soldadura en pulgadas y  es el ancho de la placa (distancia Cuando

entre soldaduras) en pulgadas.

APUNTES DE DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO M.C. Josept David Revuelta Acosta ELEMENTOS DE CONEXIÓN PARA MIEMBROS A TENSIÓN Cuando se usan placas de empalme como elementos de conexión cargados estáticamente a tensión, su resistencia se calculará como sigue: Por fluencia de elementos de conexión soldados o atornillados.

    Por fractura de elementos de conexión atornillados.

    con   El área neta

 , usada en la segunda de estas expresiones no debe exceder el 85% de  . BLOQUE DE CORTANTE

La resistencia de un miembro a tensión no siempre está especificada por

  o por

  o bien por la resistencia de los tornillos o soldadura con que se conecta el miembro; ésta puede determinarse por la resistencia de su bloque de cortante.

Figura 9. Cortante y tensión combinadas

APUNTES DE DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO M.C. Josept David Revuelta Acosta Cuando una carga de tensión aplicada a una conexión particular se incrementa, la resistencia a la fractura del plano más débil estará próxima. Ese plano no fallará porque está restringido por el plano más fuerte. La carga puede incrementarse hasta que la resistencia a la fractura del plano más fuerte se alcance. Durante ese instante, el plano más débil está fluyendo. La resistencia total de la conexión es igual a la resistencia por fractura del planos más fuerte más la resistencia por fluencia del plano más débil.

La especificación LRFD establece que la resistencia de diseño por bloque de cortante se determina: 1. Calculando la resistencia por fractura a tensión en la sección neta en una dirección y sumando a ese valor la resistencia de fluencia por cortante en el área total del segmento perpendicular. 2. Calculando la resistencia a la fractura de cortante en el área total sujeta a tensión y sumando a este valor la resistencia a la fluencia por tensión en el área neta del segmento perpendicular sujeto a cortante. El LRFD establece que la resistencia de diseño a la ruptura por cortante y tensión debe determinarse de la manera siguiente:

APUNTES DE DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO M.C. Josept David Revuelta Acosta 1. Si

   , se tendrá fluencia por cortante y fractura por tensión, por lo que

debe usarse la ecuación siguiente:

       2. Si

    , entonces se tendrá una fluencia por tensión y fractura por

cortante y se deberá usar la ecuación siguiente:

       Donde en ambas expresiones   = Área total sujeta a cortante  = Área total sujeta a tensión   = Área neta sujeta a cortante  = Área neta sujeta a tensión

APUNTES DE DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO M.C. Josept David Revuelta Acosta DISEÑO DE MIEMBROS A TENSIÓN La elección del tipo de miembro para el caso de tensión dependerá de la clase de conexión a utilizar en la estructura. Alguna secciones de acero no son muy adecuadas para atornillarse a las placas usadas como un nudo, en tanto que las mismas secciones pueden conectarse por medio de soldadura con poca dificultad. Los miembros a tensión formados por ángulos, canales, perdiles W (IPR) o bien S son comúnmente utilizados para conexiones atornilladas, en tanto que placas, canales y tes estructurales se usan en conexiones soldadas. Para la elección del perfil, si son totalmente atornilladas se deberán considerar los agujeros, si las conexiones son totalmente soldadas no tendrá que añadirse área de barrenos a las superficies netas para tener el área total requerida. Sin embargo, con frecuencia los miembros soldados pueden tener agujeros para tornillos debido al montaje provisional, mientras se colocan las soldaduras de campo permanentes, por lo que es necesario considerar estos agujeros. Hay que recordar que el LRFD estable que que el de

    , donde el valor de   puede ser menor

 , aun cuando no existan agujeros, dependiendo del arreglo de las soldaduras y de

todas las partes de los miembros que están conectadas. La relación de esbeltez de un miembro es el cociente de su longitud no soportada y su radio de giro mínimo. Las especificaciones de acero presentan generalmente valores máximos de esta relación para miembros a tensión y a compresión. El propósito de esta relación es garantizar que posean suficiente rigidez para prevenir deflexiones laterales o vibraciones indeseables. Aunque los miembros a tensión no están expuesto a pandeo bajo cargas normales, pueden ocurrir inversiones de esfuerzos durante el proceso de transporte, montaje y bajo cargas sísmicas y de viento. Para el caso de miembros a tensión excepto varillas, el LRFD recomienda una relación de esbeltez máxima de 300. En miembros sometidos a cierta compresión por condiciones de carga no requieren satisfacer el criterio de esbeltez para miembros a compresión (relación de esbeltez=200). Las especificaciones AASHTO 1989 establecen relaciones de esbeltez máximas de 200 para miembros principales y de 240 para miembros secundarios. Los elementos principales es donde los esfuerzos resultan por cargas muertas y vivas, mientras que los secundarios son usados para arriostrar estructuras o para reducir la longitud no soportada de otros elementos. Sin embargo, el LRFD no hace está distinción.

APUNTES DE DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO M.C. Josept David Revuelta Acosta La resistencia de diseño de un miembro a tensión a) b)

 es el menor de los valores dados por:

     

Para satisfacer la primera de estas expresiones, el área total mínima debe ser por lo menos igual a:

     Para satisfacer la segunda expresión, el área total mínima debe ser por lo menos igual a:

        el valor mínimo de  es

Como

    + Área estimada para los agujeros Así se puede obtener una estimación inicial del perfil a utilizar. Sin embargo, conviene notar que la relación L/r de esbeltez máxima preferible es de 300. Con este valor es fácil calcular el valor permisible de r para un diseño en particular, o sea, el valor de r para el cual L/r será exactamente igual a 300.

   Realizar ejemplo.

ELEMENTOS COMPUESTOS SOMETIDOS A FLEXIÓN Las secciones D2 y J3.5 de las especificaciones LRFD dan un conjunto de reglas que describen como deben conectarse entre sí las diferentes partes de miembros compuestos sometidos a tensión.

APUNTES DE DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO M.C. Josept David Revuelta Acosta 1. Cuando se construye un miembro a tensión con elementos en contacto continuos entre cada uno de ellos, como una placa y un perfil o dos placas, la separación longitudinal de los conectores entre esos elementos no debe exceder de 24 veces el espesor de la placa más delgada, o de 12 pulgadas si el miembro va a ser pintado o si no es pintado y que no esté sometido a efectos de corrosión. 2. Si el miembro consiste en elementos de acero no pintados continuos y sometidos a corrosión atmosférica, la separación máxima permisible entre los conectores es de 14 veces el espesor de la placa más delgada, 0 de 7 pulgadas. 3. Si un miembro a tensión se construye con dos o más perfiles separados por rellenos intermitentes, los perfiles debe conectarse entre sí a intervalos tales que la relación de esbeltez de los perfiles individuales entre conectores no exceda de 300. 4. La distancia del centro de cualquier perno al borde más cercano de la parte conectada no debe ser mayor que 12 veces el espesor de la parte conectada o de 6 pulgadas. Las especificaciones LRFD (D2) estipula que la longitud de las placas de unión no deben ser menor que 2/3 de la distancia entre las hileras de conectores; además, el espesor de éstas no debe ser menor que 1/50 de esta distancia. El ancho mínimo permisible para las placas de unión es el ancho entre las hileras de conectores, más la distancia al borde, en cada lado, necesaria para impedir que los tornillos agrieten la placa. Estos valores pueden tomarse de la Tabla J3.4 del LRFD.

APUNTES DE DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO M.C. Josept David Revuelta Acosta La especificación LRFD (D2) fija la separación máxima entre placas de unión, estimando la L/r de cada componente individual de un miembro armado, calculada entre tales placas, no debe exceder de 300. Si se sustituye en cada expresión (L/r=300) el menor radio de giro r de una componente individual de un miembro armado o compuesto, entonces se puede despejar el valor de L. Este será el espaciamiento máximo entre las placas, permitido por las especificaciones LRFD.

VARILLAS Y BARRAS Cuando se usan varillas y barras como miembro a tensión, pueden soldarse simplemente sus extremos, o bien, mantenerse en posición por medio de roscas (cuerdas) con tuercas. El esfuerzo de diseño nominal a tensión para varillas roscadas se da en la Tabla J3.2 del Manual LRFD y es igual a

; este esfuerzo se aplica al área total   de la varilla calculada con

base en el diámetro exterior de la rosca. El área requerida para una carga particular a tensión puede calcularse con la siguiente expresión:

 con      

APUNTES DE DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE ACERO M.C. Josept David Revuelta Acosta Las especificaciones LRFD (J1.7) estipulan que la carga factorizada

 usada para diseñar

conexiones no debe ser menor de 10 klb excepto en el caso de celosías, tensores y largueros de techo.

En la Tabla J-32 del LRFD se estable que la resistencia nominal a la tensión de la porción roscada del extremo recalcado es igual a

  donde  es el área de la sección transversal en la

zona de la rosca con mayor diámetro. Este valor debe ser mayor que el área nominal de la varilla (antes de recalcarla) multiplicada por

.

Un ejemplo común de varillas a tensión ocurre en edificios industriales con estructura de acero que tienen largueros entre sus armaduras de techo para soportar éste. Pueden requerirse tensores para proporcionar soporte a los largueros paralelos a la superficie del techo y soporte vertical a los largueros de pared. En techos con pendientes mayores de 1 verticalmente a 4 horizontalmente se consideran necesarios los tensores para proporcional soporte lateral a los largueros, pero estos tienen poca resistencia a la flexión lateral. Como práctica común es recomendable no usar diámetros menores a 1/500 de la longitud del tensor.