ATIESADORES INTERMEDIOS
Cuando los tamaños de los perfiles “W” que hay disponibles no son adecuados para soportar la carga o el claro que se necesita se utilizan trabes armadas; básicamente las trabes armadas son vigas de gran altura, sección y claro que se fabrican en placas tanto el alma como los patines y pueden ser soldados o atornillados.
Cuando se tiene un cortante muy alto en una sección del trabe cerca de los apoyos, o el eje neutro se producen tensiones diagonales (no genera problemas en el alma) y compresiones diagonales que puede generar pandeo del alma, en este momento es que son necesarios los atiesadores; su función es crear tableros en la viga que resistan cortante incrementadas o crear campos de tensión para resistir la compresión diagonal.
Cuando el alma se pandea pierde su capacidad de soportar compresión diagonal por lo que el esfuerzo es transmitido a los atiesadores y a los patines.
Los atiesadores intermedios son utilizados principalmente para dar rigidez al trabe y el colocan a una separación calculada y así formar los campos de tensión.
Los atiesadores se analizan como columnas según las Especificaciones y deben cumplir como miembro en compresión.
Figura 1. Viga con atiesadores, equivalencia a columna
La sección transversal mínima de uno o dos atiesadores esta dada en el apéndice g del AISC:
Ast = (Fyw/Fyst)[0.15*D*h*tw*(1-C)*(Vu/FvVn)-18*tw^2]>=0.50
Donde
Asr: área transversal total del atiesador requerido para el campo de tensión
Fyst: esfuerzo del atiesador
D: función da la configuración del atiesador (1 para pares de atiesadores en ángulo o placa, 1.8 un solo atiesador en ángulo, 2.4 un solo atiesador en placa.
El área mínima es lo que se necesita para resistir la componente vertical que produce la compresión diagonal.
El momento de inercia de un solo atiesador con respecto al eje del alma es:
Ist = a*tw^3*j Donde j = (2.5/(a/h)^2)-2>=0.5
Si los atiesadores intermedios no tienen la función de atiesador de apoyo, no es necesario que llegue hasta el patín en tensión y esto evita que se produzcan problemas debido a su fabricación, la distancia de separación viene dada por “C” como se muestra en la figura 2.
Figura 2. Distancia C entre soldaduras. Debe cumplir 4tw<6tw
La separación entre soldaduras intermitentes debe cumplir s<16tw>
Ejemplo de cálculo de atiesadores.
Se desea diseñar una trabe armada de 60pies de longitud con apoyo simple. Debe soportar las cargas de servicio que se presentan en la figura 3.
El peralte permitido es de 65in max. Acero A36, electrodos E70xx, soporte lateral continuo.
Figura 3.
Usando una placa para el alma de 5/16 x 62 y para el patín de 1 ½ x 18 calculamos los atiesadores como se muestra en la figura 4. (El calculo de la placa del alma y patín se pueden ver en el capitulo 10 del libro de Diseño de Estructuras de Acero LRFD de William T, Sequi).
Figura 4. Secciones de placas supuestas.
Determinar la separación entre atiesadores intermedios. A 36” del extremo izquierdo Vu:
Vu=223.4 - 4.34 (36/12) = 210.4kips
F*Vn/Aw = 210.4/19.38 = 10.86kips
De la tabla 10-36 del AISC para un h/tw = 200 y a/h = 1.6 tenemos
10.86kips < style=""> (si cumple) usar a/h=1.6
a= 1.6*h= 1.6* 62=99.2in
Comprobación de campo de tensión
(a/h) > [260/(h/tw)]^2 = 1.69 > 1.6 como no cumple si se permite
Por lo tanto la separación máxima es de 99.2in pero por ajuste de longitud se usara 81in
a/h > 81/62 = 1.306 Ahora se tiene que calcular la resistencia a cortante correspondiente
De la tabla 10.36 con h/tw=200 y a/h=1.306
F*Vn/Aw =12.6ksi y un F*Vn=244.2kips
Hay tres premisas para calcular el área transversal del atiesador
- Área mínima
- Momento de inercia mínimo
- Una razón de ancho espesor máximo
De la tabla 10.36 del AISC con h/tw=200 y a/h=1.3
Ast=2.3% del área del alma=0.023*19.38=0.446in^2
Calculo de j
J = 2.5/(1.306)^2-2 = -0.534<0.5 Se debe usar 0.5
El momento de inercia requerido es de Ist=1.306*(5/16)^3*0.5=1.24in^4
Se tiene que usar el valor máximo de b/t y probando con una placa de ¼x4
95/(fy^(1/2))=b/t
4/0.25=16 95/(36^(1/2))=15.8 16
15.8 se puede aceptar
Ast proporcionada=2*4*(1/4)= 2 in^2 > 0.446 in^2 (si cumple)
De la figura 5 se puede sacar la inercia de los atiesadores
Ist=S(Ip*A*d^2)=[0.25*4^3/12+0.25*4*(2+5/32)^2]*2atiesad.=11.97in^4>1.24in^4
(Si cumple)
Figura 5. Sección transversal de la trabe
Calculo de la distancia C de las soldaduras
4*tw=4*(5/16)=1.25in
6*tw=6*(5/16)=1.875in
Suponiendo una soldadura de 5/16” y un C=1.25” el atiesador tendrá una altura de
hst = h-tamaño de soldadura-1.25 = 62-0.3125-1.25 = 60.44in
El atiesador intermedio se hará con una placa de 1/4x4” por 60in de alto.
Bibliografía.
- Segui, William T. 1999. “Diseño de Estructuras de Acero con LRFD”, Capitulo 10.
- American Institute of Steel Construction. 1993. Manual of steel Construction. Load and resistance Factor Design.
Colado del Material: después de alcanzadas las temperaturas de fundición (aprox. 2480ºC), la primera cantidad de material que se coló, pierde temperatura (escoria), por lo cual se descarta por medio de los boquetes que posee el crisol a ambos lados.
Pulido de la Soldadura: se debe de dar un acabado, más o menos, de 2 a 5 mm de soldadura, mientras se encuentre caliente la misma.
