¿Conoces cuales son los principales Modos de Falla que debes evaluar en el diseño de elementos Metálicos a Tracción?

Haremos un repaso breve por los requisitos que debes cumplir de acuerdo a la Norma de Diseño, y lee hasta el final porque te mostraré un error que se comete comúnmente en el Diseño de Estructuras Metálicas y que puede traer consecuencias muy graves por no considerar que la resistencia de los elementos se puede ver reducida. 

Pórtico Arriostrado, con perfil Angular L (elemento sometido a tracción)

Disposiciones Normativas de acuerdo al AISC 360-16.

De acuerdo con ANSI/AISC 360-16 Spicification for Structural Steel Buildings o en español Especificaciones AISC 360-16 para Construcciones de Acero, tenemos que el Diseño de miembros a Tracción está basado en el Capítulo D (Design of members for Tension), en donde podemos encontrar las recomendaciones fundamentales relacionadas con:

•        Límites de Esbeltez 

•        Resistencia en Tracción 

•        Área Neta Efectiva

 Y en el Capítulo B (Design Requirements) encontraremos las disposiciones para el cálculo del

•        Área Bruta 

•        Área Neta

  Vamos a comenzar recordando que cuando estamos evaluando los elementos de acero sometidos a Tracción y queremos conocer su resistencia, la norma nos dice que debemos evaluar unos modos de falla, básicamente para conocer cuál de ellos ocurrirá primero…

Luego, garantizo que la solicitación o la demanda no supere ese estado limite o ese modo de falla que ocurre primero.

De ahí que digamos de la manera más sencilla, que la demanda tiene que ser menor que la capacidad.

Y no solo en los elementos sometidos a tracción, sino en todo el diseño por supuesto.

Los Modos de Falla o Estados Límite

La capacidad resistente a tracción de los miembros estructurales será el menor valor que se obtenga de considerar los estados límite de Cedencia en la Sección del Área Total, Fractura en la Sección del Área Neta Efectiva  y Ruptura por Cortante y Tensión combinadas (bloque de cortante).

• El primer modo de falla consiste en la plastificación de la sección del elemento. En este modo de falla, se presenta la cedencia del área total.

• El segundo modo de falla consiste en la fractura del elemento a nivel de las conexiones.

Fíjate que, si la conexión es apernada, es necesario perforar el elemento, lo que genera una sección debilitada.

• El tercer modo de falla también está asociado a la presencia de perforaciones en la zona de conexión.

La falla del miembro puede ocurrir a lo largo de una trayectoria que implique tensión en un plano y cortante en otro plano perpendicular, y para estas situaciones, es posible que un “bloque” de acero se desgarre.

Entonces, en las conexiones de extremos, la menor resistencia no siempre será controlada por el área neta o el área efectiva, sino que existe una probabilidad de falla que envuelve dos planos, Tracción en uno y Corte en el otro plano perpendicular, y esta pudiera llegar a ser más crítica como se muestra en las figuras.

Con esta pequeña introducción te invitamos a conocer uno de los aspectos más importantes al momento de diseñar elementos en tracción, se trata de un error que se comete comúnmente en el diseño de estructuras metálicas y que puede traer consecuencias muy graves por no considerar que la resistencia de los elementos se puede ver reducida.

Video 1: Ruptura por Tracción en el Área Efectiva | Shear Lag

Video 2: Diseño de Arriostramiento en SAP2000