• Author / Uploaded
• Iris Mitchel

Citation preview

RESUMEN: CONEXIONES DE ESTRUCTURAS DE ACERO

INTRODUCCIÓN

Durante muchos años, para conectar los miembros de una estructura de acero se empleaba el remachado. Sin embargo, en las últimas décadas, los tornillos y la soldadura han sido los métodos usados para hacer las conexiones de las estructuras metálicas.

Los tipos de conexiones que se tratarán a continuación son las conexiones atornilladas y las conexiones soldadas. Se especificaran las ecuaciones a emplear para realizar los cálculos requeridos para cada método de conexión.

CONEXIONES

Conjunto de elementos que unen cada miembro a la junta (zona de intersección de los miembros estructurales), ya sea a patines o alma mediante placas o ángulos, utilizando métodos como: soldadura o tornillos. 1. Conexión Viga - Columna de esquina

2. Conexión Viga - Columna

TIPOS DE CONEXIONES

3. Conexión de Viga Secundaria a Viga Principal 4. Empalme de Columna y de Cabeza 5. Placa Base de Columna 6. Conexión de larguero de techo y de fachada

CLASIFICACIÓN DE LAS CONEXIONES

1. Por tipo de conectores

– Remaches (en desuso) – Soldadura – Tornillos de alta resistencia astm a325 y astm 490

2. Por rigidez de la conexión

– Flexible – Semi-rígida – Rígida

3. Por elementos de conexión

– – – –

4. Por fuerza que transmiten

– Fuerza cortante (conexión flexible) – Fuerza cortante y momento flexionante (conexión rígida o semi-rígida) – Fuerzas internas de tensión y compresión (armaduras y contraventeos)

5. Por lugar de fabricación

– Conexiones de taller (hechas en el taller de fabricación de estructuras metálicas) – Conexiones de campo (fabricadas en el taller y armadas en el sitio de la obra)

6. Por mecanismo de resistencia de la conexión

– Conexiones por fricción – Conexiones por aplastamiento

Ángulos Placas y ángulos Ángulos de asiento Perfiles te

Comportamiento de las conexiones En función de la rigidez que transmiten, las conexiones pueden ser: 1. Simples, donde el momento resistente que se desarrolla en la conexión es prácticamente cero. 2. Rígidas, donde se toma en cuenta la presencia de momento en la conexión. 3. Semi-rígidas combinación anteriores.

que de

es las

una dos

CONEXIONES Viga - Columna

Conexiones Flexibles

Conexiones Rígidas

Conexiones Atornilladas

ventajas

CONEXIONES ATORNILLADAS Desventajas

- Rapidez en el atornillado y menor tiempo de ejecución de una obra - No se requiere mano de obra especializada – Inspección visual sencilla y económica – Facilidad para sustituir piezas dañadas – Mayor calidad en la obra

– Mayor trabajo en taller – Cuidado en la elaboración de los planos de taller y de montaje – Mayor precisión en geometría (las tolerancias son al milímetro) – Mayor peso de la estructura – Menor amortiguamiento

Comportamiento de conexiones atornilladas

1. Falla del tornillo por cortante

1. Cortante 2. Falla de la placa por cortante

Formas típicas de fallas en conexiones atornilladas

2. Aplastamiento

3. Desgarramiento 4. Sección insuficiente

5. Por flexión o tracción

TORNILLOS ORDINARIOS (PERNOS SIN TORNAR)

A307

SE FABRICAN CON ACEROS AL CARBONO CON CARACTERÍSTICAS DE ESFUERZOS Y DEFORMACIONES MUY PARECIDAS A LAS DEL ACERO A36. ESTÁN DISPONIBLES EN DIÁMETROS QUE VAN DE 1/2 A 1 1/2 PLG EN INCREMENTOS DE 1/8 PLG. GENERALMENTE, SE FABRICAN CON CABEZAS Y TUERCAS CUADRADAS PARA REDUCIR COSTOS. LAS CABEZAS HEXAGONALES SON MÁS ATRACTIVA, Y FÁCILES DE MANIPULAR CON LAS LLAVES MECÁNICAS Y REQUIEREN MENOS ESPACIO PARA GIRARLAS.

GRADO A Y B, CON RESISTENCIA MÍNIMA A LA TENSIÓN DE 60 KSI Y MÁXIMA DE 100 KSI PARA GRADO B.

A325

SE FABRICAN A BASE DE ACERO AL CARBONO MEDIANO TRATADO TÉRMICAMENTE Y ACEROS ALEADOS Y TIENEN RESISTENCIAS A LA TENSIÓN DE DOS O MÁS VECES LAS DE LOS TORNILLOS ORDINARIOS.

LA RESISTENCIA MÍNIMA A TENSIÓN ES DE 105 A 120 KSI.

A490

LA RESISTENCIA MÍNIMA A TENSIÓN ES DE 150 KSI.

TIPOS DE TORNILLOS

TORNILLOS DE ALTA RESISTENCIA

CONEXIONES ATORNILLADAS

CLASIFICACIÓN DE LAS CONEXIONES ATORNILLADAS Cargas que pasan por el centro de gravedad de la conexión.

APLASTAMIENTO

FRICCIÓN

DISEÑO DE CONEXIONES ATORNILLADAS

RESISTENCIA DE DISEÑO A TENSIÓN

a. Si la deformación alrededor de los agujeros de tornillo es una consideración de diseño (es decir, si queremos que la deformación sea ≤ 0.25 plg), entonces

Si la deformación alrededor de los agujeros de tornillo no es una consideración de diseño (es decir, si queremos que la deformación sea > 0.25 plg), entonces

DISEÑO DE CONEXIONES ATORNILLADAS

RESISTENCIA DE DISEÑO AL APLASTAMIENTO DE LOS TORNILLOS

B. Para tornillos que se usan en conexiones con agujeros de ranura larga, si las ranuras son perpendiculares a las fuerzas

DISEÑO DE CONEXIONES ATORNILLADAS

RESISTENCIA DE DISEÑO AL APLASTAMIENTO DE LOS TORNILLOS

En las conexiones tipo aplastamiento se supone que las cargas por transmitirse son mayores que la resistencia a la fricción generada al apretar los tornillos; como consecuencia se presenta un pequeño deslizamiento entre los miembros conectados, quedando los tornillos sometidos a corte y aplastamiento.

DISEÑO DE CONEXIONES ATORNILLADAS

RESISTENCIA DE DISEÑO EN CORTANTE

DISEÑO DE CONEXIONES ATORNILLADAS POR FRICCIÓN

RESISTENCIA DE DISEÑO EN CORTANTE

Ventajas

Conexiones Soldadas

Desventajas

LA SOLDADURA ES UN PROCESO EN EL QUE SE UNEN PARTES METÁLICAS MEDIANTE EL CALENTAMIENTO DE SUS SUPERFICIES A UN ESTADO PLÁSTICO O FLUIDO, PERMITIENDO QUE LAS PARTES FLUYAN Y SE UNAN (CON O SIN LA ADICIÓN DE OTRO METAL FUNDIDO).

– Rigidez. Se obtienen estructuras más rígidas – Sencillez. Se elimina material (placas, ángulos, conectores) – Economía. Menor trabajo en taller – Mayor amortiguamiento – Se inducen altas temperaturas al acero durante la aplicación de la soldadura – Requiere mayor supervisión en obra – Necesita mano de obra calificada – Las condiciones climáticas y sitio de la obra afectan la calidad final – Inspección cara. Se requiere la asistencia de un laboratorio especializado

MÉTODOS DE SOLDADURA

Conexiones Soldadas SMAW (Arco Protegido)

GMAW

FCAW

SAW (Arco Sumergido)

CLASIFICACIÓN DE LA SOLDADURA

Se basan en: - el tipo de soldadura realizada, - la posición de la soldadura y - el tipo de junta que se use.

Filete

Son aquellas que se hacen con las partes que se traslapan una sobre otra. También pueden usarse en juntas te. Son las de uso más económico, ya que es necesaria poca preparación de las partes que se van conectar.

Ranura

Se hacen en ranuras entre los miembros que van a conectarse y se usan cuando los miembros que se conectan están alineados en el mismo plano. Pueden ser de penetración completa (se extienden sobre todo el espesor de las partes conectadas) o de penetración parcial (se extienden sólo en parte del espesor de los miembros).

Muesca

Es una soldadura formada en un agujero alargado, que une un miembro con otro a través de la muesca.

Tapón

Es una soldadura circular que atraviesa a un miembro hasta llegar a otro, uniéndolos de esta manera

SEGÚN LA POSICIÓN DE LA SOLDADURA

SEGÚN TIPO DE JUNTAS

SÍMBOLOS DE SOLDADURA

SÍMBOLOS DE SOLDADURA

La resistencia nominal de diseño de una soldadura específica se toma como el menor de los valores de:  Rn = φ FBM ABM (Resistencia nominal para el metal base) ) Ec. J2-2 AISC  Rn = φ Fw Awe( Resistencia nominal, para la soldadura) Ec. J2-3 AISC Factores φ y Ω dependen de la solicitación y el tipo de soldadura (ver Tabla J2.5)

RESISTENCIA DE DISEÑO PARA CONEXIONES SOLDADAS, SEGÚN LRFD

Para las soldaduras de filete la resistencia nominal por esfuerzos en el área efectiva de la soldadura es :  0.60 FEXX (FEXX es la resistencia por clasificación del metal base) y  φ es igual a 0.75. Si se tiene tensión o compresión paralela al eje de la soldadura, la resistencia nominal del metal base es Fy y φ es igual 0.90. La resistencia de diseño por cortante de los miembros conectados es:

Rn= φFn Ans Donde: φ= 0.75,  Fn es 0.6 Fu  Ans es el área neta sujeta a cortante.

Diseño de soldadura por el LRFD

Diseño de soldadura por el LRFD

Diseño de soldadura por el LRFD

CONSIDERACIONES COMPLEMENTARIAS DE DISEÑO

Elementos en Tensión

CONSIDERACIONES COMPLEMENTARIAS DE DISEÑO

Elementos en Compresión

CONSIDERACIONES COMPLEMENTARIAS DE DISEÑO

Bloque de Cortante