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• Alexandro Gordillo

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TIPOS DE UNIONES EN ACERO CONEXIONES VIGA-COLUMNA, DE CORTE APERNADAS Con DOBLE ÁNGULO apernado en taller al alma de la viga y apernado en obra al alma de la columna Esta conexión es aplicable tanto para conexiones viga-columna como para conexiones de viga (secundaria) a viga (principal). Se trata de una conexión de corte toda vez que los ángulos se fijan al alma de la viga y transfieren la fuerza de corte.

Los ángulos son apernados al alma de la viga en taller. Posteriormente, en obra, los ángulos son apernados al alma de la columna (o de la viga principal, según corresponda). Si la altura de la viga principal y de la viga secundaria coincide, se deben rebajar ambas alas de la viga secundaria para permitir la nivelación superior de las alas. Si tienen altura diferente, bastará con rebajar las alas superiores de la viga secundaria

Las perforaciones para los pernos se pueden desfasar o desplazar a fin de no quedar enfrentadas para facilitar la instalación. Existe una cierta rotación debido a la separación entre las alas de la viga y el alma de la columna debido a la flexibilidad del material de la conexión (ala sobresaliente del ángulo).

En algunos casos se agrega un ángulo inferior para apoyar la viga, lo que facilita el montaje y asegura la transmisión de las fuerzas verticales a la columna.

CONEXIONES VIGA-COLUMNA DE CORTE SOLDADAS Con DOBLE ÁNGULO soldado en taller al alma de la viga y soldado en obra al alma de la columna Esta conexión es aplicable tanto para conexiones viga-columna como para conexiones viga a viga (viga secundaria a viga principal). Se trata de una conexión de corte toda vez que los ángulos se fijan al alma de la viga y la columna. Los ángulos dobles son soldados en taller al alma de la viga Si las alas de las vigas son muy anchas para calzar entre las alas de la columna se deberán rebajar las alas de la viga. Existe la posibilidad de cierta rotación entre la viga y la columna debido a la separación entre las alas de la viga y el alma de la columna. Esto se debe a la flexibilidad del material de la conexión (ala sobresaliente del ángulo conector). La soldadura vertical transfiere las cargas del alma de la viga al alma de la columna. La soldadura alrededor del perímetro del ala sobresaliente del ángulo de fijación inhibirá la flexibilidad de la conexión. La soldadura de retorno se dispone en la parte superior de cada angular

CONEXIONES VIGA-COLUMNA DE CORTE SOLDADAS O APERNADAS a) Con DOBLE ÁNGULO - soldado en taller al alma de la viga y apernado en obra al alma de la columna (o de la viga principal): Esta conexión es aplicable tanto para conexiones viga-columna como para conexiones viga a viga (viga secundaria a viga principal). Se trata de una conexión de corte toda vez que los ángulos se fijan al alma de la viga y transfieren la fuerza de corte. Los ángulos dobles se sueldan al alma de la viga en taller. Si la altura de la viga principal y de la viga secundaria coincide, se deben rebajar ambas alas de la viga secundaria para permitir la nivelación superior de las alas. Si tienen altura diferente, bastará con rebajar las alas superiores de la viga secundaria. Hecho lo anterior, se apernan los ángulos de la viga secundaria al alma la viga principal. Si se trata de una conexión viga columna, se apernan al alma de la columna. Igualmente que en el caso anterior, es posible que exista una cierta rotación debido a la separación entre las alas de la viga y el alma de la columna debido a la flexibilidad del material de conexión (ala sobresaliente del ángulo).

b) Con PLANCHA EXTREMA DE CORTE soldada en taller al alma de la viga y apernada en obra al ala de la columna:

Se trata de una conexión de corte ya que las alas de la viga no se aseguran para evitar la rotación de la viga. La plancha de cabeza se suelda al alma de la viga, habiendo hecho previamente las perforaciones para pasar los pernos. En obra se hace la conexión apernada a la columna.

Fuente: ALACERO; MÓDULO DE UNIONES APERNADAS Y SOLDADAS; Macro Steel Project – Anexo 9

c) Con PLANCHA DE CORTE SIMPLE (Single Plate) soldada en taller a la columna y apernada en obra a la viga Como se comentó anteriormente, esta es una conexión simple muy económica y es una conexión de corte por cuanto la placa se fija al alma de la viga.

La plancha de corte es perforada o punzonada y luego soldada en taller al alma de la columna Luego, es apernada al alma de la viga principal d) Con ángulos soldados a las alas de la viga en taller y apernadas a la columna en obra: Se trata de una conexión simple o de corte ya que los pernos que fijan el ángulo inferior (asiento) a la columna trabajan al corte.

Los ángulos son perforados antes de ser soldados a las alas de la viga. El ángulo inferior, denominado asiento es de mayor sección y espesor que el ángulo superior ya que transfiere la reacción de la viga a la columna. El ángulo superior otorga estabilidad a la viga. A diferencia de otras conexiones, esta conexión no se hace alalma sino a las alas de la viga. Tanto el angular de asiento como el de estabilidad tienen acotados su espesor para permitir cierto grado de rotación en la viga.

CONEXIONES DE MOMENTO Las conexiones de momento proveen continuidad entre los miembros soportantes y los soportados. Las alas del miembro soportado se fijan indistintamente a un elemento de conexión o directamente al miembro soportante. A continuación se presentan algunos ejemplos y soluciones típicas de conexiones de momento vigacolumna. Por el momento presentaremos sólo las conexiones de momento viga columna soldadas o apernadas CONEXIONES VIGA-COLUMA DE MOMENTO SOLDADAS O APERNADAS a) Con planchas (cartelas) soldadas en taller a la columna y vigas apernadas en obra: Se trata de una conexión de momento ya que las alas superiores e inferiores soldados a la columna evitan la rotación del extremo de la viga. La plancha de corte se aperna en taller al alma de la viga. Las planchas, superior e inferior, se apernan a las alas de la viga. La plancha de corte es soldada al alma de la columna y trasfiere la fuerza de corte. Las planchas evitan la rotación de la viga y transfieren los momentos a la columna.

b) Con plancha sobresaliente soldada en el extremo de la viga en taller y apernada a la columna en obra: Se trata de una conexión de momento ya que la mayor dimensión de la plancha soldada a la cabeza de la viga evita la rotación del extremo de la viga y transfiere los esfuerzos de momento a la columna. La plancha de cabeza se perfora y se suelda en taller al extremo de la viga. Las perforaciones en la columna se ejecutan en taller. Las cartelas atiesadoras en la columna son soldadas en taller para transferir las fuerzas de las alas de la viga.

CONEXIONES VIGA-VIGA Las conexiones viga-viga son muy frecuentes en estructuras de acero y permiten aprovechar las ventajas estructurales del acero aplicando de una modulación de columnas distanciadas conectadas mediante vigas principales y conectar los componentes que conforman los planos de piso directamente a las vigas principales.

CONEXIONES VIGA-VIGA DE CORTE APERNADAS a) Con DOBLE ÁNGULO apernado en taller al alma de la viga y apernado en obra al alma la viga principal

Esta conexión es aplicable para conexiones de viga (secundaria) a viga (principal), aunque también se aplica en conexiones viga-columna, como se muestra en I.A.1. Se trata de una conexión de corte toda vez que los ángulos se fijan al alma de la viga y transfieren fuerza de corte. Los ángulos son apernados al alma de la viga en taller Posteriormente, en obra, los ángulos son apernados al alma de la viga principal Si la altura de la viga principal y de la viga secundaria coincide, se deben rebajar ambas alas de la viga secundaria para permitir la nivelación superior de las alas. Si tienen altura diferente, bastará con rebajar las alas superiores de la viga secundaria.

CONEXIONES VIGA-VIGA EMPALMES DE MOMENTO APERNADO Las conexiones de empalme de vigas son situaciones que se presentan con frecuencia en la construcción de estructuras de acero debido a que las piezas se fabrican de largos establecidos por razones comerciales y de transporte. a) Empalme de momento apernado en obra Las planchas conectoras de las alas restringen la rotación, haciendo de esta conexión una conexión de momento.

Todas las perforaciones de esta conexión se hacen en taller. Asimismo, se hacen en taller las perforaciones de las alas y el alma de las vigas a conectar. Las planchas de corte se apernan en obra a las alas superiores e inferiores. Las dos planchas que fijan el alma de las vigas son responsables de transferir la fuerza de corte. Los pernos que fijan las planchas de alma de la viga trabajan a corte Las planchas que fijan las alas son responsables de transferir el momento de flexión.

TIPO DE UNIONES EN CONCRETO Vigas Mixtas Una de las primeras aplicaciones de la construcción mixta fue la combinación de vigas de acero y losas de concreto. El aporte de la losa a la rigidez permite reducir el la altura de las vigas. Sin embargo, para que esta colaboración realmente sea efectiva se debe asegurar que las vigas de acero y la losa de hormigón actúen en conjunto, evitando los desplazamientos relativos entre ambos componentes. Para

ello se hace necesaria la incorporación de conectores de corte entre ambos componentes.

Existen diferentes soluciones para materializar estas conexiones de corte pero, básicamente, lo que se espera es que, por una parte se evite el deslizamiento entre los componentes y por otra que, resultado de la actuación conjunta de la losa y la viga de acero, el eje neutro se desplace hacia la losa, con lo que la altura total de la viga estará solicitada a tracción, su condición de trabajo más eficiente, como se expresa en la figura 02. Al aplicar esta solución mixta, adicionalmente también se puede reducir la anchura de ambas alas de la viga.

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La figura a es una viga mixta con pernos de corte y losa de hormigón armado realizada in situ. La figura b es una losa prefabricada con huecos en los pernos de corte para asegurar la unión entre los dos materiales. La figura c es una losa prefabricada con una junta longitudinal que cae sobre la viga de acero donde se sitúan los pernos de corte.

Soluciones de vigas mixtas La figura d y e son unas vigas mixtas con una unión entre acero y concreto por rozamiento, mediante pernos. La losa puede ser prefabricada o realizada in situ. 

La figura f es una viga mixta de entramado con losa prefabricada, en la cual la viga no cuenta con el cordón superior y es fijada con pernos a la losa.

Esta solución es posible de aplicar en losas tradicionales vaciadas in situ y también (aunque con algunas complejidades de construcción adicionales) en soluciones de losas o losetas prefabricadas de concreto armado y/o pretensado. En estos últimos casos, se deben dejar perforaciones en los componentes de hormigón prefabricado que permitan materializar la conexión y completar mediante vaciado in situ el hormigón que completa la solución.

Losas mixtas Hoy en día se han desarrollado sistemas conocidos como Steel deck (sofitos metálicos) que ya hemos comentado anteriormente y que permiten resolver en forma eficiente aspectos de constructividad importantes: la eliminación de los encofrados o forjados necesarios para vaciar el concreto de la losa y la drástica reducción de los sistemas de soporte o alzaprimados de los forjados de losas, lo que permite una mayor libertad de trabajo en el piso inmediatamente inferior. En el sistema de steel deck, las tensiones de tracción en la cara inferior de la losa son resistidas por la chapa de acero. Aunque en el lenguaje corriente se suelen mencionar como losas colaborantes, en estricto rigor los steeldeck o sofitos metálicos pueden ser colaborantes o no colaborantes. El grado de colaboración cubre una amplia gama, desde 0 al 100 %. En Latinoamerica, hay varias patentes asociados a esta solución.

Igual que en el caso anterior, es importante asegurar la conexión entre la chapa de acero del steel deck y la losa de concreto a fin de lograr un efectivo trabajo conjunto. Para ello, los productos tipo steel deck desarrollados suelen tener indentaciones en sus caras que aseguren esa conexión mecánica. Es importante señalar que en el caso de las soluciones de losas con Steel deck, se deben instalar igualmente los conectores de corte que conectan las vigas y la losa de concreto.

Aunque están concebidos como soluciones que se complementan muy bien con una estructura principal de acero, se conocen aplicaciones en edificios estructurados con marcos de concreto armado que han optado (por las razones de constructivas ya mencionadas: velocidad de construcción, eliminación de forjados o moldajes y por la reducción de las alzaprimas en los pisos inferiores). Columnas En el caso de las columnas se conocen básicamente dos tipos de miembros mixtos, a saber, los confeccionados con perfiles embebidos en el hormigón

(conocidos como ferroconcreto) y los perfiles tubulares rellenos de hormigón (concrete-filled tubes o CFT) En el caso de los miembros tipo ferroconcreto, el perfil embebido aumenta su capacidad al pandeo y su resistencia al fuego. Se requiere de armadura de refuerzo transversal para confinar el concreto y restringir el pandeo de las barras de refuerzo.

En los casos de los CFT el tubo o encamisado de acero actúa como forjado o moldaje y, simultáneamente como parte de la enfierradura de refuerzo transversal y/o longitudinal. Como ya hemos visto, dependiendo de las solicitaciones y del proyecto, esta solución es posible de complementar con barras de refuerzo longitudinal y transversal. El concreto actúa, a su vez en la doble función de retrasar el pandeo local del tubo de acero y como disipador del calor por masa térmica, colaborando a mejorar la resistencia a altas temperaturas de la columna mixta

NORMAS TECNICAS COMPLEMENTARIAS PARA ESTRUCTURAS En estas Normas se incluyen disposiciones para diseño y construcción de estructuras de acero para edificios urbanos y fabriles. Para puentes, tanques, torres para antenas, estructuras industriales no convencionales, y otras estructuras especiales, o de características poco comunes, pueden necesitarse reglas o recomendaciones adicionales, podemos observar todo tipo de ensayos para flexion, deflexión, rigidez, también los tipos de soldaduras y uniones empleadas para cada pieza estructural, uniones con remaches y tornillos, todo para su correcto dimensionamiento y diseño para resistir las cargas puntuales.