"Año de la Diversificación Productiva y del Fortalecimiento de la Educación”

TEMA: ConexionesCURSO: Diseño en Acero y MaderaPROFESOR: Ing. José Buleje GuillénIntegrantes: Granda Reynoso Daniel Toledo Manrique Fabiola Junes Gerónimo Diego Jorge Flores Quispe Bryan Conyslla Vargas

IX CICLO “B”

-2015 -

INTRODUCCIONDurante muchos años, el método aceptado para conectar los miembros de una estructura de acero fue el remachado. Sin embargo, durante las últimas décadas, los tornillos y la soldadura han sido los métodos usados para hacer las conexiones de acero estructural, y casi nunca se usan los remaches. Este capítulo y el siguiente se dedican casi totalmente a la exposición de las conexiones atornilladas.El montaje de estructuras de acero por medio de tornillos es un proceso que además de ser muy rápido requiere mano de obra menos especializada que cuando se trabaja con remaches o con soldadura.

A.TIPOS DE TORNILLOSExisten varios tipos de tornillos que pueden usarse para conectar miembros de acero. Estos se describen en los siguientes párrafos.Los pernos sin tornear también se denominan tornillos ordinarios o comunes. La ASTM designa a estos tornillos como tornillos A307 y 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.Los tornillos A307 se fabrican generalmente con cabezas y tuercas cuadradas para reducir costos, pero las cabezas hexagonales se usan a veces porque tienen una apariencia un poco más atractiva, son más fáciles de manipular con las llaves mecánicas y requieren menos espacio para girarlas.

A.HISTORIA DE LOS TORNILLOS DE ALTA RESISTENCIA

Las juntas que se obtienen usando tornillos de alta resistencia son superiores a las remachadas en comportamiento y economía y son el principal método de campo para conectar miembros de acero estructural. Las conexiones que antes se hacían con tornillos y tuercas ordinarias no eran muy satisfactorias cuando estaban sometidas a cargas vibratorias, porque las tuercas con frecuencia se aflojaban. Durante muchos años este problema se resolvió usando contratuercas, pero los tornillos modernos de alta resistencia proporcionan una solución más satisfactoria.

Tornillo de alta resistencia.(Cortesía de Bethlehem Steel Corporation.)

A.VENTAJAS DE LOS TORNILLOS DE ALTA RESISTENCIAEntre las muchas ventajas de los tornillos de alta resistencia, que en parte explican su gran éxito, están las siguientes:1. Las cuadrillas de hombres necesarias para atornillar, son menores que las que se

necesitan para remachar. 2. En comparación con los remaches, se requiere menor número de tornillos para proporcionar la misma resistencia.3. Unas buenas juntas atornilladas pueden realizarlas hombres con mucho menor

entrenamiento y experiencia que lo necesario para producir conexiones soldadas o remaches de calidad semejante.

4. No se requieren pernos de montaje que deben retirarse después (dependiendo de las especificaciones), como en las juntas soldadas.5. Resulta menos ruidoso en comparación con el remachado.6. Se requiere equipo más barato para realizar conexiones atornilladas.7. No hay riesgo de fuego ni peligro por el lanzamiento de los remaches calientes.8. Las pruebas hechas en juntas remachadas y en juntas atornilladas totalmente tensionadas, bajo condiciones idénticas

A.TORNILLOS APRETADOS SIN HOLGURA, PRETENSIONADOS Y DE FRICCIÓN

Se dice que las juntas atornilladas de alta resistencia son apretadas sin holgura, pre tensionadas o bien de fricción. Estos términos se definen en los siguientes párrafos. El tipo de junta que se use depende del tipo de carga que los sujetadores deban soportar.

A. TORNILLOS APRETADOS SIN HOLGURA

En la mayoría de las conexiones, los tornillos se aprietan solamente hasta lo que se llama la condición de apretado sin holgura. Esto se logra cuando todos los paños de una conexión están en contacto firme entre sí. Los tornillos apretados sin holgura están indicados en todas situaciones en las que no se requieren tornillos pretensionados o de fricción.

JUNTAS PRETENSIONADAS

Los tornillos en una junta pretensionada son llevados a esfuerzos de tensión muy altos iguales a aproximadamente 70 por ciento de sus esfuerzos mínimos a tensión. Se requieren juntas pretensionadas para conexiones sujetas a inversiones apreciables de carga donde se les aplican cargas totales o casi totales de diseño en una dirección, después de lo cual estas cargas se aplican en dirección inversa.

C. JUNTAS DE FRICCIÓN

La instalación de los tornillos de fricción es idéntica a la de las juntas pretensionadas. La única diferencia entre las dos radica en el tratamiento de las superficies de contacto o de empalme. Los tornillos completamente tensados son un proceso caro, así como la inspección necesaria para ver que estén completamente tensionados. Por ello, sólo deben usarse cuando sea absolutamente necesario, como cuando las cargas de trabajo causan un gran número de cambios en los esfuerzos que desemboquen en problemas de fatiga.

Las Tablas 12.1 y 12.1M proporcionan las tensiones mínimas de los sujetadores que se requieren en conexiones resistentes al deslizamiento y en conexiones sujetas a tensión directa. Éstas son, respectivamente, reproducciones de las Tablas J3.1 y J3.1M de la Especificación del AISC.

TABLA 12.1 Pretensión mínima en el tornillo, klb*

Tamaño del tornillo, plg Grupo A - tornillos A325 Grupo B - tornillos A490y2 12 15

% 19 243A 28 357/s 39 49i 51 64

iy8 56 80i% 71 102l3/s 85 121iy2 103 148

Igual a 0.70 veces la resistencia mínima a la tensión de los tomillos, redondeada al kip (klb) más cercano, como se estipula en las Especificaciones ASTM para tomillos A325 y A490M con cuerdas ÜNC.

TABLA 12.1M Pretensión mínima en el tornillo, kN*

Tamaño del tornillo, mm

Grupo A - tornillos A325M

Grupo B - tornillos A490M

MI 6 91 114M20 142 179M22 176 221M24 205 257M27 267 334M30 326 408

M36 475 595

*ígual a 0.70 veces la resistencia mínima a la tensión de los tornillos, redondeada al kN más cercano, como se estipula en las Especificaciones ASTM para tornillos A325M y A490M con cuerdas UNC.Fuente: American Institute of Steel Construction, Manual of Steel Construction (Chicago: AISC, 2011), Tabla J3.1 y J3.1M, pp. 16.1-119. “Derechos reservados ©American Institute of Steel Construcción. Reimpreso con autorización. Todos los derechos reservados.”

A.MÉTODOS PARA TENSAR COMPLETAMENTE LOS TORNILLOS DE ALTA RESISTENCIAYa hemos comentado acerca de cuánto ajustar los tornillos que son apretados sin holgura Existen varios métodos para apretar los tornillos completamente tensados. Método del giro de la tuercaLos tornillos se aprietan sin holgura y luego, con una llave de impacto, se le da un giro de un tercio a una vuelta completa, dependiendo de su longitud y de la inclinación de las superficies entre sus cabezas y tuercas. Método de la llave calibradaEn este método los tornillos se aprietan con una llave de impacto ajustada para detenerse cuando se alcanza el par teóricamente necesario para lograr la tensión deseada de acuerdo con el diámetro y la clasificación de la ASTM del tornillo. También es necesario que las llaves se calibren diariamente y que se usen rondanas templadas.

Indicador directo de tensiónEl indicador directo de tensión (que originalmente era un dispositivo británico) consiste en una rondana templada con protuberancias en una de sus caras en forma de pequeños arcos.

Sujetadores de diseño alternativoAdemás de los métodos anteriores, existen algunos sujetadores de diseño alternativo que pueden tensarse satisfactoriamente. Los tornillos con extremos ranurados que se extienden más allá de la porción roscada de los mismos, llamados pernos indicadores de carga, son un ejemplo.

Llave de impacto usada para apretar tornillos a una condición sin holgura o bien a una de tensionado completo. Puede ser eléctrica como la mostrada o bien neumática.(Cortesía de CMC South Carolina Steel.)

Apriete de la tuerca de un tornillo de alta resistencia con una llave neumática de impacto. (Cortesía de la Bethlehem Steel Corporation.)

En situaciones de fatiga, donde los miembros están sujetos a fluctuaciones constantes de las cargas, es muy conveniente la conexión tipo fricción. Sin embargo, si la fuerza que debe soportarse es menor que la resistencia a la fricción, por lo que ninguna fuerza queda aplicada.

“Perno indicador de carga” o “perno de control de la tensión”. Note las estrías en el extremo del vástago del tornillo. (Cortesía de CMC South Carolina Steel.)

A.CONEXIONES TIPO FRICCION Y TIPO APLASTAMIENTO

Cuando los tornillos de alta resistencia se tensan por completo, las partes conectadas quedan abrazadas fuertemente entre sí. El resultado es una considerable resistencia al deslizamiento en la superficie de contacto. Esta resistencia es igual a la fuerza al apretar multiplicada por el coeficiente de fricción.Si las superficies de contacto están galvanizadas, el factor de deslizamiento se reducirá a casi la mitad del valor correspondiente a las superficies limpias de costras de laminación. Sin embargo, el factor de deslizamiento puede mejorarse bastante si las superficies se sujetan a un cepillado manual con cepillo de alambre o a un sopleteado con arena. No obstante, estos tratamientos no incrementan la resistencia al deslizamiento frente a cargas permanentes donde aparentemente se manifiesta un comportamiento de escurrimiento plástico.

A.JUNTAS MIXTASEn ocasiones los tornillos se pueden usar en combinación con soldaduras y otras veces en combinación con remaches (como cuando se añaden a viejas conexiones remachadas para permitirles recibir cargas mayores). La Especificación AISC contiene algunas reglas específicas para tales situaciones.

Tornillos en combinación con soldadurasPara construcciones nuevas no se usan tornillos ordinarios A307 ni los de alta resistencia en conexiones tipo aplastamiento o apretadas sin holgura para compartir la carga con soldaduras. (Antes de que la resistencia última de la conexión se alcance, los pernos se deslizarán y la soldadura tendrá que tomar una proporción mayor de la carga; la proporción exacta es difícil de determinar.)

Tornillos de alta resistencia en combinación con remachesSe permite que los tornillos de alta resistencia compartan la carga con remaches en construcciones nuevas o en modificaciones de conexiones ya existentes que se hayan diseñados como tipo fricción. (La ductilidad de los remaches permite que ambos tipos de sujetad trabajen en conjunto.)

A.TAMAÑOS DE LOS AGUJEROS PARA TORNILLOS

Además de los agujeros de tamaño estándar (STD) para tornillos y remaches que son 1/16 plg de mayor diámetro que los correspondientes tornillos y remaches, hay tres tipos de agujeros agrandados: holgados, de ranura corta y de ranura larga. Los agujeros holgados3 ocasiones son muy útiles para acelerar el proceso de montaje.Los agujeros de ranura corta (SSL) pueden usarse independientemente de la dirección de la carga aplicada para conexiones de deslizamiento crítico. Sin embargo, para las conexiones de tipo aplastamiento, las ranuras deben ser perpendiculares a la dirección de la carga. Si la carga se aplica en una dirección aproximadamente normal (entre 80 y 100 grados) a la ranura, estos agujeros se pueden usar en algunas o todas las placas de las conexiones por

TABLA 12.2 Dimensiones nominales de agujeros,pulgadas.Dimensiones de los agujeros

Diámetro del tomillo

Estándar

Agrandados

De ranura corta (ancho X

longitud)De ranura larga (ancho x

longitud)

½ 9/16 5/8 9/16x11/16 9/16x1 ¼5/8 11/16 13/16 11/16x7/8 11/16 x 1 9/16

¾13/16

/16

15/16

/161 1/1613/16x1 13/16x1 7/8

7/8 15/16 1 1/16 15/16x1 1/8 15/16x2 3/161 1 1/16 1 1/4 1 1/16x1 5/16 1 1/16x2 ½

≥ 1 1/8 D+1/16 d+5/16 (d+1/16)x(d+3/8) (d+1/16)x(2.5xd)

TABLA 12.2M Dimensiones nominales de agujeros, mm.Dimensiones de los agujeros

Diámetro del tornillo

Estándar

(diámetro)

Agrandados

(diámetro)De ranura corta

(ancho x longitud)De ranura larga

(ancho X longitud)

M I 6 18 20 18 x 22 18 X 40M20 22 24 22 x 26 22 x 50M22 24 28 24 X 30 24 x 55M24 27 [a] 30 27 x 32 27 x 60M27 30 35 30 x 37 30 x 67M30 33 38 33 X 40 33 X 75

≥M36 d +3 d + 8 {d + 3) X (d + 10) (d + 3) X 2.5d

A] La tolerancia provista permite el uso de un tornillo de 1 plg si se desea.Fuente: American Institute of Steel Construction, Manual of Steel Construction (Chicago: AISC, 2011), Tabla J3.3 y J3.3M, pp. 16.1-121. “Derechos reservados © American Institute of Steei Construction. Reimpreso con autorización. Todos los derechos reservados”.

A.TRANSMISIÓN DE CARGA Y TIPOS DE JUNTASLos tornillos de alta resistencia completamente tensados forman una clase aparte. Si se usan los métodos para apretar descritos previamente, se obtiene una tensión muy confiable en los tornillos, que da como resultado fuerzas de atenaza miento grandes y cantidades confiables de resistencia por fricción al deslizamiento. A menos que las cargas por transmitirse sean mayores que la resistencia por fricción, las fuerzas totales se resisten por fricción y los tornillos no quedan sometidos ni a corte ni a aplastamiento. Si la carga excede a la resistencia por fricción, habrá un deslizamiento, quedando los tornillos sometidos a corte y a aplastamiento.

La junta traslapadaLa junta mostrada en la parte (a) de la Figura 12.1 se denomina junta traslapada. Este tipo de junta tiene el inconveniente de que el centro de gravedad de la fuerza en un miembro no es colineal con el centro de gravedad de la fuerza en el otro miembro. La junta a topeUna junta a tope se forma cuando se conectan tres miembros, como se muestra en la Figura 12.1 (d). Si la resistencia al deslizamiento entre los miembros es despreciable, los miembros se deslizarán un poco y tenderán a degollar simultáneamente a los tornillos en los dos planos de contacto entre los miembros. Los miembros se apoyan sobre los tornillos y se dice que éstos se encuentran sometidos a cortante doble y aplastamiento (también llamado aplasta¬miento encerrado). Conexiones de plano dobleEn este tipo de conexiones los tornillos están sujetos a cortante simple y aplastamiento, pero el momento flexionante no se presenta. En la Figura 12.2(a) se muestra un colgante con este tipo de conexión en las que los tornillos están sujetos a cortante simple.

VariosEn general las conexiones atornilladas constan de juntas a tope o traslapadas o alguna combinación de éstas, pero existen también otros casos. Por ejemplo, se tienen ocasionalmente juntas en las que se conectan más de tres miembros y los tornillos quedan sometidos a cortante múltiple, como se ve en la Figura 12.2 (b). En esta figura puede verse cómo las cargas tienden a cortar este tornillo en cuatro planos separados (cortante cuádruple).

FALLAS EN JUNTAS ATORNILLADAS

• La Figura 12.3 muestra varias maneras en que pueden ocurrir las fallas en juntas atornilladas. Para diseñar adecuadamente las juntas atornilladas, es necesario entender claramente estas posibilidades. Estas se describen a continuación:

• 1. En la parte (a) se muestra la posibilidad de falla en una junta traslapada por cortante del tornillo en el plano entre los miembros (cortante simple).

• 2. En la parte (b) se muestra la posibilidad de una falla a tensión de una de las placas a través del agujero de un tornillo.

• 3. En la parte (c) se da la posible falla del tornillo y/o de las placas por aplastamiento entre ambos.

• 4. En la parte (d) se muestra la posibilidad de falla debido al desgarramiento de una parte del miembro.

• 5. En la parte (e) a se muestra la posibilidad de una falla por cortante de los tornillos a lo largo de dos planos (cortante doble).

SEPARACIÓN Y DISTANCIAS A BORDES DE TORNILLOS

• Antes de estudiar lo relativo a la separación mínima entre tornillos y la distancia a sus bordes, es necesario aclarar primero algunos términos. Se dan las siguientes definiciones para un grupo de tornillos en una conexión y se muestran en la Figura 12.4:

• El paso es la distancia centro a centro entre tornillos en una dirección paralela al eje del miembro.

• El gramil es la distancia centro a centro entre hileras de tornillos perpendicular al eje del miembro.

• La distancia al borde es la distancia del centro de un tomillo al borde adyacente de un miembro.

• La distancia entre tornillos es la distancia más corta entre sujetadores sobre la misma hilera o diferentes hileras de gramiles.

Separación mínima

• Los tornillos deben colocarse a una distancia suficiente entre sí para permitir su instalación eficiente y prevenir fallas por tensión en los miembros entre sujetadores. La Especifica" (J3.3) del AISC estipula una distancia mínima centro a centro para agujeros de sujetador^ estándar, holgados o de ranura. Para estos agujeros, la distancia mínima centro a centro no deber ser menor de 2 2/3 diámetros (siendo preferible tres diámetros). Los resultados de pruebas han demostrado claramente que las resistencias por aplastamiento son directamente proporcionales a la separación centro a centro hasta un máximo de 3d.

Distancias mínimas al borde

• Los tornillos nunca se deben colocar muy cerca de los bordes de un miembro por dos razones principales. Primero, el punzonado de los agujeros muy cercanos a los bordes puede ocasionar que el acero opuesto al agujero se abombe o se agriete. La segunda razón se aplica a los extremos de los miembros donde existe el peligro de que el sujetador desgarre al metal. La práctica común consiste en colocar el sujetador una distancia mínima del borde de la placa igual a 1.5 o 2.0 veces el diámetro del mismo, de manera que el metal en esa zona tenga una resistencia al cortante igual por lo menos a la de los sujetadores. Para información más precisa, es necesario consultar la especificación. La Especificación (J3.4) del AISC estipula que la distancia entre el centro de una agujero estándar y el borde de la parte conectada no debe ser menor que los valores aplicables dados en la Tabla 12.3 o 12.3M (Tablas J3.4 y J3.4M del Manual).

TABLA 12.3 Distancia mínima al borde del centro del agujero estándarli al borde de la parte conectada, pulgadas.

Diámetro del tornillo (plg) Distancia mínima al borde (plg)

1/2

5/8

3/4

7/8

1

1 1/8

1 1/4

Mayores de 1 1/4

¾

7/8

1

1 1/8

11/4

1 1/2

1 5/8

1 1/4x diámeter

• [a] Si es necesario, se permiten distancias al borde menores, siempre que se satisfagan las disposiciones apropiadas de las Secciones J3.10 y J4,pero las distancias al borde menores que un diámetro de tornillo no se permiten sin la aprobación del ingeniero de campo.

• [b] Para los agujeros agrandados o de ranura, véase la Tabla J3.5.TABLA 12.3M Distancia mínima al borde^ del centro del agujero estándar^

al borde de la parte conectada, mm.

Diámetro del tornillo (mm) Distancia mínima al borde (mm)

16 22

20 26

22 28

24 30

27 34

30 3836 46

Mayores de 36 1.25d

Separación máxima y distancias al borde

• Las especificaciones sobre acero estructural proporcionan las distancias máximas a bordes de conexiones atornilladas. El propósito de tales requisitos es reducir la posibilidad de que se introduzca humedad entre las partes. Cuando los sujetadores están muy alejados de^ 'bordes de las partes conectadas, éstos pueden a veces separarse, lo que permitirá la entrada de la humedad. Cuando sucede esto y se tiene una falla de la pintura, se generará y acumulará la corrosión, ocasionando mayores separaciones entre las partes. La distancia al borde máxima permisible, dada por (J3.5) del AISC es de 12 veces el espesor de la parte conectad^ pero no más de 6 plg (150 mm).

CONEXIONES TIPO APLASTAMIENTO: CARGAS QUE PASAN POR EL CENTRO DE GRAVEDAD DE LAS CONEXIONES

• Resistencia al cortante• 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. La resistencia de diseño o LRFD de un tornillo en cortante simple es igual a </> veces la resistencia nominal a cortante en klb/plg2 del tornillo multiplicada por el área de su sección transversal. La resistencia permisible ASD es igual a su resistencia nominal al cortante dividida entre fl y multiplicada por el área de la sección transversal. Los valores de cf> dados por la Especificación LRFD son de 0.75 para tornillos de alta resistencia, mientras que para el ASD el valor de fl es de 2.00.

TABLA 12.5 Resistencia nominal de sujetadores y partes roscadas, klb/plg2 (MPa).

Descripción de los sujetadoresResistencia nominal a la tensión, Fm,

klb/plg2 (MPa)íal

Resistencia nominal al cortante en conectores tipo aplastamiento, Fnv, klb/plg2

(MPa)^

Tomillos A307 45 (310) 27 (188)[cM

Tomillos del Grupo A (tipo A325), cuando las roscas no están excluidas de los planos de corte

90 (620) 54 (372)

Tomillos del Grupo A (tipo A325), cuando las roscas están excluidas de los planos de corte

90 (620) 68 (457)

Tomillos del Grupo B (tipo A490), cuando las roscas no están excluidas de los planos de corte

113 (780) 68 (457)

Tomillos del Grupo B (tipo A490), cuando las roscas están excluidas de los planos de corte

113 (780) 84 (579)

Partes roscadas que cumplen los requisitos de la Sección A3.4 del Manual, cuando las roscas no están excluidas de los planos de

corte

0.75 Fu 0.450 F„

Partes roscadas que cumplen los requisitos de la Sección A3.4 del Manual, cuando las roscas están excluidas de los planos de corte

0.75 F,¡ 0.563 F„

Resistencia al aplastamiento

• La resistencia al aplastamiento de una conexión atornillada no se determina, como podría esperarse, a partir de la resistencia de los tornillos mismos; más bien, se basa en la resistencia de las partes conectadas y del arreglo de los tornillos. Específicamente, su resistencia calcula da depende de la separación entre los tornillos y de su distancia a los bordes, de la resistencia Fu especificada a tensión de las partes conectadas, así como de sus espesores.

• En la sección J3.10 de la Especificación del AISC se proporcionan expresiones para las resistencias nominales al aplastamiento (valores Rn) para los agujeros de tornillos. Para determinar Rn y vale 0.75 y vale 2.00. Las diversas expresiones que se listan ahí incluyen diámetros nominales de tornillos (d), espesores de miembros que aplastan a los tornillos (d), y distancias libres (/c) entre los bordes de agujeros y los bordes de los agujeros contiguos o bordes del material en la dirección de la fuerza. Finalmente, Fu es la resistencia mínima especificada a la tensión del material conectado.

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

• Si la deformación alrededor de los agujeros de tornillo no es una consideración de diseño (es decir, si las deformaciones > 0.25 plg son aceptables), entonces

• b para tornillos que se usan en conexiones con agujeros de ranura larga, si las ranuras son perpendiculares a las fuerzas,

• Rn = l.0IctFu ^ 2.0 dtFu (Ecuación J3-6c del AISC)

Resistencia mínima de conexiones

• El Ejemplo 12-1 ilustra los cálculos necesarios para determinar la resistencia de la conexión de tipo aplastamiento que se muestra en la Figura 12.5. Al usar un procedimiento similar, se calcula en el Ejemplo 12-2 el número de tornillos necesarios para una cierta condición de carga. En cada caso, el espesor de aplastamiento por usar es igual al espesor total menor en un lado o en el otro, ya que el grado de acero para todas las placas es el mismo y ya que las distancias al borde son idénticas para todas las placas. Por ejemplo, en la Figura 12.6, el espesor de aplastamiento es igual al menor de 2 x 1/2 plg a la izquierda o 374 plg a la derecha.

Tales abreviaturas se usan para representar lo siguiente: • A325-SC —tornillos A325 de deslizamiento crítico o

completamente tensionados• A325-N—tornillos apretados sin holgura o de aplastamiento

con roscas incluidas en los planos de corte• A325-X—tornillos apretados sin holgura o de aplastamiento

con roscas excluidas en los planos de corte

• EJEMPLO • Determine la resistencia de diseño Y Ia resistencia permisible de la

conexión tipo aplastamiento mostrada en la Figura 12.5. El acero es A36 (Fy = 36 klb/plg2 y Fu = 58 klb/plg2),

• RESOLUCION• Los tornillos son de 7/8 plg A325, los agujeros son de tamaño

estándar, y las cuerdas están excluidas del plano de corte. Suponga que se consideran para el diseño las deformaciones en los agujeros de los tornillos.

• Fluencia de la sección total de las placas

• Resistencia a la ruptura por tensión de las placas

• Resistencia al aplastamiento de los tornillos

• Resistencia al cortante de los tornillos

• EJEMPLO• ¿Cuántos tornillos A325 de 3/4 plg en agujeros de tamaño estándar con

cuerdas excluidas del plano de corte se requieren para la conexión tipo aplastamiento mostrada en la Fígura 12.6? Use Fn = 58 klb/plg2 y suponga que las distancias al borde son de 2 plg y que la distancia centro a centro de los agujeros es de 3 plg. Suponga que se consideran para el diseño las deformaciones en los agujeros de los tornillos. Pu = 345 klb (LRFD).

Solución. Tornillos en doble cortante y aplastamiento sobre % plgResistencia al aplastamiento de 1 tornilloResistencia al cortante de 1 tornillo

CONEXIONES TIPO FRICCIÓN: CARGAS QUE PASAN POR EL CENTRO DE GRAVEDAD DE LAS CONEXIONES

• Casi todas las conexiones atornilladas con agujeros de tamaño estándar se diseñan como conexiones del tipo aplastamiento. Sin embargo, en algunas ocasiones, especialmente en puentes, se piensa que debe impedirse el deslizamiento. Pueden diseñarse conexiones atornilladas de alta resistencia tales que se impida el deslizamiento, ya sea para el estado límite de la carga de servicio o para el estado límite de resistencia. A éstas se les denomina conexiones tipo fricción

Aun cuando hay poco o ningún aplastamiento en los tornillos que se usan en las conexiones tipo fricción, el AISC en su Sección J3.10 estipula que debe revisarse la resistencia al aplastamiento para ambas conexiones de tipo aplastamiento y tipo fricción debido a que aún existe la posibilidad de que pueda ocurrir un deslizamiento; por lo tanto, la conexión deberá tener la suficiente resistencia como conexión de tipo aplastamiento.La Especificación J3.8 del AISC estipula que la resistencia nominal al des!' de una conexión (Rn) se determinará con la expresión.

En donde:u = coeficiente medio de deslizamiento = 0.30 para superficies de contacto de n y 0.5 para superficies de contacto de Clase B. La Sección 3 de la Parte 16.2 del AISC proporciona información detallada con respecto a estas dos superficies. Brevemente, la Clase A denota superficies limpias sin pintar, superficies con escamas^' laminadora o superficies con recubrimientos Clase A en superficies de acero limpiadas con chorro de arena. Las superficies de Clase B son superficies de acero sin pintar limpiadas con chorro de arena o superficies con recubrimientos de Clase B

Du = 1.13. Éste es un multiplicador que da la relación de la pretensión media instal entre la pretensión mínima especificada dada en la Tabla 12.1 de este libro (Tabla J31 en la Especificación del AISC).hf= factor para rellenos, que se determina como sigue:

1) Donde se han añadido tornillos para distribuir las cargas en el relleno, hf= j Q2) Donde no se han añadido tornillos para distribuir la carga en el relleno,

i) Para un relleno entre las partes conectadas, hf = 1.0ii) Para dos o más rellenos entre las partes conectadas, hf— 0.85Tb = tensión mínima en el sujetador, como se da en la Tabla 12.2 de este libro ns = número de planos de deslizamientoPara agujeros de ranura corta de tamaño estándar perpendicular a la dirección de la carga = 1.00 (LRFD)Para agujeros de ranura corta y holgados paralelos a la dirección de la carga = 0.85 (LRFD)Para agujeros de ranura larga = 0.70 (LRFD)

CONEXIONES SOLDADAS

La soldadura estructural es un proceso por medio del cual las partes por conectarse son calentadas y fundidas, con metal fundido de aportación agregado a la junta. Por ejemplo, miembro en tensión con junta traslapada, puede construirse al soldarse a través de los extremos de ambas partes conectadas. Una relativamente y pequeña profundidad de material se fundirá y, al enfriarse, el acero estructural y el metal aportación actuarán como una parte continua donde ellos se unen. El metal adicional es depositado por un electrodo especial, que es parte de un circuito eléctrico que incluye a la parte conectada o metal base. En el proceso de soldadura por arco metálico protegido (S AMP), mostrado esquemáticamente en la figura 7.34, la corriente forma un arco a través de una abertura entre el electrodo y el metal base, que, al calentar las partes conectadas deposita parte del electrodo en el metal base fundido. Un recubrimiento especial sobre el electrodo se vaporiza y forma una capa gaseosa protectora que impide que el metal fundido se oxide antes de que se solidifique.

 SOLDADURAS DE FILETE

• El diseño y el análisis de las soldaduras de filete se basan en la suposición de que la sección transversal de la soldadura es un triángulo rectángulo a 45°, corno se muestra en la figura 7.37. Cualquier refuerzo (material agregado fuera de la hipotenusa del triángulo) o penetración son despreciados. El tamaño de un filete de soldadura se denota por vv y es la longitud de uno de los dos lados iguales de esta sección transversal idealizada. Los tamaños estándar de las soldaduras se especifican en incrementos de Vi6 de pulgada. Aunque una longitud de soldadura puede cargarse en cualquier dirección en cortante, compresión o tensión, un filete de soldadura es más débil en cortante y siempre se supone que falla de esta manera. Específicamente, se supone que la falla ocurre por cortante sobre un plano a través de la garganta de la soldadura. Para las soldaduras de filete hechas con el proceso de arco metálico protegido, la garganta es la distancia perpendicular de la esquina o raíz de la

• Soldadura a la hipotenusa y es igual a 0.707 veces el tamaño de la soldadura (e e. efectivo de la garganta para una soldadura hecha con el proceso de un arco surneraTi^0 mayor. En este libro, suponemos de manera conservadora que se utiliza el proceso" metálico protegido). Entonces, para una longitud L dada de la soldadura sometida a una carga P, el esfuerzo cortante crítico es

• Donde w es el tamaño de la soldadura.

• Si se emplea en esta ecuación el esfuerzo cortante último de la soldadura, Fw la capacidad nominal de carga de la soldadura puede escribirse cómo:

SIMBOLOS DE LA SOLDADURA

Las soldaduras son especificadas en los dibujos del diseño por medio de símbolos estandarizados, que proporcionan una manera conveniente de describir la configuración requerida de la soldadura. Los detalles están dados en la Parte 8 del Manual sobre "Tornillos Soldaduras y Elementos Conectados” (Volumen II) y no se tratan ampliamente aquí. En este libro dame; sólo una breve introducción de los símbolos estándar para las soldadura, de filete. El análisis siguiente se refiere a los símbolos que se presentan en la figura 7.44 El símbolo básico es una línea horizontal (línea de referencia) que contiene la información sobre el tipo, tamaño y longitud de la soldadura junto con una flecha inclinada que señala hacia la soldadura. Un triángulo rectángulo con un cateto vertical a la izquierda J emplea para indicar una soldadura de filete. Si el símbolo para el tipo de soldadura esta; debajo de la línea de referencia, la soldadura está sobre el lado de la flecha de la junta, e: decir, sobre la parte de la junta que toca la flecha. Si el símbolo está arriba de la línea. 1; soldadura está sobre el otro lado de la junta, que puede estar o no oculta en el dibujo. Lo: números sobre la línea de referencia, de izquierda a derecha, son el tamaño y la longitud.

CONCLUSIONES

• Las vigas son miembros estructurales que soportan cargas transversales y quedan por lo tanto sometidas principalmente a flexión. Si está presente también una cantidad considerable de carga axial, al miembro se le llama viga-columna (las vigas-columnas serán estudiadas en otro capítulo. Aunque algo de carga axial está presente en cualquier miembro estructural, en muchas situaciones prácticas este efecto es despreciable y el miembro puede tratarse como una viga. Las vigas están usualmente orientadas horizontalmente y sometidas a cargas verticales, pero esto no es necesariamente siempre el caso. Se considera que un miembro estructural es una viga si está cargado de manera que se genera flexión en el.