Conexion Final

Ing Alfredo Carlos Arroyo Vega

Marzo. 2012

Ing. Alfredo Carlos Arroyo Vega

Conexiones1. Introducción

C i í i2. Conexiones típicas3. Daños en conexiones4. Conexiones atornilladas5. Conexiones soldadas6. Elementos de conexión7. Ejemplos

1. Introducción Conexión: conjunto de elementos que unen cada

miembro a la junta: placas o ángulos por patines omiembro a la junta: placas o ángulos por patines o alma, soldaduras, tornillos.

Junta: zona de intersección de los miembros estructurales.

1. Introducción1. Conexión viga-columna de esquina2 C ió i l2. Conexión viga-columna3. Conexión de viga secundaria a viga principal4 Empalme de columna y de cabezal4. Empalme de columna y de cabezal5. Placa base de columna6 Conexión de larguero de techo y de fachada6. Conexión de larguero de techo y de fachada

Tipos de conexiones estructurales para edificios

1. Introducción Por tipo de conectores

Remaches (en desuso)( ) Soldadura Tornillos de alta resistencia ASTM A325 y ASTM 490

Por rigidez de la conexiónPor rigidez de la conexión Flexible Semi-rígida RígidaRígida

Por elementos de conexión Ángulos Placas y ángulos Placas y ángulos Ángulos de asiento Perfiles Te

1. Introducción 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)

P l d f b i ió 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 Conexiones de campo (fabricadas en el taller y armadas en el sitio de la

obra)

Por mecanismo de resistencia de la conexión Conexiones por fricción Conexiones por aplastamiento

1. Introducción

Gráfica momento rotación para los tipos de Construcción adoptados por las Especificaciones AISC

1. Introducción

1. Introducción

1. Introducción

1. Introducción

Conexiones flexibles

1. Introducción

Conexiones rígidas

1. Introducción Especificación AISC 2011:

Capitulo J - Diseño de Conexiones Referencias Adicionales para Conexiones en Estructuras

de Acero Sismo - Resistentes: Norma AISC 2005 Para Diseño Sísmico de Edificios de

Acero. Conexiones Precalificadas Para Marcos de Acero a Conexiones Precalificadas Para Marcos de Acero a

Momento especiales e intermedios para aplicaciones sísmicas.

2. Conexiones típicas

Ángulos dobles: Atornillado - Atornillado


Ángulos dobles: Atornillado - Atornillado


Ángulos dobles: Soldado - AtornilladoÁngulos dobles: Soldado - Atornillado


Ángulos dobles: Soldado - AtornilladoÁngulos dobles: Soldado - Atornillado


Placa de cortante


Placa de cortante


Placa simple (Placa de cortante)




Placa simple (Placa de cortante). Vigas de igual peralte



Placa simple (Placa de cortante).


2 Ángulos

Á l D bl C ió l tí d l lÁngulos Dobles, Conexión al patín de la columna


2 Ángulos

Á l d blÁngulos doblesConexión al alma de la columna


Placa simple



Ángulo de asiento


Ángulo de asiento


Cone ión atornillada con perfil T atiesadoConexión atornillada con perfil T atiesado


Placas horizontales en patines de la trabe


V M

Patines de la trabe soldados a la columna


Placa de extremo












Conexión de contraventeos en edificios altos



Empalme atornillado de tramos de columnas


Empalme soldado de columna


Placa base de columna












3. Daños en conexiones

DAÑOS EN ESTRUCTURAS DE ACERODAÑOS EN ESTRUCTURAS DE ACERO

COMO CONSECUENCIAS DE SISMOS INTENSOS








Fractura en el patín de la viga y el patín de la columna en la zona próxima a la soldadura


Fractura en la soldadura y fractura vertical en el patín de la columna.


DAÑOS TÍPICOS EN ESTRUCTURAS DE ACERO





4. Conexiones atornilladas VENTAJAS

Rapidez en el atornillado y menor tiempo de ejecución de una obrap y p j No se requiere mano de obra especializada Inspección visual sencilla y económica Facilidad para sustituir piezas dañadasp p Mayor calidad en la obra

DESVENTAJAS DESVENTAJAS 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 precisión en geometría (las tolerancias son al milímetro) Mayor peso de la estructura Menor amortiguamiento

4. Conexiones atornilladas

IV

II

III

I

II

Comportamiento general de una junta atornillada


Aplastamiento (bearing-type joints) Fricción (slip-critical joints)p ( g yp j ) ( p j )

4. Conexiones atornilladasLas formas típicas de falla son:

Cortante Aplastamiento Aplastamiento Desgarramiento Sección insuficiente Sección insuficiente

4. Conexiones atornilladas Falla del tornillo por cortante

Falla de la placa por cortante Falla de la placa por cortante

4. Conexiones atornilladas Falla por aplastamiento:

Aplastamiento en el tornillo Aplastamiento en la placa

Falla por sección insuficiente (sección crítica)

p p p

4. Conexiones atornilladas Falla del tornillo por flexión o tracción

Deformación por flexión Ruptura por tensión


Tornillos de alta resistencia, tuercas y arandelas



Tornillos en cortante TornillosTornillos sujetossujetos aatensióntensión y y cortantecortante

Tornillos en tensión


Tipos de fuerza que actúan en los tornillos de alta resistencia y en las placas de una conexión atornillada


Tornillos de alta resistencia a cortante


Respuesta de tornillos de alta resistencia a tracción directa


Respuesta de tornillos de alta resistencia a fuerzas cortantes

4. Conexiones atornilladas Apretado (“snug-tight”): instalado usando pocos

impactos de una llave de impacto o manualmenteimpactos de una llave de impacto o manualmente. Pretensado: instalado por métodos mas controlados

Vuelta de tuerca Vuelta de tuerca Llave calibrada Tornillos especialesp Indicadores de tensión

Pretensión nominal = 70% de la capacidad del tornillo

4. Conexiones atornilladas Pretensión mínima


Elongación del tornillo, mm

Tensión del tornillo versus elongaciónTensión del tornillo versusrotación de la roscaTensión del tornillo versus elongación rotación de la rosca


Comportamiento de conexión pretensada

4. Conexiones atornilladasRu Rn (LRFD) Ra Rn / Ω (ASD)

Resistencia a la tracciónResistencia a la tracción = 0.75 = 2.0

bntn AFR Ab = área bruta del pernoFnt = 0,75 Fu (ver Tabla J3.2)

bntn

Tornillos A325: Fu = 8440 kg/cm² (120 ksi) Fnt = 6330 kg/cm² (90 ksi)nt g ( )

Tornillos A490: Fu = 10550 kg/cm ² (150 ksi)Fnt = 7913 kg/cm² (113 ksi)


Roscas fuera de los planos de corte

Roscas dentro de los planos de corte


AplastamientoAplastamiento = 0.75 = 2.0

bAFR

Ab = área bruta del perno

bnvn AFR

Fnv = 0,50 Fu (hilos excluidos)0,40 Fu (hilos incluidos)

A325-N Fnv = 3375 kg/cm² (48 ksi)nv g ( ) A325-X Fnv = 5065 kg/cm² (72 ksi) A490-N Fnv = 4220 kg/cm² (60 ksi) A490 X F = 5275 kg/cm² (75 ksi) A490-X Fnv = 5275 kg/cm² (75 ksi)


FricciónFricción = 1.00 = 1.50 (nivel de servicio) = 0.85 = 1.86 (nivel último)

sbscun NThDR = 0,35 superficie Clase A

= 0,50 superficie Clase BDu = sobre-pretensión promedio = 1,13u p p ,hsc = factor por perforación = 1,0 s; 0,85 ss y o; 0,70 lsTb = pretensión mínimaN = número de planos de deslizamientoNs = número de planos de deslizamiento


Tipos de agujeros en conexiones atornilladas


Aplastamiento

LRFDFfFF nt31

ASDFfFF

LRFDFfF

FF

nt

ntvnv

ntnt

nt

31

3,1'

ASDFfF

F ntvnv

nt3,1

4. Conexiones atornilladas Fricción

RkR '

LRFDTRkR

u

nsn

1

ASDT

LRFDNTDka

bbus 5,11

1

T = tracción de servicio

ASD

NTD bbu

1

Ta = tracción de servicioTu = tracción ultimaNb = número de pernos traccionadosNb número de pernos traccionados

4. Conexiones atornilladasModos de falla

Elongación excesiva del agujero por deformación de Elongación excesiva del agujero por deformación de la placa d

espesor t

Lc

Desgarramiento de la placac

espesor t

Lc

4. Conexiones atornilladas Aplastamiento o desgarramiento de la perforación

= 0,75 = 2,0 Perforaciones estándar, sobredimensionadas, ranuras

cortas cualquiera y ranuras largas paralelas a la dirección de cargag No deformación de perforación a nivel de servicio

uucn dtFtFLR 4,22,1 Deformación de perforación no es consideración

uucn ,,

dtFtFLR 0351 Ranuras largas perpendiculares a la dirección de

carga

uucn dtFtFLR 0,35,1

carga

uucn dtFtFLR 0,20,1

5. Conexiones soldadas VENTAJAS

Rigidez. Se obtienen estructuras más rígidas Sencillez. Se elimina material (placas, ángulos, conectores) Economía. Menor trabajo en taller Mayor amortiguamiento

DESVENTAJAS Se inducen altas temperaturas al acero durante la aplicación de la

soldadurasoldadura Requiere mayor supervisión en obra Necesita mano de obra calificada Las condiciones climáticas y sitio de la obra afectan la calidad finalLas condiciones climáticas y sitio de la obra afectan la calidad final Inspección cara. Se requiere la asistencia de un laboratorio

especializado

5. Conexiones soldadasSímbolos de Soldadura

Cola

Línea horizontal Notas (Soldadura típica)

Cola

(Soldadura típica)Soldadura de campo

Línea principal

cola

Longitud y espaciamiento (en pulgs)

Símbolo básico de soldadura (Se muestra el símbolo de filete de soldadura)

Tamaño de soldadura(en pulgs)

5. Conexiones soldadas


5. Conexiones soldadas SMAW (Shielded Metal Arc Welding)

5. Conexiones soldadas GMAW (Gas Metal Arc Welding)

5. Conexiones soldadas FCAW (Flux Core Arc Welding)

5. Conexiones soldadas SAW (Submerged Arc Welding)


Conexión típica trabe-columnaConexión típica trabe columnaempleada comúnmente en Latinoamérica


Conexión típica viga-columna pre-Northridge


Conexión típica viga-columna en Japón




Socavación

Falta de fusión


Falta de penetración

Ilusión de escoria Porosidad


Usos típicos de soldaduras de filete



Conexiones de momentoConexiones de momento

Empalmes


Conexiones simplesConexiones simples

Ángulos de apoyo


Soldadura deseada

Símbolo de soldadura

Soldaduras de filete junta traslapada


Símbolo de soldadura Soldadura deseada

Soldaduras de filete miembro armado



Soldaduras de filete intermitentes


Soldaduras de penetración parcialSímbolo de soldadura Soldadura deseada


Conexión columna placa base



Soldaduras de penetración completaSímbolo de soldadura



Soldaduras de tapón


5. Conexiones soldadas Soldadura de penetración (tamaño mínimo ver Tabla

J2 3 sección J2 1b)J2.3, sección J2.1b)

T T T TT1 T2

te = T1

T T

te = T

D Tte

45° ≤ < 60°

D Tte

60° ≤

te = D – 1/8”

GMAW, FCAW, posiciones v y s

te = D

5. Conexiones soldadas Soldadura de filete

Tamaño mínimo ver Tabla J2.4 0,707a = te Tamaño máximo

t≤1/4”: t w

, e

t>1/4”: t-1/16”lw ≥ 4w w

Soldadura de tapón: área transversal de la Soldadura de tapón: área transversal de la perforación

5. Conexiones soldadas Factores y dependen de la solicitación y el tipo

de soldadura (ver Tabla J2.5)de soldadura (ver Tabla J2.5) Resistencia nominal

Metal baseBMBMn AFR

Soldadura wewwwn ltFAFR

te = garganta efectiva de soldadural l it d d ld dlw = longitud de soldadura

5. Conexiones soldadas Soldaduras de penetración

Tracción o compresión normal al eje de la soldad ra Tracción o compresión normal al eje de la soldadura en elementos diseñados para contacto Metal base

= 0.9 = 1.67

ltFR

Soldadura

0 8 1 88

weyn ltFR

= 0.8 = 1.88

weEXXn ltFR 60,0 weEXXn ,

5. Conexiones soldadas Soldaduras de penetración

Corte Corte Metal base: ver sección J4

Soldadura

= 0.75 = 2.00

weEXXn ltFR 60,0

5. Conexiones soldadas Soldaduras de filete

Corte Corte Metal base: ver sección J4 Soldadura

= 0.75 = 2.00

weEXXn ltFR 60,0

Soldadura de tapón Corte

Metal base: ver sección J4 Soldadura

= 0 75 = 2 00 0.75 2.00

taponEXXn AFR 60,0

5. Conexiones soldadas Grupos colineales o paralelos de filetes cargados a

través del centro de gravedadtravés del centro de gravedad

5,1sin5,0160,0 EXXw FF

5. Conexiones soldadas Grupos de soldaduras de filete (método plástico)

pppf

pfFF EXXw

9091

sin5,0160,03,0

5,1

rrp

pppf

itii

mi

9,09,1

j

rjj

ww

w

rr

m

crituii

17060871

2209,065,0

32,0

i

ri

wwu 17,06087,1

i

wiwiynywiwixnx AFRAFR

5. Conexiones soldadas Grupos de filetes longitudinales y transversales

cargados a través del centro de gravedadcargados a través del centro de gravedad

wtwlwtwln RRRRR 5,185,0,max

6. Elementos de conexión Elementos en tensión

El t t t Elementos en cortante Ruptura en bloque por cortante y tensión Elementos bajo cargas concentradas Elementos bajo cargas concentradas

6. Elementos de conexiónPlaca de unión en tensión

P

Revisar la fluencia de la placa de uniónRn = Ag Fyn g y

= 0.9 Ω = 1.67Pu Rn (LRFD)

Pa Rn / Ω (ASD)

6. Elementos de conexiónPlaca de unión en tensión

P

Revisar la fractura de la placa de unión

Rn = Ae Fun e u

= 0.75 Ω = 2.00Pu Rn (LRFD)

P R / Ω (ASD)Pa Rn / Ω (ASD)

6. Elementos de conexiónSección Whitmore

a) Junta atornillada b) Junta soldada

6. Elementos de conexión

Vu

Revisar la fluencia por cortante en la placa de conexión

R = A (0 6 F )Rn = Ag (0.6 Fy) = 1.0 Ω = 1.50 Vu Rn (LRFD)

V R / Ω (ASD)Va Rn / Ω (ASD)

6. Elementos de conexión

Vu

Revisar la fractura por cortante de la placa de conexiónR A (0 6 F )Rn = Ae (0.6 Fu) = 0.75 Ω = 2.00 Vu Rn (LRFD)

Va Rn / Ω (ASD)

Superficie de falla por tensión6. Elementos de conexión

P

Superficie de falla por tensión

PSuperficie de fallapor cortante

AFAFAFUR 6060i = 0,75 = 2,00

Ant = área neta de la superficie de falla por tensión

gvynvuntubsn AFAFAFUR 6,0,6,0min

Agt = área total de la superficie de falla por cortanteAnt = área neta de la superficie de falla por cortante

6. Elementos de conexión Ubs = 1 para esfuerzos uniformes en la superficie en

tensión

Ubs ≠ 1 para esfuerzos no uniformes en superficies en

Extremos deángulos

Conexión extrema de vigacon una hilera de tornillos

Ángulo soldado Placas de unión

tensiónConexión extrema de vigacon varias hileras de tornillos

U 0 50Ubs = 0.50

6. Elementos de conexión Flexión local del ala

0 90 1 67 = 0.90 = 1.67

yffn FtR 225,6

no chequear si ancho de carga ≤ 0,15 bf

reducir capacidad en 50% si fuerza es aplicada a

yffn

p % pmenos de 10 tf del borde del elemento

P

6. Elementos de conexión Fluencia local del alma

1 00 1 50 = 1.00 = 1.50 fuerza aplicada a más de d del borde del elemento

wywn tFNkR 5 wywn tFNkR 5,2

fuerza aplicada a menos de d del borde del elemento

k5k+N

N

6. Elementos de conexión Arrugamiento del alma

0 75 2 00 = 0.75 = 2.00 fuerza es aplicada a más de 0,5d del borde del

elementoelemento

tEFtN 5,1

w

fyw

f

wwn t

tEFtt

dNtR

2 3180,0

6. Elementos de conexión Arrugamiento del alma

f er a aplicada a menos de 0 5d del borde del fuerza aplicada a menos de 0.5d del borde del elemento

51

w

fyw

f

wwn t

tEFtt

dNtRd

N

5,1

2 3140,02,0

fywwwn

f

tEFtdNtRd

N

5,1

2 2,04140,02,0wf

wn ttdd

6. Elementos de conexión Pandeo lateral del alma

6. Elementos de conexión Pandeo lateral del alma

= 0.85 = 1.76 Ala comprimida está restringida a la rotación

33 httC

2

3

4,013,2f

wfwrnfw bl

thh

ttCRblth

Ala comprimida no está restringida a la rotación

3

2

3

4,07,1 wfwrnfw bl

thh

ttCRblth

f

f blh

6. Elementos de conexión Pandeo del alma en compresión

0 90 1 67 = 0.90 = 1.67

EFt324hEFt

R ywwn

24

reducir 50% si está a menos de d/2 del extremo del elementoelemento

7. Ejemplos de conexiónEJEMPLO DE UNA CONEXIÓN

ESTADOS LIMITE

1 Fluencia del ángulo1. Fluencia del ángulo2. Ruptura en la sección neta del ángulo(incluyendo el

cortante defasado)3 A l t i t d l t ill / d i t d l á l3. Aplastamiento del tornillo/ desgarramiento del ángulo4. Bloque de cortante en el ángulo5. Fractura por cortante en el tornillop6. Aplastamiento/ desgarramiento en la placa7. Bloque de cortante en la placa8 Ruptura de la placa8. Ruptura de la placa9. Fluencia de la placa10.Fractura de la soldadura

ÓAPLICACIÓN

Calcular la capacidad de un tornillo Ø 7/ 8” A 325Calcular la capacidad de un tornillo Ø 7/ 8 A 325

a) A tensión

Rn = Fnt Ag

Ag = 3.85 cm² área nominal del tornilloAg 3.85 cm área nominal del tornillo

Rnt = 6300 x 3.85 = 24 250 ton

LRFD: Ø Rn = 0.75 x 24 250 = 18 200 kg

ASD R / Ω 24 250 / 2 12 120 kASD: R / Ω = 24 250 / 2 = 12 120 kg

TORNILLOS EN CORTANTETORNILLOS EN CORTANTE

Tipos de juntas

a) Trabajo por aplastamiento ( cortante)N cuerda incluida en el plano de cortanteX cuerda excluida del plano de cortante

a) Trabajo por deslizamientoa) Trabajo por deslizamientoSC deslizamiento crítico ( fricción). Estas juntasrequieren tornillos pretensados

En nuestro medio es común diseñar las juntaspor aplastamiento

b) Mismo ejemplo pero con el tornillo trabajando a cortante simple (trabajo por aplastamiento)cortante simple (trabajo por aplastamiento)

Rn = Fnv Ag

F nv = 0.4 Fu cuerdas dentro del plano de cortante

Fnv = 0.5 Fu cuerdas fuera del plano de cortante

A 325 dentro Fnv = 0.4 x 8 400 = 3 360 kg/ cm²

A325 fuera Fn = 0 5 x 8400 = 4 200 kg/ cm²A325 fuera Fnv = 0.5 x 8400 = 4 200 kg/ cm

Rnv = 3 360 x 3.85 = 12 900 ton cortante simple

LRFD: Ø R n = 0.75 x 12 900 = 9 670 ton

ASD: Rn/ Ω = 12 900/ 2 = 6 450 ton

En juntas muy largas › 50´´ se reducirá la capacidadEn juntas muy largas › 50 se reducirá la capacidad del tornillo en 20%

De acuerdo con lo anterior se pueden prepararDe acuerdo con lo anterior se pueden preparar unas tablas para todos los tornillos como se muestra mas adelante

EJEMPLO

Calcular la resistencia de diseño de una soldadura de filete de 1/16 ´´ (0.16 cm) y 1 cm de longitud. Electrodo E- 70XX, Fw = 4900 kg /cm²

Φ Rn = 0.75 (0.6 x 4900) ( 0.707 x 0.16) = 250 kg /cm

La soldadura de filete resiste 250 kg por cada cm yLa soldadura de filete resiste 250 kg por cada cm y cada 1/16´´

EJEMPLO

ACERO A-36ACERO A-36Fu = 4060 kg /

C l l l

cm²

Calcular la resistencia de diseño de la 0 8 x12 7 cmsoldadura y la del metal base

12.7 cm0.8 x12.7 cm

Soldadura: ΦPn = (250 x 4) (12.7 x 2) = 25400 kg

Metal base : Φ Pn = 0.75 (0.6 x Fu Anw)

= 0.75 ( 0.6 x 4060) ( 0.8 x 12.7 x 2) = 37100 kg

Se toma el valor menor: 25400 kg

OBTENER LA CARGA DE TENSION

Ejemplo:

Ant = 5.04cm² Agt= 6.45 cm² ( áreas neta y total en tensión)Anv =16.38cm² Agv = 23.38cm² ( áreas neta y total en cortante)Acero A36 : Fy = 2530 kg/cm² Fu = 4060 kg/cm²

| |Pn = |4060 x 5.04 = 20460 kg + |2530 x 6.45 = 16320 kg

max|0.6 x 4060 x 16.38 = 39900 min |20460 kg| |

Pn = 39900 + 16320 = 56220 kgPn = 39900 + 16320 = 56220 kg

φPn = 0.75x 56220 = 42160 kg

(Nota: las áreas se calculan en el siguiente ejemplo)

Ejemplo calcular ΦPn

ACERO A 36TORNS Φ ¾” A 325 N

AREA = 23.35 cm²

= 2.3 cm

Estados límiteÁngulos:Fluencia en tensiónFluencia en tensiónRuptura por tensiónBloque de cortante

Estados limite:Tornillos: ruptura por cortante

aplastamiento en los ángulosaplastamiento en la placa de conexión

Placa de conexión: 1. Fluencia en tensión2. Ruptura por tensión3 Bl d t t3. Bloque de cortante

Weld: Fractura de la soldadura

23.35 cm²

Fluencia del ángulo:φPn = 0.9 Fy Ag= 0.9 x 2530 x 23.35 = 53170 kg 0.9 x 2530 x 23.35 53170 kg

=15.2 cm

2 3 cm

Ruptura del ángulo:

2.3 cm

φPn = 0.75 Fu Ae = 0.75 Fu UAnAn = Ag - Ah = 23.35 - (1.27) (1.91 + 0.16 + 0.16) = 20.52 cm²U = 1 - x/L = 1 – 2 3/15 2 = 0 849 < 0 9U 1 x/L 1 2.3/15.2 0.849 < 0.9φPn = 0.75 x 4060 x 0.849 x 20.52 = 53000 kg

=5.07

Bl d l á lBloque de cortante en el ángulo:Agv = 1.27 x 18.41 = 23.4 cm²Anv = 1.27 [18.41 - (2.5 x 2.22)] = 16.38 cm²[ ( )]Agt = 1.27 x 5.07 = 6.44 cm²Ant = 1.27 [5.07 - (0.5 x 2.22)] = 5.03 cm²

Pn = |Ruptura por tensión |Fluencia opuestamax |Ruptura por cortante min |Ruptura opuesta

= |4060 x 5.03 = 20450 kg + |6.44 x 2530 = 16290 | |max |0.6x 4060 x 16.38 = 39900 min |20450

φPn = 0 75 (39900 + 16290) = 42140 kgφPn 0.75 (39900 + 16290) 42140 kg

1. Conexión a Momento. Trabe Principal.

Conexión caja volada en MUACConexión caja volada en MUAC






en

en

ada

ada

vola

vola

CCca

ja

caja

M

UA

CM

UA

Cxi

ón c

xión

c MMon

exon

exC

oC

o





Conexión caja volada en MUACConexión caja volada en MUACElementos mecánicos de

diseño.

Tmáx = 47.4 t. (tensión máxima)V 30 1 t ( t t á i )Vmáx = 30.1 t. (cortante máximo)

Se considera un 25 % mas de la tensión máxima.

Td = 1.25 * 47.4 = 59.3 t (T diseño)Vd = 1.25 * 30.1 = 37.6 t (V diseño)



Diseño conexión cuerda superior dentro del concretoAdherencia del acero en concreto, se trata como una ,

barra lisa:Por equilibrio: 0 L = As fs

:esfuerzo de adherencia0: perímetro de la barra

Conexión caja volada en MUACConexión caja volada en MUACCálculo de área requerida en IR con fuerzas de tensión y cortante combinadas

Sí; 2f ’ 300 k / f ’ 4300 iSí; 2

2

2

f ’c 300 kg / cm f ’c 4300 psify 2530 kg / cm fy 36000 psif 4080 kg / cm f 58000 psi

2

ut ut

u

f 4080 kg / cm f 58000 psi T 59300 kg; Vu 37600 kg

Entonces;u stT A fy

2

0.9059300A 26

2

st

n st

59300A 26 cm0.9 * 2530

Vu V (0.7 fy A ) 0.85

n st

237600Asv 25 cm(0.7 0.85 2530)

Conexión caja volada en MUACConexión caja volada en MUACCálculo de área requerida en IR con fuerzas de tensión y cortante combinadas

A t l id (A )2 2 2

st sv2

Area transversal requerida (As):As A A 26 cm 25 cm 51 cm

2(IR 25.4x44.8kg/m)As 57 cm

Conexión caja volada en MUACConexión caja volada en MUACCálculo del esfuerzo nominal en tensión y cortante (perfil solo) (Ta y Va)

utaTa n As f 1 57 4080Ta 232,560 kg > 59,300 kg

uta

, g , gVa n 0.6 As f 1 0.6 57 4080Va 139,536 kg > 37,600 kg

, g , g

Conexión caja volada en MUACConexión caja volada en MUACCálculo de la longitud de desarrollo hef para prevenir la falla del cono de concreto (perfil solo sin placas)

req0.85 T Tu

T 57 600

reqTu 57,600T 67,764 kg 149.4 kip

0.85 0.85

1.5 1.5ef ef

1 5

Tb kc fć h 24 4300 h149 4 1 573 h kips

1.5

ef

1.5ef

149.4 1.573 h kips

h 95 20.8 in = 53 cm

ef

Conexión caja volada en MUACConexión caja volada en MUACCálculo de áreas de placas de respaldo atiesadoras que soportaran la extracción (conos de extracción)

2Ah 2 24 7 57 393 cm 2Ah 2 24 7 57 393 cmAh 393 6.9 2.5 (recomendado)As 57

As 57


Conexión caja volada en MUACConexión caja volada en MUACLd = Ldb F

Calculo de Ld: longitud de desarrollo (si no existieran las placas transversales)transversales)

d bA s fsL

3 (c K ) f ć

Ld: Longitud de desarrollo

tr3 (c K ) f c

gAs: Área transversal de la barrafs: Esfuerzo de fluencia a tensiónc: Recubrimiento al borde mas próximo del concreto.Ktr: Índice del refuerzo transversal (se puede considerar cero)fć: Esfuerzo a compresión en el concreto(unidades en kg y cm)

Conexión caja volada en MUACConexión caja volada en MUACLd = Ldb F F=2 (por ser liso el perfil)Calculo de Ld: longitud de desarrollo

5 7 2 5 3 0d b

5 7 2 5 3 0L 3 (1 5 0 ) 3 0 01 4 4 2 1 0

d b

d d b

1 4 4 2 1 0L 1 8 57 8 0

L L F 1 8 5 2 3 7 0 c m

Se observa que las placas transversales incrementan la

d d b

capacidad a tensión y disminuyen la longitud de desarrollo.




1. Conexión de Árbol. Soldada – Atornillada.

CONEXIONES PRECALIFICADAS

Conexión viga columna tipo árbol.

DISEÑO DE LA JUNTA

Resistencia. Las conexiones deben ser capaces de resistir las acciones que les transmiten los miembros.

Rigidez La conexión debe tener la rigidez suficienteRigidez. La conexión debe tener la rigidez suficiente para conservar las posiciones relativas de los elementos que conecta.

Capacidad de rotación. La conexión debe admitir rotaciones importantes conservando resistencia y rigidez suficiente de manera que se formen g qarticulaciones plásticas en los elementos que conectan y por lo tanto permitir la capacidad de deformación de la estructura.

Economía ?

Facilidad de fabricación y montaje ?Facilidad de fabricación y montaje ?

CONEXIONES SOLDADAS YATORNILLADAS

CONEXIONES SOLDADAS Y ATORNILLADAS




Ejemplo: Conexión Trabe T 1

Conexión con Placas de Momento AtornilladasEjemplo: Conexión Trabe T-1

Conexión con Placas de Momento Atornilladas

Conexión con Placas de Momento Atornilladas

EJEMPLOS DE APLICACIÓN

Conexión Trabe T-1Patín A = 30.48 x 1.9 = 57.9 cm2

FMAX = 57.9 x 2530 x 1.15 x 10-3 = 168 Ton.(Se considera una sobreresistencia del 15%)

Considerando tornillos A-325

R 0 65 72* 46 8 K 3300 k RN = 0.65 x 72* = 46.8 Ksi =3300 kg

2168000** 25.52 3300

N cmx

2 3300x

* Cuerdas fuera del plano de corte** Cortante dobleCortante doble


Considerando tornillos = ¾” A = 2.85 cm2

25.525.5 92.85

n tornillo

Considerando el momento

34845 2530 10 191M ZFy xF 310 19164.2

yF x tond d

F 1 15 X 191 220 TFMAX = 1.15 X 191 = 220 Ton.


2220000** 33.22 3300

N cmx

33.3 122.85

n tornillos = ¾”

33 3 = 1” 33.3 8

5.07n tornillos

* Cuerdas fuera del plano de corteCuerdas fuera del plano de corte** Cortante doble

Se utilizarán tornillos de diámetro de 1’’


Revisión placa de conexión.

Para tornillos Ø = 1”

RN=2.4 dt t Fu = 2.4 x 2.5 x 1.0 x 4080 x 10-3= 24.5 Ton.

RN = 0.75 x 24.5 = 18.3 Ton.

220 27 5F ton

Fuerza por tornillo =1”

27.58

F ton

** 27.5 13.8 18.32 2

F ton ton 2 2


Capacidad a Cortantede la VigaVN = 0.6 Fyw AW

3VN = 0.6 x 2530 x 61 x 1.3 x 10-3 = 120 Ton.

(Nota: no se consideró sobreresistencia)Ø VN = 108 Ton

Considerando tornillos Ø = ¾”

120000 2120000** 182 3300

N cmx

18 6.42.85

n tornillos Se colocarán 6 tornillos


Revisión AplastamientoRN = 2.4 dt t Fu = 2.4 x 2.0 x 1.0 x 4080 x 10-3 = 19.6 Ton.

(Ø = ¾”) RN = 0.75 x 19.6 = 14.7 Ton.

Fuerza por tornillo Ø = ¾”108 18NVF ton

186 6

F ton

** 18 9 14.72 2

F ton ton 2 2


Revisión a tensión de la conexión (trabe T-1)

a) Placa de conexión a flexióna) Placa de conexión a flexión

a.1) Fluencia en la sección gruesa

Pn = Fy Ag = 2530 x 30 x 1 x 10-3 = 75.9 Ton.

Pn = 0.9 x 75.9 = 68.3 Ton.

(2 Pn)* = 2 x 68.3 = 136.6 Ton < F = 191 Ton.

Será necesario incrementar la placa


Incrementando la placa At = 16 mm (5/8”)

P = F A = 2530 x 30 x 1 58 x 10-3 = 119 92 TonPn Fy Ag 2530 x 30 x 1.58 x 10 119.92 Ton.

(2 Pn)* = 2 x 0.9 x 119.9 = 215 Ton. > 191 Ton.Se colocarán 2 placas de 5/8’”

a.2) Fractura en la sección netaP = F A

20.85 1.58 30 2 2.5 0.2 33.04 cm

Pn Fu Ae

Ae = U An =

Pn = 4080 x 33.04 x 10-3 = 134.8 Ton.

2 P = 2 x 0 75 x 134 8 = 202 2 Ton > 191 Ton2 Pn = 2 x 0.75 x 134.8 = 202.2 Ton. > 191 Ton.


b) placa de conexión a cortanteb.1) Flujo plástico en la sección total) j p

Pn = Fy Ag = 2530 x 39 x 1 x 10-3 = 98.7 Ton.

Pn = 0.9 x 98.7 = 88.8 Ton. n

(2 Pn)* = 2 x 88.8 = 177.6 Ton > VN = 120 Ton.

b 2) Fluencia en la sección netab.2) Fluencia en la sección neta

Pn = Fu Ae

A = UA = 20 85 1 0 39 6 1 9 0 2 22 4 cm Ae = UAn = 0.85 1.0 39 6 1.9 0.2 22.4 cm

Pn = 4080 x 22.4 x 10-3 = 91.55 Ton.

(2 Pn)* = 2 x 0.75 x 91.55 = 137.3 Ton > VN = 120 Ton.


Revisión del aplastamiento del alma de la trabeRevisión del aplastamiento del alma de la trabe

RN = 2.4 dt Fu

RN = 2.4 x 1.9 x 1.3 x 4080 x 10-3 = 24.2 Ton.N

RN = 0.75 x 24.2 = 18.1 Ton.


RevisiónRevisión soldadurasoldadura almaalma TrabeTrabe // ColumnaColumna

VN = 120 Ton.

Utilizando soldadura E-70xx

RE-70XX = 70.ksi = 4900 kg/cm2

FBM = 0.75 x 0.6 x RE-70XX = 2205 kg/cm2 BM E 70XX g

L = 60.9 x 2 = 121.8 cm

R=﴾ F ﴿ L x 0 7071 tR=﴾ FBM ﴿ L x 0.7071 t120 000 0.63 6.3

121.8 0.7071 2205t cm mm

Se consideran 8 mm

RECOMENDACIONES PARA FACILITAR FABRICACIÓN

Sección de cuatro placas con soldadura de penetración.

Evitar en la medida de lo posible.


Sección de cuatro placas con soldadura de filete.


Alternativa 1


Sección de cuatro placas con soldadura de filete.

Alternativa 2


Forma eficiente de soldar el atiesador interior en ió d t lsección de cuatro placas.

Paso 1: soldar con filete en las primeras tres caras


Paso 2: soldar la cuarta cara con soldadura de botón



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