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1. Determinación el tipo de soldadura a utilizar
2. Determinación de los electrodos
3. Cálculo del área efectiva de soldadura
4. Verificación de la resistencia de diseño de la
soldadura empleada
CONEXIONES SOLDADAS
El proceso de diseño de conexiones soldadas
consiste en el análisis de:
SMAW (Shielded Metal Arc Welding)
PROCESO DE SOLDADURA
Soldadura de arco
Tipos de soldadura
Soldadura de penetración: utilizada cuando se quiere una soldadura monolítica entre
los elementos conectados. Puede ser de penetración parcial, si solo cubre parte del
espesor de uno de los elementos, o total.
Soldadura de filete: la más sencilla de ejecutar, no requiere mayor
fabricación de las partes a unir.
Socavación
Falta de fusión
Defectos de soldadura
Falta de penetración
Ilusión de escoria Porosidad
Usos típicos de soldaduras de filete
Usos típicos de soldaduras de filete
Empalmes
Conexiones rígidas
Usos típicos de soldaduras de filete
Angulos de apoyo
Conexiones simples
Soldaduras de filete junta traslapada
Símbolo de soldadura
Soldadura deseada
Soldaduras de filete miembro armado Soldadura deseada
Símbolo de soldadura
Soldadura deseada Soldaduras de filete intermitentes
Símbolo de soldadura
Soldaduras de penetración parcial Soldadura deseada
Símbolo de soldadura
Conexión columna placa base
Símbolo de soldadura
Criterios de diseño en conexiones soldadas. Método LRFD
El procedimiento de diseño de las conexiones soldadas comienza con la selección del proceso de soldadura y el electrodo correspondiente. Las Normas AISC y Covenin suponen que se ha seleccionado el proceso de soldadura por arco (SMAW).
Por razones prácticas se escoge un diámetro de electrodo que deposite un espesor constante de soldadura.
Para conexiones de perfiles electrosoldados se puede usar electrodo E7018 de Ø = 1/8” para las soldaduras horizontales y de Ø = 5/32” para las soldaduras verticales.
La capacidad de resistencia de agotamiento de la soldadura requiere determinar y calcular su longitud Lw.
Capacidad de una soldadura de filete:
Pv < Aw Rn
Pv < (twLw) Rn
Pv < (tw Rn )Lw
Pv < ( FR )Lw
Donde: tw = garganta mínima efectiva. Para soldaduras de filete es
(√2/2) D, siendo D la dimensión del lado o tamaño de la
soldadura
Lw = longitud de la soldadura
ØFR = Corte de diseño de la soldadura de filete. (Ver tabla 1)
Pv = Carga sobre la conexión
Tabla n° 1
D
D
0,707 D = tw
Lw ≥ 4D
Se debe verificar que para el corte en el área efectiva de la soldadura ØFR no exceda la resistencia nominal de los elementos que se conectan:
ØFR = 0,90 Fy A
ØFR = 0,75 Fu Ae
El procedimiento práctico para diseñar una soldadura de filete es:
-Definir el valor de ØFR (tabla n° 1)
-Escoger el tamaño de la soldadura D según tabla n° 2.
-Calcular la longitud total de la soldadura Lw según la expresión:
Lw = Nu
ØFR
Tabla n° 2
Resistencia de diseño de los elementos conectados
En las conexiones soldadas se debe verificar que las planchas y otros elementos conectados tengan la resistencia de diseño adecuada, determinada según los siguientes criterios:
- Tracción
Cedencia: Rn = 0,90 Fy A
Rotura: Rn = 0,75 Fu Ae
- Corte
Cedencia: Rn = 0,90 (0,60Fy )A
Rotura: Rn = 0,75 (0,60Fu )Anc
Cuando Fu Ant ≥ 0,60 Fu Anc
Rn = Ø ( 0,60 Fy Av + Fu Ant )
Cuando Fu Ant < 0,60 Fu Anc
Rn = Ø ( 0,60 Fu Anc + Fy At )
- Bloque cortante Como no hay perforaciones, Ant = At = Ast
Anc = Ae = Abt
Tabla n° 3
203 mm
Placa Cartela 22 mm
127 mm 2 PL 127x16 mm
81,6 tons
Sold. B 8
Sold. A
Ejercicio 1: En la conexión soldada que se muestra, se debe calcular el tamaño de la soldadura A y la longitud de la soldadura B. La placa y los perfiles son A36 y los electrodos son E70XX. Las soldaduras son por ambas caras de la cartela.
Para E70XX:
FExx = 4920 kg/cm2
FExx = resistencia mínima de agotamiento del electrodo
Para E60XX:
FExx = 4230 kg/cm2
Soldadura A:
Soldadura de filete con solicitación de corte en el área efectiva de soldadura
De la tabla 3: Rn = 0,75 ( 0,60 FExx)
Rn = 0,75 ( 0,60 x 4920) = 2214 kg/cm2
Nu = (tw Rn )Lw
De la capacidad de resistencia de agotamiento de la soldadura de filete:
tw = Nu
ØRn Lw
tw = 81600 kg
2214 kg/cm2 x 20,3 cm
tw = 1,82 cms
Como hay soldadura en ambos lados de la placa, tw = 1,82 / 2 = 0,91 cms a cada lado
Despejamos D: D = √2 tw D = 1,28 cm = 12,8 mm
De la tabla n° 2, Dmin = 8 mm Elegimos D = 13 mm
Soldadura B:
Rn = 0,75 ( 0,60 x 4920) = 2214 kg/cm2
Nu = (tw Rn )Lw
De la capacidad de resistencia de agotamiento de la soldadura de filete:
Lw = Nu
ØRn tw
Lw = 81600 kg
2214 kg/cm2 x 0,8(√2/2) cm
Lw = 65,15 cms
Existe soldadura en ambos lados de la placa, Lw = 65,15 / 2 = 32,58 cms a cada lado
Restamos 12,7 cms para obtener la longitud lateral :
Elegimos Lw = 10 cm
Lw = 32,58 – 12,7cms = 19,88 cms
Lw a cada lado, en ambas caras = 9,94 cms