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
2. Conexiones típicas
Ángulos dobles: Atornillado - Atornillado
2. Conexiones típicas
Ángulos dobles: Soldado - AtornilladoÁngulos dobles: Soldado - Atornillado
2. Conexiones típicas
Ángulos dobles: Soldado - AtornilladoÁngulos dobles: Soldado - Atornillado
2. Conexiones típicas
Placa de cortante
2. Conexiones típicas
Placa de cortante
2. Conexiones típicas
Placa simple (Placa de cortante)
2. Conexiones típicas
Placa simple (Placa de cortante)
2. Conexiones típicas
Placa simple (Placa de cortante). Vigas de igual peralte
2. Conexiones típicas
2. Conexiones típicas
Placa simple (Placa de cortante).
2. Conexiones típicas
2 Ángulos
Á l D bl C ió l tí d l lÁngulos Dobles, Conexión al patín de la columna
2. Conexiones típicas
2 Ángulos
Á l d blÁngulos doblesConexión al alma de la columna
2. Conexiones típicas
Placa simple
Placa simple (Placa de cortante)
2. Conexiones típicas
Ángulo de asiento
2. Conexiones típicas
Ángulo de asiento
2. Conexiones típicas
Cone ión atornillada con perfil T atiesadoConexión atornillada con perfil T atiesado
2. Conexiones típicas
Placas horizontales en patines de la trabe
2. Conexiones típicas
V M
Patines de la trabe soldados a la columna
2. Conexiones típicas
Placa de extremo
2. Conexiones típicas
2. Conexiones típicas
2. Conexiones típicas
2. Conexiones típicas
2. Conexiones típicas
2. Conexiones típicas
2. Conexiones típicas
2. Conexiones típicas
2. Conexiones típicas
2. Conexiones típicas
2. Conexiones típicas
Conexión de contraventeos en edificios altos
2. Conexiones típicas
2. Conexiones típicas
Empalme atornillado de tramos de columnas
2. Conexiones típicas
Empalme soldado de columna
2. Conexiones típicas
Placa base de columna
2. Conexiones típicas
2. Conexiones típicas
Placa base de columna
2. Conexiones típicas
Placa base de columna
2. Conexiones típicas
Placa base de columna
2. Conexiones típicas
Placa base de columna
2. Conexiones típicas
Placa base de columna
3. Daños en conexiones
DAÑOS EN ESTRUCTURAS DE ACERODAÑOS EN ESTRUCTURAS DE ACERO
COMO CONSECUENCIAS DE SISMOS INTENSOS
3. Daños en conexiones
DAÑOS EN ESTRUCTURAS DE ACERODAÑOS EN ESTRUCTURAS DE ACERO
COMO CONSECUENCIAS DE SISMOS INTENSOS
3. Daños en conexiones
DAÑOS EN ESTRUCTURAS DE ACERODAÑOS EN ESTRUCTURAS DE ACERO
COMO CONSECUENCIAS DE SISMOS INTENSOS
3. Daños en conexiones
Fractura en el patín de la viga y el patín de la columna en la zona próxima a la soldadura
3. Daños en conexiones
Fractura en la soldadura y fractura vertical en el patín de la columna.
3. Daños en conexiones
DAÑOS TÍPICOS EN ESTRUCTURAS DE ACERO
3. Daños en conexiones
DAÑOS TÍPICOS EN ESTRUCTURAS DE ACERO
3. Daños en conexiones
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
4. Conexiones atornilladas
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
4. Conexiones atornilladas
Tornillos de alta resistencia, tuercas y arandelas
4. Conexiones atornilladas
4. Conexiones atornilladas
Tornillos en cortante TornillosTornillos sujetossujetos aatensióntensión y y cortantecortante
Tornillos en tensión
4. Conexiones atornilladas
Tipos de fuerza que actúan en los tornillos de alta resistencia y en las placas de una conexión atornillada
4. Conexiones atornilladas
Tornillos de alta resistencia a cortante
4. Conexiones atornilladas
Respuesta de tornillos de alta resistencia a tracción directa
4. Conexiones atornilladas
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
4. Conexiones atornilladas
Elongación del tornillo, mm
Tensión del tornillo versus elongaciónTensión del tornillo versusrotación de la roscaTensión del tornillo versus elongación rotación de la rosca
4. Conexiones atornilladas
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)
4. Conexiones atornilladas
Roscas fuera de los planos de corte
Roscas dentro de los planos de corte
4. Conexiones atornilladasRu Rn (LRFD) Ra Rn / Ω (ASD)
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)
4. Conexiones atornilladasRu Rn (LRFD) Ra Rn / Ω (ASD)
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
4. Conexiones atornilladas
Tipos de agujeros en conexiones atornilladas
4. 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
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)
5. Conexiones soldadas
Conexión típica trabe-columnaConexión típica trabe columnaempleada comúnmente en Latinoamérica
5. Conexiones soldadas
Conexión típica viga-columna pre-Northridge
5. Conexiones soldadas
Conexión típica viga-columna en Japón
5. Conexiones soldadas
5. Conexiones soldadas
5. Conexiones soldadas
Socavación
Falta de fusión
5. Conexiones soldadas
Falta de penetración
Ilusión de escoria Porosidad
5. Conexiones soldadas
Usos típicos de soldaduras de filete
5. Conexiones soldadas
5. Conexiones soldadas
Conexiones de momentoConexiones de momento
Empalmes
5. Conexiones soldadas
Conexiones simplesConexiones simples
Ángulos de apoyo
5. Conexiones soldadas
Soldadura deseada
Símbolo de soldadura
Soldaduras de filete junta traslapada
5. Conexiones soldadas
Símbolo de soldadura Soldadura deseada
Soldaduras de filete miembro armado
5. Conexiones soldadas
Símbolo de soldadura Soldadura deseada
Soldaduras de filete intermitentes
5. Conexiones soldadas
Soldaduras de penetración parcialSímbolo de soldadura Soldadura deseada
5. Conexiones soldadas
Conexión columna placa base
5. Conexiones soldadas
Símbolo de soldadura Soldadura deseada
Soldaduras de penetración completaSímbolo de soldadura
5. Conexiones soldadas
Símbolo de soldadura Soldadura deseada
Soldaduras de tapón
5. Conexiones soldadas
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
Conexión caja volada en MUACConexión caja volada en MUAC
Conexión caja volada en MUACConexión caja volada en MUAC
Conexión caja volada en MUACConexión caja volada en MUAC
Conexión caja volada en MUACConexión caja volada en MUAC
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 MUAC
Conexión caja volada en MUACConexión caja volada en MUAC
Conexión caja volada en MUACConexión caja volada en MUAC
Conexión caja volada en MUACConexión caja volada en MUAC
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)
Conexión caja volada en MUACConexión caja volada en MUAC
Conexión caja volada en MUACConexión caja volada en MUAC
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 f´c 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 MUAC
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 ´c
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)f´c: 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.
Conexión caja volada en MUACConexión caja volada en MUAC
Conexión caja volada en MUACConexión caja volada en MUAC
Conexión caja volada en MUACConexión caja volada en MUAC
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
CONEXIONES SOLDADAS Y ATORNILLADAS
CONEXIONES SOLDADAS Y ATORNILLADAS
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
EJEMPLOS DE APLICACIÓN
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.
EJEMPLOS DE APLICACIÓN
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’’
EJEMPLOS DE APLICACIÓN
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
EJEMPLOS DE APLICACIÓN
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
EJEMPLOS DE APLICACIÓN
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
EJEMPLOS DE APLICACIÓN
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
EJEMPLOS DE APLICACIÓN
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.
EJEMPLOS DE APLICACIÓN
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.
EJEMPLOS DE APLICACIÓN
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.
EJEMPLOS DE APLICACIÓN
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.
RECOMENDACIONES PARA FACILITAR FABRICACIÓN
Sección de cuatro placas con soldadura de filete.
RECOMENDACIONES PARA FACILITAR FABRICACIÓN
Alternativa 1
RECOMENDACIONES PARA FACILITAR FABRICACIÓN
Sección de cuatro placas con soldadura de filete.
Alternativa 2
RECOMENDACIONES PARA FACILITAR FABRICACIÓN
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
RECOMENDACIONES PARA FACILITAR FABRICACIÓN
Paso 2: soldar la cuarta cara con soldadura de botón
RECOMENDACIONES PARA FACILITAR FABRICACIÓN
RECOMENDACIONES PARA FACILITAR FABRICACIÓN
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