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- White markers indicate position of Deloitte Drawing Guides 7.40
cm 2.91 Inches 6.00 cm 2.36 Inches 8.00 cm 3.15 Inches 11.70 cm
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3.Select OK DISEO SISMORESISTENTE DE CONEXIONES EMPERNADAS DE ACERO
EN EDIFICIOS ELABORADO POR: GONZALO LARA S.
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- o Profundizar en el diseo estructural para obtener estabilidad
y aspectos prcticos de las conexiones. o Seleccionar el material
constructivo primario ideal para garantizar un comportamiento ptimo
de las conexiones y la economa del proyecto. o Definir las
directrices y principios fundamentales en el comportamiento,
anlisis y diseo estructural de conexiones empernadas capaces de
resistir eficientemente cargas gravitatorias y dinmicas o
Establecer un formato de clculo de conexiones empernadas adecuadas
ante limitaciones y restricciones de cada proyecto
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- 3 INTRODUCCIN El propsito de esta investigacin es proporcionar
a los estudiantes de la carrera de Ingeniera Civil una introduccin
clara de las aplicaciones prcticas acerca del comportamiento y
diseo estructural de conexiones empernadas. El diseo y fabricacin
de las conexiones es uno de los aspectos mas trascendentales en un
proyecto de estructura de acero, estas deben ser capaces de
transmitir cargas axiales, esfuerzos cortantes y flexionantes. El
montaje de estructuras de acero por medio de pernos, es un proceso
que adems de ser muy rpido requiere mano de obra menos
especializada que cuando se trabaja con remaches o con soldadura,
aunque el costo de adquisicin de pernos puede tener cierto valor
considerable, el costo total de una construccin empernada resulta
mas econmica, debido a los menores costos por mano de obra.
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- 4 El mayor inters para la ingeniera estructural es el colapso
de varias edificaciones producidas por sismos de gran intensidad,
Las causas principales del colapso de las edificaciones se debe
principalmente a conexiones viga-columna que carecen de la rigidez
necesaria para transmitir las fuerzas ssmicas, como consecuencia de
los daos graves causados en numerosos edificios de acero por los
sismos de Northridge California (1994) y Kobe Japn (1995), diversas
asociaciones tcnicas emprendieron numerosos estudios e
investigaciones para explicar sus causas, y las formas de falla
nunca antes observadas de las conexiones viga- columna. Una buena
conexin es aquella que resulta prctica, sencilla, econmica y
segura, el aspecto fundamental del diseo ssmico se basa en las
caractersticas que tienen los materiales que la constituyen, en
general el comportamiento de las conexiones es muy complejo y mas
difcil de predecir que los miembros estructurales.
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- 5 Una estructura es segura si las uniones funcionan
apropiadamente, en especial en zonas donde las cargas laterales son
significativas; una demostracin de ello es que en el terremoto de
Northridge, 1994. Es por ello que el Instituto Americano de
Construccin en Acero, AISC, emprendi un trabajo de investigacin en
la dcada pasada que se refleja en sus normas actuales. En
construcciones de acero existen muchos tipos de conexiones en
consideracin a su geometra y cargas, estas tiene que cumplir una
serie de requisitos para asegurar su ductilidad, rotacin y
capacidad de tomar momentos, cortes y cargas axiales, es de mucha
importancia saber que las estructuras sometidas a la accin de
fuertes cargas dinmicas, pueden sufrir fuertes daos principalmente
en sus conexiones, por esto es necesario seguir los procedimientos
de clculo establecido en los cdigos aplicados en este trabajo. El
aporte fundamental que se realizar con este estudio es tener una
directriz clara del comportamiento de las conexiones empernadas y
su efecto sobre las estructuras.
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- 6 PERNOS EI perno es un pasador de acero con una cabeza formada
en un extremo y con una rosca en el otro, que permite su fijacin a
las piezas por unir, por medio de una tuerca que debe apretarse una
vez que el perno se ha colocado a travs de un agujero. Los pernos
estructurales tienen normalmente cabezas cuadradas o hexagonales.
En pernos de alta resistencia pueden requerirse roldanas con
superficie endurecida. Las primeras investigaciones relacionadas
con el uso de los pernos datan de 1937 en Inglaterra, fue hasta
1948, cuando se aprob el uso de pernos de alta resistencia en
conexiones estructurales. Los medios de unin y los elementos
auxiliares de la unin debern dimensionarse para transmitir el 100%
de la fuerza axial requerida de la barra
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- 7 En conexiones estructurales se utilizan dos tipos de pernos,
designados bajo la norma ASTM como A307 los pernos comunes y A325
A490 los pernos de alta resistencia Para pernos comunes el esfuerzo
mnimo especificado de ruptura en traccin (Fu) es: Fu = 4220 kg/cm2
Los pernos de alta resistencia se fabrican en acero al carbono
tratado trmicamente y su resistencia a la tensin es mayor en 2 o 3
veces a los ordinarios, pernos A325: Fu = 8440 kg/cm2 (830 MPa.)
para d 25.4 mm (1 pulg.) Fu = 7380 kg/cm2 (725 MPa.) para d >
25.4 mm (1 pulg.) Para pernos con acero aleado tratados trmicamente
Fu = 10550 kg/cm2 (1035 MPa.) Las dimensiones de los pernos
estructurales debern reunir los requerimientos de la norma
ANSI/ASME B 18.2.6
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- 8 Para determinar longitud necesaria del perno, consideramos la
tabla C-2.2 del RCSC, donde se encuentran los valores que deben
aadirse al agarre (Grip). En la figura a continuacin observamos la
longitud total del perno Dependiendo de los incrementos de
longitudes de los pernos suministrados, todo el roscado se puede
extender hacia el grip para un montaje sin arandelas, de igual modo
puede ser posible excluir la parte roscada del plano de corte,
cuando sea necesario de pendiendo de la especifica combinacin de la
longitud del perno, agarre, y el numero de arandelas utilizadas
bajo la tuerca, de ser necesario el incremento de la long. del
perno se puede especificar con la ASTM F436 Arandelas. Y se asegura
el roscado adecuado incluido en el agarre para su correcta
instalacin
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- 9 Las tuercas que se utilizan conjuntamente con los pernos de
alta resistencia estn bajo la normativa ASTM A563 grado C para
pernos A325, y grado DH para pernos A490, Las dimensiones de las
tuercas debern reunir los requerimientos de la norma ANSI/ASME
B18.2.6, Ver tabla (Grado y Acabado de Tuercas/Arandelas) la norma
ASTM A325 que un perno galvanizado y tuerca lubricada galvanizada
sern ensamblados en una junta de acero con una arandela galvanizada
Las arandelas debern cumplir los requisitos de la norma ASTM F436,
las arandelas son utilizadas para compensar el paralelismo cuando
las partes empernadas tienen pendientes mayores a 1:20, Para tensin
especfica la conexin requiere arandelas bajo la cabeza y la tuerca,
segn la Norma ASTM F436 se utiliza arandelas endurecidas para
pernos A 325 o A 490 de 1 pulg. O menor
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- 10 Existen muchas ventajas en las conexiones empernadas de alta
resistencia. No se requiere mano de obra especializada y se puede
aprender la instalacin apropiada en horas, se requiere equipo mas
barato para realizar la conexin, sin requerir equipo de montaje que
luego toca desmontar como en soldaduras, No existe riesgo de fuego,
Su resistencia es igual o mayor a las obtenidas en conexiones
soldadas.
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- 11 La resistencia de diseo por tensin de los pernos A325 y A490
es Rn, donde el factor de resistencia es 0.75 igual que para los
pernos comunes, la resistencia nominal por tensin de los pernos de
alta resistencia est dada por el esfuerzo de tensin ltimo
multiplicado por el rea nominal del perno. La siguiente tabla
corresponde a la Tabla J3.2 del manual LRFD, llamada Esfuerzo de
Diseo de Sujetadores.
- Diapositiva 12
- 12 Algunos pernos requieren quedar apretados sin holgura
(snug-tight). Esto se logra cuando todos las partes de una conexin
estn en contacto firme entre s. En general se obtiene con el
esfuerzo total realizado por un operario con una llave manual o el
apretado que se efecta despus de unos pocos golpes con una llave de
impacto. Los pernos completamente tensados son un proceso caro, por
esto se deben usar cuando las cargas de trabajo ocasionan un gran
nmero de cambios en los esfuerzos con la posibilidad que se generen
problemas de fatiga, donde no es conveniente tener deslizamiento en
la junta. La Tensin mnima en Pernos de alta resistencia es igual al
70% de la resistencia mnima por tensin del perno
- Diapositiva 13
- 13 El LRFD estipula una distancia mnima S igual a 2 2 / 3
dimetros de preferencia 3d, las resistencias por aplastamiento de
reducirn cuando los agujeros se alargan en la direccin paralela a
ala lnea de la fuerza. La tabla J3.7 da los valores de incrementos
C 1 para determinar la S min. en agujeros agrandados Debe evitarse
colocar muy cerca de los bordes ya que se puede producir el
desgarre del metal, o el punzonado del agujero puede provocar
agrietamiento o que se abombe el acero, (Le = 15 2 d), verificar
valores en la tabla J3-4 LRFD. Los incrementos para agujeros
holgados C 2, se encuentran en la tabla J3-8 LRFD.
- Diapositiva 14
- 14 La resistencia = 0.75 igual que para los pernos comunes, la
resistencia nominal por cortante est dada por el esfuerzo cortante
ltimo multiplicado por el rea nominal del perno. Sin embargo, la
resistencia por cortante de los A325 y A490 depende de si las
roscas estn en un plano de corte o no. Cuando la porcin roscada est
sometida al cortante el esfuerzo cortante ltimo se multiplica por
un factor de 0.75, que es la razn aproximada del rea roscada al rea
no roscada. Las resistencias estn dadas en la Tabla J3.2 del AISC.
La primera categora, roscas incluidas en el plano de corte, se
denomina conexin tipo N, y un perno A325 de este tipo puede
denotarse como perno A325-N. La designacin X se emplea para indicar
que las roscas estn excluidas del plano de corte, por ejemplo un
perno A325-X. La capacidad a corte simple para pernos de alta
resistencia se obtiene en la Tabla 12.
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- 15 La capacidad portante de las estructuras metlicas depende
fundamentalmente de la resistencia de sus conexiones. En general
las conexiones soldadas presentan cierta ventaja sobre las
empernadas debido a que son mas sencillas y permiten obtener
secciones de menores dimensiones En estructuras que se encuentran
en zonas ssmicas no se aceptan que estructuras combinadas comparta
las cargas, en toda obra los pernos que trabajen a corte por
aplastamiento compartirn las cargas con la soldadura la encargada
de resistir las cargas de la unin ser la soldadura. Si se instala
pernos a deslizamiento critico se acepta que compartan las
cargas.
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- 16 Traccin Tult = Tn Tn = Fu * At At = 0.75 Ab Ab = d2/4 Tn =
Ab Ft = 0.75 Ft = 0.75Fu per A-325 Ft=0.75 x 8440=6330 kg/cm2 A 490
Ft=0.75 x 10550=7910 kg/cm2 La carga de traccin mxima= Tult ocurre
normalmente para una elongacin = 0.05 pulg (1.27 mm) a 0.30 pulg
(7.60 mm), los pernos A490 son mas dctiles que A 325, la falla por
traccin = fractura del perno. En este caso se considera el rea del
perno de la parte roscada
- Diapositiva 17
- 17 R ult = 0.6Fu * A A = Ab = d2/4 = 0.785 d2 Roscas fuera
plano de corte R ult = Ab(0.6*Fu) Roscas dentro plano de corte R
ult = 0.8 Ab(0.6*Fu) Para m planos de corte R ult = mA (0.60Fu)
(0.60 Fu) = Esfuerzo correspondiente a la fractura del perno por
cortante Se determina la posicin de las roscas dependiendo de las
dimensiones de los pernos. Pernos mltiples en cortante: P ult /n
para fines de diseo se considera que cada perno toma una cantidad
igual Rn = 0.85R ult Cuando P = P u se presenta la falla de los
pernos progresivamente a partir de los pernos extremos. La Ec.
general para resistencia. de diseo en cortante: R n = mAbFv =
factor de reduccin de resistencia= 0.75 m= nmero de planos de corte
(adimensional) Ab= rea de la seccin transversal del perno cm2 Fv=
0.50 Fu para roscas fuera de los planos de corte Fv= 0.40 Fu para
roscas dentro de los planos de corte
- Diapositiva 18
- 18 Se considera que la combinacin de R y T ocasiona la falla
del perno (fractura del perno) los esfuerzos se observa en la tabla
J3.5 LRFD En la mayora de los casos que un perno esta sometido a
cargas combinadas la conexin estar a cargada excntricamente. En los
casos de carga combinada se utilizar la formula de interaccin. Las
resistencias por cortante y tensin para pernos tipo aplastamiento
se basan en los resultados de pruebas y lo tomamos de la curva de
interaccin. Pu= carga de tensin factorizada sobre el perno ( Rn)t =
resistencia de diseo del perno en tensin Vu = carga cortante
factorizada sobre el perno ( Rn)v=resistencia de diseo por corte
del perno
- Diapositiva 19
- 19 INTRODUCCIN Del anlisis general de la estructura, pueden
estimarse los esfuerzos aproximados producidos en los elementos de
unin y en los propios elementos estructurales vigas y columnas. Sin
embargo, como en las conexiones el trabajo de los materiales es
complejo debido a que suele haber concentraciones de esfuerzos
importantes, no debe confiarse demasiado en el resultado de
estimaciones basadas en hiptesis sencillas de diseo. Las conexiones
empernadas presentan las siguientes ventajas: proceso en fro,
rapidez en el empernado, menos mano de obra especializada,
facilitan la inspeccin y la sustitucin de los pernos que se han
daado.
- Diapositiva 20
- 20 Para que una conexin sea confiable debe demostrarse
experimentalmente que: Debe ser capaz de desarrollar la capacidad a
flexin de la viga. Debe ser capaz de desarrollar rotaciones
plsticas de 0.03 radianes. al ser sometidas a varios ciclos de
carga reversibles. La rotacin plstica ocurre en el extremo de la
viga por lo que es deseable que la conexin viga-columna sea lo ms
rgida posible. Se busca tener conexiones a momento, para poder
compensar las ahora conocidas incertidumbres de posibles fracturas
frgiles en la conexin viga- columna tradicional.
- Diapositiva 21
- 21 Material de la Conexin. Todo el material dentro del grip
deber ser de acero. No debe haber material compresible para
conexin, ni para aislamiento dentro del grip. Condiciones de la
Superficie. Todas las superficies de las conexiones durante el
ensamblaje debern estar libres de escamas, suciedades, las rebabas
que puedan impedir el contacto debern ser removidas. - En
conexiones sin recubrimiento la pintura deber se excluida - Las
superficies de contacto que requieran pintura deber ser calificada
como A, B. - Las conexiones recubiertas no debern ser ensambladas
antes de haber sido curadas. - Las superficies de contacto a ser
galvanizadas se las debe hacer con inmersin en caliente, de acuerdo
al ASTM 123. Tipos de Agujeros. Los agujeros reconocidos son:
Agujeros estndar, holgados, de ranura corta y de ranura larga, los
agujeros no mayor a 1/32 pulg. mayor al dimetro, los agujeros
ranurados producidos por oxicorte o punzonado no mayores a los
nominales e 1/32
- Diapositiva 22
- 22 reas Totales o gruesas: El rea total o rea gruesa de la
seccin transversal de un miembro resulta de su espesor t por el
ancho b, de cada una de sus partes componentes reas Netas: En un
miembro sujeto a tensin los agujeros incrementan los esfuerzos an
si esta ocupado por un perno, existe un incremento en la intensidad
del esfuerzo alrededor de los agujeros que podran alcanzar varias
veces el valor del esfuerzo, Es muy importante la ductilidad del
material Los miembros a tensin con acero dctil han resultado en 1/5
1/6 ms resistentes que los hechos de aceros frgiles. Este anlisis
es aplicable solamente a miembros a tensin sometidos a cargas
relativamente estticas. Si es necesario disear estos miembros a
fatiga se debe poner especial cuidado en minimizar las fuentes de
concentracin de esfuerzos como: cambios bruscos de seccin
transversal, esquinas salientes, etc. y en ocasiones deber
reforzarse estos miembros.
- Diapositiva 23
- 23 El rea neta se refiere al rea bruta menos las ranuras,
muescas y agujeros, al considerar el rea de estos por lo general se
resta un rea un poco mayor que la nominal del agujero, el valor
corresponde a (1/8 pulg.) mayor que el dimetro nominal del
conector. Las conexiones de los miembros a tensin deben disearse de
modo que no tengan excentricidad, desafortunadamente, es difcil
arreglar conexiones sin excentricidad. An: rea neta A: rea total o
rea gruesa s: paso m: nmeros de agujeros que contiene la
trayectoria analizada g: gramil n: nmero de tramos oblicuos de la
trayectoria
- Diapositiva 24
- 24 Para la conexin empernada, el rea neta efectiva es Ae = U An
U = 1 x/L 0.9 x: distancia del centroide a la conexin L: Longitud
de la conexin 1.Para perfiles W, M y S conectados con por lo menos
3 sujetadores por lnea. -U = 0.9 2.Para otros tipos de perfiles con
por lo menos 3 sujetadores por lnea. - U = 0.85 3.Para todos los
miembros con solo dos sujetadores por lnea. - U = 0.75 El retraso
del cortante se presenta caso en casos en que un solo lado de un
ngulo est empernado, La consecuencia de esta conexin parcial es que
el elemento conectado resulta sobrecargado, y la no conectada no
queda plenamente esforzada alargando la conexin reducir el
efecto
- Diapositiva 25
- 25 Conexiones tipo friccin: Los pernos al apretarse y alcanzar
esfuerzos altos de tensin, dan como resultado una considerable
resistencia al deslizamiento en la superficie de contacto que es
igual a la fuerza de apriete multiplicada por el coeficiente de
friccin. F = * N Cada perno es capaz de resistir una carga P = F si
P > F, y se presenta el deslizamiento se tendr entonces a la
fuerza cortante y de aplastamiento. Conexiones tipo aplastamiento:
La capacidad resistente de los pernos solicitados a corte por
aplastamiento. 1 F t A b n T u F t : Esfuerzo normal a traccin
(Tabla 14), fv es el esfuerzo de corte, y se debe cumplir que:. En
los pernos la accin combinada del corte y la traccin se trata por
separado ya que la traccin reduce la resistencia al corrimiento
entre las placas y esto facilita que las cuerdas se aflojen. En las
conexiones tipo aplastamiento por otro lado la accin combinada
evidencia una distorsin en el vstago que disminuye su capacidad de
resistir cargas adicionales de traccin.
- Diapositiva 26
- 26 En las conexiones sometidas a corte y momento, los pernos
soportaran esfuerzos de corte y traccin en el rea donde el diagrama
de flexin esta traccionado y a corte en la zona de compresin, en
conexiones que soportan fuerzas excntricas no coplanares los
conectores resistirn esfuerzos combinados de corte y fuerzas
axiales de traccin. Las fuerzas de corte se suponen uniformemente
resistidas por todos los pernos pero los esfuerzos de traccin varan
con la distancia al eje neutro, siendo mximos en las hileras ms
alejadas. El ancho efectivo del rea de compresin es: b = 2b Para
ubicar el eje neutro Esfuerzo mximo f t = Mc/I c = dist. del eje
neutro a hilera mas lejana I: momento de inercia a: seccin
equivalente al rea de los pernos Ab = rea de cada perno s = paso n
= # de filas Eje neutro: h/c: aprox. 1/6 Eje neutro a 1/6 del borde
comprimido y debe cumplir que: Fuerza mx. T:
- Diapositiva 27
- 27 Existen dos tipos de cargas: Falla Del Sujetador El esfuerzo
cortante del sujetador ser igual a: P: es la carga: La conexin de
la figura, muestra que rea transversal esta sometida a la mitad de
la carga Al incrementar el numero de planos de corte reduce la
carga sobre cada plano, sin embargo tambin incrementa la longitud
del sujetador y podra someterlo a flexin.
- Diapositiva 28
- 28 Falla que resulta de la tensin, cortante o flexin excesivas
en las partes conectadas Cuando se conecta un miembro en tensin,
las tensiones en el rea total y en el rea neta efectiva deben ser
investigadas as como el bloque de cortante debe ser considerado en
las conexiones de viga a columna en las que el patn de la viga esta
despatinado. Falla en la parte conectada debido al aplastamiento
ejercido por los sujetadores El esfuerzo de aplastamiento se
calcula, donde P es la fuerza aplicada al sujetador d es el
dimetro, del sujetador y t es el espesor de la parte sometida al
aplastamiento, por lo tanto P = f p = d t. El problema del
aplastamiento puede complicarse si el perno se encuentra cerca del
borde en la direccin de la carga
- Diapositiva 29
- 29 La resistencia por aplastamiento, ser considerada antes que
la resistencia por cortante y tensin de los pernos debido a que el
esfuerzo es considerado sobre la placa y no sobre el sujetador, la
resistencia por aplastamiento de los agujeros de pernos es Rn. =
0.75 Para agujeros estndar y la deformacin es una consideracin de
diseo: Rn =1.2 L ct F u 2.4dtF u Para agujeros estndar y la
deformacin no es una consideracin de diseo: Rn =1.5 L ct F u 3.0dtF
u Para agujeros alargados largos y con la ranura perpendicular a la
direccin de la fuerza. Rn =1.0 L ct F u 2.0dtF u
- Diapositiva 30
- 30 En la figura se ilustra la distancia L c. (distancia entre
pernos o borde en la direccin de la carga) La resistencia para el
perno 1 se calcula con Lc medida al borde del perno 2 y para el
perno 2 Lc medido al borde de la placa. Para calcular L c se
utilizara el tamao real del agujero h = d + 1.6mm El calculo de la
resistencia por aplastamiento puede simplificarse si utilizamos la
relacin Lc = 2d, siempre que gobierne el limite superior de 2.4dtF
u Si L c 2d, usar R n =1.2 L c t F u Si L c > 2d, usar R n =2.4
d t F u
- Diapositiva 31
- 31 Al tensar los pernos por completo, las partes conectadas
presentan la resistencia al deslizamiento, si la fuerza cortante es
menor que la resistencia permisible la conexin se denomina tipo
friccin. Si las superficies de contacto estn galvanizadas, el
factor de deslizamiento se reducir a casi la mitad del valor. Las
especificaciones AASHTO permiten la galvanizacin si las superficies
as tratadas se rayan con cepillos de alambre o se someten a un
sopleteado con arena despus de la galvanizacin y antes del montaje.
Las especificaciones ASTM permiten la galvanizacin de los pernos
A325, pero no la de los A490. Existe el peligro de que este acero
de alta resistencia se vuelva frgil por la posibilidad de que le
penetre hidrgeno durante el proceso de galvanizacin. Si se logran
condiciones especiales para aumentar la resistencia al
deslizamiento el proyecto puede incrementar los valores usados aqu
hasta alcanzar los dados por el Research Council on Structural
Joints.
- Diapositiva 32
- 32 En ocasiones los pernos se usan en combinacin con soldaduras
o remaches (cuando se aaden a conexiones viejas remachadas para
permitir recibir mayores cargas) Pernos en combinacin con
soldadura. Si estamos haciendo alteraciones en una estructura
existente que est conectada con pernos de aplastamiento o apretados
sin holgura o bien con remaches, podemos suponer que cualquier
deslizamiento que vaya a ocurrir, ya ha tenido lugar. Entonces, si
estamos usando la soldadura en la alteracin, disearemos esas
soldaduras despreciando la fuerza que se producen por la carga
muerta existente.
- Diapositiva 33
- 33 A continuacin algunos de los tipos de conexiones empernadas
sujetas a fuerza axial. Los conectores estn apretados sin holgura
por esta razn se encuentran a corte simple y aplastamiento, estos
deben tener suficiente resistencia para soportar las fuerzas y los
miembros conectados ser bastante fuertes para prevenir su
desgarramiento por los conectores. Si se aprieta los pernos
obteniendo una tensin confiable da como resultado una gran
resistencia por friccin al deslizamiento, todo se resiste por
friccin y los pernos no quedan sometidos a corte ni a
aplastamiento.
- Diapositiva 34
- 34 Este tipo de conexin tiene el inconveniente de que el eje de
gravedad de la fuerza en un miembro no es colineal con el eje de
gravedad de la fuerza en el otro miembro. Se presenta un par que
causa una flexin que no es de desearse en la conexin, por esta
razn, la conexin traslapada, debe disearse con dos conectores por
lo menos en cada lnea paralela a la longitud del miembro para
minimizar la posibilidad de una falla por flexin. CARGA Y TIPOS DE
CONEXIONES Conexin a tope Una conexin a tope se forma cuando se
conectan tres miembros. Tiene dos ventajas: - Los miembros se
conectan de forma tal que la fuerza P se divide en dos partes. - Se
obtiene condiciones de carga ms simtrica y se elimina la condicin
de flexin anterior.
- Diapositiva 35
- Deloitte35 En general las conexiones empernadas constan de
conexiones a tope o traslapadasla o alguna combinacin de estas, la
practica comnmente es considerar un cortante doble para el clculo
de la resistencia. Parece improbable que fallas de cortante puedan
ocurrir simultneamente en tres o ms planos Conexin de plano doble
Los pernos estn sujetos a cortante simple y aplastamiento pero no
se presenta el momento flexionante. En este tipo de conexin los
pernos estn sujetos a cortante simple en dos planos
diferentes.
- Diapositiva 36
- 36 Conexin Excntrica Empernada En una conexin excntrica la
resultante de las cargas no pasa por el centro de gravedad de los
sujetadores, en un plano de simetra la distancia del centroide del
rea de corte de los sujetadores a la lnea de accin de carga se
llama excentricidad, aunque en la mayora de casos esta es muy
pequea sin embargo se recomienda revisar En la figura podemos
observar una conexin usada comnmente para unir columnas a vigas, en
este caso estn dos conexiones presentes. Los sujetadores en el alma
de la viga (figura b) estn sometidos a una fuerza cortante y a un
par que genera esfuerzos cortantes torsionantes. Los sujetadores en
el patn de la columna (figura c) estn sometidos a una reaccin R
desde el plano de los sujetadores, por lo que tiende a tensionar la
parte superior de la conexin (tensin, cortante) y a comprimir la
parte interior.
- Diapositiva 37
- 37 La conexin de la mnsula de la columna que se muestra en la
figura es un ejemplo de conexin empernada, aqu se puede observar
que la conexin esta sometida a un cortante excntrico. Existen dos
enfoques para resolver este tipo de problemas: Anlisis Elstico y el
ms exacto Anlisis por Resistencia Ultima.
- Diapositiva 38
- 38 Al Analizar el rea de los sujetadores y la carga aplicada
fuera de su centroide podemos concluir que dicha carga excntrica
puede reemplazarse por una carga aplicada en el centroide + un par
de fuerzas M = P/n. El esfuerzo cortante en cada sujetador: d =
dist. del centroide al punto donde se calcula el esfuerzo J =
momento polar de inercia del rea respecto al centroide f v :
perpendicular a d Si: J = Ad 2 = Ad 2 => Y la fuerza cortante en
c/sujetador causada por el par es:
- Diapositiva 39
- 39 Es conveniente trabajar con los componentes x y y de las
fuerzas para cada sujetador. Las componentes horizontal y vertical
causadas por la excentricidad pueden encontrarse como sigue: El
Origen del Sistema coordenado esta en el centroide del rea
cortante. ; La fuerza total en el sujetador es: Donde: Si P, es una
carga factorizada, entonces la fuerza p sobre el sujetador es la
carga factorizada por ser resistida en cortante y aplastamiento, es
decir, la resistencia de diseo requerida.: Se suman las dos fuerzas
cortantes vectorialmente para obtener P, una vez determinada la
resultante mxima se elige el tamao del sujetador,
- Diapositiva 40
- 40 La fuerza R en un perno de deformacin es: La resistencia
ultima se basa en los siguientes supuestos: -El grupo de
sujetadores gira alrededor de un centro instantneo. CI -La
deformacin de cada sujetador d. al CI. - La capacidad se alcanza
con la resistencia ultima del sujetador mas alejado - Las partes
conectadas permanecen rgidas El principal limitante en el anlisis
elstico es que la relacin carga - deformacin del sujetador es
lineal y el supuesto de que el esfuerzo de fluencia no se
excede.
- Diapositiva 41
- 41 En todas las conexiones de viga a columna y de viga a viga,
hay en algn grado cierta restriccin por momento, an en las
conexiones diseadas como simples o libres de momento Las
Especificaciones AISC definen dos clases de construccin Tipo FR
Totalmente restringida Este tipo de estructura tiene conexiones
resistentes a momento, sin rotacin relativa de los miembros. Si el
prtico se disea como prtico rgido, las conexiones deben disearse de
manera correspondiente, es decir, como conexiones por momento. Tipo
PR Parcialmente restringida En este tipo de construccin el prtico
se disea con base en una cantidad conocida de restriccin, si se
desprecia la restriccin parcial, las vigas pueden tratarse como
simplemente apoyadas, en general, las conexiones que transmiten
menos del 20% de la capacidad del miembro se consideran simples, en
general transmiten solo la fuerza de cortante.
- Diapositiva 42
- 42 Si se emplea este concepto de estructuracin simple se
requiere que se cumpla: 1. Aunque las vigas no estn simplemente
apoyadas, ellas deben ser capaces de soportar las cargas de
gravedad como si ellas lo estuvieran. 2. Las conexiones y los
miembros conectados (vigas y columnas) deben ser capaces de
resistir los momentos por viento. 3. Las conexiones deben tener
suficiente capacidad rotacional inelstica para que los sujetadores
no queden sobrecargadas bajo la accin combinada de las cargas de
gravedad y viento.
- Diapositiva 43
- 43 Como regla general, la mayor parte del momento transmitido
es a travs de los patines de la viga y la mayor parte de la
capacidad por momento se desarrolla ah. La conexin de placa se
disea para resistir solo cortante y ella se encarga de tomar la
reaccin de la viga. Las soldaduras de ranura de penetracin completa
conectan los patines de la viga a la columna y pueden transmitir un
momento igual a la capacidad por momento de los patines de la viga.
Esto constituye la mayor parte de la capacidad por momento de la
viga.
- Diapositiva 44
- 44 El momento transmitido en una conexin rgida de la viga a la
columna toma forma de un par de fuerzas, la aplicacin de estas
fuerzas (Tensin y Compresin), pueden requerir refuerzo en la
columna Ambas fuerzas son transmitidas al alma de la columna, un
atiesador del tipo mostrado proporciona un anclaje al patn de la
columna. La carga de tensin en la parte superior distorsiona el
patn de la columna
- Diapositiva 45
- 45 Para evitar la falla por flexin local del patn de la columna
la carga de tensin del patn de la viga no debe exceder: Rn =
(6.25t2f Fyf) Para el estado lmite de fluencia local del alma en
compresin R n = [(5k + N)F yw t w ] Resistencia de diseo Rn Para
impedir el aplastamiento del alma, la carga de compresin se
transmite a un solo patn d/2 d/2 Cuando se requieran atiesadores
transversales debern estar apoyados o estar soldados al patn
cargado para desarrollar la fuerza transmitida a los atiesadores El
pandeo por compresin del alma debe investigarse cuando las cargas
son transmitidas a ambos patines de la columna
- Diapositiva 46
- 46 El lado de tensin de la conexin es crtico; los pernos en el
lado de compresin sirven, principalmente, para mantener la conexin
bien alineada. Si el momento es reversible, el diseo para el lado
de tensin se emplea en ambos lados
- Diapositiva 47
- 47 1.Determinar la fuerza en el patn de tensin de la viga.
2.Seleccionar los pernos necesarios para resistir esta fuerza y
disponerlos de manera simtrica respecto al patn de tensin
3.Considerar una porcin del patn de la viga y la placa adyacente
para que acten como un perfil T sometido a una carga de tensin
aplicada a su alma. 4.Seleccionar el ancho y el espesor del patn de
esta T para satisfacer los requisitos de flexin 5.Revisar el
cortante en la placa. 6.Disear las soldaduras.
- Diapositiva 48
- 48 INTRODUCCIN La calidad se define como un conjunto de
propiedades y caractersticas de un producto, proceso o servicio que
le confieren su aptitud para satisfacer las necesidades
establecidas o implcitas. Mientras que el control de calidad es el
proceso de regulacin a travs del cual se puede medir la calidad
real, compararla con las normas o las especificaciones y actuar
sobre la diferencia. Cualquier actividad de construccin debe estar
acompaada de un control de calidad en sus dos vertientes: El
Control de Produccin Interno de la empresa constructora, extendido
a todos los procesos constructivos, suministradores,
subcontratistas, etc. El Control de Recepcin, que efectuado por un
Organismo Externo Independiente, garantice al Propietario la
consecucin de unos estndares de calidad establecidos en el proyecto
y en la Normativa de aplicacin. Control de calidad de la
documentacin de proyecto. Control de calidad de los materiales.
Control de calidad de fabricacin. Control de calidad de
montaje.
- Diapositiva 49
- 49 La calidad de cada proceso de fabricacin se define en la
documentacin de taller y su control tiene por objetivo comprobar su
coherencia con la especificada en la documentacin general del
proyecto (por ejemplo, que las tolerancias geomtricas de cada
dimensin respetan las generales, que la preparacin de cada
superficie ser adecuada al posterior tratamiento o al rozamiento
supuesto, etc.). Control de calidad de la documentacin de taller:
La documentacin de fabricacin, elaborada por el taller, deber ser
revisada y aprobada por la direccin facultativa de la obra. Se
comprobar que la documentacin consta, al menos, los siguientes
documentos: (A) Una memoria de fabricacin que incluya: 1. El clculo
de las tolerancias de fabricacin de cada componente, los
procedimientos de corte, de doblado. 2. Los procedimientos de
soldadura que deban emplearse, preparacin de bordes,
precalentamientos requeridos etc.
- Diapositiva 50
- 50 3. El tratamiento de las superficies, distinguiendo entre
aquellas que formarn parte de las uniones soldadas, las que
constituirn las superficies de contacto en uniones empernadas por
rozamiento o las destinadas a recibir algn tratamiento de
proteccin. (B) Los planos de taller para cada elemento de la
estructura y, en particular: 1. El material de cada componente. 2.
La identificacin de perfiles y otros productos. 3. Las dimensiones
y sus tolerancias. 4. Los procedimientos de fabricacin
(tratamientos trmicos, mecanizados, forma de ejecucin de los
agujeros y de los acuerdos, etc.) y las herramientas a emplear. 5.
Las contraflechas. 6. En el caso de uniones empernadas, los tipos,
dimensiones forma de apriete de los pernos (especificando los
parmetros correspondientes). 7. En el caso de uniones soldadas, las
dimensiones de los cordones, el tipo de preparacin, el orden de
ejecucin, etc.
- Diapositiva 51
- 51 (C)Un plan de puntos de inspeccin donde se indiquen los
procedimientos de control interno de produccin desarrollados por el
fabricante, especificando los elementos a los que se aplica cada
inspeccin, el tipo (visual, mediante ensayos no destructivos, etc.)
y nivel, los medios de inspeccin, las decisiones derivadas de cada
uno de los resultados posibles, etc.
- Diapositiva 52
- 52
- Diapositiva 53
- 53 RECEPCIN DE MATERIALES RECEPCIN DE MATERIALES 1. Verificar:
tipo de material, calidad del acero y tolerancias del material. 2.
Referencias: Tipo de material: Orden de Compra, ASTM A6. Calidad
del acero: Orden de compra, marcacin del acero (stiker, bajo
relieve, etiquetas), certificado de calidad, numero de colada.
Tolerancias dimensionales: ASTM A6 tablas 1 a la 14 para chapas.
Tablas 15 en adelante para perfiles largos. PREPARACIN DE PARTES
Verificar: dimetros, separacin entre pernos distancia al borde,
acabado de los cortes Referencias: Dimensiones nominales de las
perforaciones segn el dimetro del perno. Distancia mnima al borde.
Planos de taller y tablas.
- Diapositiva 54
- ARMADO 1. Verificar: verificar en conformidad con el plano en
general, tolerancias, contra flechas, preparaciones de junta. 2.
Referencias: Conformidad con el Plano: Verificar que la pieza,
corresponda con el plano de fabricacin Tolerancias: Para longitudes
es de 2mm para elementos de menos de 9 mm y de 3 mm para los
mayores. Rectitud L/1000 para miembros a compresin. Contraflechas:
hasta el 75% de la terica. Conexiones de soldadura: las conexiones
soldadas referenciarse a la figura 3.3 del AWS D1.1 para juntas de
penetracin parcial, para juntas de penetracin completa ver figura
3.4. en general desde la figura 3.1 hasta la 3.11 las tolerancias
de las juntas de soldadura ver numeral 5.22 del AWS D1.1 Las
tolerancias de los elementos armados: Ver 5.23 del AWS D1.1.
incluye camber, planitud, variaciones en el centrado del alma, etc.
54
- Diapositiva 55
- 55 SOLDADURA SOLDADURA 1. Verificar: variables esenciales y no
esenciales del procedimiento de soldadura (WPS). 2. Referencias:
Verificar en el WPS antes y durante la soldadura para: Inspeccin
visual de soldadura: Para el perfil de la soldadura ver 5.24 del
AWS D1.1 y las figuras 5.4. para deteccin de defectos ver numeral
6.9 inspeccin visual y la tabla 6.1 tambin del AWS D1.1. Tintas
penetrantes y/o partculas magnticas: Estas solo se usan en perfiles
pesados (51 mm o ms) para descartar la presencia de grietas en los
agujeros para acceso de soldadura. Ultrasonido: A) Estructuras del
grupo de uso IV y Sistemas de Resistencia Ssmico (SRS) de cualquier
grupo de uso 100% Ultrasonido a las juntas acanaladas a tope, en T
o esquina en espesores mayores a 7.9 mm y que estn solicitadas a
fuerzas de tensin aplicadas transversalmente. B) Juntas que no son
del Sistema de Resistencia Ssmico (SRS) en edificaciones de grupo
de uso II y III y estn sometidas a tensin transversal hacer UT al
10%. C) Edificaciones del grupo de uso I e inferiores a 7.9 mm no
se les har UT.
- Diapositiva 56
- 56 LIMPIEZA Y PINTURA 1.Verificar: tipo de limpieza, espesor de
pintura y adherencia y acabado. 2. Referencias: Tipo de limpieza:
La limpieza debe estar especificada en el plano de fabricacin y
debe corresponder a lo requerido contractualmente. Espesor de
pintura: El espesor de pintura lo determinan los documentos
contractuales y estn especificados en los planos de fabricacin, el
muestreo se hace con la norma SSPC. Se hacen cinco medidas, cada
medida es el promedio de tres tomas. Si contractualmente no se
especifica espesor de pintura se asume 25 micras (1 mils).
- Diapositiva 57
- 57 El control de calidad del montaje tiene por objetivo
asegurar que sta se ajusta a la especificada en la documentacin de
taller. Control de calidad de la documentacin de montaje: La
documentacin de montaje, elaborada por el montador, deber ser
revisada ya probada por la direccin facultativa. Se comprobar que
la documentacin consta, al menos, de los siguientes documentos (A)
Una memoria de montaje que incluya: 1. El clculo de las tolerancias
de posicin de cada componente, la descripcin de las ayudas al
montaje 2. Las comprobaciones de seguridad durante el montaje.
- Diapositiva 58
- 58 2. Las comprobaciones de seguridad durante el montaje. Unos
planos de montaje que indiquen de forma esquemtica la posicin y
movimientos de las piezas durante el montaje, los medios de izado,
los apuntalados provisionales y en, general, toda la informacin
necesaria para el correcto manejo de las piezas. Un plan de puntos
de inspeccin que indique los procedimientos de control interno de
produccin desarrollados por el montador, especificando los
elementos a los que se aplica cada inspeccin, el tipo (visual,
mediante ensayos no destructivos, etc.) y nivel, los medios de
inspeccin, las decisiones derivadas de cada uno de los resultados
posibles, etc. As mismo, se comprobar que las tolerancias de
posicionamiento de cada componente son coherentes con el sistema
general de tolerancias (en especial en lo que al replanteo de
placas base se refiere).
- Diapositiva 59
- 59 SISTEMA DE COMPROBACIN DEL APRIETE DE PERNOS: Indicar cul de
los mtodos indicados se usa en el control de apriete de los pernos:
arandela deformable, giro de la tuerca o llave dinamomtrica. Mtodo
del giro de la tuerca. Los pernos se aprietan ajustados y luego se
les da un giro de 1/3 o de una vuelta completa, dependiendo de la
longitud de stos y de la inclinacin de las superficies entre sus
cabezas y tuercas. (La magnitud del giro puede controlarse
fcilmente marcando la posicin apretada sin holgura con pintura o
crayn). Mtodo de la llave calibrada. En ste mtodo los pernos se
aprietan con una llave de impacto ajustada para detenerse cuando se
alcanza el par necesario para lograr la tensin deseada de acuerdo
con el dimetro y la clasificacin de la ASTM del perno. Es necesario
que las llaves se calibren diariamente y que se usen rondanas
endurecidas. Deben protegerse los pernos del polvo y de la humedad
en la obra.
- Diapositiva 60
- 60 Indicador directo de tensin. El indicador directo de tensin
consiste en una rondana endurecida con protuberancias en una de sus
caras en forma de pequeos arcos. Los arcos se aplanan conforme se
aprieta el perno. La magnitud de la abertura en cualquier momento
es una medida de la tensin en el perno. En los pernos completamente
tensados las aberturas deben medir 0.4 mm o menos. Pernos de diseo
alternativo. Adems de los mtodos anteriores existen algunos pernos
de diseo alternativo que pueden tensarse satisfactoriamente. Los
pernos con extremos rasurados que se extienden ms all de la porcin
roscada son un ejemplo. Se usan boquillas especiales en las llaves
para apretar las tuercas hasta que se degollan los extremos
rasurados. Para ninguno de los mtodos de apretar mencionados antes
se especifica una tensin mxima para el perno. Esto implica que el
perno puede apretarse a la carga ms alta que no lo rompa y que an
as trabaje con eficiencia. Debe notarse que las tuercas son ms
fuertes que el perno y que este se romper antes de que la tuerca se
fracture.