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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 4.61 inches 0.50 cm 0.2 inches 0.50 cm 0.2 inches 11.70 cm 4.61 inches To view Deloitte drawing guides: 1.Right-click on slide and select Grid and Guides... 2.Check Display drawing guides on screen 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.

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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

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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.

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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

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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

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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

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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.

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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.

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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

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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.

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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

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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

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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.

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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:

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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.

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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

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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

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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

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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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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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:

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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,

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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.

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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.

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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.

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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.

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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

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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

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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

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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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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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

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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.

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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).

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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.

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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).

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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.

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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.