1. determinación del número de pernos (nb) y/o verificar la resistencia de los mismos 2....

1.1. Determinación del número de pernos (Determinación del número de pernos (NbNb) y/o ) y/o verificar la resistencia de los mismosverificar la resistencia de los mismos

2.2. Disposición de los pernos en la conexiónDisposición de los pernos en la conexión

3.3. Verificación del diseño de la conexiónVerificación del diseño de la conexión

4.4. Consideraciones de fabricación, montaje, inspección Consideraciones de fabricación, montaje, inspección y costosy costos

CONEXIONES APERNADASCONEXIONES APERNADAS

El proceso de diseño de conexiones apernadas El proceso de diseño de conexiones apernadas consiste en el análisis de:consiste en el análisis de:

Criterios de resistencia método LRFDCriterios de resistencia método LRFD

Nb = Nb = carga de diseñocarga de diseño

resistencia de diseñoresistencia de diseño

La resistencia de diseño será el valor que se obtenga, según el caso, por:La resistencia de diseño será el valor que se obtenga, según el caso, por:

- TracciónTracción

- CorteCorte

- Corte y tracción simultáneosCorte y tracción simultáneos

- Cargas aplicadas excéntricamenteCargas aplicadas excéntricamente

En la evaluación de estas resistencias se considera si la En la evaluación de estas resistencias se considera si la conexión es de conexión es de AplastamientoAplastamiento o de o de Deslizamiento críticoDeslizamiento crítico

Disposición de los pernos de la conexión:Disposición de los pernos de la conexión:

El detalle de la conexión puede modificar su capacidad El detalle de la conexión puede modificar su capacidad resistente, por lo tanto se debe prestar atención a los siguientes resistente, por lo tanto se debe prestar atención a los siguientes aspectos: aspectos:

- Separación entre pernosSeparación entre pernos

- Distancia de los agujeros a los bordesDistancia de los agujeros a los bordes

- Distancias que permitan colocar y apretar los pernosDistancias que permitan colocar y apretar los pernos

- Longitudes de prensado de los pernosLongitudes de prensado de los pernosVerificación del diseño de la conexiónVerificación del diseño de la conexión::

1) Verificar la resistencia de diseño de los elementos conectados por: 1) Verificar la resistencia de diseño de los elementos conectados por:

traccióntracción

- Cedencia en el área o sección total- Cedencia en el área o sección total

- Rotura en el área o sección efectiva- Rotura en el área o sección efectiva

CorteCorte

- Cedencia en el área o sección total- Cedencia en el área o sección total

- Rotura en el área o sección efectiva- Rotura en el área o sección efectiva

Bloque cortanteBloque cortante

2) Verificar la resistencia de diseño de los pernos por: 2) Verificar la resistencia de diseño de los pernos por:

AplastamientoAplastamiento

Efecto de apalancamientoEfecto de apalancamiento

3) Verificar las conexiones de deslizamiento crítico para que: 3) Verificar las conexiones de deslizamiento crítico para que:

No se produzca deslizamiento bajo las cargas de servicioNo se produzca deslizamiento bajo las cargas de servicio

La resistencia al corte y al aplastamiento de la conexión debe ser La resistencia al corte y al aplastamiento de la conexión debe ser mayor que las solicitaciones producidas por las cargas mayoradasmayor que las solicitaciones producidas por las cargas mayoradas

Requisitos de resistencia método LRFDRequisitos de resistencia método LRFD

Tracción axialTracción axial

La resistencia de diseño de los pernos por tracción axial será:La resistencia de diseño de los pernos por tracción axial será:

RRntnt = = F Ftt A Abb

Donde Donde = factor de reducción de la resistencia nominal = 0,75 = factor de reducción de la resistencia nominal = 0,75

FFtt = Tensión nominal de tracción (ver tabla n° 1) = Tensión nominal de tracción (ver tabla n° 1)

AAbb= Area nominal del perno= Area nominal del perno

Tabla n° 1

CorteCorte

La resistencia de diseño de los pernos en conexiones de La resistencia de diseño de los pernos en conexiones de aplastamiento será:aplastamiento será:

RRnvnv = = F Fvv A Abb

En la tabla n°2 se dan los valores de En la tabla n°2 se dan los valores de R Rnvnv

Los pernos se identifican con el sufijo N si la parte roscada Los pernos se identifican con el sufijo N si la parte roscada del perno está incluida en los planos del corte y con el sufijo del perno está incluida en los planos del corte y con el sufijo X se la partecroscada está excluida de los planos de corteX se la partecroscada está excluida de los planos de corte

Tabla n° 2

Conexiones de deslizamiento crítico. Estado límite de servicioConexiones de deslizamiento crítico. Estado límite de servicio

Bajo las cargas de servicio la resistencia de diseño será:Bajo las cargas de servicio la resistencia de diseño será:

RRnvnv = = F Fnvnv A Ab b NNss

= 1 en conexiones con agujeros estándar, agrandados, de = 1 en conexiones con agujeros estándar, agrandados, de ranura corta y larga y de ranura larga cuando el eje largo del ranura corta y larga y de ranura larga cuando el eje largo del agujero es perpendicular a la línea de acción de la fuerzaagujero es perpendicular a la línea de acción de la fuerza

= 0,85 en conexiones con agujeros de ranura larga cuyo eje = 0,85 en conexiones con agujeros de ranura larga cuyo eje largo del agujero es paralelo a la línea de acción de la fuerzalargo del agujero es paralelo a la línea de acción de la fuerza

Ns = número de planos de corte en la conexiónNs = número de planos de corte en la conexión

AAbb = área nominal del perno = área nominal del perno

= 1= 1

= 0,85= 0,85

Tabla n° 3

Conexiones de deslizamiento crítico. Conexiones de deslizamiento crítico. Estado límite agotamiento resistenteEstado límite agotamiento resistente

Bajo las cargas mayoradas la resistencia de diseño al Bajo las cargas mayoradas la resistencia de diseño al agotamiento resistente será:agotamiento resistente será:

sbbstr NNTR 13,1

= = 1 para conexiones con agujeros estándar1 para conexiones con agujeros estándar

= = 0,85 para conexiones con agujeros agrandados y de ranura corta0,85 para conexiones con agujeros agrandados y de ranura corta

= = 0,70 para conexiones con agujeros de ranura larga normales a la dirección de 0,70 para conexiones con agujeros de ranura larga normales a la dirección de la fuerza aplicadala fuerza aplicada

= = 0,60 para conexiones con agujeros de ranura larga paralelos a la dirección 0,60 para conexiones con agujeros de ranura larga paralelos a la dirección de la línea de acción de la fuerza aplicadade la línea de acción de la fuerza aplicada

= = coeficiente de deslizamiento promediocoeficiente de deslizamiento promedio

= = 0,33 para superficies Clase A: superficies no pintadas libres de óxidos de 0,33 para superficies Clase A: superficies no pintadas libres de óxidos de laminaciónlaminación

= = 0,50 para superficies Clase B: superficies no pintadas limpiadas con chorro a 0,50 para superficies Clase B: superficies no pintadas limpiadas con chorro a presiónpresión

= = 0,40 para superficies Clase C: superficies galnanizadas en caliente o 0,40 para superficies Clase C: superficies galnanizadas en caliente o superficies rugosassuperficies rugosas

Tb = carga mínima de pretensión de los pernos (ver tabla 5) Tb = carga mínima de pretensión de los pernos (ver tabla 5)

Nb = número de pernos en la conexiónNb = número de pernos en la conexión

Ns = número de planos de corte en la conexiónNs = número de planos de corte en la conexión

Tabla n° 4

Tabla n° 5

Aplastamiento.Aplastamiento.

Considerando la deformación del agujero, para agujeros normales o Considerando la deformación del agujero, para agujeros normales o estándar, la resistencia al aplastamiento se calculará de la siguiente estándar, la resistencia al aplastamiento se calculará de la siguiente manera:manera:

Cuando dCuando d00 ≥ 1,5 d≥ 1,5 dbb y s ≥ 3d y s ≥ 3dbb

ØØRRnn = = ØØ 2,4 d 2,4 dbb t F t Fuu

Cuando dCuando d00 < 1,5 d< 1,5 dbb o s < 3d o s < 3dbb

ØØRRnn = = ØØ d d00 t F t Fuu ≤ ≤ ØØ 2,4 d 2,4 dbb t F t Fuu

ØØRRnn = = ØØ [s – d [s – dbb / 2 ] t F / 2 ] t Fuu ≤ ≤ ØØ 2,4 d 2,4 dbb t F t Fuu

Para un solo perno o el agujero más cercano al borde de la conexión Para un solo perno o el agujero más cercano al borde de la conexión con dos a más pernos en la línea de acción de la fuerzacon dos a más pernos en la línea de acción de la fuerza

Para el resto de los pernosPara el resto de los pernos

ØØ = 0,75 = 0,75

t = espesor de la planchat = espesor de la plancha

FFuu= resistencia nominal de agotamiento del material de la plancha= resistencia nominal de agotamiento del material de la plancha

ddbb= diámetro nominal del perno= diámetro nominal del perno

dd00 = distancia mínima de los centros de agujeros estándar a = distancia mínima de los centros de agujeros estándar a

cualquiera de los bordes librescualquiera de los bordes libres

s = separación centro a centro entre agujeros estandars = separación centro a centro entre agujeros estandar

Tabla n° 6

Deslizamiento crítico

d0

s

db espesor t

espesor t

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

Desgarramiento de la placaDesgarramiento de la placa

- En las conexiones por deslizamiento crítico la resistencia de diseño - En las conexiones por deslizamiento crítico la resistencia de diseño de los pernos en el estado límite de agotamiento resistente será:de los pernos en el estado límite de agotamiento resistente será:

bbsbbstr NT

TuNNTR

13,1113,1

= = 1 para conexiones con agujeros estándar1 para conexiones con agujeros estándar = = 0,85 con agujeros agrandados y de ranura corta0,85 con agujeros agrandados y de ranura corta

= = 0,70 con agujeros de ranura larga normales a la dirección de la fuerza0,70 con agujeros de ranura larga normales a la dirección de la fuerza

= = 0,60 con agujeros de ranura larga paralelos a la dirección de la fuerza0,60 con agujeros de ranura larga paralelos a la dirección de la fuerza

= = coeficiente de deslizamiento promediocoeficiente de deslizamiento promedio = = 0,33 para superficies Clase A0,33 para superficies Clase A

= = 0,50 para superficies Clase B0,50 para superficies Clase B

= = 0,40 para superficies Clase C0,40 para superficies Clase C

Tb = carga mínima de pretensión de los pernos (ver tabla 5) Tb = carga mínima de pretensión de los pernos (ver tabla 5) Nb = número de pernos en la conexiónNb = número de pernos en la conexiónNs = número de planos de corte en la conexiónNs = número de planos de corte en la conexiónTu = resistencia de tracción requerida bajo cargas mayoradasTu = resistencia de tracción requerida bajo cargas mayoradas

verver tabla n° 4 tabla n° 4

Resistencia de diseño de los elementos conectadosResistencia de diseño de los elementos conectados

- TracciónTracción

En las conexiones apernadas se verifica que las planchas y otros En las conexiones apernadas se verifica que las planchas y otros elementos conectados tengan la resistencia de diseño adecuada, elementos conectados tengan la resistencia de diseño adecuada, determinada según los siguientes criterios:determinada según los siguientes criterios:

- CorteCorte

- Bloque cortanteBloque cortante

Cedencia: Cedencia: R Rnn = 0,90 F = 0,90 Fyy A A

Rotura: Rotura: R Rnn = 0,75 F = 0,75 Fuu A Aee

Cedencia: Cedencia: R Rnn = 0,90 (0,60F = 0,90 (0,60Fyy )A )A

Rotura: Rotura: R Rnn = 0,75 (0,60F = 0,75 (0,60Fuu )A )Ancnc

Cuando FCuando Fuu A Antnt ≥ 0,60 F≥ 0,60 Fuu A Ancnc Cuando FCuando Fuu A Antnt < 0,60 F< 0,60 Fuu A Ancnc

RRnn = = Ø ( 0,60 FØ ( 0,60 Fyy A Avv + + F Fuu A Ant nt )) RRnn = = Ø ( 0,60 FØ ( 0,60 Fuu A Ancnc + + F Fyy A At t ))

Ejercicio 1: Determinar el número de pernos de Ejercicio 1: Determinar el número de pernos de ØØ ¾” en agujeros estándar y de ¾” en agujeros estándar y de calidad A325, requeridos para desarrollar la capacidad total de las planchas de acero calidad A325, requeridos para desarrollar la capacidad total de las planchas de acero de Fy = 4570 kg/cmde Fy = 4570 kg/cm22 y Fu = 5620 kg/cm y Fu = 5620 kg/cm22. La superficie de la conexión clasifica . La superficie de la conexión clasifica como Clase B. La relación Carga Variable a Carga Permanente es CV = 4 CP. Los como Clase B. La relación Carga Variable a Carga Permanente es CV = 4 CP. Los pernos deben colocarse en dos líneas paralelas a la fuerza. pernos deben colocarse en dos líneas paralelas a la fuerza.

N

N/2

N/2 6 mm

6 mm

9 mm

N N

Vista en planta

Vista lateral

152 mm

Resistencia de las planchas:Resistencia de las planchas:

Cedencia por tracción en el área total de la plancha de 9 mmCedencia por tracción en el área total de la plancha de 9 mm

N = N = Fy A

N = 0,90 x 4570 x (0,9x15,2) = 56266 kgN = 0,90 x 4570 x (0,9x15,2) = 56266 kg

AAnn =[ A – N=[ A – Nbb(d(dbb +1/8)] +1/8)] t tpp

Rotura por tracción en el área neta de la plancha de 9 Rotura por tracción en el área neta de la plancha de 9 mmmm

AAnn = 9,68 cms = 9,68 cms22

Entonces, An = 9,68 cmEntonces, An = 9,68 cm22

AAnn =[ 15,2 – 2(3/4 +1/8)2,54]=[ 15,2 – 2(3/4 +1/8)2,54] 0,9 0,9

Máximo valor de AMáximo valor de Ann = 0,85 A = 0,85 x (0,9x15,2) = = 0,85 A = 0,85 x (0,9x15,2) = 11,63 cm11,63 cm22

N = 0,75 x 5260 x 9,68 = 40801 kg N = 0,75 x 5260 x 9,68 = 40801 kg

Como 40801 < 56266, la resistencia de las planchas es Como 40801 < 56266, la resistencia de las planchas es 40801 kg40801 kg

NNuu = 1,2 CP + 1,6 CV = 40801 kg = 1,2 CP + 1,6 CV = 40801 kg

CP = 5369 kgCP = 5369 kg

10260 kg/perno10260 kg/pernoNNbb = = 26843 kg26843 kg

Bajo cargas de servicio, la capacidad de un perno A-325 Bajo cargas de servicio, la capacidad de un perno A-325 ØØ ¾” en corte doble para ¾” en corte doble para superficie clase Bsuperficie clase B: :

NNss = 2 = 2

1,2 CP + 1,6 (4CP) = 40801 kg1,2 CP + 1,6 (4CP) = 40801 kg

Carga de servicio N = CP + CV = 5369 + 4(5369) = 26843 kgCarga de servicio N = CP + CV = 5369 + 4(5369) = 26843 kg

RRnvnv = = F Fvv A Ab b NNss

FFvv = 1200 kg/cm = 1200 kg/cm22 (Tabla n° 3) Superficie clase A (Tabla n° 3) Superficie clase A

AAbb = 2,85 cm = 2,85 cm22 (Tabla n° 3) (Tabla n° 3)

FFvv = 1200 x 0,5 / 0,33 = 1800 kg/cm = 1200 x 0,5 / 0,33 = 1800 kg/cm2 2 Superficie clase B Superficie clase B

RRnvnv = 10260 kg/por cada perno = 10260 kg/por cada perno

NNbb = 2,62 pernos = 3 pernos = 2,62 pernos = 3 pernos

En el estado límite de agotamiento resistente, la capacidad de un perno A-325 En el estado límite de agotamiento resistente, la capacidad de un perno A-325 ØØ ¾” en corte doble para superficie clase B¾” en corte doble para superficie clase B: :

asumimos dasumimos d00 ≥ 1,5 d≥ 1,5 dbb y s ≥ 3d y s ≥ 3dbb

ØØRRnn = = ØØ 2,4 d 2,4 dbb t F t Fuu

- Aplastamiento.- Aplastamiento.

ØØRRnn = = 0,75 0,75 xx 2,4 2,4 xx 1,91 1,91 xx 0,9 0,9 xx 5620 5620

ØØRRnn = = 17390 kg/por cada perno17390 kg/por cada perno



sbbstr NNTR 13,1

- Corte (deslizamiento crítico).- Corte (deslizamiento crítico).

sbbstr NNTR 13,1

ØØ = 1 (agujero estándar) = 1 (agujero estándar) = 0,5 (superficie clase B)= 0,5 (superficie clase B)

NsNs = 2 (2 planos de corte) = 2 (2 planos de corte)

TTbb = 12700 kg/cm = 12700 kg/cm22 (ver tabla n° 5) (ver tabla n° 5)NbNb = 1 (asumimos 1 perno) = 1 (asumimos 1 perno)

ØØ RRstrstr = 14351 kg/por cada perno = 14351 kg/por cada perno



En este caso, priva la condición de agotamiento resistente sobre En este caso, priva la condición de agotamiento resistente sobre la carga de servicio. Por razones de simetría es conveniente usar la carga de servicio. Por razones de simetría es conveniente usar 4 pernos en dos líneas.4 pernos en dos líneas.

1. determinación del número de pernos (nb) y/o verificar la resistencia de los mismos 2....

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