1. Determinación del número de pernos (Nb) y/o

verificar la resistencia de los mismos

2. Disposición de los pernos en la conexión

3. Verificación del diseño de la conexión

4. Consideraciones de fabricación, montaje, inspección

y costos

CONEXIONES APERNADAS

El proceso de diseño de conexiones apernadas

consiste en el análisis de:

Criterios de resistencia método LRFD

Nb = carga de diseño

resistencia de diseño

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

- Tracción

- Corte

- Corte y tracción simultáneos

- Cargas aplicadas excéntricamente

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

Disposición de los pernos de la conexión:

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

- Separación entre pernos

- Distancia de los agujeros a los bordes

- Distancias que permitan colocar y apretar los pernos

- Longitudes de prensado de los pernos

Verificación del diseño de la conexión:

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

tracción

- Cedencia en el área o sección total

- Rotura en el área o sección efectiva

Corte

- Cedencia en el área o sección total

- Rotura en el área o sección efectiva

Bloque cortante

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

Aplastamiento

Efecto de apalancamiento

3) Verificar las conexiones de deslizamiento crítico para que:

No se produzca deslizamiento bajo las cargas de servicio

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

Requisitos de resistencia método LRFD

Tracción axial

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

Rnt = Ft Ab

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

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

Ab= Area nominal del perno

Tabla n° 1

Corte

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

Rnv = Fv Ab

En la tabla n°2 se dan los valores de Rnv

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

X se la partecroscada está excluida de los planos de corte

Tabla n° 2

Conexiones de deslizamiento crítico. Estado límite de servicio

Bajo las cargas de servicio la resistencia de diseño será:

Rnv = Fnv Ab Ns

= 1 en conexiones con agujeros estándar, agrandados, de

ranura corta y larga y de ranura larga cuando el eje largo del

agujero es perpendicular a la línea de acción de la fuerza

= 0,85 en conexiones con agujeros de ranura larga cuyo eje

largo del agujero es paralelo a la línea de acción de la fuerza

Ns = número de planos de corte en la conexión

Ab = área nominal del perno

= 1

= 0,85

Tabla n° 3

Conexiones de deslizamiento crítico. Estado límite agotamiento resistente

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

sbbstr NNTR 13,1

= 1 para conexiones con agujeros estándar

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

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

la fuerza aplicada

= 0,60 para conexiones con agujeros de ranura larga paralelos a la dirección de

la línea de acción de la fuerza aplicada

= coeficiente de deslizamiento promedio

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

laminación

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

presión

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

superficies rugosas

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

Nb = número de pernos en la conexión

Ns = número de planos de corte en la conexión

Tabla n° 4

Tabla n° 5

Aplastamiento.

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

Cuando d0 ≥ 1,5 db y s ≥ 3db

ØRn = Ø 2,4 db t Fu

Cuando d0 < 1,5 db o s < 3db

ØRn = Ø d0 t Fu ≤ Ø 2,4 db t Fu

ØRn = Ø [s – db / 2 ] t Fu ≤ Ø 2,4 db t Fu

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 fuerza

Para el resto de los pernos

Ø = 0,75

t = espesor de la plancha

Fu= resistencia nominal de agotamiento del material de la plancha

db= diámetro nominal del perno

d0 = distancia mínima de los centros de agujeros estándar a

cualquiera de los bordes libres

s = 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 placa

Desgarramiento de la placa

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

bbsbbstr

NT

TuNNTR

13,1113,1

= 1 para conexiones con agujeros estándar

= 0,85 con agujeros agrandados y de ranura corta

= 0,70 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 fuerza

= coeficiente de deslizamiento promedio

= 0,33 para superficies Clase A

= 0,50 para superficies Clase B

= 0,40 para superficies Clase C

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

Nb = número de pernos en la conexión

Ns = número de planos de corte en la conexión

Tu = resistencia de tracción requerida bajo cargas mayoradas

ver tabla n° 4

Resistencia de diseño de los elementos conectados

- Tracción

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

- Corte

- Bloque cortante

Cedencia: Rn = 0,90 Fy A

Rotura: Rn = 0,75 Fu Ae

Cedencia: Rn = 0,90 (0,60Fy )A

Rotura: Rn = 0,75 (0,60Fu )Anc

Cuando Fu Ant ≥ 0,60 Fu Anc Cuando Fu Ant < 0,60 Fu Anc

Rn = Ø ( 0,60 Fy Av + Fu Ant ) Rn = Ø ( 0,60 Fu Anc + Fy At )

Ejercicio 1: Determinar el número de pernos de Ø ¾” en agujeros estándar y de calidad A325, requeridos para desarrollar la capacidad total de las planchas de acero de Fy = 4570 kg/cm2 y Fu = 5620 kg/cm2. La superficie de la conexión clasifica 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.

N

N/2

N/2 6 mm

6 mm

9 mm

N N

Vista en planta

Vista lateral

152 mm

Resistencia de las planchas:

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

N = Fy A

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

An =[ A – Nb(db +1/8)] tp

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

An = 9,68 cms2

Entonces, An = 9,68 cm2

An =[ 15,2 – 2(3/4 +1/8)2,54] 0,9

Máximo valor de An = 0,85 A = 0,85 x (0,9x15,2) = 11,63 cm2

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

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

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

CP = 5369 kg

10260 kg/perno Nb =

26843 kg

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

Ns = 2

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

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

Rnv = Fv Ab Ns

Fv = 1200 kg/cm2 (Tabla n° 3) Superficie clase A

Ab = 2,85 cm2 (Tabla n° 3)

Fv = 1200 x 0,5 / 0,33 = 1800 kg/cm2 Superficie clase B

Rnv = 10260 kg/por cada perno

Nb = 2,62 pernos = 3 pernos

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

asumimos d0 ≥ 1,5 db y s ≥ 3db

ØRn = Ø 2,4 db t Fu

- Aplastamiento.

ØRn = 0,75 x 2,4 x 1,91 x 0,9 x 5620

ØRn = 17390 kg/por cada perno

17390 kg/perno Nb =

40801 kg Nb = 2,35 pernos = 3 pernos

sbbstr NNTR 13,1

- Corte (deslizamiento crítico).

sbbstr NNTR 13,1

Ø = 1 (agujero estándar)

= 0,5 (superficie clase B)

Ns = 2 (2 planos de corte)

Tb = 12700 kg/cm2 (ver tabla n° 5)

Nb = 1 (asumimos 1 perno)

Ø Rstr = 14351 kg/por cada perno

14351 kg/perno Nb =

40801 kg Nb = 2,84 pernos = 3 pernos

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