conexiones ilafa

7/21/2019 Conexiones Ilafa

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Conexiones

Héctor Soto RodríguezCentro Regional de Desarrollo en Ingeniería Civil

Morelia, Mich. MéxicoAgosto de 2005

Revisión, elaboración del guión y locución a cargo del Dpto. de Ingeniería Civil de la Universidad deChile con coordinación del Ing. Ricardo Herrera



Conexiones

1. Introducción

2. Conexiones típicas3. Daños en conexiones

4. Conexiones atornilladas

5. Conexiones soldadas

6. Elementos de conexión

CONTENIDO



DEFINICIONES1. Introducción

• Conexión: conjunto de elementos que unen cadamiembro a la junta: placas o ángulos por patines o alma,soldaduras, tornillos.

• Junta: zona de intersección de los miembrosestructurales.



Tipos de conexiones estructurales para edificios

1. Introducción

1. Conexión viga-columna de esquina

2. Conexión viga-columna3. Conexión de viga secundaria a viga principal

4. Empalme de columna y de cabezal

5. Placa base de columna6. Conexión de larguero de techo y de fachada

TIPOS



1. Introducción

• Por tipo de conectores – Remaches (en desuso)

– Soldadura – Tornillos de alta resistencia ASTM A325 y ASTM 490

• Por rigidez de la conexión

– Flexible – Semi-rígida

– Rígida

• Por elementos de conexión

– Ángulos – Placas y ángulos

– Ángulos de asiento

– Perfiles Te

CLASIFICACION



1. Introducción

• Por fuerza que transmiten – Fuerza cortante (conexión flexible)

– Fuerza cortante y momento flexionante (conexión rígida o semi-rígida) – Fuerzas internas de tensión y compresión (armaduras y contraventeos)

• Por lugar de fabricación

– Conexiones de taller (hechas en el taller de fabricación de estructurasmetálicas)

– Conexiones de campo (fabricadas en el taller y armadas en el sitio de laobra)

• Por mecanismo de resistencia de la conexión – Conexiones por fricción – Conexiones por aplastamiento

CLASIFICACION



CONEXIONESCOMPORTAMIENTO

Gráfica momento rotación paralos tipos de Construcción adoptados por las

Especificaciones AISC

1. Introducción



CONEXIONESVIGA-COLUMNA

1. Introducción

Conexiones flexibles



1. Introducción CONEXIONESVIGA-COLUMNA

Conexiones rígidas



1. Introducción

• Especificación AISC 2005: – Capitulo J - Diseño de Conexiones

• Referencias Adicionales para Conexiones enEstructuras de Acero Sismo - Resistentes: – Norma AISC 2005 Para Diseño Sísmico de Edificios de Acero.

– Conexiones Precalificadas Para Marcos de Acero a Momentoespeciales e intermedios para aplicaciones sísmicas.

REFERENCIASPARA DISEÑO



Ángulos dobles: Atornillado - Atornillado

CONEXIONESVIGA-TRABE

2. Conexiones típicas



Ángulos dobles: Soldado - Atornillado

2. Conexiones típicas CONEXIONESVIGA-TRABE



Placa de cortante




Placa simple (Placa de cortante)





Placa simple (Placa de cortante).

Vigas de igual peralte

CONEXIONESVIGA-TRABE



2 Ángulos

Ángulos Dobles

Conexión al patín de la columna

2. Conexiones típicas CONEXIONES SIMPLESVIGA-COLUMNA

2 C i í i CONEXIONES SIMPLES



2 Ángulos

Ángulos dobles

Conexión al alma de la columna


2 C i tí i CONEXIONES SIMPLES



Placa simple

Placa simple (Placa de cortante)





Ángulo de asiento





Conexión atornillada con perfil T atiesado


2 Conexiones típicas CONEXIONES DE MOMENTO




Placas horizontales en patines de la trabe

CONEXIONES DE MOMENTOVIGA-COLUMNA





V M

Patines de la trabe soldados a la columna






Placa de extremo


CONEXION DIAGONALES2 Conexiones típicas



CONEXION DIAGONALESDE CONTRAVENTEO


2 Conexiones típicas CONEXION DIAGONALES



2. Conexiones típicas CONEXION DIAGONALESDE CONTRAVENTEO




Conexión de contraventeos en edificios altos

2. Conexiones típicasDE CONTRAVENTEO




2. Conexiones típicasDE CONTRAVENTEO

EMPALMES2 Conexiones típicas



Empalme atornillado de tramos de columnas


2 Conexiones típicas EMPALMES



Empalme soldado de columna


BASES DE2 Conexiones típicas



Placa base de columna

COLUMNAS2. Conexiones típicas

CONEXIONES3 Daños en conexiones



DAÑOS EN ESTRUCTURAS DE ACERO

COMO CONSECUENCIAS DE SISMOS INTENSOS

VIGA-COLUMNA3. Daños en conexiones

3. Daños en conexiones CONEXIONES





3. Daños en conexionesVIGA-COLUMNA

3. Daños en conexiones CONEXIONESVIGA COLUMNA



Fractura en el patín de la viga y el patín de la columna en

la zona próxima a la soldadura





Fractura en la soldadura y fractura vertical en el patín de la columna.

VIGA-COLUMNA

DAÑOS ENCONTRAVENTEOS

3. Daños en conexiones



DAÑOS TÍPICOS EN ESTRUCTURAS DE ACERO

CONTRAVENTEOS

3. Daños en conexiones DAÑOS ENCONTRAVENTEOS




CONTRAVENTEOS

DAÑOS ENPLACAS BASE

3. Daños en conexiones




PLACAS BASE

CARACTERISTICAS4. Conexiones atornilladas



• VENTAJAS – Rapidez en el atornillado y menor tiempo de ejecución de una obra

– No se requiere mano de obra especializada – Inspección visual sencilla y económica

– Facilidad para sustituir piezas dañadas

– Mayor calidad en la obra

• DESVENTAJAS – Mayor trabajo en taller

– Cuidado en la elaboración de los planos de taller y de montaje – Mayor precisión en geometría (las tolerancias son al milímetro)

– Mayor peso de la estructura

– Menor amortiguamiento

COMPORTAMIENTO4. Conexiones atornilladas



Comportamiento general de una junta atornillada

I

II

III

IV

4. Conexiones atornilladas CLASIFICACION



Aplastamiento (bearing-type joints) Fricción (slip-critical joints)

MODOS DE FALLA4. Conexiones atornilladas



Las formas típicas de falla son:

• Cortante

• Aplastamiento

• Desgarramiento• Sección insuficiente

4. Conexiones atornilladas MODOS DE FALLA



• Falla del tornillo por cortante

• Falla de la placa por cortante




• Falla por aplastamiento:

• Falla por sección insuficiente (sección crítica)

Aplastamiento en el tornillo Aplastamiento en la placa




Deformación por flexión Ruptura por tensión

• Falla del tornillo por flexión o tracción

TIPOS DE TORNILLOS4. Conexiones atornilladas



Tornillos de alta resistencia, tuercas y arandelas

4. Conexiones atornilladas TIPOS DE TORNILLOS



ACCIONES EN TORNILLOSDE ALTA RESISTENCIA




Tornillos en cortante Tornillos sujetos atensión y cortantey cortante

Tornillos en tensión

4. Conexiones atornilladas ACCIONES EN CONEXIONES ATORNILLADAS



Tipos de fuerza que actúan en los tornillos de alta resistencia y en las

placas de una conexión atornillada

4. Conexiones atornilladas ACCIONES EN CONEXIONES ATORNILLADAS



Tornillos de alta resistencia a cortante

4. Conexiones atornilladas COMPORTAMIENTODE TORNILLOS



Respuesta de tornillos de alta resistencia

a tracción directa

4. Conexiones atornilladas COMPORTAMIENTODE TORNILLOS



Respuesta de tornillos de alta resistencia

a fuerzas cortantes

4. Conexiones atornilladas METODOS DEINSTALACION



• Apretado (“snug-tight”): instalado usando pocosimpactos de una llave de impacto o manualmente.

• Pretensado: instalado por métodos mas controlados – Vuelta de tuerca

– Llave calibrada

– Tornillos especiales – Indicadores de tensión

Pretensión nominal = 70% de la capacidad del tornillo




• Pretensión mínima




Elongación del tornillo, mm

Tensión del tornillo versus elongación Tensión del tornillo versusrotación de la rosca




Comportamiento de conexión pretensada

4. Conexiones atornilladas RESISTENCIA DEDISEÑO EN TENSIÓN



R u ≤ φ R n (LRFD) R a ≤ R n / Ω (ASD)

• Resistencia a la tracción

φ = 0.75 Ω = 2.0

Ab

= área bruta del perno

Fnt = 0,75 Fu (ver Tabla J3.2)

Tornillos A325: Fu = 8440 kg/cm² (120 ksi)

Fnt = 6330 kg/cm² (90 ksi)Tornillos A490: Fu = 10550 kg/cm ² (150 ksi)

Fnt = 7913 kg/cm² (113 ksi)

bnt n A F R ⋅=

4. Conexiones atornilladas RESISTENCIA DEDISEÑO EN CORTANTE



Roscas fuera de los planos de corte Roscas dentro de los planos de corte





• Aplastamiento

φ = 0.75 Ω = 2.0

Ab

= área bruta del perno

Fnv = 0,50 Fu (hilos excluidos)

0,40 Fu (hilos incluidos)

• A325-N F nv = 3375 kg/cm² (48 ksi)

• A325-X F nv = 5065 kg/cm² (72 ksi)• A490-N F nv = 4220 kg/cm² (60 ksi)

• A490-X F nv = 5275 kg/cm² (75 ksi)

bnvn A F R ⋅=





• Fricción

φ = 1.00 Ω = 1.50 (nivel de servicio)φ = 0.85 Ω = 1.86 (nivel último)

µ = 0,35 superficie Clase A

= 0,50 superficie Clase B

Du = sobre-pretensión promedio = 1,13

hsc = factor por perforación = 1,0 s; 0,85 ss y o; 0,70 lsTb = pretensión mínima

Ns = número de planos de deslizamiento

sb scun N T h D R ⋅= µ

AGUJEROS PARATORNILLOS




Tipos de agujeros en conexiones atornilladas

4. Conexiones atornilladas INTERACCIONCORTANTE-TRACCION



• Aplastamiento

⎪⎪⎩

⎪⎪⎨

⎧

≤

Ω

−

≤−

=

ASD F f F

F

F

LRFD F f F F F

F

nt vnv

nt

nt

nt v

nv

nt nt

nt

3,1

3,1' φ

4. Conexiones atornilladas INTERACCIONCORTANTE-TRACCION



• Fricción

Ta = tracción de servicioTu = tracción ultimaNb = número de pernos traccionados

⎪⎪⎩

⎪⎪

⎨

⎧

−

−

=

⋅=

ASD N T D

T

LRFD N T D

T

k

Rk R

bbu

a

bbu

u

s

n sn

5,11

1

'

APLASTAMIENTOEN AGUJEROS4. Conexiones atornilladas



Modos de falla

• Elongación excesiva del agujero por deformación de laplaca

• Desgarramiento de la placa

Lc

Lc

d

espesor t

espesor t

4. Conexiones atornilladas APLASTAMIENTOEN AGUJEROS



• Aplastamiento o desgarramiento de la perforación

φ = 0,75 Ω = 2,0

– Perforaciones estándar, sobredimensionadas, ranuras cortascualquiera y ranuras largas paralelas a la dirección de carga

• No deformación de perforación a nivel de servicio

• Deformación de perforación no es consideración

– Ranuras largas perpendiculares a la dirección de carga

uucn dtF tF L R 4,22,1 ≤=



CARACTERISTICAS5. Conexiones soldadas



• VENTAJAS – Rigidez. Se obtienen estructuras más rígidas – Sencillez. Se elimina material (placas, ángulos, conectores) – Economía. Menor trabajo en taller – Mayor amortiguamiento

• DESVENTAJAS – Se inducen altas temperaturas al acero durante la aplicación de la

soldadura – Requiere mayor supervisión en obra – Necesita mano de obra calificada

– Las condiciones climáticas y sitio de la obra afectan la calidad final – Inspección cara. Se requiere la asistencia de un laboratorio

especializado

5. Conexiones soldadas METODOS DESOLDADURA



• SMAW (Shielded Metal Arc Welding)




• GMAW (Gas Metal Arc Welding)




• FCAW (Flux Core Arc Welding)




• SAW (Submerged Arc Welding)

5. Conexiones soldadas CONEXIONES TIPICASVIGA-COLUMNA



Conexión típica trabe-columnaempleada comúnmente en Latinoamérica




Conexión típica viga-columna pre-Northridge




Conexión típica viga-columna en Japón

5. Conexiones soldadas TIPOS DESOLDADURA



5. Conexiones soldadas TIPOS DE JUNTASOLDADA



DEFECTOS ENSOLDADURAS5. Conexiones soldadas



Socavación

Falta de fusión

5. Conexiones soldadas DEFECTOS ENSOLDADURAS



Falta de penetración

Ilusión de escoria Porosidad

5. Conexiones soldadas USOS DE SOLDADURASDE FILETE



Usos típicos de soldaduras de filete




Empalmes

Conexiones de momento




Angulos de apoyo

Conexiones simples

SIMBOLOS DESOLDADURA5. Conexiones soldadas



Soldaduras de filete junta traslapada

Símbolo de soldadura Soldadura deseada

5. Conexiones soldadas SIMBOLOS DESOLDADURA



Soldaduras de filete miembro armado






Soldaduras de filete intermitentes




Soldaduras de penetración parcial





Conexión columna placa base




Soldaduras de penetración completa





Soldaduras de tapón


5. Conexiones soldadas POSICIONES DESOLDADURA



5. Conexiones soldadas AREA EFECTIVADE SOLDADURA



• Soldadura de penetración (tamaño mínimo ver TablaJ2.3, sección J2.1b)

T 1 T 2

t e = T 1

T T

t e = T

D T

t e = D – 1/8”

t e

45° ≤ α < 60°

GMAW, FCAW, posiciones v y s

D T

t e = D

t e

60° ≤ α

5. Conexiones soldadas AREA EFECTIVADE SOLDADURA



• Soldadura de filete – Tamaño mínimo ver Tabla J2.4

– Tamaño máximot≤1/4”: t

t>1/4”: t-1/16”

l w ≥ 4w

• Soldadura de tapón: área transversal de la perforación

w

w

0,707a = t e

5. Conexiones soldadas RESISTENCIADE DISEÑO



• Factores φ y Ω dependen de la solicitación y el tipo desoldadura (ver Tabla J2.5)

• Resistencia nominal

– Metal base

– Soldadura

t e = garganta efectiva de soldaduralw = longitud de soldadura

wewwwn l t F A F R ⋅⋅=⋅=

BM BM n A F R ⋅=




• Soldaduras de penetración – Tracción o compresión normal al eje de la soldadura en

elementos diseñados para contacto• Metal base

φ = 0.9 Ω = 1.67

• Soldadura

φ = 0.8 Ω = 1.88

we yn l t F R ⋅⋅=

we EXX n l t F R ⋅⋅= 60,0




• Soldaduras de penetración – Corte

• Metal base: ver sección J4

• Soldadura

φ = 0.75 Ω = 2.00





• Soldaduras de filete – Corte

• Metal base: ver sección J4• Soldadura

φ = 0.75 Ω = 2.00

• Soldadura de tapón – Corte

• Metal base: ver sección J4

• Soldadura

φ = 0.75 Ω = 2.00


tapon EXX n A F R ⋅= 60,0

5. Conexiones soldadas GRUPOS DESOLDADURA



• Grupos colineales o paralelos de filetes cargados através del centro de gravedad

( ) 5,1sin5,0160,0 θ += EXX w F F

θ




• Grupos de soldaduras de filete (método plástico)

( ) ( )

( ) ( )[ ]

( )

( ) ww

wr r

p

p p p f

p f F F

u

m

crit uii

mi

EXX w

17,06087,1

2209,0

9,09,1

sin5,0160,0

65,0

32,0

3,0

5,1

≤+=∆

+=∆∆=∆

∆∆=

−=

+=

−

−

θ

θ

θ

j

i

r j

r i

j

i ∑∑ == wiwiynywiwixnx A F R A F R




• Grupos de filetes longitudinales y transversalescargados a través del centro de gravedad

( )wt wl wt wl n R R R R R 5,185,0,max ++=

6. Elementos de conexión CONSIDERACIONES DEDISEÑO COMPLEMENTARIAS



• Elementos en tensión

• Elementos en cortante

• Ruptura en bloque por cortante y tensión• Elementos bajo cargas concentradas

Placa de unión en tensión

6. Elementos de conexión ELEMENTOSEN TENSION



P


Revisar la fluencia de la placa de unión

Rn = Ag Fy

= 0.9 Ω = 1.67Pu Rn (LRFD)

Pa Rn / Ω (ASD)





P

Revisar la fractura de la placa de unión

Rn = Ae Fu

= 0.75Ω

= 2.00 Pu Rn (LRFD)

Pa Rn / Ω (ASD)

Sección Whitmore




Sección Whitmore

a) Junta atornillada b) Junta soldada

6. Elementos de conexión ELEMENTOSEN CORTANTE



Vu

Revisar la fluencia por cortante en la placa de

conexiónRn = Ag (0.6 Fy) = 1.0 Ω = 1.50 Vu Rn (LRFD)

Va Rn / Ω (ASD)

6. Elementos de conexión ELEMENTOSEN CORTANTE



Vu

Revisar la fractura por cortante de la placa de

conexión

Rn = Ae (0.6 Fu)

= 0.75 Ω = 2.00Vu Rn (LRFD)

Va Rn / Ω (ASD)

Superficie de falla por tensión

6. Elementos de conexión BLOQUE DECORTANTE



P

Ant = área neta de la superficie de falla por tensión Agt = área total de la superficie de falla por cortante Ant = área neta de la superficie de falla por cortante

Superficie de fallapor cortante

gv ynvunt ubsn A F A F A F U R ⋅⋅+⋅= 6,0,6,0min

φ = 0,75 Ω = 2,00

U 1 f if l fi i

6. Elementos de conexión BLOQUE DECORTANTE



• Ubs = 1 para esfuerzos uniformes en la superficie entensión

• Ubs ≠ 1 para esfuerzos no uniformes en superficies entensión

Extremos deángulos

Conexión extrema de vigacon varias hileras de tornillos

Ubs = 0.50

Conexión extrema de vigacon una hilera de tornillos Ángulo soldado Placas de unión


Flexión local del ala

ELEMENTOS BAJOCARGAS CONCENTRADAS



• Flexión local del ala

φ = 0.90 Ω = 1.67

– no chequear si ancho de carga ≤ 0,15 bf

– reducir capacidad en 50% si fuerza es aplicada a menos de 10 tf del borde del elemento

yf f n F t R 225,6=

P


• Fluencia local del alma




• Fluencia local del alma

φ = 1.00 Ω = 1.50

– fuerza aplicada a más de d del borde del elemento

– fuerza aplicada a menos de d del borde del elemento

( ) w ywn t F N k R += 5

( ) w ywn t F N k R += 5,2

N

k

5k+N


• Arrugamiento del alma





φ = 0.75 Ω = 2.00

– fuerza es aplicada a más de 0,5d del borde del elemento

w

f yw

f

wwn

t

t EF

t

t

d

N t R

⎥

⎥

⎦

⎤

⎢

⎢

⎣

⎡

⎟

⎟

⎠

⎞

⎜

⎜

⎝

⎛ ⎟

⎠

⎞⎜

⎝

⎛ +=

5,1

2 3180,0






• Arrugamiento del alma – fuerza aplicada a menos de 0.5d del borde del elemento

w

f yw

f

wwn

w

f yw

f

wwn

t

t EF

t

t

d

N t R

d N

t

t EF

t

t

d

N t R

d N

⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢

⎣

⎡

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛ ⎟ ⎠

⎞⎜⎝

⎛ −+=>

⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢

⎣

⎡⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜

⎝

⎛ ⎟ ⎠

⎞⎜⎝

⎛ +=≤

5,1

2

5,12

2,04

140,02,0

3140,02,0




• Pandeo lateral del alma




Pandeo lateral del alma

φ = 0.85 Ω = 1.76

– Ala comprimida está restringida a la rotación

– Ala comprimida no está restringida a la rotación

( ) ( )⎥⎥

⎦

⎤⎢⎢

⎣

⎡⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜

⎝

⎛ =≤

3

2

34,07,1

f

w f wr

n f wbl

t h

h

t t C Rbl t h

( ) ( )⎥

⎥

⎦

⎤

⎢

⎢

⎣

⎡

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛ +=≤

3

2

3

4,013,2 f

w f wr

n f w

bl

t h

h

t t C Rbl t h


• Pandeo del alma en compresión




Pandeo del alma en compresión

φ = 0.90 Ω = 1.67

reducir 50% si está a menos de d/2 del extremo delelemento

h

EF t R

yww

n

324=

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