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CONECTORES DE CORTANTEPARA ENTREPISOS METÁLICOS
Ing. Fabio Hoyos Toro
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QUÉ ES UN CONECTOR DE CORTANTE?
Elemento de acero encargado de transferir losesfuerzos entre el concreto y el acero enestructuras de sección compuesta.
El conector se suelda a elementos de acero yqueda embebido en el concreto creando unfuerte vínculo entre los dos elementos.
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CONECTORES DE CORTANTE
Este vínculo permite que los dos materiales trabajen como una unidad parareducir las deformaciones y resistir de manera solidaria las cargas que se leimponen al conjunto.
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CONECTORES DE CORTANTE
• Otros ejemplos de construcción compuesta son las losas con láminascolaborantes, tubulares rellenos de concreto y vigas o columnas revestidas conconcreto.
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CONECTORES DE CORTANTE
VENTAJAS DE LA CONSTRUCCIÓN COMPUESTA
El concreto actúa junto con el acero paradesarrollar una estructura más rígida y liviana.
Reducción en el peso de la estructura (Hasta un30%).
Reducción de los costos en la cimentación.
Reducción de deflexiones por cargas vivas ymuertas.
Vigas de menor altura que puede reducir la alturade la edificación.
Posibilidad de aumentar las luces entre apoyos.
Entrepisos más rígidos.
Mayor resistencia a la corrosión y fuego.
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CONECTORES DE CORTANTE
DESVENTAJAS DE LA CONSTRUCCIÓN COMPUESTA
• Aumento de los costos de obra al requerir un subcontratista de instalación de conectores.
• Se requiere incluir una labor adicional en el programa de ejecución de obras.• Se necesita un subcontratista con experiencia y mano de obra calificada en la
construcción de sistemas compuestos.• Altos requerimientos de energía en obra.
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ALGUNOS TIPOS DE CONECTORES DE CORTANTE
Conectores tipo espigo con cabeza (shear studs)
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ALGUNOS TIPOS DE CONECTORES DE CORTANTE
Conectores tipo canal laminado
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ALGUNOS TIPOS DE CONECTORES DE CORTANTE
Conectores de placa continua (Perfobond rib connector)
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ALGUNOS TIPOS DE CONECTORES DE CORTANTE
Conector tipo tornillo grado 2 sobre losa maciza
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ALGUNOS TIPOS DE CONECTORES DE CORTANTE
Conector tipo perno fijado con clavos a las vigas
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ALGUNOS TIPOS DE CONECTORES DE CORTANTE
Conector con tornillo auto-perforante
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ALGUNOS TIPOS DE CONECTORES DE CORTANTE
Conectores tipo barra doblada
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Conectores platina doblada
ALGUNOS TIPOS DE CONECTORES DE CORTANTE
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ALGUNOS TIPOS DE CONECTORES DE CORTANTE
Conector tipo ángulo Conector tipo varilla
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Avalados en normativas
EN LOSAS MACIZAS
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EN LOSAS CON TABLEROS METÁLICOS
Avalados en normativas
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Qué pasa con la evaluación de la resistencia de conectores no avalados en normativas?
Caso: Conectores tipo canal sobre tableros metálicos
Avalados en normativas
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Conectores tipo canal en tableros metálicos
Caso: Conectores tipo canal sobre tableros metálicos
Conector: C3x4.1Acero: ASTM A36
tf: 6.9 mm
tw: 4.3 mm Ecuación F.2.9.8-3 del NSR-10
Prueba # f'c (MPa) Ec (Mpa) Lc (mm)Formulación NSR‐10 (AISC)
Qn (KN)
Capacidad resistente
experimental (KN)
Exp. / NSR‐10
1 21 21,736 50 92 70 0.76 2 28 25,098 50 114 75 0.66 3 21 21,736 150 275 86 0.31 4 28 25,098 150 341 97 0.28 5 21 21,736 50 92 64 0.70 6 28 25,098 50 114 70 0.61 7 21 21,736 150 275 75 0.27
COMPARACIÓN RESULTADOS EXPERIMENTALES Vs. FORMULA ACTUAL PARA LOSA MACIZA
*Tomado del PROYECTO SENACYT COL 006 ‐ 007. Panamá 2007
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Conectores tipo canal en tableros metálicos
Caso: Conectores tipo canal sobre tableros metálicos
30% 70%
90%
70%
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Conectores tipo canal en losas macizas
El mismo conector con formulación avalada?
Caso: Conectores tipo canal sobre losa maciza
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Conectores tipo canal en losas macizas
Caso: Conectores tipo canal sobre tableros losas macizas
Conector: C3x4.1Acero: ASTM A36
tf: 6.9 mm
tw: 4.3 mm Ecuación F.2.9.8-3 del NSR-10
Prueba # f'c (MPa) Ec (Mpa) Lc (mm)Formulación NSR‐10 (AISC)
Qn (KN)
Capacidad resistente
experimental (KN)
Exp. / NSR‐10
1 21 21,736 50 92 204 2.22
2 21 21,736 50 92 204 2.22
3 21 21,736 50 92 204 2.22
4 21 21,736 50 92 193 2.11
COMPARACIÓN RESULTADOS EXPERIMENTALES Vs. FORMULA ACTUAL PARA LOSA MACIZA
*Tomado del PROYECTO SENACYT COL 006 ‐ 007. Panamá 2007
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CONECTORES DE CORTANTE EN LOSAS MACIZAS
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CONECTORES DE CORTANTE EN LOSAS MACIZAS
Resistencia de conectores tipo canal:
C3x4.1 C4x5.4CANAL:
1.6
17.7
41 mm
1.6
1.6
22.1
45 mm
1.5
tf
twLc
H
R
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CONECTORES DE CORTANTE EN LOSAS MACIZAS
Resistencia de conectores tipo espigo:
Para losaMaciza:Rg = 1.0Rp = 0.75
Asc
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CONECTORES DE CORTANTE EN LOSAS MACIZAS
Resistencia de conectores tipo perno:
S: Separación longitudinal centro a centro entre conectores, mm
Los pernos deben tener una resistencia equivalente a la de lospernos SAE J429 Grado 2 y deben soldarse alrededor de la basecon soldadura de filete.
VIGA DE ACERO
S
dcp
Acp
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CONECTORES DE CORTANTE EN LOSAS MACIZAS
Comparativo de resistencias en losa maciza:
f'c: 21 MPa
Ec: 21,736 MPa
S: 300 mmSeparación
Concreto
Conector tipo Resistencia Qn (KN)
Canal C3x4.1 tf: 6.9 mm tw: 4.3 mm Lc: 50 mm 91.7 96%
Espigo 3/4" Asc: 284 mm² Fu: 450 MPa 95.7 100%
Tornillo grado 2 ‐ 3/4" Acp: 284 mm² dcp: 19 mm Fu: 420 MPa 53.5 56%
PropiedadesCOMPARACIÓN ENTRE RESISTENCIAS DE CONECTORES EN LOSA MACIZA
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CONECTORES DE CORTANTE EN TABLEROS METÁLICOS (METALDECK)
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Conectores de cortante en metaldeck
Lámina paralela a la viga de acero
Lámina perpendicular a la
viga de acero
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Resistencia de los conectores:
Rg: Coeficiente que tiene en cuenta elefecto de grupo para conectores
Rp: Coeficiente que tiene en cuenta elefecto de la posición para un conector Asc
Conectores de cortante en metaldeck
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Posición débil del conector
Posición fuerte del conector
V
V
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Mecanismos de falla posición débil del conector
Conectores de cortante en metaldeck
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Mecanismos de falla posición fuerte del conector
Fuerzas de fricción en losa maciza
Fuerzas de fricción en posición fuerte en tableros metálicos
Conectores de cortante en metaldeck
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Conectores de cortante en metaldeck
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Rp=0.75
Rp=0.60
Conectores de cortante en metaldeck
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Rp=0.75:- Para losas macizas- Lámina paralela a la viga- Cuando emid-ht > 50mm
Rp=0.60 - Cuando emid-ht < 50mm
emid-ht: distancia entre el borde del conector y el alma del tablero metálico,tomada a la mitad de la nervadura y en dirección de la fuerza ejercida por elconector (es decir, en dirección al máximo momento de una viga simplementeapoyada.
Conectores de cortante en metaldeck
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Se debe controlar el posicionamiento de los conectores en campoEl uso de la «posición fuerte» Rp=0.75, requiere de un estricto controlde la posición del conector en obra.
La diferencia de la resistencia en el posicionamiento del conector es deun 20%.
Conectores de cortante en metaldeck
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*Rg=0.85 si
Conectores de cortante en metaldeck
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Conectores de cortante en metaldeck
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Conectores de cortante en metaldeck
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Hs: Altura del conector de cortante después de soladohr: Altura del tablero metálico
Hs > hr + 38mm (1‐1/2”)
Conectores de cortante en metaldeck
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Detalles:
Wr > 50mm
> 38mmHs
> 13mm
> 50mm
< 76mmEl diámetro máximo del conector debe ser ds < 19mm(basado en resultados experimentales)F.2.9.3.2.3.C / NSR‐10
Altura mínima del perno o espigo
en tableros metálicos INSTALADO:
Para hr=2 ”Hs mín = 51mm + 38mmHs mín = 3.5” (89mm)
Para hr=3 ”Hs mín = 76mm + 38mmHs mín = 4.5” (114mm)
Conectores de cortante en metaldeck
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Detalles: Wr > 50mm Para un conector
+ 4ds para cada conector adicional
Cuando la altura del tablerosea > 38mm el anchopromedio del valle Wrdeberá cumplir con(F.2.9.3.2.3.C / NSR‐10):
Conectores de cortante en metaldeck
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Detalles: 1.5ds (recomendado)
S
Separación mínima S:S > 6ds (con láminas
paralelas a la viga)S > 4ds (con láminas
perpendiculares a la viga)
Bf
Bf mínimo: 135mm para vigas con 2 conectores (conectores con ds=3/4”)Bf mínimo: 210mm para vigas con 3 conectores (conectores con ds=3/4”)
Separación máxima S:S < 8ts (ts: espesor de la losa) yS < 910mm (en cualquier dirección)
Conectores de cortante en metaldeck
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Mínimas distancias:
Mínima distancias Como alternativa*
*Bf mínimo: 115mm para vigas con 2 conectores (conectores con ds=3/4”)
Conectores de cortante en metaldeck
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Mínimas distancias:
Mínima distancias al borde de losa
Vh
200mm
>25mm
Borde losa
Borde losa
Distancias mínimas al borde de losa
Hs
13mm>25mm
hr
Conectores de cortante en metaldeck
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Detalles:
tf
Espesor mínimo de la aleta tf:tf > ds / 2.5
A menos que se instale sobre el alma de la viga
• Para conectores de 3/4”, tf min: 7.6mm
• Para conectores de 5/8”, tf min: 6.4mm
• Para conectores de 1/2”, tf min: 5.1mm
Conectores de cortante en metaldeck
ds < 2.5 tf
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Espesor del patín de la viga tf:
DESPUÉS DEL LÍMITE d/t SE DISMINUYE LA RESISTENCIA DE CONECTOR
tf
Conectores de cortante en metaldeck
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Vs.
• Para conectores de 3/4”, tf min: 7.6mm• Para conectores de 5/8”, tf min: 6.4mm• Para conectores de 1/2”, tf min: 5.1mm• Para conectores de 3/8”, tf min: 3.8mm
Espesor del patín de la viga tf:
Conectores de cortante en metaldeck
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FABRICACIÓN CONECTORES
Aspectos prácticos
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CONECTORES DE CORTANTE TIPO CANAL
El tipo de acero del que están compuestas las canales laminadas es:
ASTM A36 ASTM A572 Gr 50 (Consultar disponibilidad)
Aspectos prácticos
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CONECTORES DE CORTANTE TIPO CANAL
Las canales utilizadas para lafabricación de conectores de cortantecumplen con los requisitosdimensionales establecidos en AISC.
Su producción no esta normalizada yconsiste simplemente en cortar loselementos de la longitud requerida.
Aspectos prácticos
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La fabricación de conectores decortante tipo canal esta regidapor la norma ISO 13918 de 2008
CONECTORES DE CORTANTE TIPO STUD
Aspectos prácticos
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Aspectos prácticos
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Existen 2 tipos de cerámicas: B1 y B2:
B1: Para soldar directamente a la viga o plancha de acero.B2: Para soldar a través del metaldeck.
Aspectos prácticos
FÉRULAS
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NRS‐10
Aspectos prácticos
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INSTALACIÓN
Aspectos prácticos
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CONECTORES DE CORTANTE TIPO CANAL
La instalación de los conectores tipo canal se realiza aplicando un cordón de soldadura tipo filete alrededor de las partes.
Aspectos prácticos
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Aspectos prácticos
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RENDIMIENTOSLa instalación con equipo de soldadura convencional:
Es un proceso lento
Rendimiento aproximado de instalación esta entre 15 a 20conectores hora
APROXIMADAMENTE 160 CONECTORES DIA
Aspectos prácticos
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CONECTORES DE CORTANTE TIPO ESPIGO
Aspectos prácticos
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ALTERNATIVA 1: INSTALADOS COMO PERNOS AUTO-SOLDABLES
Aspectos prácticos
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Aspectos prácticos
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Requerimientos energéticos:
La obra suministra la energía mediante un punto trifásico a 220V donde se pueda instalar un breaker o totalizador de 200 amperios y que no se encuentre a una distancia mayor de 50 metros.
Aspectos prácticos
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Requerimientos energéticos (planta eléctrica 150 KVA)
Aspectos prácticos
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Según AWS D.1.1 – 7.5.5:
- Tamaños mínimos de soldadura según tabla 7.2- Se deben utilizar electrodos low-hydrogen de 5/32’’ o 3/16’’
Aspectos prácticos
ALTERNATIVA 2: INSTALADOS CON SOLDADURA DE FILETE
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CONTROL DE CALIDAD
Aspectos prácticos
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CONTROL DE CALIDAD
Aspectos prácticos
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COSTOS Y DISPONIBILIDAD
Aspectos prácticos
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Aspectos prácticos
Ø3/4 in (19mm) PARA MD 2:L=3‐7/8 inPARA MD 3:L=4‐7/8 in
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