UNIONES Y CONEXIONESLa construccin en estructuras metlicas debe entenderse como prefabricada por excelencia, lo que significa que los diferentes elementos que componen una estructura deben ensamblarse o unirse de alguna manera que garantice el comportamiento de la estructura segn fuera diseada. El proyecto y detalle de las conexiones puede incidir en forma significativa en el costo final de la estructura. La seleccin del tipo de conexiones debe tomar en consideracin el comportamiento de la conexin (rgida, flexible, por contacto, por friccin, etc.), las limitaciones constructivas, la facilidad de fabricacin (accesibilidad de soldadura, uso de equipos automticos, repeticin de elementos posibles de estandarizar, etc.) y aspectos de montaje (accesibilidad para apernar o soldar en terreno, equipos de levante, soportes provisionales y hasta aspectos relacionados con clima en el lugar de montaje, tiempo disponible, etc.).Hoy en da estas variables se analizan en forma conjunta e integral, bajo el concepto de constructividad, materia en la que el acero muestra grandes ventajas.

Remaches en caliente o roblones

Las primeras estructuras metlicas empleadas en los puentes a mediados del siglo XIX se construan a partir de hierro colado y/o forjado, materializndose las uniones mediante remaches en caliente o roblones. Para hacer este tipo de uniones, las planchas que se deban unir se perforaban en un rgimen que se determinaba por clculo, reforzando los empalmes y traslapes con planchas igualmente perforadas de acuerdo al mismo patrn. Muchas veces estas planchas adicionales llegaron a representar hasta el 20% del peso total de la estructura. Los roblones o remaches tienen una cabeza ya preformada en forma redondeada y se colocan precalentados a una temperatura de aprox. 1.200C, pasndolos por las perforaciones y remachando la cara opuesta hasta conformar la segunda cabeza. Al enfriarse, su caa sufrir una contraccin que ejercer una fuerte presin sobre los elementos que se estn uniendo. Este sistema de conexin funciona por la enorme dilatacin trmica del acero que permite que, an elementos relativamente cortos como los roblones, se contraigan significativamente al enfriarse desde los 1.200C hasta la temperatura ambiente. (El coeficiente de expansin lineal del acero es0,0000251 x longitud del elemento x diferencial de temperatura = contraccin/expansin de la pieza).En la prctica, este procedimiento est superado por el desarrollo y evolucin del acero como de las posibilidades de unirlo. Hoy existen bsicamente dos procedimientos para materializar las uniones entre los elementos de una estructura metlica: las Uniones Soldadas y las Uniones Apernadas.

SoldaduraLa soldadura es la forma ms comn de conexin del acero estructural y consiste en unir dos piezas de acero mediante la fusin superficial de las caras a unir en presencia de calor y con o sin aporte de material agregado. Cuando se trabaja a bajas temperaturas y con aporte de un material distinto al de las partes que se estn uniendo, como por ejemplo el estao, se habla de soldadura blanca, que es utilizada en el caso de la hojalatera, pero no tiene aplicacin en la confeccin de estructuras.

Cuando el material de aporte es el mismo o similar al material de los elementos que se deben unir conservando la continuidad del material y sus propiedades mecnicas y qumicas el calor debe alcanzar a fundir las caras expuestas a la unin. De esta forma se pueden lograr soldaduras de mayor resistencia capaces de absorber los esfuerzos que con frecuencia se presentan en los nudos. Las ventajas de las conexiones soldadas son lograr una mayor rigidez en las conexiones, eventuales menores costos por reduccin de perforaciones, menor cantidad de acero para materializarlas logrando una mayor limpieza y acabado en las estructuras.

Sin embargo, tienen algunas limitaciones importantes que se relacionan con la posibilidad real de ejecutarlas e inspeccionarlas correctamente en obra lo que debe ser evaluado en su momento (condiciones ergonomtricas del trabajo del soldador, condiciones de clima, etc.) Hoy en da, una tendencia ampliamente recomendada es concentrar las uniones soldadas en trabajos en el taller y hacer conexiones apernadas en obra.

Las posiciones de soldadura tpicas son: plana, vertical, horizontal y sobre cabeza; y expresan parcialmente las dificultades de la soldadura en terreno

Los tipos de conexiones de perfiles y planchas por soldadura son las siguientes:

Por su parte, los tipos de soldaduras que se pueden practicar se detallan en el siguiente esquema:

A su vez, hay diferentes formas de practicar los biseles en los perfiles o planchas a soldar:

Entre los variados tipos de soldadura se pueden mencionar:Soldadura Oxiacetilnica, en que la temperatura se logra encendiendo una mezcla de gases de oxgeno y acetileno en el soplete capaz de fundir los bordes de las planchas a unir a la que se le agrega el material de aporte proveniente de una varilla con la que se rellena el borde a soldar. El principio de la soldadura con mezcla de oxgeno y acetileno se emplea tambin en el corte de planchas.Soldadura al Arco, los procesos ms utilizados hoy son la soldadura por arco elctrico en que se genera un arco voltaico entre la pieza a soldar y la varilla del electrodo que maneja el operador que produce temperaturas de hasta 3.000C. Los materiales que revisten el electrodo se funden con retardo, generando una proteccin gaseosa y neutra en torno al arco elctrico, evitando la oxidacin del material fundido a tan alta temperatura. Este proceso puede ser manual, con electrodo revestido o automtica con arco sumergido.

Soldadura por Electrodo Manual Revestido (Stick Metal Arc Welding)Consiste en un alambre de acero, consumible, cubierto con un revestimiento que se funde bajo la accin del arco elctrico generado entre su extremo libre y la pieza a ser soldada. El alambre soldado constituye el metal de relleno, que llena el vaco entre las partes, soldndolas.

Soldadura por arco sumergido (Submerged Arc Welding)Para la soldadura de arco sumergido se emplea un equipo compuesto de un alambre de acero desnudo, asociado a un dispositivo inyector de fundente. Al generarse el arco elctrico, el alambre se funde soldando las partes y el fundente es depositado sobre la soldadura, protegindola.

El proceso de arco sumergido, es un proceso industrial que al ser automtico le confiere mayor calidad a la soldadura.

La soldadura por resistenciase logra generando el arco voltaico entre dos electrodos que estn presionando las planchas a unir, el que encuentra una resistencia en las planchas generando una alta temperatura que las funde y las une. Se emplea principalmente en la unin de planchas superpuestas como soldadura de punto. Tambin se aplica entre electrodos en forma de rodillos generando una soldadura de costura.

En el clculo de las estructuras, la resistencia de las uniones est dada por la longitud de la soldadura en el sentido longitudinal de los elementos traccionados o comprimidos. Cada unin deber tener determinada cantidad de centmetros lineales de soldadura. Sin embargo, esta situacin es, frecuentemente, imposible de lograr, especialmente si se est trabajando con perfiles de menor tamao. Para suplir esta dificultad se agregan planchas en las uniones llamadas gousset, cuyo nico objeto es permitir conexiones entre elementos a unir y lograr el largo de soldadura requerido para el nudo.

La soldadura es una operacin que requiere un trabajo delicado, realizado por un operario calificado. Una soldadura mal realizada puede quedar porosa y frgil y expone a la totalidad de la estructura a un desempeo diferente al que ha sido diseado con el consecuente riesgo de colapso. En muchos pases la calificacin de los soldadores se hace ante instituciones certificadoras y debe revalidarse cada cierta cantidad de aos.Conexiones apernadasOtra forma frecuente de materializar uniones entre elementos de una estructura metlica es mediante pernos. Hoy, el desarrollo de la tecnologa ha permitido fabricar pernos de alta resistencia, por lo que estas uniones logran excelentes resultados.

Pernos y uniones apernadas Ha sido generalmente aceptado que es mejor que las uniones soldadas se realicen en taller o maestranza, en que se puede trabajar en un ambiente controlado, en forma automatizada (soldadura de arco sumergido, por ejemplo) o con los operadores en posiciones suficientemente cmodas para garantizar un buen cordn de soldadura. Asimismo, en taller es mucho ms factible el someter las soldaduras a un exigente control de calidad, que incluye la certificacin mediante rayos-x o ultrasonido de las soldaduras, lo que en terreno frecuentemente es costoso y a veces imposible de realizar.

En concordancia con lo anterior, la tendencia actual y creciente es a realizar las uniones apernadas en terreno (cuya inspeccin y control de obra es mucho ms fcil y econmica de hacer) y las uniones soldadas en taller. Aun as, la construccin y materializacin de estas uniones apernadas requiere de un cuidadoso y detallado planeamiento en los planos de fabricacin, cuya precisin milimtrica debe ser estrictamente respetada en la maestranza a fin de evitar descalces o problemas en el montaje. Entre las ventajas de las uniones apernadas se cuenta con que existe una amplia gama de dimensiones y resistencia, no se necesita una especial capacitacin, no exige un ambiente especial para el montaje y simplifica los procesos de reciclado de los elementos.TornillosLos tornillos son conexiones rpidas utilizadas en estructuras de acero livianas, para fijar chapas o para perfiles conformados de bajo espesor (steel framing). Las fuerzas que transfieren este tipo de conexiones son comparativamente bajas, por lo que normalmente se tienen que insertar una cantidad mayor de tornillos (hay que tener presente que los tornillos deben ser utilizados preferentemente para unir chapas delgadas). Los tornillos pueden ser autorroscantes o autoperforantes (no necesitan de perforacin gua y se pueden utilizar para metales ms pesados). Entre las ventajas de estas conexiones hay que destacar que son fciles de transportar, existe una gran variedad de medidas, largos, dimetros y resistencia; y finalmente, que son fciles de remover, factor importante para el montaje y desmontaje de los componentes de la estructura.

Diseo de UnionesUn aspecto importante en el diseo de uniones y conexiones es la determinacin, que se debe hacer en la etapa de proyecto de estructura, del tipo de conexin que se disea: si es rgida o articulada (flexible). Se llaman conexiones rgidas aquellas que conservan el ngulo de los ejes entre las barras que se estn conectando, en tanto sern articuladas o flexibles, aquellas que permitan una rotacin entre los elementos conectados (aunque en la realidad no existan conexiones 100% rgidas ni 100% flexibles). Ambas se pueden ejecutar por soldadura o apernadas, pero ser determinante el diseo, el uso de elementos complementarios (ngulos, barras de conexin, nervaduras de refuerzo, etc.), las posicin de los elementos de conexin y las holguras y/o los elementos que permitan la rotacin relativa de un elemento respecto del otro.

Uniones Rgidas

CONEXIONES EN ACERO1. IntroduccinHemos comentado en varias oportunidades que construir en acero es, esencialmente, asumir una construccin prefabricada. Por otra parte, ms all de las mltiples ventajas que representa la construccin prefabricada que tambin hemos comentado reiteradamente, hay que tener en consideracin que, tambin en esencia,prefabricar es unir. As, construir en acero es, en esencia tambin, unir o conectar. En efecto, ningn sistema o mtodo de construccin prefabricada, cualquiera sea el material con que ella se ejecute, puede hacer abstraccin de la necesidad de ocuparse en detalle de los sistemas y elementos con que las partes prefabricadas han de unirse para conformar la estructura o la totalidad del edificio.Las conexiones son como el adhesivo que mantiene las partes de la estructura unidas y permite que absorban las cargas a las que estn sometidas. Son pues, un aspecto crtico en el comportamiento de la estructura. Se ha demostrado que, histricamente, la mayor recurrencia de fallas estructurales mayores en las estructuras de acero se debe a fallas en los sistemas de conexiones.

Las conexiones y su diseo dependen de cuatro factores principales:Tipo de cargas el tipo y direccin de los esfuerzos que convergen sobre una conexin es determinante de su diseo.Resistencia y rigidezde los elementos y de las conexiones.Economa las conexiones tienen una relacin directa con el costo total de la estructura. (Conexiones repetitivas pueden tener un impacto importante en la reduccin de costos)Dificultad de ejecucin aunque una conexin puede ser muy eficiente en relacin al uso de los materiales (y en consecuencia, ser razonablemente econmica) an puede significar un costo importante en obra en funcin de su complejidad.

2. Tipos de conexiones en aceroSegn AISC, las conexiones se clasifican en funcin de su relacin momento-rotacin y son, bsicamente, de tres tipos: conexiones simples, conexiones rgidas (FR) y conexiones semirrgidas (PR). Sin perjuicio de lo anterior, agregamos al final las conexiones con diagonales o arrostramientos que, no siendo una conexin propiamente dicha, constituyen una solucin interesante de tener en cuenta. Su incorporacin en el texto responde ms bien a un ordenamiento de temas afines que faciliten la comprensin.

Conexiones Simples:Las conexiones simples o de corte son conexiones muy comunes en construccin en acero. Se asume que las conexiones de corte no transfieren momentos flectores, permitiendo la rotacin en el extremo del miembro. Las conexiones simples se pueden materializar conectando el alma del elemento soportado mientras las alas quedan desconectadas. Las conexiones simples en vigas o enrejados deben ser diseadas como flexibles y se permite dimensionarlas solamente para reacciones de corte, excepto que se indique lo contrario en los documentos de diseo. Las conexiones flexibles de vigas deben ser capaces de acomodar las rotaciones de los extremos de las vigas calculadas como simplemente apoyados.

Si bien es cierto que las conexiones simples o de corte poseen algo de restriccin rotacional, como lo ilustra la curva A de la Figura 3, esta magnitud es comnmente ignorada y la conexin es idealizada como totalmente flexible.Comportamiento de la conexin simple o de corteLos ngulos para las conexiones de corte se pueden fijar tanto mediante soldadura como mediante pernos.Conexiones Rgidas (FR):Las conexiones rgidas o de momento debern proveer continuidad entre el elemento soportado y el soportante conservando inalterado el ngulo entre ellos durante la deformacin producto de la accin de las fuerzas sobre el nudo. As, las conexiones rgidas deben proveer suficiente resistencia y rigidez para mantener el ngulo constante entre los miembros conectados durante la aplicacin de las cargas y evitar toda rotacin relativa entre el elemento soportado y el elemento soportante. Por lo mismo, las deformaciones de flexin se producen en los miembros (pilares o vigas) que convergen al nudo. Las conexiones de momento completamente restringidas en los extremos empotrados de vigas y enrejados deben ser diseadas para el efecto combinado de fuerza de momento y de corte inducidos por la rigidez de las conexiones. Las alas del elemento soportado se contactan directamente al elemento soportante o a una placa de conexin. Las conexiones consideradas como totalmente rgidas raramente proporcionan una rotacin cero entre los miembros, sin embargo, esta flexibilidad es generalmente ignorada.

Comportamiento de la conexin de momento

Ante la accin de fuerzas horizontales Importantes (sismos) la conexin conserva el ngulo entre columnas y vigas mientras se induce deformacin en las columnas y vigas.Conexiones Semi Rgidas (PR):Las conexiones de momento parcialmente restringida, poseen un ngulo intermedio entre la flexibilidad de la conexin simple o de corte y la rigidez total de la conexin de momento FR. Las conexiones de momento PR son permitidas sobre la evidencia de que las conexiones a usar son capaces de proporcionar, como mnimo, un previsible porcentaje de empotramiento.

Conexin de momento parcialmente restringida (PR)

Comportamiento de la conexin de momento PR.

3. Conexiones con diagonalesComo se mencionara antes, los esfuerzos laterales inducidos por sismos o vientos, tienden a deformar el edificio como se muestra en la figura a) siguiente. Las conexiones de momento, aunque eficaces, demandan una gran rigidez y resistencia a la conexin lo que representa importantes impactos en el material y costo de la conexin. Una alternativa que permite contrarrestar el efecto de la deformacin y reducir significativamente los costos son las conexiones mediante diagonales. Si la fuerza horizontal es aplicada desde la izquierda, una diagonal como se seala en la figura b) siguiente permitira evitar la deformacin. Sin embargo, las fuerzas horizontales pueden presentarse tanto en un sentido como en el contrario, por lo que se deber contrarrestar la deformacin en el sentido contrario mediante la diagonal complementaria, como se aprecia en la figura c) siguiente.

Estas diagonales, conocidas como arriostramientos, presentan distintas soluciones segn las condiciones de diseo que afectan al marco. Lo que hay que tener presente es que, segn la direccin de la fuerza, los esfuerzos en las diagonales sern, alternadamente, de traccin y de compresin. Aunque estas diagonales se podran disponer slo en un sentido, dicho elemento nico tendr que asumir tanto los esfuerzos de traccin como los de compresin. Sin embargo, el acero es menos eficiente a la compresin, entre otros aspectos, por el efecto de la deformacin de pandeo, lo que hara probablemente ms robusto y pesado dicho elemento. Una solucin econmica es disponer de las diagonales en ambos sentidos a fin de privilegiar el trabajo conjunto de traccin en una direccin y compresin en la otra.Es usualmente aceptado que una estructura de marcos arriostrados es significativamente ms liviana (y econmica) que una estructura de marcos (y uniones) rgidas. Sin embargo, en muchos casos la disposicin de las diagonales afecta aspectos arquitectnicos y funcionales, como, por ejemplo, la posicin de ventanas y puertas en las fachadas, o la libre organizacin de las plantas interiores. Existen varias formas de hacer los arriostramientos y de posicin de las diagonales que permiten resolver parte de estas limitaciones.

Una alternativa que permite dar mayor flexibilidad al espacio son las soluciones de arriostramientos excntricos que, adicionalmente son interesantes desde el punto de vista del funcionamiento de la estructura puesto que dejan en las vigas zonas de deformacin plstica que pueden ser muy eficientes para disipar energa ante deformaciones muy elevadas sin afectar la estabilidad de la estructura. En la prctica, la formacin intencionada de rtulas plsticas asegura una mayor robustez del edificio y adems, una menor probabilidad de colapso frente a esfuerzos cortantes

Arriostramientos en VINVERTIDA Obra Gruesa Edificio Municipalidad de Macul, Santiago de Chile. Clculo Estructural Sergio Contreras.

Ejemplos de conexiones de diagonales4. Conexiones soldadas

La soldadura es la forma ms comn de conexin del acero estructural y consiste en unir dos piezas de acero mediante la fusin superficial de las caras a unir en presencia de calor. Se ejecuta con o sin aporte de material agregado. Son procedimientos que mediante la aplicacin de energa manifestada en calor y/o presin permiten lograr la unin ntima y permanente de elementos metlicos dejndolos con la continuidad apta para que trabajen mecnicamente como un todo homogneo, conservando sus cualidades fsicas (ver en soluciones constructivas, uniones y conexiones, soldadura). Si la soldadura ha sido convenientemente realizada deber permitir que la zona de unin posea las mismas propiedades mecnicas que las piezas que se han unido, conservando sus cualidades de trabajo a traccin, compresin, flexin, etc.En general, se reconoce a la soldadura algunas ventajas como el otorgar mayor rigidez a las conexiones, demandar menor cantidad de acero para materializar la conexin y permitir una significativa reduccin de costos de fabricacin. Adicionalmente se le reconoce como ventajas el evitar las perforaciones en los elementos estructurales y simplificar los nudos complejos.Sin embargo, se le reconocen tambin algunas desventajas, como las ya mencionadas dificultades que representa la soldadura en obra y el demandar mayores calificaciones a los operarios en obra para soldar que para hacer uniones apernadas. Lo anterior hace que las conexiones soldadas en obra sean mucho ms costosas que las soluciones apernadas, lo que se replica en los costos y dificultades de las inspecciones requeridas a las faenas de soldadura.Las propiedades resistentes de la seccin de una soldadura o de un grupo de soldadura, se determina considerando su longitud y garganta efectiva. Los tipos de soldadura ms comunes son las soldaduras de filetes, soldaduras de penetracin parcial, soldaduras de Ms all de todo lo all detallado, sin embargo, la recomendacin de base es, en la medida de lo posible, hacer las conexiones soldadas en taller, aunque esto no siempre es posible.

5. Conexiones apernadasComo est dicho, a las conexiones apernadas se le reconocen como ventajas el ser un mtodo simple de conexin en obra, lo que las convierte en una solucin de conexin ms econmica que la soldadura en obra. Sin embargo, entre las desventajas hay que sealar que requiere de perforacin de las planchas y elementos a conectar.

Se conocen dos tipos de conexiones apernadas:Conexiones de tipo aplastamiento:Son las conexiones en que la carga es resistida por la cortante en los pernos y por aplastamiento sobre los mismos.

La resistencia de diseo est definida por la presencia o no- de la rosca. Un perno con roscas incluidas en el plano de corte se le asigna una menor resistencia de diseo que a un perno con roscas excluidas del plano de corte.Conexiones de deslizamiento crtico:Son las conexiones en que el deslizamiento sera inconveniente para la capacidad de servicio de la estructura a que pertenecen dichas uniones. Estas incluyen conexiones sometidas a cargas de fatiga o a INVERSINimportante de carga, vibraciones y sismo.

Las conexiones apernadas de elementos secundarios y/o no estructurales (barandas, costaneras, escaleras de gato y escaleras menores) se pueden ejecutar con pernos corrientes ASTM A307. Sin embargo, para conexiones estructurales el cdigo AISC establece que el uso de pernos de alta resistencia debe satisfacer las disposiciones de la ASTM 325 y A490. Los pernos deben ser apretados a una tensin que se regula segn las tablas que se sealan en la Especificacin ANSI/AISC 360-10 para construccin en acero, versin oficial en espaol de ALACERO (que se encuentra en los anexos y en:Esta tensin se debe poder asegurar mediante algn mtodo como el del giro de la tuerca, un indicador de tensin directo, llave calibrada o diseo alternativo.La condicin de apriete ajustado de los pernos slo se acepta en conexiones de tipo aplastamiento y en aplicaciones de traccin o combinacin de corte y traccin, solamente para pernos ASTM A325 (se entiende por apriete ajustado como la ms firme alcanzada tanto por pequeos impactos de una llave de impacto o por el mximo esfuerzo de un trabajador con una llave de palanca corriente que permite que las piezas conectadas queden en contacto firme). Es importante detallar en los planos de fabricacin y montaje los pernos que estn sujetos a apriete ajustado.Otros aspectos importantes del diseo y especificacin de las conexiones apernadas se refieren al tamao de las perforaciones (variables entre 2 y 3 mm de dimetro superior al perno) y a su distanciamiento (que no debe ser menor a 22/3 del dimetro nominal, aunque se prefiere usar el valor de 3 veces el dimetro).

Otro aspecto regulado es la distancia entre el centro de una perforacin y el borde de una parte conectada.Ms all de todo, una recomendacin generalmente aceptada es que las uniones apernadas son especialmente adecuadas para las conexiones a materializar en obra.6- Conexiones soldadas o conexiones apernadas?Hay varias consideraciones que hacer en relacin a la seleccin del tipo de conexin a ejecutar. En trminos generales se acepta y recomienda que las uniones soldadas se ejecuten en taller y las uniones apernadas se hagan mayoritariamente en obra. Hay diversas razones para esto, pero vale la pena recordar algunas. La soldadura en terreno suele ser de mayor costo y de mayor dificultad que la soldadura en taller. A lo anterior hay que sumar que el trabajo de soldadura requiere de una calificacin muy alta y ciertamente superior al trabajo de apernado.Desde luego, las condiciones de trabajo y ergonmicas a las que se expone el operador son radicalmente distintas.En obra, las condiciones del trabajo a la intemperie, eventualmente expuesto a temperaturas extremas, humedad, viento y lluvia hacen de la faena una actividad compleja, imprevisible e incluso insegura. Por otra parte, la posicin de trabajo en obra no siempre es la ms adecuada y segura. Muchas veces, la nica posicin posible del soldador en obra es, precisamente, la ms compleja desde el punto de vista de la operacin (como es el caso de las soldaduras sobre cabeza).

Todas estas variables son parcial o totalmente controladas en taller: desde la posicin de trabajo hasta las condiciones del medio pueden ser optimizadas en taller. No hay exposicin a lluvia, exceso de asoleamiento ni viento y, eventualmente, hay condiciones de temperatura ms controladas. A lo anterior se suma que hay muchas tecnologas y procedimientos de soldadura automatizada que se pueden ejecutar en taller que no es posible de trasladar a terreno, sea por el tamao y peso de la maquinaria, la alta demanda de energa o porque los procedimientos exigen el movimiento de la pieza a soldar ms que del equipo de soldadura. Desde la soldadura de arco sumergido hasta la soldadura de plasma, e incluso los procesos de corte, destaje, perforacin y armado en lnea son ms eficientes y seguros en taller.

Soldadura de arco sumergidoAdicionalmente, el trabajo de control e inspeccin de la soldadura en taller es mucho ms eficiente y seguro. Todo ello redunda en que, desde el punto de vista de los resultados, es posible esperar una mejor calidad de soldadura si es ejecutada en taller.Por otra parte, materializar uniones apernadas en obra o terreno es ms fcil, seguro y exige menor calificacin. Lo anterior vale, tambin, para la inspeccin, control y aseguramiento de la calidad de las conexiones apernadas en obra.

Montaje Tiger En sntesis, un principio general recomendable es HACER CONEXIONES SOLDADAS EN TALLER Y HACER CONEXIONES APERNADAS EN OBRA.Sin embargo, como el principio enunciado anteriormente no siempre es posible de aplicar, se deber considerar el diseo integral del sistema de conexiones a aplicar caso a caso, proyecto a proyecto, incorporando todas las variables concurrentes del proyecto. Para ello, el trabajo integrado entre los diseadores, arquitectos, ingenieros estructurales, fabricantes y montadores, resulta altamente conveniente.

CONEXIONES TPICAS EN ESTRUCTURAS DE ACERO

Los tipos de conexiones para las estructuras de acero se clasifican principalmente en funcin de su grado de rigidez las que -siguiendo a AISC2010 - son bsicamente tres: conexiones simples o de corte, conexiones rgidas (FR) y conexiones semirrgidas (PR). En este documento mostraremos algunas soluciones de conexiones tpicas que se presentan en la construccin de estructuras de acero. Para mayor precisin recordamos algunas definiciones bsicas de trminos que se usan en la explicacin. As, entenderemos porconexin(inglsconnection) la combinacin de elementos estructurales y elementos de unin para transmitir fuerzas entre dos o ms miembros (AISC 360/2010, traduccin oficial al espaol por ALACERO); porjunta(inglsjoint)el rea donde se unen dos o ms extremos, superficies o bordes, y que incluye las planchas, angulares, pernos, remaches y soldaduras empleados. Se clasifican en juntas soldadas y juntas empernadas y pornodo (inglsconnection assembly, node)la zona completa de interseccin de columnas y vigas, incluyendo las planchas de continuidad y las planchas adosadas. El nodo comprende las conexiones (estas ltimas definiciones segn Covenin 1618-98), lo que se grafica en el esquema siguiente:

Esta aproximacin nos parece importante desde el punto de vista del proyecto, puesto que permite visualizar la conexin no slo como un punto crtico desde la perspectiva de la estructuracin del edificio si no como un nudo, visible (o no), puesto en el espacio y que forma parte de la expresin de edificio.Con el objeto de facilitar la comprensin de las conexiones, hemos organizado la presentacin de estas soluciones tpicas a partir tres variables concurrentes que permitan seleccionar la conexin deseada: por miembros que vincula(I.); por tipo de conexin(A)y segn el medio de unin utilizado(1). La idea es presentar, en esta primera oportunidad, algunas de las soluciones tpicas para los nudos que se sealan en el ndice que presentamos a continuacin. Sin embargo, en las ediciones siguientes las iremos completando progresivamente, incorporando soluciones estandarizadas que respondan a la clasificacin y, asimismo, agregando nuevos detalles y ejemplos que surjan de los propios proyectos comentados.Este ndice se ordena como sigue:I. CONEXIONES VIGA-COLUMNAA. DE CORTE1. Apernadas2. Soldadas3. Apernadas o soldadasB. DE MOMENTO1. Apernadas2. Soldadas3. Apernadas o soldadasII. CONEXIONES VIGA VIGAA. DE CORTE1. Apernadas2. Soldadas3. Apernadas o soldadasB. DE MOMENTO1. Apernadas2. Soldadas3. Apernadas o soldadasC. EMPALMES1. Apernadas2. Soldadas3. Apernadas o soldadasIII. CONEXIONES DE EMPALME COLUMNACOLUMNA1. Apernadas2. Soldadas3. Apernadas o soldadasIV. CONEXIONES COLUMNA - FUNDACIN

V. ARRIOSTRAMIENTOS

VI. CONEXIONES EN MIEMBROS TUBULARES

VII. CONEXIONES ESPECIALESI. CONEXIONES VIGA-COLUMNALas conexiones entre las vigas y las columnas son una de las conexiones ms frecuentes en las estructuras de acero y concebirlas y disearlas correctamente corresponde no slo a una decisin de clculo estructural sino de manera muy significativa, a una decisin del proyecto y la construccin. La conexin entre vigas y columnas se puede resaltar expresivamente en el edificio, dependiendo de su visibilidad.

A. Conexiones de corte:Las conexiones de corte son muy utilizadas en las estructuras de acero.Se pueden materializar conectando slo al alma del miembro soportado, dejando las alas no conectadas.Las conexiones de asiento son las nicas que conectan a las alas del miembro soportadoLos ngulos de las conexiones de corte se pueden conectar indistintamente por soldadura o apernados.Las conexiones con ngulos simples tienden a tener menor capacidad de carga que las conexiones con doble ngulo.Aunque las conexiones con planchas de corte son ms econmicas, su aplicacin debe ser evaluada cuidadosamente.A continuacin se presentan algunos ejemplos y soluciones tpicas de CONEXIONES DE CORTE VIGA-COLUMNA.

I.A.1. CONEXIONES VIGA-COLUMNA,DE CORTE APERNADASa)Con DOBLE NGULO apernado en taller al alma de la viga y apernado en obra al alma de la columnaEsta conexin es aplicable tanto para conexiones viga-columna como para conexiones de viga (secundaria) a viga (principal). Se trata de una conexin de corte toda vez que los ngulos se fijan al alma de la viga y transfieren la fuerza de corte.

Los ngulos son apernados al alma de la viga en taller.Posteriormente, en obra, los ngulos son apernados al alma de la columna (o de la viga principal, segn corresponda).Si la altura de la viga principal y de la viga secundaria coincide, se deben rebajar ambas alas de la viga secundaria para permitir la nivelacin superior de las alas. Si tienen altura diferente, bastar con rebajar las alas superiores de la viga secundaria

Las perforaciones para los pernos se pueden desfasar o desplazar a fin de no quedar enfrentadas para facilitar la instalacin.Existe una cierta rotacin debido a la separacin entre las alas de la viga y el alma de la columna debido a la flexibilidad del material de la conexin (ala sobresaliente del ngulo).

En algunos casos se agrega un ngulo inferior para apoyar la viga, lo que facilita el montaje y asegura la transmisin de las fuerzas verticales a la columna.

I.A.2. CONEXIONES VIGA-COLUMNADE CORTE SOLDADAS

a) Con DOBLE NGULO soldado en taller al alma de la viga y soldado en obra al alma de la columna (o de la viga principal):Esta conexin es aplicable tanto para conexiones viga-columna como para conexiones viga a viga (viga secundaria a viga principal). Se trata de una conexin de corte toda vez que los ngulos se fijan al alma de la viga y la columna.Los ngulos dobles son soldados en taller al alma de la vigaSi las alas de las vigas son muy anchas para calzar entre las alas de la columna se debern rebajar las alas de la viga.Existe la posibilidad de cierta rotacin entre la viga y la columna debido a la separacin entre las alas de la viga y el alma de la columna. Esto se debe a la flexibilidad del material de la conexin (ala sobresaliente del ngulo conector).La soldadura vertical transfiere las cargas del alma de la viga al alma de la columna.La soldadura alrededor del permetro del ala sobresaliente del ngulo de fijacin inhibir la flexibilidad de la conexin.La soldadura de retorno se dispone en la parte superior de cada angular