Conexiones

de Acero.

30 NOVIEMBRE

Integrantes
Nicol Betancourt. V-22.186.088
Grosman Ceballos. V-20.188.171

1
Conexiones.
Conjunto de elementos que se interceptan en un nodo con el fin de trasmitir
esfuerzos entre sí apegándose a las condiciones del modelo ideal de la
estructuración.

Las conexiones forman una parte fundamental en las edificaciones de acero, ya

que estas unen todos los elementos constitutivos de la estructura.
Componentes de una Conexión: placas o ángulos, patines o almas, soldaduras,
tornillos.
“Las conexiones entre los miembros, representan uno de los aspectos más
importantes y de mayor acontecimiento cuando se trata del comportamiento
sismorresistente de edificaciones aporticadas de acero estructural”.

Tipos de conexiones estructurales

para edificios
1. Conexión viga-columna de esquina
2. Conexión viga-columna
3. Conexión de viga secundaria a viga
principal
4. Empalme de columna y de cabezal
5. Placa base de columna
6. Conexión de larguero de techo y de
fachada.

Clasificaciones de conectores
• Remaches (en • Fuerza cortante (conexión flexible)
desuso) • Fuerza cortante y momento flexionante
Por tipo de • Soldadura Por fuerza que (conexión rígida o semi-rígida)
conectores • Tornillos de alta transmiten • Fuerzas internas de tensión y
resistencia ASTM compresión (armaduras y
A325 y ASTM 490 contraventeos)

• Flexible • Conexiones de taller (hechas en el

Por rigidez • Semi-rígida Por lugar de taller de fabricación de estructuras
de la • Rígida fabricación metálicas)
conexión • Conexiones de campo (fabricadas en el
taller y armadas en el sitio de la obra)

2
 Por • Ángulos Por mecanismo • Conexiones por fricción
elementos • Placas y de resistencia • Conexiones por aplastamiento.
de ángulos de la conexión
conexión • Ángulos de
asiento
• Perfiles Te

Trabajo estructural de las diversas conexiones.

Clasificación de Caso Caso LRFD (Diseño
conexiones. ASD (Diseño por Factores de
bajo esfuerzo Carga y Resistencia)
permisible)

1. Rígida Tipo I Totalmente

Restringida

2. Simple Tipo II Parcialmente

Restringida

3. Semi – Tipo III Parcialmente

Rígida Restringida

1. Conexión Rígida: El empotramiento es una conexión

que se supone desarrolla rigidez infinita, es decir, en este
caso no existe rotación en el nodo y se contrarresta con
un par de fuerzas que generan el impedimento contra el
giro. Para que la conexión se considere totalmente
restringida la capacidad de dicha conexión mínimo deberá resistir el 90% de la capacidad
de la trabe.

3
Físicamente esta conexión deberá conectarse tanto los patines como el alma de los perfiles con
el objetivo de que se desarrolle el par de fuerzas que logre impedir la rotación en el nodo,
además deberá establecerse continuidad en el nodo con la utilización de
los atiesadores presentes en la columna.

Conexiones Rígidas

2. Conexión Simple: Aquella que permitirá rotación en

el nodo. El apoyo fijo y apoyo móvil se consideran
articulaciones, esto quiere decir que permiten rotación
exactamente en el nodo y no hay restricciones contra el
giro. Para que la conexión se considere simple, solo pueden
transmitir, como máximo, hasta un 20% del momento de
empotramiento en el extremo de la viga. La rotación en el
extremo es mayor o igual que el 80% de la rotación en una trabe
simplemente apoyada.

Conexión Simple.

4
3. Conexión Semi – Rígida: Una conexión semirrígida
es toda aquella que se encuentra por arriba del
parámetro de rigidez de una conexión simple, pero
permite una mayor rotación que una conexión rígida.
Dentro de esta misma clasificación se pueden subdividir
las conexiones como semirrígida-rígida y semirrígida-
flexible. Las primeras son capaces de transmitir niveles
significativos de momento flexionante, cortante y fuerza
axial. Las segundas pueden ser consideradas como de
baja rigidez rotacional.
Se encuentra por encima del parámetro de rigidez de una conexión simple, pero
permite una mayor rotación que una conexión rígida. Para considerar que una
conexión es Semi-rígida, deberá fundamentarse entre el 20 % y el 90% de capacidad
de la conexión.

Curvas momento-rotación de diversos tipos de conexiones.

5
DAÑOS TÍPICOS EN ESTRUCTURAS DE ACERO

Daños en Conexiones Viga-Columna.

6
Daños en Conexiones Viga-Columna.

Daños en contraventeos

7
 Daños en placa Base.

Conexiones Atornilladas o apernadas.

VENTAJAS DESVENTAJAS
• Rapidez en el atornillado y • Mayor trabajo en taller.
menor tiempo de ejecución de
una obra • Cuidado en la elaboración de
• No se requiere mano de obra los planos de taller y de
especializada montaje.
• Inspección visual sencilla y • Mayor precisión en geometría
económica (las tolerancias son al
• Facilidad para sustituir piezas milímetro).
dañadas Mayor calidad en la
obra • Mayor peso de la estructura.
• Menor amortiguamiento.

Pernos Estructurales
Los dos tipos básicos de pernos de alta resistencia son designados por ASTM como A325 y
A490. Estos pernos tienen cabeza hexagonal y se usan con tuercas hexagonales no
terminadas.

8
 Pernos A325 son de acero con mediano contenido de
carbono, tratados al calor, su esfuerzo a la fluencia
varía aproximadamente entre 5700 a 6470 kgf/cm2,
dependiendo del diámetro.

Los pernos A490 son también tratados al calor,

pero son de acero aleado con un esfuerzo de
fluencia de 8085 a 9140 kgf/cm2, dependiendo
del diámetro. Los pernos A449 son usados
ocasionalmente cuando se necesitan diámetros
mayores de 1½" hasta 3"

Clasificación de conexiones apernadas.

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Aplastamiento (bearing-type joints). Fricción y corte (slip-critical joints).

Formas de trabajo de los pernos: Resistencia de diseño

La resistencia de diseño será el valor que se obtenga, según el
caso, por:
• Tracción: los pernos se solicitan inicialmente a tracción en su vástago,
producida por el ajuste de las tuercas. A estas fuerzas se suman las
producidas por la acción de las cargas exteriores.

• Corte:
✓ Pernos a corte por desplazamiento Critico: Cuando en una conexión
empernada se juntan las tuercas con elevadas fuerzas de apriete, no
10
 se produce ningún desplazamiento relativo entre las placas, las cuales
quedan perfectamente ajustadas. Únicamente se exige un buen apriete
de tuercas, con eficiente acción de agarre, que da lugar a elevados
esfuerzos de tracción en los pernos de alta resistencia. Por esta razón
no se permite el uso de pernos comunes A 307 en conexiones tipo
deslizamiento crítico.
En este tipo de conexión la fuerza de tracción T produce esfuerzos que
se aproximan al 80 y 90% de la resistencia de cedencia Fy por tracción
del perno, por lo que este permanece rígido en el rango elástico.

✓ Pernos a corte por aplastamiento: Se produce cuando los pernos no

transmiten una ajustada acción de apriete entre las placas, o cuando la
fuerza P supera la resistencia a fricción de la unión, las placas
comienzan a deslizar entre sí, y los vástagos de los conectores entran
en contacto con las paredes de las perforaciones de los miembros
solicitados.
El mecanismo de falla plancha-conectores por aplastamiento
dependerá de numerosos factores, como por ejemplo la longitud de
unión, la calidad del acero de los conectores, su área total a corte y la
relación existente entre el área neta y el área total de la sección
transversal.

11
 En general, la falla por aplastamiento consiste en la deformación del
agujero de la plancha en forma gradual y progresiva, es decir falla el
miembro antes que el conector. Esto se debo a dos razones
1. El acero de los pernos es por lo general de calidad superior al de las
planchas
2. El vástago queda confinado por las paredes de la perforación, lo cual
incrementa su ductilidad, evitando una falla por corte. Las planchas al
aplastarse originan corte en los pernos, por lo cual, en las conexiones
por aplastamiento, se diseñan los pernos a corte y se verifican las
planchas al aplastamiento, en un área Ap que es la proyección sobre
un plano perpendicular a la carga de la parte del perno en contacto con
la plancha.

• Corte y tracción simultáneos

En la evaluación de estas resistencias se considera si la conexión es de aplastamiento

o de deslizamiento crítico.

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Modos de Falla
El agotamiento de la resistencia de una conexión se puede producir por:
a) Falla en los conectores:
Falla por tracción

Falla por corte

Falla por aplastamiento

b) Falla en los miembros conectados

Aplastamiento de las planchas

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Desgarramiento del material

Falla por tracción en el área gruesa

Falla por tracción en el área neta

Falla por bloque de corte

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 Comportamiento de tornillos

Respuesta de Tornillo a tracción directa.

Respuesta de Tornillo a Fuerza Cortante.

Método de instalación.
Apretado (“Snug-tight”): instalado usando pocos impactos de una llave de impactos de
una lleva de impacto o manualmente

Pretensado: Instalado por métodos más controlados

• Vuelta de tuerca
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 • Llave calibrada

• Tornillos especiales

• Indicadores de tensión.
Pretensión Nominal= 70% de la capacidad del tornillo.

Consideraciones de diseño.
Elementos En Tensión.

Placa de unión en
tensión

Rn = Ag.Fy
Revisar la fluencia de la ϕ = 0.9
placa de unión. P u ≤ ϕR n (LRFD)

Placa de unión en tensión

Rn = Ae.Fu
ϕ = 0.75
P u ≤ ϕR n (LRFD)

Revisar la fractura de la placa de unión

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Consideraciones de diseño.
elementos en cortante

Rn = Ag.(0,60 Fy)
𝑉𝑢
ϕ = 1.0
Vu ≤ ϕR n (LRFD)

Revisar la fractura por cortante

de la placa de conexión.

Rn = Ae.(0,60 Fu)
𝑉𝑢
ϕ = 0.75
Vu ≤ ϕR n (LRFD)

Revisar la fractura por cortante de la

placa de conexión.

Proceso de diseño de conexiones

apernadas
Consiste en el análisis de:
1. Determinación del número de pernos (Nb) y/o verificar la resistencia de diseño
(Tracción, corte, corte y tracción simultáneos) de los mismos.

𝐜𝐚𝐫𝐠𝐚 𝐝𝐞 𝐝𝐢𝐬𝐞ñ𝐨
𝐍𝐛 =
𝐫𝐞𝐬𝐢𝐬𝐭𝐞𝐧𝐜𝐢𝐚 𝐝𝐞 𝐝𝐢𝐬𝐞ñ𝐨
17
2. Disposición de los pernos en la conexión.
El detalle de la conexión puedo modificar su capacidad resistente, por lo tanto, se
debe prestar atención a los siguientes aspectos:

• Separación entre los pernos

Según la norma 1618-98 Estructuras de acero para edificaciones establece:

• Distancia de los agujeros a los bordes

• Distancia que permitan colocar y apretar los pernos

• Longitudes de prensado de los pernos

3. Verificación del diseño de la conexión.

• 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

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 Corte
- Cedencia en el área o sección total
- Rotura en el área o sección efectiva

• Verificar la resistencia de diseño de los pernos por aplastamiento

• Verificar las conexiones de deslizamiento critico 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.
4. Consideraciones de fabricación, montaje, inspección y costos.

Requisitos de resistencia método LRFD

Para el proceso de diseño por resistencia según el método LRFD, se procede a
realizar varios chequeos en los que se evalúa la capacidad resistente de los conectores
y la capacidad resistente de la plancha o de miembros conectados.
Capacidad resistente de los conectores

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

∅𝑅𝑛𝑡 = ∅𝐹𝑡 ∗ 𝐴𝑏
Donde:

∅ = 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙 = 0.75

𝐹𝑡 = 𝑇𝑒𝑛𝑠𝑖ó𝑛 𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛

𝐴𝑏 = 𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑑𝑒𝑙 𝑝𝑒𝑟𝑛𝑜

• Corte
- La resistencia de diseño de los pernos en conexiones de aplastamiento
será:

∅𝑅𝑛𝑣 = ∅𝐹𝑣 ∗ 𝐴𝑏

- (Caso I) Conexiones de deslizamiento crítico. Estado límite de servicio

Bajo las cargas de servicio la resistencia de diseño será:

∅𝑅𝑛𝑣 = ∅𝐹𝑛𝑣 ∗ 𝐴𝑏 ∗ 𝑁𝑠

∅ = 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙 = 1

En conexiones con agujeros estándar, agrandados, de ranura corta y larga y de ranura larga

19
 ∅ = 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙 = 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 = 𝑁𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑙𝑎𝑛𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑡𝑒 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑐𝑜𝑛𝑒𝑥𝑖ó𝑛.

𝐴𝑏 = 𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑑𝑒𝑙 𝑝𝑒𝑟𝑛𝑜

- (Caso II) Conexiones de deslizamiento crítico. Estado límite de agotamiento

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

∅𝑅𝑠𝑡𝑟 = ∅ ∗ 1.13 ∗ 𝜇 ∗ 𝑇𝑏 ∗ 𝑁𝑏 ∗ 𝑁𝑠
∅ = 1 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑐𝑜𝑛𝑒𝑥𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 𝑐𝑜𝑛 𝑎𝑔𝑢𝑗𝑒𝑟𝑜𝑠 𝑒𝑠𝑡á𝑛𝑑𝑎𝑟

∅ = 0.85 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑐𝑜𝑛𝑒𝑥𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 𝑐𝑜𝑛 𝑎𝑔𝑢𝑗𝑒𝑟𝑜𝑠 𝑎𝑔𝑟𝑎𝑛𝑑𝑎𝑑𝑜𝑠 𝑦 𝑑𝑒 𝑟𝑎𝑛𝑢𝑟𝑎 𝑐𝑜𝑟𝑡𝑎

∅ = 0.7 Para conexiones con agujero 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

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

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

superficies rugosas
Tb = carga mínima de pretensión de los pernos
Nb = número de pernos en la conexión
Ns = número de planos de corte en la conexión

Capacidad resistente de las planchas o miembros conectados

• Capacidad resistente de las planchas por aplastamiento:

Esta capacidad resistente se debe verificar tanto en las conexiones tipo
deslizamiento critico como en las de tipo aplastamiento.

∅𝑝 ∗ 𝑅𝑛 Aplastamiento

∅𝑝 = 0.75
La capacidad resistente teórica Rn se obtiene para dos casos diferentes:

(CASO I) Cuando 𝑳𝒆 ≥ 𝟏. 𝟓𝒅𝒃 𝒐 𝒔 ≥ 𝟑𝒅𝒃

Con dos o mas pernos en la línea de acción de la fuerza

∅𝑅𝑛 = 2.4 𝑑𝑏 ∗ 𝑡 ∗ 𝐹𝑢

(CASO II) Cuando 𝑳𝒆𝟏 < 𝟓𝒅𝒃 𝒐 𝒔 < 𝟑𝒅𝒃

∅𝑅𝑛 = ∅𝑑𝑜 ∗ 𝑡 ∗ 𝐹𝑢 ≤ ∅2.4 𝑑𝑏 ∗ 𝑡 ∗ 𝐹𝑢

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

∅𝑅𝑛 = ∅[𝑠 − 𝑑𝑏/2] ∗ 𝑡 ∗ 𝐹𝑢 ≤ ∅2.4 ∗ 𝑑𝑏 ∗ 𝑡 ∗ 𝐹𝑢

Para el resto de los pernos

∅ = 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 estándar

21
 • Capacidad resistente de las planchas por desgarramiento
La capacidad resistente a desgarramiento de las planchas a lo largo de un plano de
corte, será igual al ∅𝑣𝑅𝑛 para ∅𝑣 = 0.75

𝑅𝑛 = 0.6 ∗ 𝐹𝑢 ∗ 𝐴𝑛𝑣
Donde
∅𝑣𝑅𝑛 ≥ 𝑃𝑢
Anv es el área neta sometida a corte, donde puede desgarrar el material y se
usara para determinar la resistencia del bloque de corte.

• Capacidad resistente por tracción en área gruesa

La capacidad resistente a tracción del área total o área gruesa de los miembros
conectados se obtiene:

∅𝑡 𝑁𝑡 = ∅𝑡 𝐹𝑦 𝐴 ≥ 𝑃𝑢

Donde
A es el área total o área gruesa de la sección transversal de la plancha o el perfil
conectado.

∅𝑡 = 0.9

• Capacidad resistente a tracción en área neta

La capacidad resistente a tracción en el área neta se debe verificar para 𝐴𝑛 ≤ 0.85𝐴

Siendo A el área total o área gruesa del miembro conectado.

𝐴𝑒 = 𝐶𝑡 𝐴𝑛 área efectiva

Ct = 1 cuando se colocan pernos en todos los elementos del miembro

Ct ≤ 0.9 cuando se conectan algunos elementos de un miembro mediante pernos

Para hallar la capacidad resistente a tracción se debe usar el área neta efectiva

∅𝑡 𝑁𝑡 = ∅𝑡 𝐹𝑢 𝐴𝑒 ≥ 𝑃𝑢

∅𝑡 = 0.75

• Capacidad resistente por bloque de corte

∅𝑹𝒃𝒔

La capacidad resistente por bloque de corte esta determinado por el mecanismo que
controla el modo de falla. Y son los siguientes:
a) Cedencia por corte y fractura por tracción:
Cuando 𝐹𝑢 𝐴𝑛𝑡 ≥ 0.6 𝐹𝑢 𝐴𝑛𝑣

∅𝑅𝑏𝑠 = ∅[0.6 𝐹𝑦 𝐴𝑣 + 𝐹𝑢 𝐴𝑛𝑡] ≥ 𝑃𝑢 con ∅ = 0.75

22
b) Cedencia por tracción y fractura por corte:
Cuando 𝐹𝑢 𝐴𝑛𝑡 ≤ 0.6 𝐹𝑢 𝐴𝑛𝑣

∅𝑅𝑏𝑠 = ∅[0.6 𝐹𝑢 𝐴𝑛𝑣 + 𝐹𝑦 𝐴𝑡] ≥ 𝑃𝑢 con ∅ = 0.75

𝐴𝑣 = 𝑎𝑟𝑒𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑠𝑜𝑚𝑒𝑡𝑖𝑑𝑎 𝑎 𝑐𝑜𝑟𝑡𝑒

𝐴𝑡 = 𝑎𝑟𝑒𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑠𝑜𝑚𝑒𝑡𝑖𝑑𝑎 𝑎 𝑡𝑟𝑎𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛

𝐴𝑛𝑣 = 𝑎𝑟𝑒𝑎 𝑛𝑒𝑡𝑎 𝑠𝑜𝑚𝑒𝑡𝑖𝑑𝑎 𝑎 𝑐𝑜𝑟𝑡𝑒

𝐴𝑛𝑡 = 𝑎𝑟𝑒𝑎 𝑛𝑒𝑡𝑎 𝑠𝑜𝑚𝑒𝑡𝑖𝑑𝑎 𝑎 𝑡𝑟𝑎𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛

A continuación, se explica un ejercicio en el cual se muestra el proceso de diseño de

conexiones apernadas trabajando a corte por deslizamiento crítico.
Ejemplo: La conexión indicada de tres planchas que soportan tracción, consiste en 4
pernos A325 trabajando a corte por deslizamiento crítico. Verifique el diámetro necesario
de los pernos bajo las cargas de servicio y las cargas factorizadas, para superficies
Clase B. Las cargas de servicio son: CM = 22 t CV = 14.8 t

Calculo de diámetro necesario de los pernos bajo cargas de servicio

𝑷 = 𝟐𝟐 + 𝟏𝟒. 𝟖𝟎 = 𝟑𝟔. 𝟖𝒕

Donde:

El número de planos de corte es: n = 2

Numero de pernos es: 𝑛 = 4

23
Y el factor de resistencia para deslizamiento critico es: ∅ = 𝟏

Según tabla de capacidad resistente en los pernos, tenemos:

Fv = 1195 kg/cm2 para corte en conexión tipo deslizamiento critico

En este caso debe cumplirse que:

∅𝑣 𝐹𝑣 𝐴𝑏 𝑛 𝑛 ≥ 𝑃 ∴ 𝑃 = ∑ 𝑃𝑖

Entonces de esta ecuación despejamos el valor de Ab, quedando:

1 ∗ 1195 ∗ 𝐴𝑏 ∗ 4 ∗ 2 ≥ 36800 𝑘𝑔

𝐴𝑏 ≥ 3.85 𝑐𝑚2

Según tabla se escogen los pernos 7/8” con 3.88 cm2

24
Calculo de diámetro necesario de los pernos bajo cargas factorizadas:

𝑷𝒖 = 1.2 ∗ 22 + 1.6 ∗ 14.8 = 50 𝑡

Donde: ∅𝑣 𝑅𝑠𝑡𝑟 ≥ 𝑃𝑢

Para agujeros estándar tenemos que: ∅𝑣 = 1

Y 𝜇 = 0.5 𝑝𝑜𝑟 𝑠𝑒𝑟 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒 𝑐𝑙𝑎𝑠𝑒 𝐵

Quedando 𝑅𝑠𝑡𝑟 = 1.13 𝜇 𝑇𝑏 𝑛 𝑛

𝑅𝑠𝑡𝑟 = 1.13 ∗ 0.5 ∗ 𝑇𝑏 ∗ 4 ∗ 2 ≥ 50.000 𝑘𝑔

Debe cumplirse que 𝑇𝑏 ≥ 11.062 𝑘𝑔

Según tabla de fuerzas minimas de tracción Tb en los pernos buscamos un valor

de Tb mayor al calculado para pernos A325. Este valor de Tb =12.700 kg corresponde
a pernos de ¾” de diámetro.

Luego de comparar ambos resultados de diámetros de pernos se concluye que

controla el estado limite bajo cargas de servicio, ya que da mayor diámetro y puede
satisfacer ambos casos de cargas (bajo servicio o cargas factorizadas), por lo cual los
pernos a colocar serán lo de 7/8”.

Conexiones Soldadas
La soldadura es un proceso donde se unen elementos metálicos, calentándolos
hasta el estado fluido o casi fluido y aplicando o no presión entre ellos. Entre las ventajas
de las soldaduras frente a otros tipos de unión se pueden mencionar:

• Economía de material

• Rapidez de ejecución de las uniones

• Perfecta conexión de los elementos

• Limpieza en los acabados

25
El proceso de diseño de conexiones soldadas consiste en el análisis de:

1. Determinación el tipo de soldadura a utilizar

2. Determinación de los electrodos

3. Cálculo del área efectiva de soldadura

4. Verificación de la resistencia de diseño de la soldadura empleada

Según los requisitos sismorresistentes de la norma 1618-98 Estructuras de acero

para edificaciones las juntas soldadas se harán conforme a la especificación del
procedimiento de soldadura preparada por el ingeniero estructural conforme a las
exigencias de la Norma AWS D1.1 vigente y dentro de los parámetros establecidos
por el fabricante del metal de aporte.

Proceso de soldadura. SMAW (Shielded Metal Arc Welding)

Entre los diferentes procesos de soldadura se pueden enumerar los siguientes:

1. Soldaduras a presión

2. Soldaduras a fusión

3. Soldaduras por calentamiento y fusión

Tipos de Soldadura

✓ Soldadura de ranura: se usan cuando las piezas a unir esta alineadas en un

mismo plano o en T, y tienen sus bordes previamente preparados. La ranura
puede ser de penetración completa o parcial y las piezas pueden tener espesores
iguales o diferentes. Esta Soldadura de penetración es utilizada cuando se
quiere una soldadura monolítica entre los elementos conectados. Puede ser de
penetración parcial, si solo cubre parte del espesor de uno de los elementos, o
total.

26
 ✓ Soldadura de filete: es la mas sencilla de ejecutar, no requiere mayor fabricación
de las partes a unir.

✓ Soldadura de tapón o canal: se usan ocasionalmente en juntas de solape, como

resistencia adicional, y van totalmente rellenas de material de aporte. Se les
emplea usualmente para conectar planchas.

Las soldaduras de ranura o de filete toman diferentes denominaciones según la

posición que ocupa el operario con respecto a la junta durante la ejecución de la
soldadura. Se las conoce por:

• Soldadura plana

• Soldadura horizontal

• Soldadura vertical

• Soldadura sobre cabeza

Soldadura plana: es aquella en la cual el cordón es horizontal y el metal

de aporte se vierte desde encima. Es la posición ideal para soldar.

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Defectos en uniones soldadas

Los defectos en uniones soldadas pueden ocurrir cuando hay una

insuficiente preparación del material y la velocidad de deposito incorrecta del
metal de aporte, son algunas de las causas que pueden ocasionar defectos en
las uniones soldadas. Entre estos defectos se pueden enumerar:

• Socavación

• Penetración insuficiente

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 • Falta de fusión

• Inclusiones de impurezas

• Burbujas de aire o gas

• Desgarramiento laminar

Inspección de las soldaduras

Toda soldadura debe ser cuidadosamente ejecutada e inspeccionada

por personal capacitado para asegurar su calidad y eficacia. una soldadura bien
ejecutada resulta en general de 1.5 a 2 veces mas resistente que las partes
conectadas, esto es debido a que los electrodos se fabrican con aceros
especiales de calidad superior al metal base de los miembros que conectan.

Las inspecciones utilizadas para verificar la calidad de las soldaduras pueden ser:

• Inspección visual

• Inspección con calibradores

• Inspección mediante partículas magnéticas

• Inspección a base de tinturas colorantes

• Métodos ultrasónicos
29
 • Métodos radiográficos

Usos típicos de soldaduras de filete

Placas base de columnas

Conexión de tubo circular a placa

Conexión de viga secundaria a viga principal

Miembros armados

Columna en cajón

Conexiones rígidas

Empalmes

Conexiones simples

Ángulos de apoyo

Símbolo de soldadura

Soldadura de filete junta traslapada

Soldadura de filete miembro armado

30
Soldadura de filete intermitentes

Soldadura de penetración parcial

31
 Conexión columna placa base

Electrodos para soldar

Los electrodos que se emplean en soldaduras de arco, están normalizados por

AWS (American Welding Society). La resistencia de un electrodo se define como su
resistencia limite de tracción, y la notación standard para especificar un electrodo es:

EXXXX

E significa Electrodo, las dos primeras X representan la resistencia de 60, 70,

80, 90, 100 a 120 en kilo-libras por pulgada cuadrada.

Los dígitos restantes indican la posición para soldar, que puede ser plano,
horizontal, vertical o sobre cabeza. Cuando la penúltima cifra es 1 tiene cualquier
posición, cuando es 2 el cordón tiene posición plana u horizontal

La ultima cifra expresa la fuente de la corriente, polaridad y técnica de la

soldadura, así como el tipo de recubrimiento del electrodo.

de diseño en conexiones soldadas. Método LRFD

El procedimiento de diseño de las conexiones soldadas comienza con la

selección del proceso de soldadura y el electrodo correspondiente. Las normas AISC
y Covenin suponen que se ha seleccionado el proceso de soldadura por arco (SMAW).

La capacidad de resistencia de agotamiento de la soldadura requiere determinar

y calcular la longitud Lw.

32
 𝑃𝑣 < 𝐴𝑤 ∅ 𝑅𝑛

𝑃𝑣 < (𝑡𝑤 𝐿𝑤) ∅ 𝑅𝑛

𝑃𝑣 < (𝑡𝑤 ∅ 𝑅𝑛) 𝐿𝑤

𝑃𝑣 < ( ∅𝐹𝑅 ) 𝐿𝑤

Donde:

Tw es la garganta mínima efectiva. Para soldaduras en filete Tw = 0.707D donde

D es la dimensión del lado o tamaño de la soldadura

Lw = longitud de la soldadura

Para soldadura de filete se tiene longitudes mínimas y máximas

Lmin = 4D

Lmax = 70D

Para uniones solapadas el solape mínimo Lw será:

2 𝑡𝑚𝑖𝑛
𝐿𝑤 min = {
25 𝑚𝑚

∅𝐹𝑅 corte de diseño de la soldadura de filete

33
Pv carga sobre la conexión

Para el diseño de conexiones soldadas se debe:

1. verificar que para el corte en el área efectiva de la soldadura ∅𝐹𝑅 no exceda

la resistencia nominal de los elementos que se conectan:

∅𝐹𝑅 = 0.90𝐹𝑦 𝐴

∅𝐹𝑅 = 0.75𝐹𝑢𝐴𝑒

2. Escoger el tamaño de la soldadura D según:

3. Calcular la longitud total de la soldadura Lw según la expresión

𝑁𝑢
𝐿𝑤 =
∅𝐹𝑟
34
 Resistencia de diseño de los elementos conectados

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

Tracción:

Cedencia ∅𝑅𝑛 = 0.90 𝐹𝑦 𝐴

Rotura ∅𝑅𝑛 = 0.75 𝐹𝑢 𝐴𝑒

Corte:

Cedencia ∅𝑅𝑛 = 0.90(0.6 𝐹𝑦) 𝐴

Rotura ∅𝑅𝑛 = 0.75 (0.6𝐹𝑢) 𝐴𝑛𝑐

Bloque cortante:

Como no hay perforaciones Ant = At = Ast

Anc = Ae = Abt

Cuando 𝐹𝑢 𝐴𝑛𝑡 ≥ 0.60 𝐹𝑢 𝐴𝑛𝑐

∅𝑅𝑛 = ∅(0.60𝐹𝑦 𝐴𝑣 + 𝐹𝑢 𝐴𝑛𝑡)

Cuando 𝐹𝑢 𝐴𝑛𝑡 < 0.60 𝐹𝑢 𝐴𝑛𝑐

∅𝑅𝑛 = ∅(0.60𝐹𝑢 𝐴𝑛𝑐 + 𝐹𝑦 𝐴𝑡)

35
 A continuación, se explica un ejercicio en el cual se muestra el proceso de
diseño de conexiones soldadas.
Ejemplo: Diseñe la soldadura de filete con cordones transversales únicamente,
para planchas solapadas de la figura, que soporta una carga axial de tracción
factorizada Pu = 37.5 t. El acero es AE25 use solape mínimo y D máximo.

a) Verificación de la capacidad resistente a tracción de las planchas

∅𝑡 𝑅𝑛 = ∅𝑡 𝐹𝑦 𝐴 = 0.9 ∗ 2500 ∗ 𝐴 ≥ 𝑃𝑢

Para la plancha 1

∅𝑡 𝑅𝑛 = ∅𝑡 𝐹𝑦 𝐴 = 0.9 ∗ 2500 ∗ 20 ∗ 1.5 = 67.5 𝑡

Plancha 2

∅𝑡 𝑅𝑛 = ∅𝑡 𝐹𝑦 𝐴 = 0.9 ∗ 2500 ∗ 28 ∗ 1.2 = 75.6 𝑡

b) Diseño de la soldadura

El tamaño nominal de los cordones en ambas caras es el mismo. Se usan electrodos

E70XX.

Dmin = 6mm

Dmax= 12 -2 = 10mm

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𝑇𝑤 = 7.07 mm

𝑁𝑢 37500
𝐿𝑤 = = = 24 𝑐𝑚
∅𝐹𝑟 1565.29

Para un retorno de 2D=2 cm a ambos lados, el cordon de soldadura frontal

se extiende en todo el ancho b=20cm de la plancha. El solape mínimo será_

𝐿𝑤 𝑚𝑖𝑛 = 5 ∗ 1.2 = 6𝑐𝑚

Adicionalmente, se coloca un cordón de 5 cm de longitud en la parte posterior

de las planchas, de igual tamaño nominal que el calculado, para evitar la
separación de los bordes.

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