Conexiones Estructurales Final

INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHETUMAL
ARQUITECTURA
ESTRUCTURA DE ACERO
MAESTRO: MOISÉS HERNÁNDEZ AKÉ
A6B
UNIDAD IV
DISEÑO DE CONEXIONES
ALUMNO: GEOVAHN ALBERTO MAGANA
INDICE
• Tipos de conexiones
• Características
• Ventajas y desventajas.
• Cuadro sinóptico de diseños de conexiones
• Eficiencia y diseño de conexiones.
• Modos de falla de las conexiones
• Bibliografías
 Investigar y describir sobre los siguientes subtemas:
Diferentes tipos de conexiones (remachadas, atornilladas y
soldadas), caracteristicas y comportamientos.
Evaluar las ventajas y desventajas de los distintos tipos de
conexiones estructurales.
Elaborar un cuadro sinóptico de diseños de conexiones trabe-
columna, soldadas, atornilladas y remachadas.
Relacionar la Eficiencia y diseño de conexiones.
Identificar los Modos de falla de las conexiones esto en
presentacion de powerpoint
Tipos de conexiones
 En la construcción con estructuras metálicas es menester que los diferentes elementos que
componen una estructura, puedan ensamblarse o incorporarse de tal manera que el
comportamiento de ésta no se vea afectado y funcione tal y como fue diseñada. Una correcta
evaluación y análisis de la cantidad y tipo de conexiones que llevará una estructura de
acero, puede influir en forma significativa en el costo final de ésta.
 Para la selección del tipo de conexiones se debe tomar en consideración el comportamiento
de la conexión, las limitaciones de construcción, la facilidad de fabricación y aspectos de
montaje.
Remaches
 Son el método de unión para elementos de acero más antiguo de los
presentados en este blog. Su primera aparición se remonta al siglo XIX
con la construcción de los primeros puentes de hierro colado y/o forjado,
siendo los roblones el medio de unión entre los elementos de dichos
puentes.
 Para hacer las uniones correspondientes, las planchas que se debían
unir se perforaban en un patrón determinado por cálculo, reforzando los
empalmes y traslapes con planchas igualmente perforadas siguiendo el
mismo modelo.
 Luego de alinear ambas planchas, los roblones o remaches (que tienen
una cabeza ya preformada en forma redondeada) se colocan
precalentados a una temperatura de aprox. 1.200ºC, pasándolos por las
perforaciones y acto seguido son remachados en la cara opuesta hasta
conformar la segunda cabeza.
 Al enfriarse, su eje sufrirá una contracción que ejercerá una fuerte
presión sobre los elementos que se están uniendo (Fig. 1). Este sistema
de conexión funciona por la enorme dilatación térmica del acero que
permite que, aún elementos relativamente cortos como los roblones, se
contraigan significativamente al enfriarse desde los 1.200ºC hasta la
temperatura ambiente.
 Actualmente el uso del roblón se ha ido desplazando por otro tipos de
uniones tales como las uniones soldadas y las uniones apernadas, cuyos
métodos se mencionan más abajo.
Soldadura
 La soldadura es la forma más común de conexión del acero estructural y consiste
básicamente en la unión de dos piezas de acero mediante la fusión superficial de
las caras a unir en presencia de calor y con o sin aporte de material agregado.
 Cuando el material agregado es el mismo o similar al material de los elementos que se
desean unir conservando la continuidad del material y sus propiedades mecánicas y
químicas, el calor debe alcanzar a fundir las caras expuestas a la unión. Las conexiones
soldadas logran una mayor rigidez, menores costos por reducción de perforaciones y
empleo de una menor cantidad de acero lo que propicia una mayor limpieza y acabado
en las estructuras, por mencionar algunas ventajas.
 No obstante, cuenta con grandes limitaciones relacionadas con la posibilidad real de ser
aplicadas y evaluadas correctamente, ya que se ve afectada por factores como el
espacio de maniobrabilidad, la posición del soldador, condiciones atmosféricas etc.
Por tal motivo existe una convención típicamente aceptada que es mejor que las
uniones soldadas se realicen en taller dónde se puede trabajar en un ambiente
controlado, en forma automatizada o con los operadores en posiciones suficientemente
cómodas para garantizar un buen cordón de soldadura. Asimismo, en taller es mucho
más factible el someter las soldaduras a un exigente control de calidad, que incluye la
certificación mediante rayos-x o ultrasonido de las soldaduras, lo que en terreno
frecuentemente es costoso y a veces imposible de realizar.
Tornillos
 Los tornillos son conexiones rápidas 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.
 Entre las ventajas de estas conexiones hay que destacar que son fáciles
de transportar, existe una gran variedad de medidas, largos, diámetros y
resistencia; y finalmente, que son fáciles de remover, factor importante
para el montaje y desmontaje de los componentes de la estructura.
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

VENTAJAS Y DESVENTAJAS VENTAJAS
CONEXCIONES SOLDADAS
 El empleo de conexiones soldadas en vez de atornilladas o remachadas

permite un ahorro de material (hasta de un 15%).
 La soldadura permite una gran variedad de conexiones, cosa que no se
puede con remaches o tornillos.
 Las conexiones soldadas son más rígidas que las demás, lo cual permite
una verdadera continuidad en la transmisión de elementos mecánicos entre
miembros.
 Debido a la mayor resistencia del metal de aportación las conexiones
soldadas permiten una gran resistencia a la fatiga.
 DESVENTAJAS
 Las conexiones rígidas puede no ser óptimas en el diseño.
 La revisión de las conexiones soldadas no es muy sencillo con respecto al
resto.
 La creencia de la baja resistencia a la fatiga en conexiones soldadas
Ventajas y desventajas del
remachada
 Entre los aspectos positivos de la liberación:
 rendimiento tecnológico sencilla;
 la capacidad de combinar metales diferentes;
 fiabilidad de las conexiones de alta;
 resiste vibraciones y choques.
 Sin embargo, como cada conexión, hay algunos inconvenientes, entre los cuales
son los siguientes:
 para crear una unión de remache, es necesario pasar una gran cantidad de metal;
 Se requiere de mano de obra significativos;
 alto costo;
 juntas remachadas pueden deteriorarse debido a agujeros de diámetro indebidos
que están en los bordes de los productos;
 durante el funcionamiento compuesto estanqueidad disminuye.
La eficiencia de diseño de
conexiones
 Categorías de uniones atornilladas
 Las uniones atornilladas se clasifican, en función de la manera de trabajar de
los tornillos, en cinco categorías. Tres de ellas corresponden a uniones en las
que los tornillos están solicitados en dirección normal a su eje (categorías A,
B y C); y otras dos (categorías D y E), a uniones en las que los tornillos están
solicitados en la propia dirección de su eje, esto es, a tracción.
 Categoría A: Son uniones en las que los tornillos, bien sean de tipo
ordinarios o de alta resistencia, trabajan a cortante y aplastamiento. Si los
tornillos son de alta resistencia, calidades 8.8 ó 10.9, no es preciso que estén
pretensados, ni que las superficies en contacto estén preparadas de manera
especial. Su cálculo se efectuará de acuerdo con lo dispuesto en los
apartados siguientes como se verá.
 Por evidentes razones de economía, se emplearán habitualmente uniones de esta
categoría cuando los tornillos vayan a estar solicitados en dirección normal a su eje.
 Cuando la pieza esté sometida a fatiga, a impactos o a esfuerzos alternativos, se
recomienda que se empleen tornillos de alta resistencia, los cuales estarán
pretensados hasta alcanzar el tensado del tornillo el valor N0 indicado en el
apartado 8, aunque los tornillos pueden seguir calculándose a cortante y
aplastamiento.

 Categoría B: Son uniones realizadas con tornillos de alta resistencia pretensados,
con superficies en contacto preparadas, que se desea que no deslicen en el estado
límite de servicio (ELS). El esfuerzo Fs,Ed a transmitir, deberá cumplir que:
 Fs,Ed ≤ Fs,Rd
 siendo Fs,Rd el valor máximo de resistencia dado en el apartado 8.
 Categoría C: Son uniones realizadas con tornillos de alta resistencia pretensados, con
superficies en contacto preparadas, que se desea que no deslicen en el estado límite último
(ELU). El esfuerzo Fs,Ed a transmitir, calculado en estado límite último (ELU), deberá cumplir:
 Fs,Ed ≤ Fs,Rd
 siendo Fs,Rd el valor máximo de resistencia dado en el apartado 8.

 En esta categoría se comprobará además que en estado límite último (ELU) se cumple que:
 - La unión resiste a cortante y aplastamiento de acuerdo con lo dispuesto en el apartado 7.
Esta condición podrá considerarse satisfecha si el espesor tmin de la pieza más delgada a
unir es superior al valor d/2,4 si las piezas son de acero S235 ó S275, o bien superior al valor
d/3,1 si las piezas son de acero S355;
 - El esfuerzo a transmitir, Fs,Ed, es inferior a la resistencia plástica del área neta de la pieza:
 Fs,Ed ≤ Anet · fy / γM0
 Esta categoría de uniones se empleará cuando, para simplificar el montaje, se utilicen
taladros a sobremedida o rasgados en la dirección del esfuerzo a transmitir, o cuando se
estime que cualquier deslizamiento de la unión pueda deteriorar sensiblemente la resistencia
o la rigidez de la estructura, o cuando los tornillos trabajen conjuntamente con cordones de
soldadura en uniones híbridas.
 Categoría D: Son uniones realizadas con tornillos ordinarios o de alta
resistencia trabajando a tracción. Si se emplean tornillos de alta
resistencia, no es preciso que estén pretensados ni que las superficies en
contacto estén preparadas. No se recomienda el uso de uniones de esta
categoría cuando hayan de estar sometidas a variaciones frecuentes del
esfuerzo de tracción a transmitir, aunque se admite su uso si dichos
esfuerzos de tracción son debidos únicamente a cargas de viento.

 Categoría E: Son uniones realizadas con tornillos de alta resistencia
pretensados trabajando a tracción. El pretensado mejora la rigidez de la
unión en estado límite de servicio y la resistencia a fatiga, aunque esta
última dependerá en gran medida de los detalles constructivos y de las
tolerancias del ajuste entre piezas. Sólo es preciso preparar las
superficies si la unión está sometida a esfuerzos normales al eje de los
tornillos, además de a tracción (Uniones de categorías E+B ó E+C).

Conexiones Remachadas
 En el análisis de una unión remachada se debe determinar, por una parte, la carga
transmitida por cada remache y por otra parte el estado tensional en el entorno de los
taladros de las piezas que se van a unir. Con el análisis de estas tensiones y el
conocimiento de los posibles mecanismos de fallo y sus valores admisibles, se podrá
proponer criterios de fallo para el diseño de uniones remachadas. En un a unión
remachada con varias filas de remaches, la diferencia entre la carga total que llega a cada
fila de remaches menos la carga que se transfiere por dicha fila se denomina carga
circulante. En cada fila de remaches, se deben pues calcular los valores de carga
transferida y carga circulante pues cada tipo de carga es responsable de un tipo de fallo.
Utilicemos el esquema de la unión de dos chapas a solape simple con dos filas de
remaches mostrado en la Fig. 2-5 para ilustrar los conceptos de carga transferida y carga
circulante.
Conexiones soldadas
 La resistencia de diseño f R n y la resistencia permisible R n /W, de conexiones soldadas debe ser el menor de los valores
de la resistencia del material base y la resistencia del metal de soldadura esta última determinada de acuerdo con el
estado límite de fluencia como sigue:
 Para el Metal Base

 Rn = Fbm Abm

 Para el Metal de Soldadura
 Rn = Fnw Awe

 Donde:

 FBM= Esfuerzo de tensión nominal del metal base, kg/cm 2 .
 Fnw= Esfuerzo de tensión nominal del metal de soldadura, kg/cm 2 .
 ABM= Área de la sección transversal del metal base, cm 2 .
 Awe= Área efectiva de la soldadura, cm 2 .
Resistencia
disponible
en
conexiones
soldadas
Danos típicos
en conexiones
Danos típicos en
conexiones
Falla en Tornillo
Bibliografía
 https://blog.laminasyaceros.com/blog/uniones-y-conexiones-en-es
tructuras-de-acero
 http://
www.arquitecturaenacero.org/uso-y-aplicaciones-del-acero/solucio
nes-constructivas/conexiones-en-aceroapernadas-o-soldadas
 https://
www.slideshare.net/william0388/uniones-y-conexiones-en-estruct
uras-de-acero
 http://materiales.azc.uam.mx/gjl/Clases/ELEMACERO/S2.pdf

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