Clase Estructura Acero Clase 2

Universidad Católica Andrés Bello – Escuela de Ingeniería Civil – Proyecto de Estructuras de Acero

Universidad Católica Andrés Bello Escuela de Ingeniería CivilProyecto de Estructuras de Acero

• TEMA 2– Criterios generales para las uniones.– Criterios de diseño para miembros conectados por pernos o soldaduras.– Secciones armadas.

• Requisitos:– Capítulos 21 de COVENIN 1618-1998– Sección J AISC 360-2005– Capitulo 14, 15 y 16 de COVENIN 1618-1998– Secciones D, E y F de AISC 360-2005

Tema 2



• TEMA 2– Medios de unión

• El AISC 360-2005 en su sección J1.4 (21.13 1618-1998) requiere:– Las columnas a compresión cuya superficie son maquinadas para

estar en contacto en los empalmes deberán existir suficientes conectores para mantener la columna en sitio.

– Cuando miembros a compresión diferentes a las columnas son maquinados para estar en contacto en el empalme, el material delempalme y sus conectores serán suministrados para mantener las partes en sitio. El diseño se realizara según uno de los siguientes criterios (puede usarse el menor):

» Una fuerza axial igual al 50% del esfuerzo de compresión requerido.

» El momento y el corte resultante de una carga transversal igual al 2% de la carga de compresión. La carga transversal será aplicada en donde se encuentra el empalme sin incluir las otras cargas que actúan en la columna. El elemento se tomará articulado en ambos extremos para determinar el corte y los momentos que actúan en el empalme.

– Medios de unión




• El AISC 360-2005 en su sección J1.4 requiere:» Los empalmes se ubicarán alejados 1,2m del sitio de la

conexión viga columna, pero no más lejano que la mitad de la columna.

• El AISC 360-2005 en su sección J1.5 (21.7.3 1618-1998) requiere que en los empalmes de sección pesadas en Juntas de Penetración Completa (JPC ó CJP en ingles) deben realizarse ventanas de acceso y debe de realizarse el ensayo de impacto.

• Aunque el AISC 360-2005 en su sección J.1.7 (21.10 1618-1998) establece que los baricentros de las soldaduras y los baricentros de los pernos deben de coincidir con el baricentro del elemento, esto no es siempre posible. En caso de no coincidir se deberán de realizar los análisis necesarios para tomar en cuenta las excentricidades. Esto no es aplicable a ángulos sencillos y dobles y miembros similares.





• Pernos en combinación con soldaduras.– En J1.8 del AISC 360-2005 se especifica que no se permite la

combinación de pernos y soldaduras en una unión con la excepción de una unión a corte con los pernos permitidos en la sección A.3. La resistencia de los pernos no se tomara mayor que el 50% de su resistencia al aplastamiento. (Esto no coincide conlo expuesto en 21.11 1618-1998)

– Todos los pernos de alta resistencia colocados en una unión tipo fricción y los pernos normales ya sea en reparaciones o uniones nuevas se consideran comparten la carga según establece el AISC 360-2005 J1.9 (21.12 1618-1998)




• TEMA 2– Medios de unión, pernos

• Los códigos tiene pocas restricciones al sitio donde deben usarse los diferentes tipo de apriete de pernos menos y las mismas deben conocerse. El AISC 360-2005 en su sección J1.10 (21.13 en 1618-1998) requiere:

– Las juntas de pernos totalmente tensionados, tipo fricción o soldaduras deben ser usadas para las siguientes conexiones:

» Empalmes de columnas en edificaciones de varios pisos sobre los 38m de altura.

» Conexiones de las vigas principal y secundarias a las columnas y cualquier viga principal y secundaria de las cuales depende el sistema de arriostramiento en estructuras sobre los 38m de altura.

» En todas las estructuras de grúa sobre las 5t de capacidad, cerchas de techo, conexiones de cerchas a columnas, empalmes de columnas, empalmes de arriostramientos, tipo rodilla (knee braces) y soportes de gruas.





• El RSC (22.7 1618-1998) requiere que se suministren los detalles técnicos de las arandelas en el diseño de las uniones:

– Una arandela endurecida (ASTM F436) biselada puede usarse cuando la pendiente de una superficie de agarre con respecto a la otra tiene una pendiente mayor a 1:20 respecto a la cara perpendicular al eje del perno.

– Se requieren arandelas endurecidas (ASTM F436) al usar pernos ASTM A325 ó A490 en conexiones tipo fricción (fully tensioned) y unines sometidas a tracción y cuando se usan conexiones de corte (snug tight) en agujeros ovalados. Para otras conexiones las arandelas endurecidas no son requeridas.

– Cuando el apriete de los pernos se realice por medio de llave calibrada se deberá colocar una arandela endurecida (ASTM F436) en el lado del uso de la llave.

– Medios de unión,




• El RSC (22.7 1618-1998) requiere que se suministren los detalles técnicos de las arandelas en el diseño de las uniones:

– Una arandela endurecida (ASTM F436) se usará cuando se use pernos ASTM A325 ó A490 con agujeros ranurados o agrandados.

– Cuando se usen pernos ASTM A325 ó A490 mayores de una pulgada (25mm) de diámetro en agujeros ranurados o agrandados la arandela endurecida (ASTM F436) deberá tener un espesor mínimo de 5/16 de pulgada (8mm).

– Una plancha de relleno con agujeros estándar deberá usarse cuando pernos ASTM A325 ó A490 de una pulgada (25mm) o menos son usados con agujeros ranurados largos. Esta plancha deberá tener al menos 5/16 de pulgada (8mm) y no es necesario que este endurecida.





• Cuando por los requerimientos de diseño no se pueden usar pernos ASTM A325, A325M, F1852, A490, A490M debido a que la longitud requerida excede 12 veces el diámetro ó diámetros que son mayores a 1-1/2 pulgada (38mm), pernos o barras roscadas que cumplan con ASTM A354 Gr. BC, A354 Gr. BD ó A449 pueden usarse.




• TEMA 2– Estados limites revisados hasta este tema

Ruptura de bloque de corte (BSR Block Shear Rupture)Aplastamiento de pernos (BB Bolt Bearing)Ruptura de pernos por tensión (BT Bolt tension Fracture)Ruptura de pernos por corte (BS Bolt Shear)

– Flexión loca de las alas (FLB Flange Local Bending)– Pandeo del alma por compresión (WCB Web Compresion Buckling)– Aplastamiento del alma (WC Web Crippling)– Pandeo local del alma (WLB Web Local Buckling)– Fluencia local del alma (WLY Web Local Yielding)– Fluencia por flexión (FY Flexure Yielding)

Apalancamiento (PA Prying Action)Fluencia por corte (SY Shear Yielding)Ruptura por corte (SR Shear Rupture)Fluencia por tensión (TY Tension Yielding)Ruptura por tensión (TR Tension Rupture)

– Soldadura gastada (W Weld wear)Sección de Whitmore (WS Whitmore Section - Yielding / Buckling)

Estado limites



• TEMA 2– Miembros compuestos– 14.5 Miembros compuestos en tracción

• Los miembros traccionados constituidos por dos o más perfiles o planchas, separados unos de otros por planchas de relleno intermitentes, se conectarán entre sí en lo sitios donde se colocan los rellenos a intervalos tales que la relación de esbeltez de cada uno de los elementos componentes entre conectores no exceda de 300. La separación longitudinal de los conectores que conectan una plancha y un perfil en un miembro compuesto sometido a tracción, o dos planchas componentes en contacto entre será la indicada en los Artículos 22.4 y 22.5.

• 22.4 Separación entre agujeros.• 22.5 Separación de los agujeros al borde.




• TEMA 2– Miembros compuestos– 14.5 Miembros compuestos en tracción.

• En los lados abiertos de los miembros compuestos sometidos a tracción pueden utilizarse tanto planchas de cubierta con agujeros de acceso como presillas sin rejillas. Las presillas tendrán una longitud no menor que dos tercios de la distancia entre las líneas de conectores o soldaduras que los unen a los componentes del miembro, y su espesor no será inferior a 0.02 veces la distancia entre esas líneas. La separación longitudinal de sus conectores o soldaduras intermitentes no excederá de 300 mm. La separación de las presillas será tal que la relación de esbeltez de cualquier elemento componente entre ellas no sea superior a 450.




• TEMA 2– Miembros compuestos– 15.8 Miembros compuestos en compresión

• En los extremos de los miembros compuestos comprimidos que se apoyen en planchas de repartición o superficies precisamente planas todos los componentes que estén en contacto entre sí se conectarán por soldaduras continuas de longitud no inferior al ancho máximo del miembro o por pernos separados longitudinalmente no más de 4 diámetros, hasta una distancia igual a 1.5 veces el ancho máximo del miembro.

• La separación longitudinal de los pernos intermedios o las soldaduras intermitentes en los miembros compuestos será la adecuada para transmitir las fuerzas calculadas. La separación longitudinal de los pernos que conectan una plancha y un perfil en un miembro compuesto sometido a tracción, o dos planchas componentes en contacto entre si será la indicada en los Artículos 22.4 y 22.5.

• 22.4 Separación entre agujeros.• 22.5 Separación de los agujeros al borde.




Fuente 1618-1998




• Donde un componente de un miembro compuesto comprimido consiste de una plancha exterior, la separación máxima no excederá el espesor de la plancha exterior más delgada multiplicado por

• cuando se coloquen pernos en cada sección a lo largo de todas las líneas longitudinales de éstos, o cuando se provean soldaduras intermitentes a lo largo de los bordes de las piezas componentes; pero en ningún caso esta separación será superior a 300 mm. Cuando los pernos o soldadura se dispongan en tresbolillo, la separación máxima sobre cada línea longitudinal de éstos no excederá el espesor de la plancha exterior más delgada multiplicada por


yFE⋅73,0

mmFE

y⋅≤⋅ 45073,0



mmFEts

y

30073,0 ≤⋅⋅≤Fuente 1618-1998



mmFEts

y

4501,1 ≤⋅⋅≤Fuente 1618-1998




• Los miembros comprimidos compuestos por dos o más perfiles separados entre sí mediante planchas de relleno intermitentes, deberán estar conectados entre sí en estos rellenos a intervalos, a, tales que la relación de esbeltez k·a/ri de cada perfil, entre los conectores no exceda 0.75 veces la relación de esbeltez que controla el diseño del miembro compuesto en su totalidad. Al calcular la relación de esbeltez de cada componentes se utilizará su radio de giro mínimo ri. Las conexiones extremas serán soldadas o empernadas con pernos totalmente tensionados sobre superficies libres de cascarilla de laminación o limpiadas con chorro de arena para garantizar superficies con acabados Clase A.



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• La resistencia de los miembros compuestos de dos o más perfiles se determinará según las disposiciones del Artículo 15.5, pero con la siguiente modificación. Si el modo de pandeo implica deformaciones relativas que produzcan fuerzas de corte en los conectores de los perfiles individuales, la relación k·L/r se reemplazará por la relación de esbeltez modificada, (k·L/r)m , calculada de la siguiente manera:

• Para pernos ajustados (snug tight)


( ) ( ) 22⎟⎠⎞⎜

⎝⎛+⋅=⋅

ira

rLk

rLk




• Para soldaduras o pernos completamente apretados como se requiere en uniones que trabajan por fricción:

• Donde• A distancia entre medios de unión• a/ri la mayor relación de esbeltez de los miembros a unir• a/rib relación de esbeltez de los componentes individuales relativos a

su eje baricéntrico paralelo al eje de pandeo.• h distancia entre los baricentros de los componentes individuales

perpendiculares al eje de pandeo del miembro.


( ) ( )( )

2

2

22

182,0 ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅

+⋅+⋅=⋅

ibom r

ar

Lkr

Lkα

α




• Donde• (k·L/r)m relación de esbeltez modificada del miembro compuesto.• (k·L/r)o relación de esbeltez del miembro compuesto actuando como

una unidad.• ri radio de giro mínimo del componente individual.• rib radio de giro de los componentes individuales referidos a su eje

baricéntrico paralelo al eje de pandeo.• α relación de separación calculada como h/2 rib.




Fuente 1618-1998




• En los extremos de miembros compuestos sometidos a compresión que se apoyan en placas de asiento o superficies cepilladas, todas las componentes en contacto entre sí deberán conectarse por medio de soldaduras que tengan una longitud no inferior al ancho máximo del miembro, o por miembros espaciados longitudinalmente, a intervalos que no sobrepasen cuatro diámetros en una distancia de 1.5 veces el ancho máximo del miembro.

• Los lados abiertos de los miembros comprimidos compuestos de planchas o perfiles se enlazarán por medio de planchas de cubierta perforadas con una sucesión de agujeros de acceso. El ancho de tales planchas en los agujeros de acceso, como se definió en la Tabla 4.1(b), se supone contribuyente a la resistencia de diseño, cuando se cumplen las siguientes condiciones:





– La relación ancho / espesor es menor de

– La relación entre la longitud (en la dirección de las tensiones) respecto al ancho del agujero no excede de dos (2).

– La distancia libre entre los agujeros en la dirección de las tensiones no es menor que la distancia perpendicular entre las líneas más próximas de conectores o soldaduras.

– La periferia de los agujeros tiene en todos sus puntos un radio mínimo de 40 mm.


yFE⋅18,0




• Como alternativa a las planchas de cubierta perforadas, los lados abiertos de los miembros comprimidos compuestos de planchas o perfiles se enlazarán mediante rejillas y se dispondrán adicionalmente presillas en cada extremo, así como en puntos intermedios si las rejillas se interrumpen. Las presillas estarán tan cerca de los extremos como sea posible. En los miembros principales que soporten las cargas de diseño , las presillas extremas tendrán una longitud no menor que la distancia entre las líneas de conectores o soldaduras que las unen a los componentes del miembro, y la longitud de las presillas intermedias no será inferior a la mitad de esta distancia. El espesor de las presillas no será menor de 0.02 veces la distancia entre las líneas de pernos o soldaduras que las unen a los segmentos de los miembros. En las estructuras soldadas, la soldadura en cada línea que conecta a una presilla totalizará no menos de un tercio de la longitud de la plancha. En las estructuras empernadas, la separación longitudinal entre pernos en las presillas no será superior a 6 diámetros y éstas se conectarán a cada segmento al menos con tres pernos.




mmrba

DL

tD

b

40;

;2

;2660

≥≥

⋅≤

⋅≥

Fuente 1618-1998




• Las rejillas, incluyendo barras planas, ángulos, canales u otros perfiles empleados como enrejado, estarán separadas de tal manera que la relación de esbeltez L/r del ala incluida entre sus conexiones no serásuperior a la esbeltez que controla al miembro completo. Las rejillas se dimensionarán para resistir una fuerza cortante perpendicular al eje del miembro igual al dos por ciento (2%) de su fuerza de compresión. Por otra parte, la relación L/r para las barras del enrejado dispuestas en sistemas de rejilla sencilla no excederá de 140, mientras que para sistemas de rejillas doble esta relación no superará de 400, debiéndose entonces unir las barras en sus intersecciones.




btaL

ba

⋅≥⋅≥

≥

02,0;33.0

;222

2

btaL

ba

⋅≥⋅≥

≥

02,0;33.0

;

11

1

dSpernos

⋅≤ 6min;_3

Fuente 1618-1998




• En las barras del enrejado que estén sometidas a compresión se considerará que L es la longitud no soportada de éstas entre los conectores o soldaduras que las unen a los componentes del miembro compuesto en el caso de rejillas sencillas, y que L es 0.70 veces esa distancia para rejillas dobles. La inclinación de las barras del enrejado respecto al eje del miembro será preferiblemente no menor de 60° para el caso de rejillas sencillas y de 45° para rejillas dobles. Cuando la distancia entre las líneas de pernos o soldaduras en las alas sea mayor de 400 mm, la rejilla será preferiblemente doble o se hará con ángulos. La separación entre los pernos cumplirá con los requisitos adicionales del Capítulo 22.




Fuente 1618-1998



• TEMA 2– Miembros compuestos– Miembros compuestos en flexión

• 16.7 Planchas de cubierta en las alas• Los espesores o anchos de las alas puede variarse empalmando una

serie de planchas o utilizando planchas de cubierta. El área total transversal de las planchas de cubierta en las vigas empernadas o remachadas no excederá el setenta por ciento (70 %) del área total del ala.

• Los pernos de alta resistencia o soldaduras que conecten las alas a las almas, o las planchas de cubierta a las alas, se dimensionarán de tal forma que resistan la fuerza cortante horizontal total resultante de la flexión de las vigas. La distribución longitudinal de estos pernos o soldaduras intermitentes estará en proporción con la intensidad de la fuerza cortante, pero su separación longitudinal no será superior a la máxima permitida en los Artículos 14.5 y 15.8 para miembros en tracción y compresión, respectivamente. Adicionalmente los pernos o soldaduras que unan las alas a las almas se dimensionarán a fin de transmitir a éstas cualquier carga aplicada directamente sobre las alas, a menos que se tomen las medidas adecuadas para transmitir talescargas por aplastamiento directo.





• 16.7 Planchas de cubierta en las alas• Cuando la naturaleza de las cargas sea tal que producen variaciones

repetidas de tensiones, los conectores deberán dimensionarse de conformidad con los requisitos del Apéndice D.

• Las planchas de cubierta de longitud parcial se extenderán más allá de la sección donde teóricamente son necesarias, y la longitud adicional se fijará a la viga por medio de pernos de alta resistencia en conexiones de deslizamiento crítico o soldaduras de filete adecuadas, trabajando a la resistencia minorada aplicable especificada en el Artículo 23.9 y la Sección 22.9.3 o en el Apéndice D, para desarrollar parte de las tensiones por flexión en la viga correspondiente a la plancha de cubierta en la sección donde teóricamente se interrumpiría.





• 16.7 Planchas de cubierta en las alas• En el caso de planchas de cubierta soldadas, las soldaduras que

conectan sus extremos a la viga en la longitud a’, que se define más adelante, serán adecuadas, trabajando a la resistencia minorada , para desarrollar la parte de las tensiones por flexión en la viga correspondiente a la plancha de cubierta en una distancia a’ medida desde el extremo de la plancha. Esto puede requerir que el extremo de la plancha de cubierta se tenga que situar en una sección de la viga en la cual las tensiones por flexión sean menores que las que corresponden al punto de interrupción teórico. La longitud a’, medida desde el extremo de la plancha de cubierta será:





• 16.7 Planchas de cubierta en las alas– Una distancia igual al ancho de la plancha de cubierta, cuando

exista una soldadura continua de tamaño igual o mayor que 0.75 del espesor de la plancha a través del extremo de la misma, y esta soldadura se continúe a lo largo de los dos bordes de la plancha en la longitud a’.

– Una distancia igual a 1.5 veces el ancho de la plancha de cubierta, cuando exista una soldadura continua de tamaño menor que 0.75 del espesor de la plancha a través del extremo de la misma, y esta soldadura se continúe a lo largo de los dos bordes de la plancha en la longitud a’.

– Una distancia igual a 2 veces el ancho de la plancha de cubierta, cuando no exista ninguna soldadura a través del extremo de la misma, pero sí soldaduras continuas a lo largo de los bordes de la pancha en la longitud a’.




Fuente 1618-1998




• 16.8 Miembros compuestos• Donde se utilizan dos o más vigas constituidas por perfiles I o canales

para formar un miembro compuesto sometido a flexión, éstos deberán conectarse entre sí a intervalos no mayores de 150 mm. Para ello se pueden emplear pernos pasantes y separadores, con tal que en lasvigas que tengan una altura de 300 mm o más se usen al menos dos pernos donde se sitúa cada separador. Cuando se transmitan o distribuyan cargas concentradas entre los perfiles componentes, se colocarán entre éstos diafragmas unidos con pernos o soldaduras que tengan la rigidez suficiente para transmitir tales cargas. Si las vigas están al descubierto, sus superficies interiores deberán estar selladas contra la corrosión, o su separación será lo suficientemente grande como para permitir su limpieza y pintura.




Fuente 1618-1998

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