Conexiones Azcapotzalco

7/29/2019 Conexiones Azcapotzalco

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2 CONEXIONESLas conexiones de las estructuras metlicas suelen efectuarse mediante soldaduras y/o

tornillos. Las conexiones en estructuras metlicas son laboriosas tanto en diseo como en laconstruccin, por lo que se debe buscar su simplicidad y eficiencia.

2.1 TiposLas conexiones resistente a momento, segn el AISC, se clasifican como totalmenterestringida(TR), y parcialmente restringid (PR). En Mxico casi todas las conexiones sonTR.

Figura 1. Empalmes


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Figura 2. Uniones viga columna simples Figura 3. Bases de columans

Figura 4. Uniones de viga columna rgidas


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a) simplesb) rgida

Figura 5. Uniones viga principal-viga secundaria

a) horizontal

b) vertical

Figura 6. Conexiones con arriostramiento

2.2 ConexionesatornilladasSe tienen como sujetadores los pernos y los tornillos. La tuerca debe ser adecuada para eltornillo A-325 o A-490. Los tornillos de alta resistencia son de en adelante.


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En la Figura 7 se muestran los mecanismos de transferencia de carga que puedendesarrollarse fsicamente a travs de tornillos.

Tensin

Cortante simple

Cortante doble

Friccin

AplastamientoDesgarramiento

Figura 7. Mecanismos de transferencia de carga.

La resistencia de un tornillo en tensin o cortante puede limitar la carga que puedetrasmitirse. La resistencia de la conexin atornillada tambin puede ser funcin delaplastamiento del tornillo a los miembros a unir. Los tornillos pueden y en ocasiones sepretensionan, por tanto, crean una carga de friccin entre las superficies de los elementosconectados.

2.2.1 Resistenciadetornillosatensinocortante5.3.9 Tensin o cortanteLa resistencia de diseo de remaches, tornillos y barras roscadas que trabajen en tensin ocortante es igual al producto del factor de resistencia, FR, por el rea nominal de laseccin transversal de la parte de vstago no roscada, Ab, y por la resistencia nominal quecorresponde a esta parte del vstago, Fn.La resistencia en tornillos sujetos a tensin es:

R = FR Ab Fn

donde:


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FR= Factor de resistenciaFn = Resistencia nominalAb = rea del tornillo

Los factores de resistencia y las resistencias nominales a la tensin o al cortante son los de la tabla 5.7. En la

Figura 8 se muestra cuando la cuerda del tornillo est fuera y dentro del plano de corte.

a) Fuera de la cuerda b) Dentro de la cuerdaFigura 8. Plano de corte


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2.2.2 ResistenciadetornillosalaplastamientoLa resistencia al aplastamiento depende de: 1) Tamao de los agujeros 5.3.4, 2)Separaciones mnimas (5.3.6) y distancia mnima al borde (5.3.7)

5.3.4 Tamaos de los agujerosa) En la tabla 5.8 se indican los tamaos mximos de los agujeros que pueden utilizarse enjuntas remachadas o atornilladas. Los agujeros de placas de base de columnas pueden sermayores si se requiere por las tolerancias admisibles en la colocacin de anclas encimientos de concreto reforzado.

b) Siempre se utilizarn agujeros estndar, excepto cuando el diseador especifique, enconexiones atornilladas, el uso de agujeros sobredimensionados o alargados. Enconexiones remachadas, no se permite el uso de agujeros sobredimensionados o alargados.

c) Los agujeros sobredimensionados pueden usarse en cualquiera o en todas las partes

unidas en una conexin por friccin, pero su empleo est prohibido en conexiones poraplastamiento. Si las partes exteriores tienen agujeros sobredimensionados, debencolocarse roldanas endurecidas.

d) Los agujeros alargados cortos pueden usarse en cualquiera o en todas las partes unidasen una conexin por friccin o por aplastamiento. En conexiones por friccin los agujerospueden tener cualquier direccin, pero en conexiones por aplastamiento su dimensinmayor debe ser perpendicular a la direccin de la carga. Si las partes exteriores tienenagujeros alargados cortos deben colocarse roldanas, las que sern endurecidas cuando lostornillos sean de alta resistencia.

e) Los agujeros alargados largos pueden usarse slo en una de las partes comunes a cadasuperficie de falla individual, tanto en juntas de friccin como de aplastamiento. Enconexiones por friccin los agujeros pueden tener cualquier direccin, pero en conexionespor aplastamiento su dimensin mayor debe ser perpendicular a la direccin de la carga.Cuando se usan agujeros alargados largos en una parte exterior, deben colocarse roldanasde placa o una solera continua, con agujeros estndar, de tamao suficiente para cubrirpor completo los agujeros alargados.

En conexiones con tornillos de alta resistencia, las roldanas de placa o las solerascontinuas sern de acero de grado estructural, de no menos de 8 mm de grueso; no esnecesario que estn endurecidas. Si en algn caso se requieren roldanas endurecidas con

tornillos de alta resistencia, se colocarn sobre la cara exterior de la roldana de placa ode la solera.

5.3.5 Agarres largosCuando la longitud de agarre de remaches, o tornillos de acero ASTM-A307, sea mayorque cinco veces su dimetro, su nmero se aumentar en uno por ciento por cada 1.5 mmde longitud adicional.


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Ejemplo. Sea un tornillo de dimetro d=19.1 mm(3/4). De la Tabla5.8 se considera :

a) Estndar si el dimetro del agujero es 20.6 mm (13/16)b) Sobredimensionadosi el dimetro del agujero 23.8mm(15/16)c) Alargado cortosi el agujero es 20.6mmx25.4mm(13/16x1)d) Alargado largosi el agujero es 20.6mmx47.6mm(13/16x1 7/8)

21 mm 24 mm

25 mm

21 mm

48 mm

21 mm

a) b)

c) d)

Figura 9. Tornillo: a) estndar, b) sobredimensionado, c) alargado corto y d) alargado largo.

5.3.6 Separaciones mnimasLa distancia entre centros de agujeros para remaches o tornillos, sean estndar,sobredimensionados o alargados, no ser, en general, menor que tres veces el dimetronominal del conector; de ser necesario, esta distancia puede disminuirse a 2 2/3 veces eldimetro nominal.

5.3.7 Distancia mnima al borde


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La distancia del centro de un agujero estndar al borde de una parte conectada no sermenor que el valor aplicable de la tabla 5.9, ni que la requerida en la seccin 5.3.13.Si el agujero es sobredimensionado o alargado, la distancia del centro al borde de unaparte conectada no ser menor que la requerida para un agujero estndar, de acuerdo con

la primera parte de esta seccin, ms el incremento C1 indicado en la tabla 5.12. Vanselos requisitos de la seccin 5.3.13 para resistencia por aplastamiento.

5.3.8 Separacin y distancia al borde mximasLa distancia mxima del centro de un tornillo o remache al borde ms cercano de laspartes en contacto ser 12 veces el grueso de la parte conectada en consideracin, sinexceder de 150 mm.

La separacin longitudinal entre conectores colocados en elementos en contacto continuo,consistentes en una placa y un perfil, o dos placas, ser la siguiente:

a) Para elementos, pintados o sin pintar, no sujetos a corrosin, no exceder de 24 veces elgrueso de la placa ms delgada, o 300 mm.

b) Para miembros no pintados de acero intemperizable, sujetos a corrosin atmosfrica, noser mayor que 14 veces el grueso de la placa ms delgada, o 180 mm.

5.3.13 Resistencia al aplastamiento en los agujeros para tornillosLa resistencia al aplastamiento en agujeros para tornillos es FRRn, donde FRse toma iguala 0.75 y Rn es la resistencia nominal al aplastamiento del material conectado, que secalcula como se indica ms adelante.


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La resistencia al aplastamiento debe revisarse en los dos tipos de conexiones con tornillosde alta resistencia, por aplastamiento y de deslizamiento crtico.

Los agujeros sobredimensionados y alargados, cortos o largos, paralelos a la lnea de

fuerza, slo pueden utilizarse en conexiones por friccin, de acuerdo con la seccin 5.3.4.

En las ecuaciones siguientes:Lc = distancia libre, en la direccin de la fuerza, entre el borde de un agujero y el bordedel agujero adyacente o del material;d = dimetro nominal del tornillo;Fu =esfuerzo mnimo especificado de ruptura en tensin del material conectado; yt = grueso de la parte conectada crtica.Rn = se determina como sigue:

a) Para un tornillo en una conexin con agujeros estndar, sobredimensionados o

alargados cortos, independientemente de la direccin de la carga, o con agujerosalargados largos paralelos a la direccin de la fuerza de aplastamiento:

Si la deformacin alrededor de los agujeros, bajo cargas de servicio, es unaconsideracin de diseo,

Rn = 1.2Lc t Fu 2.4d t Fu (5.5)Si no lo es

Rn = 1.5Lc t Fu 3.0d t Fu (5.6)b) Para un tornillo en una conexin con agujeros alargados largos perpendiculares a la

lnea de fuerza,

Rn = 1.0Lc t Fu 2.0d t Fu (5.7)La resistencia total al aplastamiento de una conexin es igual a la suma de las resistenciasal aplastamiento de los tornillos individuales que hay en ella.

2.2.3 Resistenciadeconexionesadeslizamientoofriccin5.3.11 Tornillos de alta resistencia en juntas que trabajan por friccinEl diseo por cortante de tornillos de alta resistencia en juntas que no deben deslizar sehace de acuerdo con el inciso 5.3.11.a 5.3.11.b, y se revisa por cortante de acuerdo conla seccin 5.3.9 5.3.10, y por aplastamiento segn las secciones 5.3.4 y 5.3.13.

a) Conexiones de deslizamiento crtico diseadas bajo cargas de diseo (factorizadas)La resistencia de diseo al deslizamiento por tornillo,FR rstr, debe ser igual o mayor que laresistencia requerida por tornillo, debida a cargas factorizadas.

rstr= 1.13TbNs (5.4)dondeTb = tensin mnima por tornillos dada en la tabla 5.6;NS = nmero de planos de deslizamiento; y


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= coeficiente de deslizamiento medio; ste puede determinarse por medio de ensayes, otomar los valores siguientes:

1) =0.33, para superficies clase A (superficies deacero sin pintar, libres de escamas de

laminado, o superficies con recubrimientos de clase A sobre acero limpiado con chorro dearena);2) =0.50, para superficies clase B (superficies de acero sin pintar, limpiadas con chorrode arena, o superficies con recubrimientos de clase B sobre acero limpiado con chorro dearena); o3) =0.35, para superficies clase C (galvanizadas con superficie rugosa).FRfactor de resistencia que se toma igual a:1) FR=1.0, para agujeros estndar;2) FR=0.85, para agujeros sobredimensionados y alargados cortos;3) FR=0.70, para agujeros alargados largos transversales a la direccin de la carga; o4) FR=0.60, para agujeros alargados largos paralelos a la direccin de la carga

b) Conexiones de deslizamiento crtico diseadas bajo cargas de servicioLa resistencia de diseo al cortante por tornillo, FRFvAb, bajo cargas de servicio, debe serigual o mayor que la fuerza cortante que producen esas cargas en cada tornillo.

FRse toma igual a 1.0 para agujeros estndar, sobredimensionados, alargados cortos yalargados largos cuando el agujero alargado es perpendicular o paralelo a la lnea deaccin de la fuerza.

Fv es la resistencia nominal al cortante de tornillos en conexiones de deslizamiento crtico(tabla 5.11).

Cuando la combinacin de cargas incluye viento o sismo, adems de las cargas muertas yvivas, la fuerza cortante en el tornillo, producida por las acciones de servicio combinadas,puede multiplicarse por0.9.

2.2.3.1Resistenciaparatensinycortante5.3.12 Tensin y cortante combinados en conexiones por friccin El diseo de conexionesde deslizamiento crtico sujetas a fuerzas de tensin se har de acuerdo con los incisos5.3.12.a y 5.3.11.a, o con los incisos 5.3.12.b y 5.3.11.b.

a) Conexiones de deslizamiento crtico diseadas bajo cargas factorizadasCuando una conexin de deslizamiento crtico est sujeta a una fuerza de tensin Tu quereduce la fuerza de apriete, la resistencia FR rstr, calculada de acuerdo con el inciso5.3.11.a, debe multiplicarse por el factor 1Tu/ ( 1.13TbNb ), donde Tb es la pretensinmnima en el tornillo (tabla 5.6), y Nb es el nmero de

b) Conexiones de deslizamiento crtico diseadas bajo cargas de servicio


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Cuando una conexin de deslizamiento crtico est sujeta a una fuerza de tensin T quereduce la fuerza de apriete, la resistencia al deslizamiento por tornillo, FRFvAb, calculadasegn el inciso 5.3.11.b, debe multiplicarse por el factor 1 T / ( 0.8TbNb), donde Tbse hadefinido arriba, y Nb es el nmero de tornillos que resisten la fuerza de tensin de servicio

T.


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Ejemplo-NTC.Determinar la resistencia ltima a tensin de un tornillo de para los acerosA307, A325 y A490

Solucin:

Dimitro del tornillo d1

2in 1.27cm

Factor de resistencia FR 0.75 Tabla 5.7. NTCEM

rea del tornillo Ab d

2

41.267cm

2

Acero A307

Resistencia nominal Fn 3160kgf

cm2

Tabla 5.7. NTCEM

Resistencia ltima a tensin R FR Ab Fn 3002kgf

Acero A325


cm2

Tabla 5.7. NTCEM


Acero A3490


cm2

Tabla 5.7. NTCEM



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Ejemplo-NTC.Determinar la resistencia de corte de un tornillo de para los aceros A307,A325 y A490. Considere que la rosca est fuera plano de corte est fuera de.

Solucin:

Dimitro del tornillo d3

4in 1.905 cm

Factor de resistencia FR 0.75 Tabla 5.7. NTCEM

rea del tornillo Ab d

2

42.85 cm

2

Acero A307


cm2

Tabla 5.7. NTCEM

Resistencia ltima a corte R FR Ab Fn 3613 kgf

Acero A325


cm2

Tabla 5.7. NTCEM


Acero A3490


cm2

Tabla 5.7. NTCEM


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