INTRODUCCIÓN

l Este estudio presenta el conocimiento actual que se tiene del diseño de conexiones típicas en edificios de acero, según las Especificaciones AISC 1999 y las Provisiones AISC 2002

l El diseño de las conexiones es uno de los factores más importantes que tiene que tomarse en cuenta.

l El tratamiento por el diseñador de las conexiones conduce a una sistematización del cálculo de las mismas lo que permite hacer uso de hojas de cálculo para el diseño automatizado de las mismas.

Edificio de acero(Estructuración típica)

- pórticos arrostrados, (1 y 4), - pórticos soportados, (2 y 3), - pórticos de momentos (A, B, C, D)

Encuentros que originan conexiones en edificios de acero

COLUMNA-TRABE-

ARRIOSTRE

COLUMNA-TRABE ARRIOSTRE-TRABE-

ARRIOSTRE

VIGA-TRABE

COLUMNA-PL DE APOYO

ENCUENTROS

Conexión simple Conexión semi rígida Conexión de momentoTransmite corte transmite momento y transmite momentos y

corte corte

CONEXIONES TÍPICAS

Conexión Viga-columna con arriostre diagonal

Transmite corte y acciones axiales

Comportamiento de las conexiones M vs. ΘPara definir el comportamiento de una conexión se aplicaron fuerzas a especimenes y se midieron los momentos aplicados vs. la rotación. Como limite se definió una linea de cierre.

• Conexión simple (PR) : momento pequeño y rotación grande.• Conexión semi rígida (PR) : momento y rotación restringidos.• Conexión rígida (FR) : momento plástico de viga y rotación pequeña.

Conexión Viga-Columna en Pórticos de momentos

Todas estas conexiones han sido ya sometidas a sismos reales siendo su comportamiento bueno, excepto en el caso de las conexiones rígidas viga- columna que tuvieron muchos problemas en el

Problemas que se presentaron:1. Rajadura en las soldaduras de unión de las alas de las vigas a las alas de la columna.

Esto ocurrió especialmente en el ala inferior de las vigas por inversión de momentos, se debe a falla frágil en las soldaduras.

2. En otros casos, se produjeron rajaduras en las alas de las columnas, penetrando éstas también en las almas de las columnas; esta falla se denomina falla lamelar.

3. También se produjeron rajaduras en el ángulo a lo largo de la línea de los pernos.

1

2

3

terremoto de Northridge, California, USA, 1994.

Solución de Conexión Viga-ColumnaEvitar la formación de rótulas plásticas en la zona de unión de la viga a la columna; la soldadura es un elemento frágil. Es necesario alejar la rótula desde el nudo hacia la viga, lo que se consigue con las alternativas que se muestran.

PRIMERA ALTERNATIVA: CARTELAS VERTICALESAl colocar las cartelas verticales se disminuyen los esfuerzos en las soldaduras que conectan las ala de la viga a la columna, entonces los mayores esfuerzos se concentran en el perfil donde la ductilidad es mayor y es posible desarrollar una rótula plástica.

Solución de Conexión Viga-Columna

SEGUNDA ALTERNATIVA: CARTELAS HORIZONTALES

Al aumentarse el área de las alas y el tamaño de la soldadura, los esfuerzos mayores se concentran en el perfil

3.-Solución de Conexión Viga-Columna

TERCERA ALTERNATIVA: CONEXIÓN “HUESO DE PERRO”

La disminución de las alas en las cercanías del nudo propicia que la formación de la rótula plástica sea en la sección disminuida de la viga; a esta solución se le denominada “hueso de perro” y fue propuesta por el Prof. Engelhardt

Especificaciones para diseño de conexiones en zona sísmicas

Están en vigencia las Provisiones Sísmicas AISC de 2002 y FEMA 350.

Para el diseño de edificios de acero se han establecido varias categorías de acuerdo a los cuidados que se tomen para el diseño de sus elementos:

Para construcciones con pórticos de momentos:• Pórticos ordinarios de momentos (OMF, siglas en inglés): construcción

en zonas no sísmicas, R = 3.5• Pórticos especiales de momentos (SMF): construcción en zonas sísmicas• donde se procura obtener la mejor ductilidad posible

mediante cuidados en las conexiones, R = 8• Pórticos intermedios de momentos (IMF): construcción en zonas sísmicas donde se procura

solamente cumplir con algunos requisitos del buen diseño de elementos, R = 4.5

Para construcciones arrostradas verticalmente:• Pórticos ordinarios arrostrados con conexiones concéntricas (OCBF):

construcciones en zonas no sísmicas, R = 5• Pórticos especiales arrostrados con conexiones concéntricas (SCBF):

construcciones en zonas sísmicas, R = 6

Automatización de los cálculos en el diseño de las conexiones para edificios

Al efectuar el diseño de una conexión de momentos se ha visto que en los pasos que se siguen para el diseño de todos sus elementos, hay una serie de cálculos que pueden ser automatizados mediante programas aliviando así la tarea de efectuarlos.

Para automatizar los cálculos de este tipo de conexión se requiere una serie de verificaciones que da origen a los siguientes pasos :

Pasos para la verificación de la conexión(para el caso de una conexión de momentos con planchas sobre las alas)

1.-Generalidades:a.-Definir los elementos: perfiles, pernos, soldaduras, planchas de alas y ángulos clip.b.-Plantear una solución, número de pernos, tamaño de ángulos clip, tipo de soldadura, y planchas de alas, verificar distancias libres entre pernos y bordes.c.-Teniendo las fuerzas de corte V y momento M aplicados, En zonas sísmicasaplicar los factores de sobre-resistencia

2.-Conexión de Momentos usando planchas de alas:a.- Determinación de fuerzas en las alas por momentos, F = M/db.- Ala superior en tracción: determinar tamaño de PL y soldaduras acanaladas y de filetec.- Ala inferior en compresión: determinar tamaño de PL y soldaduras acanaladas y de filete.

3.-Diseño por corte:a.-Verificar la capacidad de los pernos al corte y aplastamiento; definir el tamaño de las soldaduras

y encontrar su capacidad.b.- Chequear la capacidad de la viga al corte.c.-Verificar la capacidad al corte de los ángulos clip.

4.-Refuerzo del alma de la columna:a.-Determinación de refuerzo del alma dentro de los linderos de la conexión: plancha dobladora.b.-Diseño de soldaduras de la plancha dobladora al alma y alas de columnas.c.-Selección de planchas para los atiesadores opuestos a las alas, en tracción y en compresión.d.-Diseño de soldaduras de filete para unir los atiesadores al alma y alas.

5.- Dibujar el esquema respectivo

V

M

Aplicación del Programa

1.-Generalidades:

a.-Definir los elementos: VIGA.

a.-Definir los elementos: ANGULO CLIPb.-Plantear una solución, número de pernos, tamaño de ángulos clip, verificar

distancias libres entre pernos y bordes.

1.-Generalidades:

a.-Definir los elementos: COLUMNA

1.-Generalidades:

a.-Definir los elementos: PLANCHA DOBLADORA

1.-Generalidades:

a.-Definir los elementos: PERNOS

1.-Generalidades:

a.-Definir los elementos: PLANCHAS DE ALAS

1.-Generalidades:

c.-Definir: fuerzas de corte V y momento M aplicados

1.-Generalidades:

2.-Conexión de Momentos usando planchas de alas:

tltp

lbtb

3.-Diseño por corte:a.-Verificar la capacidad de los pernos al corte y aplastamiento; definir el tamaño de las soldaduras y encontrar su capacidad.

s

s

b.-Soldaduras de ángulo clip a alma de viga

3.-Diseño por corte:

3.-Diseño por corte:

d a c

t a c

d a c

t a c

c.-Verificar la capacidad al corte de los ángulos clip

a.-Determinación de refuerzo del alma dentro de los linderos de la conexión: PL dobladora.b.-Diseño de soldaduras de la plancha dobladora a alma y alas de columna.

bdp

tpl

ddp

PL Dobladora

4.-Refuerzo de alma de la columna:

c.-Selección de planchas para los atiesadores opuestos a las alas, en tracción y en compresión.d.-Diseño de soldaduras de filete para unir los atiesadores al alma y alas.

Atiesador en Tracción

Atiesador en Compresión

Dobladora

tpl

4.-Refuerzo de alma de la columna:

4.-Refuerzo de alma de la columna:c.-Selección de planchas para los atiesadores opuestos a las alas, en tracción y en compresión.d.-Diseño de soldaduras de filete para unir los atiesadores al alma y alas.

5.- Dibujar el esquema respectivo

.

gracias