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CONEXIONES SOLDADAS EN LAS EDIFICACIONES

SISMORRESISTENTES

OBJETIVO

CONCEPTOS BSICOS DE DISEO

La Norma COVENIN 1618:1998 Estructuras de Acero para Edificaciones. Mtodo

de los Estados Lmites, establece disposiciones especiales para el diseo de las

conexiones soldadas de las edificaciones sismorresistentes, derivadas de las

recientes observaciones de los daos ocurridos en los terremotos de Northridge

(1994) y Kobe (1995), entre otros, que es importante difundir, ya que dichas

conexiones en los nodos son fundamentales para el buen comportamiento y la

estabilidad de esas estructuras ante las acciones ssmicas.

Si bien el diseo de estas conexiones es altamente especializado, el conocimiento

de sus requerimientos y limitaciones normativas debe generalizarse, para asegurar

su buen diseo y la estabilidad de las estructuras sismorresistentes.

Por ello, en este Cuaderno Informativo se desea orientar a todos los profesionales y

tcnicos relacionados con estas construcciones sobre las disposiciones

normativas que garantizan un buen proyecto.

El diseo por el Mtodo de los Estados Lmites, establecido en la Norma

COVENIN1618:1998 requiere suministrar suficiente capacidad resistente al

agotamiento de los componentes estructurales para resistir las solicitaciones

actuantes, incrementadas por factores de mayoracin, combinadas para formar las

hiptesis probables, ms desfavorables, que pueden resumirse as :

1.- Cargas gravimtricas totales :

1.20 CP + 1.60 CV

2.- Cargas gravimtricas y sismo concurrente :

1.20 CP + CV S

3.- Cargas permanentes y sismo opuesto :

0.90 CP S

siendo : CP las cargas permanentesCV las cargas variables

S las solicitaciones debidas a los componentes

horizontales y verticales del sismo.

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La capacidad resistente de los perfiles de acero estructural depende de la cedencia

del acero especificado y de las propiedades geomtricas de los perfiles disponibles,

cuyas proporciones y dimensiones mnimas define la Norma, para regular su buen

comportamiento, tanto en condiciones normales de servicio, como ante las

combinaciones de agotamiento resistente determinantes, descritas antes.

CONEXIONES SOLDADAS USUALES

DISPOSICIONES NORMATIVAS PARA EL DISEO

Los conceptos bsicos de proyecto antes citados rigen igualmente para el diseo de

las conexiones estructurales, las cuales dependen :

a.- Del Tipo de estructuracin y Nivel de Diseo ( ND) elegidos para la edificacin, la

cual puede ser aporticada o arriostrada (concntrica o excntricamente), con

requisitos similares para sus conexiones, siendo ms crticas para los prticos no

arriostrados;

b.- De la ubicacin de la conexin, que puede servir para empalmar dos columnas,

para empotrar las vigas en las columnas, o para fijar los arriostramientos diagonales;

c.- De la oportunidad de ejecucin de la conexin que puede ser realizada en el taller,

condicin deseable para las conexiones soldadas, que requieren mayor control de

ejecucin, o ser ejecutada durante el montaje de la estructura en la obra, en cuyo

caso resultan recomendables las uniones empernadas .

La COVENIN 1618:98 establece disposiciones detalladas, muy especializadas,

para garantizar que el comportamiento de las conexiones satisfaga las siguientes

condiciones generales, derivadas de la observacin de los sismos recientes :

- La falla no debe ocurrir en las columnas, por lo cual " la suma de las resistencias a

momento, con la mxima carga axial, de las columnas que concurren a un nodo,

debe ser mayor que la suma de las resistencias a flexin de las vigas concurrentes,

en ambas direcciones ortogonales ", condicin que se denomina " Columnas fuertes

vs. Vigas dbiles ",

- Las rtulas plsticas deben producirse fuera de las caras de las columnas y las

solicitaciones de corte y momento alrededor de dichas rtulas deben trasladarse al

eje y las caras de las columnas,

- El panel formado por el alma de la columna dentro del nodo y delimitado por las

planchas de continuidad, debe tener un espesor suficiente para evitar su pandeo

local.

Como complemento a estas exigencias de diseo, el proyecto debe incluir

especificaciones constructivas detalladas, que garanticen el cumplimiento de las

hiptesis de diseo y la calidad deseada de los perfiles, pernos y soldaduras, y

exijan una inspeccin rigurosa de la ejecucin de la estructura, como se define ms

adelante.

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170

12

,7

8,0

LOSA DE PISO

COLUMNA SUPERIOR IPN 360

PERNOS

COLUMNA INFERIOR

IPN 360

PLANCHAS DE

CONEXION

360x360xmm

PLANTA

ELEVACION

COLUMNA SUPERIOR IPN 360

COLUMNA INFERIOR IPN 360

PLANCHA INFERIOR

PLANCHA DE CABEZA

360x360xmm

PERNOSC

IPN 360

EMPALME DE COLUMNAS

El empalme de las columnas se realiza preferiblemente a un metro por encima del

nivel del piso mediante planchas de conexin superpuestas.

En la figura se presenta otra modalidad de conexin, consistente en una plancha de

cabeza soldada, en taller, a la columna inferior, con perforaciones para los pernos

de conexin, a colocarse en obra, y una plancha de apoyo soldada, tambin en

taller, al pie de la columna superior, con perforaciones iguales para los pernos, que

se recomienda se fijen a tensin.

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DISEO DE CONEXIONES USUALES

Como orientacin para el proyecto de las conexiones que se presentan en las

estructuras aporticadas usuales, y sin el nimo de sustituir la actuacin del

proyectista especializado, se describen a continuacin los pasos para el diseo

ordenado de las conexiones que se representan en las figuras que ilustran esta

publicacin informativa.

As, para el diseo de la conexin de una viga al ala de la columna es preciso

determinar, ordenadamente :

La posicin de la rtula plstica en la viga, y las solicitaciones a corte y momento

que se trasladan de ese punto al eje y caras de la columna.

El espesor mnimo del panel que evitara el pandeo local del nodo y verificar si el

alma de la columna es suficiente a tal fin, para complementarla con planchas

auxiliares, si fuere necesario.

La relacin entre la suma de las resistencias a momento, bajo carga axial mxima,

de las columnas que concurren al nodo, en comparacin con la suma de

resistencias de las vigas concurrentes, en ambas direcciones ortogonales, para

verificar que esta relacin es al menos igual a 1.0 o 1.25, dependiendo del

arriostramiento lateral del nodo.

La disposicin de las planchas de continuidad de espesor igual o mayor que el del

ala de la viga.

Las longitudes y espesores de las soldaduras de taller necesarias para formar el

sistema conectivo que se muestra en las figuras anexas.

El nmero, dimetro y disposicin de los pernos que completan la conexin de

campo, en funcin de los cortes y momentos mayorados que deban absorber.

Las dimensiones y espesores de las cartelas necesarias para colocar esos

pernos, respetando las separaciones mnimas normativas entre ellos y al borde de

las planchas.

En forma similar se deben disear los empalmes entre las columnas superiores e

inferiores y las conexiones de las vigas con el alma de la columna, segn se indica en

las figuras anexas.

&

&

&

&

&

&

&

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EMPALME DE LA VIGA CON EL ALA DE COLUMNA

Cuando la viga del sistema sismorresistente empalme con el ala de la columna, se

recomienda hacer la conexin con planchas soldadas en taller a la columna, y

perforadas para colocar los pernos de conexin. Una vez colocada la viga, que

debe llevar perforaciones similares para fijar los pernos, se recomienda que

trabajen a corte-friccin.

Es importante verificar la estabilidad del panel de conexin.

ELEVACION

PLANTA VISTA Y CORTE A-A

LOSA DE PISO

PERNOS DE MONTAJE

VIGA IPN200CARTELA SOLDADA

CON SOLDADURA

DE PENETRACION COMPLETA.

NO SE MUESTRA LA

COLUMNA SUPERIOR

PLANCHA DE CONTINUIDAD

ZONA DE PANEL

SIN REFORZAR

DE PERNOSCC

PLANCHA DE CONTINUIDAD

PLANCHA DE CABEZA

COLUMNA IPN360

A

SOLDADURA

DE PENETRACION

SOLDADURA DE FILETE

PLANCHA DE CONTINUIDAD

COLUMNA IPN360

PERNOS

VIGA

PLANCHA DE CABEZA

CARTELA

PERNOS

VIGA IPN200

COLUMNA

A

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PERNOS DE MONTAJE

A

VIGA IPN180

CARTELA DE APOYO

COLUMNA IPN360

LOSA DE PISOPLANCHA DE CABEZA

B

ELEVACION

COLUMNA

IPN360

PLANCHA DE

CONTINUIDAD

CARTELAS

PERNOS DE

MONTAJE

CC

VIGA IPN180

CORTE B

CARTELAS

PERNOS DEMONTAJE

PLANCHA DE CABEZA

VIGA IPN180

CORTE A

COLUMNA

IPN360

EMPALME DE LA VIGA CON EL ALMA DE COLUMNA

Cuando la viga conecte con el alma de la columna la disposicin de la conexin

difiere, segn exista o no, una viga opuesta. En todo caso, resulta preferible el uso

de planchas de conexin, soldadas en taller al alma de la columna, para fijar las

vigas , en la obra, con pernos a corte-friccin.

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RECOMENDACIONES CONSTRUCTIVAS

Como necesario complemento de su proyecto, el ingeniero estructural debe,

siempre, establecer las especificaciones constructivas cnsonas con sus hiptesis

de diseo; en el proyecto de conexiones sismorresistentes resulta especialmente

obligante la definicin de las especificaciones del procedimiento de soldadura en

las cuales se establece fundamentalmente:

& El proceso a seguir ( arco elctrico, sumergido, etc. ),

& La especificacin, clasificacin y dimetro del electrodo,

& El tipo, voltaje y amperaje elctricos,

& La proteccin gaseosa y los tratamientos trmicos.

& Detalles del diseo de la junta y su Categora de Inspeccin.

La Categora de Inspeccin se define en funcin de la severidad de las

solicitaciones correspondiente a la Demanda Sismorresistente cuyas

consecuencias, ms o menos graves, definen y determinan el alcance de los

procedimientos de inspeccin antes, durante y despus de la soldadura, segn se

resume en las tablas siguientes:

Estructuras con elevadas exigencias ssmorresistentes, con

probabilidad de presentar cedencias o deformaciones inelsticas;

Estructuras con pocas probabilidades de alcanzar la cedencia o de

deformarse inelsticamente durante el sismo.

Baja probabilidad de tensiones elevadas y presencia de compresiones

en las soldaduras.

Estructuras poco redundantes (pocos miembros o lneas de

resistencia), con bajos factores de reduccin de la solicitacin ssmica

Estructuras muy redundantes, con alta capacidad de absorcin de la

solicitacin ssmica.

Conexiones fuera del sistema sismorresistente.

Tabla N 2

Tabla N 1 Demanda Sismorresistente

DescripcinDemanda

A

Alta

B

Mediana

C

Baja

Consecuencias Sismorresistentes

DescripcinDemanda

H

Alta

M

Mediana

L

Baja

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Aseguramiento de la Calidad. Conjunto de acciones planificadas y sistem-

ticas, necesarias para propiciar la confianza adecuada de que un producto o

servicio cumple con los requisitos de calidad establecidos.

Control de Calidad. Comprende las tcnicas y actividades operativas que

tienen por objeto tanto el seguimiento de un proceso, como la eliminacin de

las causas de desempeos no satisfactorios en todas las fases del ciclo de la

calidad con el fin de obtener los mejores resultados econmicos. La calidad es

el conjunto de propiedades o caractersticas de un producto o servicio que le

confiere su aptitud para satisfacer necesidades expresadas o implcitas. En el

caso estructural, los Niveles de Diseo, ND.

Retenida. El soldador no proceder hasta que sea autorizado por el Inspector.

Tabla N3 Categora de Inspeccin

Consecuencia Demanda

H

Alta

M

Mediana

L

Baja

A, Alta B, Media C, Baja

1 1 2

1 2 3

2 2 3

Alcance de las Categoras de InspeccinTabla N4

En esta ltima tabla:

Procesos y Categoras de

Inspeccin Visual

Actividades Soldador

Inspector

1 2 3

QC QA QC QA QC QA

R O R O R O

Inspeccin xxx de la soldadura

Tarea 1

Tarea 2

Tarea n

.....

[ [[[

QA =

QC =

R =

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Editado por:

SIDERRGICA DEL TURBIO S.A. FILIAL DE SIVENSA

Telfonos: (0212) 407.04.13 / 03.60

correo electrnico: ce.tec@sidetur.sivensa.com

Internet: http: / / www.sidetur.com.ve

Depsito legal ls 252199862063.B

El soldador puede proceder despus de completar su propia

inspeccin, pero el Inspector podr realizar una inspeccin aleatoria,

diaria o peridica de estas funciones del soldador.

Se debe elaborar una planilla para cada etapa de la soldadura: Antes,

durante y despus de la misma.

Nombre o breve descripcin de las actividades que se realizan en

orden jerrquico a su ejecucin.

El soldador o el inspector ejecutan la tarea. De ser necesario, pueden

hacerse mediciones.

El inspector debe observar estas operaciones con ms frecuencia.

O =

XXX =

Tareas =

[ =

[[ =

Mayo 2002