CONEXIONES ARBOL DE CONEXIONES DEL AISC
CONEXIONES RIGIDAS ENTRE VIGAS Y COLUMNAS
SE HAN MANTENIDO LOS CONCEPTOS ESTABLECIDOS EN LA VERSIÓN
ANTERIOR EN DONDE SE TOMARON EN CUENTA LOS ESTUDIOS E
INVESTIGACIONES DERIVADOS DE LAS EXPERIENCIAS DERIVADAS DE
LOS SISMOS DE NORTHRIDGE 1994 Y KOBE 1995.
COMO RESULTADO TAMBIÉN DE ESTAS EXPERIENCIAS SE DEFINIERON
NUEVAS CONEXIONES PRECALIFICADAS
ANTECEDENTES FALLAS FALLA DE UNA SOLDADURA A TOPE
DE PENETRACION COMPLETA
SISMO DE NORTHRIDGE 1994 CONEXIÓN CON SOLDADURA A TOPE EN PATINES
Y PLACA DE CORTANTE ATORNILLADA
CONSIDERACIONES ESPECIALES PARA
CONEXIONES EN ZONAS SISMICAS PROPIEDADES DEL ACERO PARA DETERMINAR LA RESISTENCIA REQUERIDA EN
CONEXIONES CUYO DISEÑO ESTA REGIDO POR COMBINACIONES QUE INCLUYEN SISMO
Fye = Ry Fy
Ry = 1.5 para acero A-36
Ry = 1.1 para acero A-992
PLACAS DE CONTINUIDAD (ATIESADORES HORIZONTALES EN LA COLUMNA)
CUANDO EL DISEÑO ESTÁ REGIDO POR UNA COMBINACIÓN DE CARGA QUE INCLUYE SISMO
DEBEN COLOCARSE ATIESADORES HORIZONTALES A LOS LADOS DEL ALMA DE LA COLUMNA RELACION ENTRE LOS MOMENTOS DE VIGAS Y COLUMNAS
EN PRESENCIA DE ACCIONES SÍSMICAS DEBE SATISFACERSE LA
SIGUIENTE RELACIÓN
​∑↑▒​𝑴
​ ↑∗ ↓𝒑𝒄 /∑↑▒​𝑴
​ ↑∗ ↓𝒑𝒗 >𝟏.𝟎
∑↑▒​𝑴
​ ↑∗
↓𝒑𝒗 SUMA DE LOS MOMENTOS EN LA VIGA, O VIGAS, QUE CONCURREN EN LA JUNTA, DETERMINADA EN LA INTERSECCIÓN DE LOS EJES DE VIGAS Y COLUMNAS; SE OBTIENE SUMANDO LAS PROYECCIONES, EN EL EJE DE LAS COLUMNAS, DE LAS RESISTENCIAS NOMINALES EN FLEXIÓN DE LAS VIGAS EN LOS PUNTOS EN LOS QUE SE FORMAN LAS ARTICULACIONES PLÁSTICAS. ∑↑▒​𝑴
​ ↑∗ ↓𝒑𝒄 =∑↑▒(𝟏.𝟏​𝑹↓𝒚 𝑴
​ ↓𝒑𝒗 +​𝑴↓𝒗 ) DONDE MV ES EL MOMENTO ADICIONAL QUE SE OBTIENE MULTIPLICANDO
LA FUERZA CORTANTE EN LA ARTICULACIÓN PLÁSTICA POR LA DISTANCIA
DE ÉSTA AL EJE DE LA COLUMNA
PUEDE TOMARSE
∑↑▒​𝑴
​ ↑∗ ↓𝒑𝒄 =∑↑▒​𝒁↓𝒄 (​𝑭↓𝒚𝒄 −​𝑷↓𝒖𝒄 ∕​𝑨↓𝒄 ) NUEVAS CONEXIONES CALIFICADAS CONEXIONES PRECALIFICADAS
CONEXIÓN CON VIGAS DE SECCION REDUCIDA
(HUESO DE PERRO)
CONEXIÓN ATORNILLADA CON PLACA EXTREMA
(ATIESADA Y SIN ATIESAR)
CONEXIÓN CON PATINES SOLDADOS SIN
REFUERZO Y ALMA SOLDADA
CONEXIÓN CON PLACAS ATORNILLADAS A LOS
PATINES
CONEXIÓN CON MENSULAS TIPO KAISER
ATORNILLADAS
CONEXIÓN CON VIGAS DE SECCION REDUCIDA PRUEBA DE LA CONEXIÓN
(THOMAS M. MURRAY)
CONEXIÓN DE PLACA EXTREMA Configuraciones básicas Configuraciones extendidas DETALLE DE LAS RANURAS CONEXIÓN CON PATINES Y ALMA SOLDADOS
PLACAS SOLDADAS A LOS PATINES
ALMA ATORNILLADA
CONEXIÓN CON PLACAS ATORNILLADAS A LOS PATINES CONEXIÓN CON MENSULAS TIPO KAISER ATORNILLADAS EJEMPLO EJEMPLO DE UNA CONEXIÓN DE MOMENTO
Diseñar la conexión de viga a columna mostrada para las siguientes acciones:
Vu = 19.2 ton
Mu = 35.0 t m
d TIPO AMBOS PATINES
W356x147
0.6
45°
3 PERNOS DE 2.2 @7.6
(A-325)
0.6
PLACA 12.7x23x1.0
W457x74
EJEMPLO DE UNA CONEXIÓN DE MOMENTO P= 550 ton
Parámetros geométricos de diseño
Viga W 45.7 x 74 kg/m
ASTM A992
Fy = 3500 kg/cm²
Fu = 4600 kgcm²
Columna W 35.6 x 147 kg/m
ASTM A992
Fy = 3500 kg/cm²
Fu = 4600 kgcm²
Placa
ASTM A36
Fy = 2530 kg/cm²
Fu = 4100 kgcm²
EJEMPLO DE UNA CONEXIÓN DE MOMENTO Parámetros geométricos de diseño
COLUMNA 1.89 cm 35.6 x 147
36.0 cm
1.23 cm
37.0
cm
22.9 cm 1.98cm cm
2.5 3.7 cm
29
188 cm²
Zx
1. TRABE 4 cm Vu = 40 ton 45.7 x 74
cortante de piso 38.0 cm 45.7
cm
a#esado AMesado 0.250 D 0.9 cm
19.0 cm
39.5 cm 1.4 cm
3.02 cm 4.55 cm (diseño) 51
15.3 94.8
303 cm²
cm² 1655 cm³
EJEMPLO DE UNA CONEXIÓN DE MOMENTO
CONEXIÓN DE LA VIGA A LA COLUMNA
Patín de la viga al patín de la columna
(CONEXIÓN CALIFICADA)
Se soldará directamente con penetración
completa empleando placas de respaldo
En tales condiciones no hay nada que diseñar
A cambio de esto si la estructura se ubica en zona
de riesgo sísmico es necesario un detallado muy
estricto en los cortes de la viga. (Ver figura siguiente)
DETALLADO DE LA CONEXION
EJEMPLO DE UNA CONEXIÓN DE MOMENTO
Conexión del alma de la viga a la columna
Se usará una placa simple
Se propone una placa de 23 x 12.7 x 1.0 cm
De acero A36 y 3 tornillos de 7/8´´ A325-N
0.6
7.6 3.9
5.1
3.9 7.6
7.6
EJEMPLO DE UNA CONEXIÓN DE MOMENTO
ESTADOS LIMITE A CONSIDERAR EN LA
PLACA
1.Fluencia en cortante (placa)
2.Ruptura en cortante (placa)
3.Aplastamiento/desgarramiento
4.Bloque de cortante (placa)
5.Fractura del tornillo
6.Fractura de la soldadura
EJEMPLO DE UNA CONEXIÓN DE MOMENTO
Resistencia a cortante de los tornillos
De la tabla 7.1
φrn = 11.1 ton (capacidad de un tornillo a cortante simple)
Para 3 tornillos 33.3 ton > Vu = 19.2 ton
Resistencia a aplastamiento de los tornillos (3)
Distancia vertical al borde : 3.9 cm (al centro del agujero)
Distancia desde el borde: 3.9 – 2.38/2 = 2.7 cm
φrn = φ 1.2 lc t Fu ≤ φ 2.4 dt Fu
0.75(1.2)(2.7)(0.95)(4100) = 9460 kg
0.75(2.4)(2.2)(0.95)(4100) = 15420 kg
La resistencia por aplastamiento es mayor que Vu
Fluencia en cortante de la placa
φ = 1.00
φRn = φ0.60 Fy Ag = 1 x 0.60 x 2530 x 23 x 0.95 = 33170 kg = 33.2 ton >19.2
CAPACIDAD DE TORNILLOS A CORTANTE
EJEMPLO DE UNA CONEXIÓN DE MOMENTO
Ruptura por cortante en la placa
Longitud total de agujeros:
3 agujeros de 2.5 cm = 7.5 cm ; Anv = (23- 7.5) x 1.0 = 15.5 cm²
φ= 0.75
φRn = φ 0.60 Fu Anv = 0.75 x 0.60 x 4100 x 15.5 =
= 28600 kg = 28.6 ton > 19.2
Bloque de cortante
φRn = φ Ubs Fu Ant +min (0.60 Fy Agv, φ 0.60 Fu Anv)
Sustituyendo los valores correspondientes se obtiene
φRn = 31.9 ton > 19.2 cumple
Soldadura
Capacidad de un cordón de 0.6 x 23 long. = 663 x 23 = 15250 kg
Para 2 cordones 30.5 ton
EJEMPLO DE UNA CONEXIÓN DE MOMENTO
R
esumen
Estados límite
Fluencia por cortante = 33.2 ton
Ruptura por cortante = 28.6 ton
Aplastamiento ΦVn = 70.3 ton
Bloque de cortante 31.9 ton
Fractura en los tornillos = 33.3
TODOS LOS VALORES SON MAYORES DE Vu = 19.2 ton
EJEMPLO DE UNA CONEXIÓN DE MOMENTO
CONCEPTOS ADICIONALES DE LA COLUMNA
COLUMNA W 24 X103
Mu = 145 tm Cu = Tu = 145 / 0.598 = 242 ton
40 ton 242 ton 242 ton 59.8 242 ton 59.8 242 ton EJEMPLO DE UNA CONEXIÓN DE MOMENTO
CONCEPTOS ADICIONALES EN LA COLUMNA
a) Flexión del patín de la columna
ΦR n = 0.9( 6.25 tf ² Fy)
= 0.9 (6.25 x 3.02² x 3500)
= 179600 kg = 180 ton < Tu = 242 ton
Se requieren atiesadores en 1 y en 3
b) Fluencia del alma
ΦRn = 0.9( 5k + N) Fy tw
k = distancia del borde exterior del patín al punto donde inicia la parte
recta del alma
N = longitud de aplastamiento (espesor del patín)
tw = espesor del alma
ΦRn = 1.0( 5 x 4.55 + 2.5) 3500 x 1.89) = 167000 kg
= 167 ton < 242 Se requieren
EJEMPLO DE UNA CONEXIÓN DE MOMENTO
CONCEPTOS ADICIONALES EN LA COLUMNA
c) Aplastamiento del alma de la columna
ΦRn = 0.75( 0.80) tw ² [1+ 3 ( N/d)(tw/tf)​ ↑𝟏.𝟓 ]√EFyw tf/tw
Resolviendo para la columna W 24x 103
ΦRn = 251200 kg = 251.2 ton > 242 o.k.
EJEMPLO DE UNA CONEXIÓN DE MOMENTO
CONCEPTOS ADICIONALES EN LA COLUMNA
Diseño de los atiesadores
AMesador 1-­‐2 242 – min =75 ton 180 242 -­‐ 167 =75 ton 167 75 + 75 =150 ton EJEMPLO DE UNA CONEXIÓN DE MOMENTO
CONCEPTOS ADICIONALES EN LA COLUMNA
Diseño
de los atiesadores
Atiesador 1 - 2
Lado de tensión :
Ast = 75000 / (0.9 x 2530)
= 32.9 cm²75/2
75 ton 75/2 Lado de compresión :
Ast = 75000 / (0.85 x 2530) = 34.9 cm²
Placa de 5/8´´ x 6´´
A = 2 (15.2 – 1.9) (1.59)
= 42.3 cm²> Ast ok
Soldadura
Se propone un cordón de 3/8´´ en ambos lados
Cap. de la soldadura 13.3 x 2 x 2 x 6 x 0.250 = 79.8 ton ok
75/2 EJEMPLO DE UNA CONEXIÓN DE MOMENTO
RESUMEN
PLANTA ELEVACION ELEVACION CONEXIÓN VIGA-COLUMNA CON VIGAS EN DOS DIRECCIONES CONEXIONES DE MOMENTO CON
PLACA EXTREMA
Estados límite:
Fractura de los tornillos por tensión
Resistencia a flexión de la
placa extrema
Soldadura del patín de tensión
Soldadura del alma
Cortante en el tornillo
del lado de compresión
PARA EL DISEÑO DE ESTAS CONEXIONES ES
CONVENIENTE RECURRIR A AYUDAS DE DISEÑO
COMO LAS CONTENIDAS EN LA GUIA 16 DEL AISC
EN ESTE DOCUMENTO APARECEN FORMULAS
QUE FACILITAN EL PROCESO