DISEÑO DE CONEXIONES ESTRUCTURAS DE ACERO (ESIA ZACATENCO) 1 DISEÑO DE CONEXIONES Las conexiones de los miembros estructurales de acero son de suma importancia. Una conexión inadecuada, puede ser el eslabón más débil de una estructura, y por consiguiente la falla de la estructura. La mayoría de las fallas estructurales son el resultado de conexiones pobremente diseñadas o detalladas, ya que la falla de los elementos estructurales es rara. Las estructuras actuales de acero se conectan por soldadura o se atornillan o por la combinación de ambos. La soldadura tiene varias ventajas sobre el atornillado. Una conexión soldada es, a menudo, más simple en concepto y requiere pocos, si acaso, agujeros (algunas veces se requieren tornillos de montaje para mantener los miembros en posición para la operación del soldado). ESTRUCTURAS DE ACERO (ESIA ZACATENCO) 2 DISEÑO DE CONEXIONES CLASIFICACION SEGÚN LA FORMA EN QUE SE CONECTAN LOS ELEMENTOS Conexiones Atornilladas Conexiones soldadas Conexiones mixtas Conexiones Atornilladas Conexiones soldadas ESTRUCTURAS DE ACERO (ESIA ZACATENCO) Conexiones mixtas 3 DISEÑO DE CONEXIONES 1. CONEXIONES ATORNILLADAS CLASIFICACION SEGÚN LOS ESFUERZOS QUE TRANSMITEN • Conexiones Simples o a Cortante • Conexiones Rígidas • Conexiones Semirrigidas • • Conexiones Simples Conexiones Rígidas ESTRUCTURAS DE ACERO (ESIA ZACATENCO) • Conexiones Rigidas 4 DISEÑO DE CONEXIONES • • • Conexiones Rígidas o Totalmente empotradas (FR) o Tipo 1 Conexiones Semirrígidas o parcialmente rígidas (PR) o Tipo 3 Conexiones Simples o a Cortante o simplemente apoyadas o Tipo 2 ESTRUCTURAS DE ACERO (ESIA ZACATENCO) 5 Los elementos utilizados en las Conexiones Simples • • • • • • DISEÑO DE CONEXIONES Dos ángulos Un ángulo Una placa soldada Placa extremo a cortante Conexión con T Placa de asiento o ángulo ESTRUCTURAS DE ACERO (ESIA ZACATENCO) 6 DISEÑO DE CONEXIONES Los elementos utilizados en las Conexiones Rígidas o a Momento • • • • • • Patines soldados Placas en patines soldadas Placas en patines atornilladas Tes cortadas Ángulos en patines Placas de extremo a momento Viga soldada a la placa extremo ESTRUCTURAS DE ACERO (ESIA ZACATENCO) Patines y alma de la viga atornillados 7 USOS DE CONEXIONES DISEÑO DE CONEXIONES CONEXIONES SIMPLES VIGA A VIGA (Largueros o sistema de piso a Vigas Principales) VIGA A COLUMNA ESTRUCTURAS DE ACERO (ESIA ZACATENCO) 8 DISEÑO DE CONEXIONES USOS DE CONEXIONES… CONEXIONES RIGIDAS VIGA A COLUMNA Alma y patines atornillados Alma atornillada y patines soldados ESTRUCTURAS DE ACERO (ESIA ZACATENCO) 9 DISEÑO DE CONEXIONES USOS DE CONEXIONES … CONEXIONES RIGIDAS VIGA A COLUMNA Placa extremo Viga a placa soldada y Placa a columna atornillada ESTRUCTURAS DE ACERO (ESIA ZACATENCO) 10 DISEÑO DE CONEXIONES USOS DE CONEXIONES … OTRAS CONEXIONES Placa Gusset Placa Gusset ESTRUCTURAS DE ACERO (ESIA ZACATENCO) En contraventeos Placa base 11 USOS DE CONEXIONES … DISEÑO DE CONEXIONES Conexión simple atornillada con doble T Conexión simple con placa extremo Conexión simple atornillada y soldada placa simple ESTRUCTURAS DE ACERO (ESIA ZACATENCO) 12 SUJETADORES DISEÑO DE CONEXIONES RESISTENCIA DE LOS ACEROS A36 (usado en placas y ángulos) Fy = 36 ksi = 2530 kg/cm2 = 2.53 ton/cm2 FU = 58 ksi= 4080 kg/cm2 = 4.08 ton/cm2 A992 (para perfiles laminado usado en vigas y columnas) Fy = 50 ksi= 3515 kg/cm2 = 3.51 ton/cm2 FU = 65 ksi= 4570 kg/cm2 = 4.57 ton/cm2 A572 gr. 50 (placas) Fy = 50 ksi= 3515 kg/cm2 = 3.51 ton/cm2 FU = 65 ksi= 4570 kg/cm2 = 4.57 ton/cm2 ESTRUCTURAS DE ACERO (ESIA ZACATENCO) 13 TIPOS DE CONEXIONES: DISEÑO DE CONEXIONES a) Por empuje, aplastamiento o penetración N – Cuerdas incluidas en el plano de cortante o corte X – Cuerdas excluidas en el plano de corte Ej. ¾” A325 – N (Tornillos de alta resistencia ¾” de diámetro, cuerdas incluidas en el plano de corte) b) Por deslizamiento crítico SC – deslizamiento crítico Cuando los tornillos de alta resistencia se tensan por completo, las partes conectadas quedan abrazadas fuertemente entre sí. El resultado es una considerable resistencia al deslizamiento en la superficie de contacto. Esta resistencia es igual a la fuerza al apretar multiplicada por el coeficiente de fricción. Si la fuerza cortante es menor que la resistencia permisible por fricción, la conexión se denomina tipo fricción o críticas al deslizamiento. Si la carga excede a la resistencia por fricción, habrá un deslizamiento entre los miembros con un posible degollamiento de los tornillos, a este tipo de conexiones se denomina tipo Aplastamiento. ESTRUCTURAS DE ACERO (ESIA ZACATENCO) 14 DISEÑO DE CONEXIONES MODOS DE FALLA Y ESTADOS LIMITE ESTRUCTURAS DE ACERO (ESIA ZACATENCO) 15 MODOS DE FALLA Y ESTADOS LIMITE … ESTRUCTURAS DE ACERO (ESIA ZACATENCO) DISEÑO DE CONEXIONES 16 DISEÑO DE CONEXIONES CRITERIOS DE DISEÑO DE CONEXIONES ATORNILLADAS IMCA SECCION J3 Y J4 AISC SECCION J3 Y J4 1. RESISTENCIA EN LOS TORNILLOS Estados límite de falla • • • Resistencia a Tensión Resistencia a Cortante Resistencia a Tensión y cortante TENSION CORTANTE ESTRUCTURAS DE ACERO (ESIA ZACATENCO) TENSION + CORTANTE 17 DISEÑO DE CONEXIONES CRITERIOS DE DISEÑO DE CONEXIONES ATORNILLADAS … 2. RESISTENCIA EN LOS ELEMENTOS Estados límite de falla en conexiones tipo Aplastamiento • • • • Fluencia o Fractura por Tensión Fluencia o fractura por Cortante Fractura por Block de Cortante Aplastamiento en agujeros de los tornillos TENSION Fluencia Fractura ESTRUCTURAS DE ACERO (ESIA ZACATENCO) 18 DISEÑO DE CONEXIONES CRITERIOS DE DISEÑO DE CONEXIONES ATORNILLADAS … CORTANTE Fluencia Fractura BLOCK DE CORTANTE ESTRUCTURAS DE ACERO (ESIA ZACATENCO) 19 DISEÑO DE CONEXIONES CRITERIOS DE DISEÑO DE CONEXIONES ATORNILLADAS … Aplastamiento en la placa Desgarre de la placa APLASTAMIENTO ESTRUCTURAS DE ACERO (ESIA ZACATENCO) 20 DISEÑO DE CONEXIONES CRITERIOS DE DISEÑO DE CONEXIONES ATORNILLADAS … CONEXIONES CRITICAS AL DESLIZAMIENTO VER SECCIONES J3.8 Y J3.9 DEL AISC ESTRUCTURAS DE ACERO (ESIA ZACATENCO) 21 DISEÑO DE CONEXIONES ESPECIFICACIONES DEL AISC-2010 o IMCA 2014 CONEXION A TENSION (ANGULO) ESTRUCTURAS DE ACERO (ESIA ZACATENCO) 22 DISEÑO DE CONEXIONES ESPECIFICACIONES DEL AISC… MIEMBRO Requisitos básicos RU ≤ φRn (LRFD) Ra ≤ Rn/Ω (ASD) PLACA Y TORNILLO ESTRUCTURAS DE ACERO (ESIA ZACATENCO) 23 DISEÑO DE CONEXIONES Resistencia en los tornillos Tensión y cortante LRFD: Ru ≤ φ Rn ASD: Ra ≤ Rn / Ω φ = 0.75 Ω = 2.00 • Resistencia nominal a tensión: Rn = Fnt Ab Ec. J3.1 • Resistencia Nominal a cortante (por plano de corte): Rn = Fnv Ab Ec. J3.1 Ab = area nominal del tornillo Fnt = esfuerzo nominal por tensión del tornillo = 0.75 Fu, ver tabla J3.2 Fnv = esfuerzo nominal por cortante del tornillo Fnv = 0.40 Fu partes roscadas incluidas en el plano de corte Fnv = 0.50 Fu partes roscadas excluidas en el plano de corte ESTRUCTURAS DE ACERO (ESIA ZACATENCO) 24 DISEÑO DE CONEXIONES Resistencia en los tornillos 45 ksi 27 ksi 90 ksi 54 ksi 90 ksi 68 ksi 113 ksi 68 ksi 113 ksi ESTRUCTURAS DE ACERO (ESIA ZACATENCO) 84 ksi 25 Resistencia de partes conectadas DISEÑO DE CONEXIONES Tensión Fluencia: Tn= FyAg Para φ=0.9 → Ω= 1.67 Ec. J4.1 Ruptura: Tn= Fu Ae Para φ=0.75 → Ω= 2.0 Ec. J4.2 Cortante Fluencia: Vn= (0.6 Fy)Ag Ec. J4.3 Ruptura: Vn= (0.6 Fu)An Ec. J4.4 Para φ=0.75 → Ω= 2.0 Fy= Esfuerzo en la fluencia Fu= Esfuerzo último de tensión Ag= Área bruta An= Área neta Ae= Área neta efectiva ESTRUCTURAS DE ACERO (ESIA ZACATENCO) 26 DISEÑO DE CONEXIONES CORTANTE Y TENSIÓN COMBINADOS (Block de Cortante ) Tn 0.6Fu Anv Ubs Fu Ant 0.6Fy Agv Ubs Fu Ant Ec. J4.5 t 2.00 t 0.75 (DRP) (DFCR) Anv =área neta de corte de la sección transversal Ant =área neta de tensión de la sección transversal Agv =área bruta en corte de la sección transversal U bs 1.0 U bs 0.5 Cuando el esfuerzo de tensión es uniforme Cuando el esfuerzo de tensión es no uniforme ESTRUCTURAS DE ACERO (ESIA ZACATENCO) 27 APLASTAMIENTO DISEÑO DE CONEXIONES T Lc Lc Desgarramiento T t 0.75 t 2.00 (DFCR) (DRP) Aplastamiento Lc = Distancia libre entre bordes de perforaciones o del borde del material d = diámetro nominal del tornillo o conector DE ACERO t = espesor del material conectado ESTRUCTURAS (ESIA ZACATENCO) 28 DISEÑO DE CONEXIONES Combinación Tensión y Cortante en Tornillos Del IMCA ESTRUCTURAS DE ACERO (ESIA ZACATENCO) 29 Conexiones críticas al deslizamiento ESTRUCTURAS DE ACERO (ESIA ZACATENCO) DISEÑO DE CONEXIONES 30 DISEÑO DE CONEXIONES Adicional a esta revisión, se debe incluir la revisión por fluencia o fractura, ya sea por tensión o cortante. ESTRUCTURAS DE ACERO (ESIA ZACATENCO) 31 DISEÑO DE CONEXIONES Espaciamiento Mínimo Distancia entre centros de aguajeros no debe ser menor que 2 2/3d (d = diámetro nominal al del perno, se prefiere a una distancia de 3d. Distancia Mínima al borde No debe ser menor al indicado en la tabla J3.4. Distancia Máximas al borde La distancia máxima = 12 veces el espesor de las parte conectada pero no mayor a 150 mm. ESTRUCTURAS DE ACERO (ESIA ZACATENCO) 32 DISEÑO DE CONEXIONES EJEMPLO 1: Determinar ØRn y Rn/Ω de la siguiente conexión tipo aplastamiento 8" ESTRUCTURAS DE ACERO (ESIA ZACATENCO) 33 DISEÑO DE CONEXIONES EJEMPLO 2: Determinar ØRn y Rn/Ω de la siguiente conexión, las placas son de acero A992 ESTRUCTURAS DE ACERO (ESIA ZACATENCO) 34 DISEÑO DE CONEXIONES columna columna columna Conexiones simple de viga a columna mediante ángulos ESTRUCTURAS DE ACERO (ESIA ZACATENCO) 35
