Conexiones atornilladas raul granados

CONEXIONES ATORNILLADAS

Raúl Granados

Guadalajara, Jalisco. Agosto 2010

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CONEXIONES

q ALCANCE

§ CONEXIONES DE VIGAS§ VIGA CON VIGA§ VIGA A COLUMNA

§ OTRAS (CONTRAVIENTOS, PLACAS DE BASE, ETC.)

q CONCEPTOS BASICOS:

§ RESISTENCIA DE TORNILLOS

q EJEMPLOS




CONEXIONES DE VIGAS

q RESTRICCION AL GIRO

§ CONEXIÓN DE CORTANTE § CONEXIÓN DE MOMENTO

RESTRICCION TOTALRESTRICCION PARCIAL

q APLICACIONES BASICAS

§ CONEXIÓN DE VIGA A VIGA (APOYO SIMPLE)§ CONEXIÓN DE VIGA A COLUMNA (CONTINUA)




CONEXIONES DE VIGA CON VIGA




CONEXIÓN CON DOS ANGULOS ATORNILLADOS

2 ANGULOS

SE PUEDEN EMPLEARAGUJEROS OVALADOS VENTAJAS

§ SENCILLEZ§ VIGA CON HOLGURA

DESVENTAJAS

§ PROBLEMAS DE MONTAJE SI NO SE HACEN AGUJEROS OVALADOS




CONEXIÓN CON DOS ANGULOS ATORNILLADOS

DOBLEANGULO




ANGULO SIMPLECONEXIÓN CON UN ANGULO ATORNILLADO O SOLDADO

VENTAJAS

§ SENCILLEZ§ SIN PROBLEMAS DE MONTAJE

DESVENTAJAS

§ ANGULO MAS GRANDE§ MAYOR TAMAÑO DE TORNILLOS

ALTERNATIVA CON SOLDADURA

DAR VUELTA A LA SOLDADURA




CONEXIÓN CON DOS ANGULOS SOLDADURA Y TORNILLOS




PLACA EXTREMA

CONEXIÓN CON PLACAS SOLDADURA Y TORNILLOS

VENTAJAS

§ SENCILLEZ§ NO SE REQUIERENAGUJEROS EN LA VIGA SECUNDARIA

§ DESVENTAJAS

SE REQUIERE MUCHA PRECISION




PLACA DE CORTANTE

CONEXIÓN CON PLACAS SOLDADURA Y TORNILLOS

PLACA DE CORTANTE




PLACA DE CORTANTE

CONEXIÓN CON UNA SOLA PLACA O CON UNA T

PERFIL T HECHO CON UNA VIGUETA CORTADA




CONEXIONES DE CORTANTE




CONEXIONES DE VIGA A COLUMNA




CONEXIÓN RIGIDA

CONEXIÓN SEMI RIGIDA

CONEXIÓN DECORTANTE

RELACION MOMENTO - ROTACION

CONEXIÓN DE CORTANTE




CONEXIONES DE CORTANTE




CONEXIÓN CON PLACA SIMPLE (SOLO CORTANTE)

PLACA




CONEXIÓN CON PLACA SIMPLE (SOLO CORTANTE)




CONEXIÓN CON DOS ANGULOS (SOLO CORTANTE)

2 ANGULOS




CONEXIÓN CON DOS ANGULOS (SOLO CORTANTE)

2 ANGULOS

2 ANGULOS




CONEXIÓN CON DOS ANGULOS SOLDADURA Y TORNILLOS (SOLO CORTANTE)




CONEXIÓN CON UNA T (A UN MURO DE CONCRETO)

MURO DE CONCRETO

HOLGURA




CONEXIÓN CON ANGULO DE ASIENTO (SOLO CORTANTE)

ANGULO

DE ASIENTO

ANGULO

ANGULO




CONEXIÓN CON ANGULO DE ASIENTO




CONEXIÓN CON MENSULA DE ASIENTO (SOLO CORTANTE)

ANGULO

ANGULO

PLACA

ATIESADOR

OPCIONES




CONEXIÓN CON T DE ASIENTO




CONEXIONES DE VIGA A COLUMNA CONEXIÓN A MOMENTO




CONEXIÓN CON PLACAS ATORNILLADAS A LOS PATINES

PLACAS ATORNILLADASA LOS PATINES




CONEXIÓN CON TES ATORNILLADAS A LOS PATINES Y A LA COLUMNA




CONEXIÓN CON SOLDADURA A TOPE EN PATINES Y PLACA DE CORTANTE




CONEXIÓN CON PATINES SOLDADOS A TOPE Y ALMA ATORNILLADA

PATINES SOLDADOS




CONEXIÓN CON PATINES SOLDADOS ALMA ATORNILLADA




CONEXIÓN DE PLACA EXTREMA

4 TORNILLOSSIN ATIESADOR

4 TORNILLOSCON ATIESADOR

8 TORNILLOSCON ATIESADOR




CONEXIÓN DE PLACA EXTREMA

PLACA EXTREMA SOLDADA A LA VIGA Y TORNILLOS A TENSION




OTRAS CONEXIONES




CONTRAVIENTOS




EMPALMES DE COLUMNAS




PLACAS DE BASE DE COLUMNAS




CONCEPTOS BASICOS




TORNILLOS. CASOS A TRATAR

TORNILLOS EN CORTANTE

TORNILLOS EN TENSION Y CORTANTE

TORNILLOSEN TENSION




EJEMPLO DE UNA CONEXIÓN




ESTADOS LIMITE

1.Fluencia del ángulo2.Ruptura en la sección neta del ángulo(incluyendo el cortante defasado)3. Aplastamiento del tornillo/ desgarramiento del ángulo4.Bloque de cortante en el ángulo5.Fractura por cortante en el tornillo6.Aplastamiento/ desgarramiento en la placa7.Bloque de cortante en la placa8.Ruptura de la placa9.Fluencia de la placa10.Fractura de la soldadura




CONCEPTOS BASICOS (L R F D )

Ru ≤ Ø Rn

Ru = resistencia requerida ( de las cargas factorizadas)Ø Rn = resistencia de diseñoØ = factor de resistenciaRn = resistencia nominal

TENSIÓN Fluencia : ØTn = 0.9 Fy Ag

Ruptura: Ø Tn = 0.75 Fu Ae

CORTANTEFluencia : ØVn = 0.9 ( 0.6 Fy) Ag

Ruptura: ØVn = 0.75 ( 0.6 Fu) An




Fy = esfuerzo de fluenciaFU = resistencia a la rupturaAg = área totalAe = área neta efectivaAn = área neta

Para acero A- 36 Para acero A- 992 Fy = 2530 kg/ cm² 3500 kg/ cm²Fu = 4060 kg/ cm² 4550 kg/ cm²




TORNILLOS

A-307 tornillos maquinados Fu = 4200 kg/cm²

A-325 tornillos alta resistenciaFu = 8400 kg/cm²

A-490 tornillos alta resistenciaFu = 10500 kg/cm²




TORNILLOS A-325 Y A-490




RESISTENCIA DE UN TORNILLO A TENSION

LRFD: Ru ≤ ØRn Ø = 0.75

ASD: Ra ≤ Rn/ Ω Ω = 2

Resistencia nominal a tensión:

Rn = Fnt Ag

Ag = área nominal del tornillo ( fuera de la cuerda)Fnt = esfuerzo nominal a tensión = 0.75 Fu

Tornillos A 325: Fu = 8400 kg/cm² Fnt = 6300 kg/ cm²

Tornillos A 490: Fu = 10500 kg/cm² Fnt = 7870 kg/ cm²




APLICACIÓN

Calcular la capacidad de un tornillo Ø 7/ 8” A 325

a) A tensión

Rn = Fnt Ag

Ag = 3.85 cm² área nominal del tornillo

Rnt = 6300 x 3.85 = 24 250 ton

LRFD: Ø Rn = 0.75 x 24 250 = 18 200 kg

ASD: R / Ω = 24 250 / 2 = 12 120 kg




TORNILLOS EN CORTANTE

Tipos de juntas

a)Trabajo por aplastamiento ( cortante)N cuerda incluida en el plano de cortanteX cuerda excluida del plano de cortante

a)Trabajo por deslizamientoSC deslizamiento crítico ( fricción). Estas juntasrequieren tornillos pretensados

En nuestro medio es común diseñar las juntaspor aplastamiento




JUNTA DE APLASTAMIENTO

Plano de cortante




Tensión en el tornillo

JUNTA DE DESLIZAMIENTO (FRICCIÓN )

Tornillo pretensado

Compresionesresultantes

Tension en el tornillo Superficie de contacto

Plano de fricción)




JUNTA EN CORTANTE SIMPLE

JUNTA EN CORTANTE DOBLE




b) Mismo ejemplo pero con el tornillo trabajando a cortante simple (trabajo por aplastamiento)

Rn = Fnv Ag

F nv = 0.4 Fu cuerdas dentro del plano de cortante

Fnv = 0.5 Fu cuerdas fuera del plano de cortante

A 325 dentro Fnv = 0.4 x 8 400 = 3 360 kg/ cm²

A325 fuera Fnv = 0.5 x 8400 = 4 200 kg/ cm²




Rnv = 3 360 x 3.85 = 12 900 ton cortante simple

LRFD: Ø R n = 0.75 x 12 900 = 9 670 ton

ASD: Rn/ Ω = 12 900/ 2 = 6 450 ton

En juntas muy largas › 50´´ se reducirá la capacidad del tornillo en 20%

De acuerdo con lo anterior se pueden preparar unas tablas para todos los tornillos como se muestramas adelante




JUNTA EN CORTANTE CON DESLIZAMIENTO CRITICO




Rn = F’nt Ag

Ag = área nominal del tornillo

F’nt = esfuerzo nominal a tensión incluyendo el cortante

F’nt = 1.3 Fnt - Fnt fv/ Ø Fnv ≤ Fnt LRFD

F’nt = 1.3 Fnt - Ω Fnt fv/ Fnv ≤ Fnt ASD

c) A cortante y tensión

LRFD : Ru ≤ Ø Rn Ø = 0.75

ASD: Rn ≤ Rn /Ω Ω = 2




TORNILLOS A CORTANTE Y TENSIÓN




CONCEPTOS ADICIONALES




APLASTAMIENTO EN LOS AGUJEROS

ESTADOS LIMITE:

Deformación excesiva de los agujeros

Desgarramiento




RESISTENCIA A APLASTAMIENTO

Rn será el menor deØ = 0.75 LRFDΩ = 2.0 ASD




TIPOS DE AGUJEROS

ESTANDAR dn + 1/16 ´´ ( 1.5 mm)

OVALADOS

RANURAS CORTAS

RANURAS LARGAS




SEPARACION MINIMA Y DISTANCIA AL BORDE

S › 2.67 db preferible › 3db

db

db = diámetro nominal del tornilloPara las distancias e consultarla tabla J3.4




TABLAS




CONEXIONES SIMPLESFUERZAS DE PALANCA

CONEXIÓN EXCENTRICAS




OBTENER LA CARGA DE TENSION




ESTADOS LIMITE DE LA CONEXIÓN A TENSION SIMPLE

1.Fluencia en tensión2.Ruptura en tensión3.Aplastamiento4.Bloque de cortante5.Fractura del tornillo6.Fractura de la soldadura7.Sección de Whitmore




Fluencia en tensión

Para diseño




φPn = 0.75 Fu AeFu = resistencia a tensión= 4060 kg/cm² para acero A36; = 4550 kg/cm² para acero A992 Gramil 2.5Ae = área neta efectiva = U AnU = coeficiente de reducción por cortante defasadoAn = área neta

Ruptura por tensión




CORTANTE DEFASADO




An = Area neta = Ag ΣAh + ΣSAg = área total de la sección transversalAh = área del agujero= (diámetro del agujero + 1.6 mm) tpS = (s²/4g)tpNota: An < 0.85 Ag para placas en tensión (la regla no aplica a perfiles)




Significado de s




BLOQUE DE CORTANTE

tensiónpequeña

cortantegrande cortante

pequeño

tensióngrande

La falla ocurre cuando la mayor fuerza alcanza la resistencia de rupturaLa fuerza menor puede provocar fluencia o ruptura




BLOQUE DE CORTANTE




Cuando Fu Ant ≥ 0.6FuAnv:φPn = φ [0.6Fy Agv +Fu Ant] < φ[0.6Fu Anv +Fu Ant]

Cuando Fu Ant < 0.6FuAnv:φPn = φ[0.6Fu Anv +Fy Agt] < φ[0.6Fu Anv +Fu Ant]

φ = 0.75

BLOQUE DE CORTANTEFORMULAS




Pn = | ruptura por tensión + | fluencia opuesta

max | ruptura por cortante min | ruptura opuesta

Ruptura por tensión = Fu AntRuptura por cortante= 0.6 Fu AnvFluencia en tensión = Fy AgtFluencia en cortante = 0.6 Fy Agv

BLOQUE DE CORTANTE




Ejemplo:

Pn = | Ruptura por tensión + | Fluencia por tensiónmax |Ruptura por cortante min |Ruptura por tensión

= ruptura por cortante + fluencia por tensión

φ Pn = 0.75 Pn

BLOQUE DE CORTANTE




Ejemplo:

Ant = 5.04cm² Agt= 6.45 cm² ( áreas neta y total en tensión)Anv =16.38cm² Agv = 23.38cm² ( áreas neta y total en cortante)Acero A36 : Fy = 2530 kg/cm² Fu = 4060 kg/cm²

Pn = |4060 x 5.04 = 20460 kg + |2530 x 6.45 = 16320 kg

max|0.6 x 4060 x 16.38 = 39900 min |20460 kg

Pn = 39900 + 16320 = 56220 kg

φPn = 0.75x 56220 = 42160 kg

(Nota: las áreas se calculan en el siguiente ejemplo)




BLOQUE DE CORTANTECONEXIONES SOLDADAS

Area de tensiónArea de cortante




SECCION DE WHITMORE

SECCION CRITICA




SECCION DE WHITMORE




Ejemplo, calcular ΦPn

ACERO A 36TORNS Φ¾” A 325 N

AREA = 23.35 cm²

= 2.3 cm




Estados límiteÁngulos:Fluencia en tensiónRuptura por tensiónBloque de cortante




Estados limite:Tornillos: ruptura por cortante

aplastamiento en los ángulosaplastamiento en la placa de conexión

Placa de conexión: 1. Fluencia en tensión2. Ruptura por tensión3. Bloque de cortante

Soldadura : Fractura de la soldaduraPDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com



Fluencia del ángulo:φPn = 0.9 Fy Ag= 0.9 x 2530 x 23.35 = 53170 kg

23.35 cm²




Ruptura del ángulo:φPn = 0.75 Fu Ae = 0.75 Fu UAnAn = Ag - Ah = 23.35 - (1.27) (1.91 + 0.16 + 0.16) = = 20.52 cm²U = 1 - x/L = 1 – 2.3/15.2 = 0.849 < 0.9φPn = 0.75 x 4060 x 0.849 x 20.52 = 53000 kg

2.3 cm

=15.2 cm




Bloque de cortante en el ángulo:Agv = 1.27 x 18.41 = 23.4 cm²Anv = 1.27 [18.41 - (2.5 x 2.22)] = 16.38 cm²Agt = 1.27 x 5.07 = 6.44 cm²Ant = 1.27 [5.07 - (0.5 x 2.22)] = 5.03 cm²

=5.07




RUPTURA DE LA SOLDADURA:

φPn = 250 x núm. de dieciseisavos x(long. de la soldadura)= 250 x 5 x 2 x 17.8 = 44500 kg

17.8




RESUMEN

φPn = 36880 kg(controlado por cortante y aplastamiento de los tornillos)




CONEXIONES DE VIGAS




Consideraciones de diseño

Ductilidad

Espesor de los ángulos ≤ 5/8´´Tamaños grandes de soldaduraSoldaduras verticales grandes espaciadas con retornos horizontales mínimos

Tolerancia en la longitud de la viga +/- 1/4´´

Para facilidad de montaje:Las holguras son normalmente de ½´´Las distancias al borde se tomarán ¼´´ menores quelas detalladas





Holgura en la longitud de las vigas





Holgura en la longitud de las vigas

Descontar¼´´ s




NUEVOS ESTADOS LIMITE

Ruptura del bloque de cortante en vigas recortadas - Atornilladas al alma - Soldadas al alma

Resistencia a flexión de la viga recortada




Bloque de cortante en vigas recortadas

Area decortante

Area detensión

Area decortante

Area detensión

Conexión atornillada Conexión soldada

tornillosseparación





Resistencia a la ruptura del bloque de cortante

Cuando Fu Ant ≥ 0.6Fu Anv:φRn = φ[0.6 Fy Agv + Fu Ant] ≤ φ[0.6Fu Anv +Fu Ant]Cuando Fu Ant < 0.6Fu Anv:φRn = φ[0.6 Fu Anv + Fy Agt] < φ[0.6Fu Anv +Fu Ant]φ = 0.75




Rn = Ruptura por tensión + Fluencia opuesta

max Ruptura por cortante min Ruptura opuesta





Vigas recortadas en un extremo

Holgura

Conexión a cortante simple

Verificar el pandeo aquí




Vigas doblemente recortadas



Holgura




Resistencia a flexión de vigas recortadas

Mu = Ru e < φb Mn

Fluencia por flexiónΦb Mn = 0.90 Fy SnetSnet = módulo de sección neto

Pandeo local del almaφMn = φ Fbc Snet

Verificar el pandeo aquíHolgura





Corte simple

Limitaciones: c < 2 ddc < d/2

φFbc = 1 650 000 (tw /ho)² f k < 0.9 Fyf = 2 (c /d) for c / d < 1.0f = 1 + (c /d) for c / d > 1.0k = 2.2 (ho /c)1.65 for c / ho < 1.0k = 2.2 (ho /c) for c / ho > 1.0

Holgura







Corte doble

Limitaciones: c ≤ 2 ddct ≤ 0.2 ddcb ≤ 0.2 d

φFbc = 3 560 000 [tw² / (c ho)] fd≤ 0.9 Fyfd = 3.5 - 7.5 (dc/d)dc = max (dct , dcb)






Ejemplo: Determinar si la viga es adecuada

18 ton




Ejemplo

Viga W14x30d = 13.8 in (35.0 cm)tw = 0.270 in (0.68 cm)ho = 35.0 – 7.6 = 27.4 cmSnet = 137 cm³ de la Tabla 9-2 del manual






φFbc = 1 650 0000 (tw / ho)² f k < 0.9 Fy

c /d = 20.3/ 35.0 = 0.580 < 1.0f = 2 (c /d) = 2 x 0.580 = 1.16c /ho = 20.3 / 27.4 = 0.740 < 1.0k = 2.2 (ho /c)1.65 = 2.2 (27.4 / 20.3)1.65 = 3.61

φFbc =1 650 000 (0.68 / 27.4)² (1.16) (3.61)= 4320 kg/cm² > 0.9 Fy = 0.9 (3500) = 3150 kg/cm²




φMn = φ Fy Snet= 0.9 x 3500 x 137= 431 550 kg cm = 4.3 ton m

Mu = Vu e = 18 (0.22)= 4.0 ton < 4.3 correcto

Resistencia a flexión de vigas recortadasCont.

V = 18 ton




PLACAS EXTREMAS DE CORTANTE

PLACA EXTREMA

DISTANCIA MINIMAAL BORDE

Nota : las placas extremas tendrán entre ¼ ´´ y 3/8´´




Estados limite para las placas extremas

Viga:Cortante en la viga completaResistencia a flexión de la viga recortadaResistencia del alma en la soldadura

Soldadura:Ruptura de la soldadura




Estados límite en la placa extrema y en los tornillos

Placa:

1. Fluencia por cortante en la sección completa

2. Ruptura por cortante enel área neta

3. Ruptura en el bloque decortante

Tornillos:4. Ruptura por cortante5. Aplastamiento en la placa

extrema y sobre la viga o la columna




Ejemplo de placa extrema

Determinar φVnTornillos ¾´´ A325-N, soldadura E70XX




Viga W14x30 Fy = 3500 kg/cm² Fu = 4550 kg/cm²d = 35 cm tw = 0.68 cm

Estados límite en la vigaFluencia por cortanteφVn = 0.9 (0.6 Fy) ho tw= 0.9 (0.6 x 3500) (35 – 7.6) (0.68)= 35200 kg






Resistencia a flexión de la viga recortada

Del ejemplo anteriorφMn = 4.3 ton me = longitud del corte + espesor de la placa

= 20.3 + 0.6 = 20.9 cm

φ Vn = 4.3 / 0.209 = 20.5 ton = 20500 kg





Resistencia del alma de la viga en la soldadura

Placa L = 21.6 cmtsold = 3/16 in (0.16 cm)

φVn = 0. 75(0.6 Fu) (L - 2 tsold) tw= 0.75 (0.6 x 4550) [21.6 - (2 x 0.16)] (0.68)= 29600 kg

(Nota: tomar la longitud efectiva de la soldadura = (L – 2 tsold)tw: espesor del alma




Estado límite por ruptura de la soldadura

Soldadura de filete de 3/16 in (0.16 cm) Tamaño mínimo de la soldadura 3/16 in. OKφVn = (250 X 3) (L - 2 tsold)= (2 x 250 x 3) [ 21.6 - (2 x 0.48)]= 31000 kg = 31.0 ton(Nota: tomar la longitud efectiva de la soldadura = (L – 2 tsold)





Estados limite para la placa:tp = 1/4 in (0.63 cm)Acero A36 Fy = 2530 kg/cm²Fu = 4060 kg/cm²Fluencia de la placa por cortante en el área totalφVn = 0.9 (0.6 Fy) (2 L tp)= 0.9 (0.6 x 2530) (2 x 21.6 x 0.63)= 37200 kg = 37.2 ton






Ruptura por cortante en la sección neta de la placadh´ = 1.9 + 0.16 + 0.16 = 2.22 cmAn = (21.6 - 3 x 2.2) (2)(0.63)= 19.0 cm²φVn = 0.75 (0.6 Fu) (An)= 0.75 (0.6 x 4060) (19.0)= 34700 kg = 34.7 ton




Bloque de cortante en la placaRuptura

PL de 21.6 x 15.2 x 0.63


Ruptura por tensión +Ruptura por cortante

Fluencia op.Ruptura op.





Bloque de cortante en la placa:Ruptura por tensiónFu Ant = 4060(3.2 - 0.5 x 2.22)(2 x 0.63)= 10700 kg Ruptura por cortante0.6FuAnv = (0.6 x 4060) (18.4 - 2.5 x 2.22)(2 x 0.63)= 39800 kgRige la ruptura por cortante

Ruptura opuesta (tensión)Fu Ant = 10700 kgFluencia opuestaFy Agt = 2530 (3.2)(2 x 0.63) =10300 kg RIGE





Resumen :

ΦVn = 0.75 ( ruptura por tensión +fluencia por cortante)

ΦVn = 0.75 (39800 + 10300) = 37600 kg = 37.6 ton





Estados límite en los tornillosRuptura de los tornillosA325-N Fv = 3360 kg/cm² cortante simpleφrn = 0.75 n Fv Ab= 0.75 (1) (3360) (2.87)= 7230 kg/tornillo




Aplastamiento sobre la placa extremaDeformacion del agujero:φ 2.4 Fu db t = (0.75) (2.4 x 4060) (1.91 x 0.63) = 8750 kgdesgarramiento:Agujero de borde: φ 1.2 Fu Lc t = (0.75)(1.2 x 4060) (3.2 – 1.0) (0.63)= 4930 kg < 8750Otros agujeros: φ 1.2 Fu Lc t = (0.75)(1.2 x 4060)(7.6 – 2.0) (0.63)= 12900 kg > 8750(Revisar también el aplastamiento en la trabe principal )

Resumen:ΦVn = 4 x 7230 +2 x 4930 = 39780 kg2 tornillos rigen por ruptura y 4 por aplastamiento






Resumen: ΦVn

Fluencia por cortante 35200Resistencia a flexión (viga recortada) 20500Resistencia del alma en la soldadura 29600Ruptura de la soldadura 31900Fluencia de la placa por cortante 37200Ruptura por cortante en la placa 34700Bloque de cortante en la placa 37600Ruptura de los tornillos 39780

El valor menor es el que rige : ΦVn = 20500 kg = 20.5 ton




Conexión con dos ángulosAtornillada-soldada

2 ángulos

Pueden emplearseagros. oblongos




2 ángulos

Hipótesis:

La viga está articulada en la cara de la viga principal

La soldadura está sometida acortante excéntrico





Estados límite

VigaFluencia por cortanteResistencia a flexión de la viga recortadaRuptura del bloque de cortanteResistencia del alma en la soldaduraSoldaduraRuptura de la soldadura por cortante excéntricoAngulosFluencia por cortante en el área totalRuptura por cortante en el área neta Ruptura en el bloque de cortanteTornillosRuptura por cortanteAplastamiento en los ángulosAplastamiento en la viga principal




Conexión con dos ángulosAtornillada-soldadaEjemplo

Pueden emplearseagros. oblongos

Obtener ΦVn para los estados limite de:

Ruptura del bloque de cortante en la vigaRuptura de la soldadura por cortante excéntricoResistencia del alma en la soldadura




2 ángulos


Bloque de cortante en el alma

0.6 Fu Anv = 0.6 (4550)(22.2 x 0.69)= 41800 kg

Fu Ant = 4550(7.6 – 1.3 – 0.63) (0.69)= 17800 kg < 41800

(rige ruptura por cortante)Fy Agt = 3500 (7.6 - 1.3 – 0.63) (0.69)

= 13700 kg < 17800(rige la fluencia por tensión)

ΦVn = 0.75 (41800 + 13700)= 55500 kg

área de tensión

área decortante




Conexión con dos ángulosAtornillada-soldadaRuptura de la soldadura porcortante excéntrico

El problema se resuelve con las tablas del AISC




2 ángulos


De acuerdo con la Tabla 8-9

C = 2.06C1 = 1.0 para electrodo E-70D = 3 núm. De dieciseisavos

ΦVn = C C1 D L= 2.06 x 1.0 x 3 x 2 x 8.5 = 105 kips = 47.9 ton

área de tensión

área decortante





Resistencia del alma en la soldadura

ΦVn = 0.75 (0.6 Fu)(L) tw

= 0.75 (0.6 x 4550)(34.2) x 0.69= 48300 kg

área de tensión

área decortante




CONEXIONES DE MOMENTO

Tipos

Patines soldados/alma atornilladaPlacas soldadas a los patines/alma atornilladaPlacas atornilladas a los patines/alma atornilladaT atornillada a los patines/alma atornilladaPlaca de momento extrema




PATINES SOLDADOS/ ALMA ATORNILLADA




PATINES SOLDADOS/ ALMA ATORNILLADA

Estados límiteSoldadura del patín de la viga al patín de la columna

Soldadura de penetración completaSoldadura de penetración parcialSoldaduras de filete




PATINES SOLDADOS ALMA ATORNILLADA

No se recomienda el empleo de soldaduras de penetración parcial

Las soldaduras de filete deben desarrollar la capacidad del patín de tensión

0.9 Fyf tf (1)1.5 x 0.250 (1)

Mu / ( d – tf )1.5 x 0.250 x bf

Dreq. =

Dreq. =




PATINES SOLDADOS ALMA ATORNILLADA

Estados límite en la placa del alma

Fluencia por cortanteRuptura por cortanteAplastamientoRuptura del bloque de cortanteRuptura de la soldadura

Observaciones:La conexión de la placa se diseña para cortante directo (sin excentricidad)En zonas de riesgo sísmico alto se requieren consideraciones especiales




PLACA SOLDADA A LOS PATINESALMA ATORNILLADA

La placa superior es mas angosta que el patín,La placa inferior es mas ancha





Estados límite

Fluencia de la placa delpatín de tensión

Ffu = Mu /(d – tp)Ffu ≤ Φ Fy Ag





Ruptura de la placa del patín de tensión

Ffu ≤ Φ Fu Ae = Φ Fu UAg

Φ = 0.75De acuerdo con LRFD cap. BU = 1.0 para L ≥ 2wU = 0.87 para 1.5 w ≤ L < 2wU = 0.75 para w ≤ L < 1.5 w





Soldadura de la placa del patín de tensión

Ffu = Mu/d ≤ Σ de la resistencia de los cordones

0.250 D

0.250 D





0.250 D

Bloque de cortante del patín de tensiónAplicable solo a los cordones longitudinales

Area de tensión

Area de cortante




atiesado0.250 DArea de tensión

Area de cortante

Pandeo de la placa de compresiónPandeo local


Atiesado

Sin atiesarElementoatiesado Elemento

sin atiesarElementosin atiesar

(Sistema ingles)






Atiesado

PANDEO DE LA PLACADE COMPRESIONPANDEO POR FLEXION

Patín de lacolumna






Atiesado

Patín de lacolumna

SOLDADURA DE LA PLACA DEL PATIN DE COMPRESION

Ffu = Mu/d ≤ Σ de la resistenciade los cordones

0.250 D




atiesado0.250 D

PLACA ATORNILLADA A LOS PATINES/ ALMA ATORNILLADA

Atiesado

Patín de lacolumna

0.250 D




atiesado0.250 D

PLACA ATORNILLADA A LOS PATINES /ALMA ATORNILLADA

Atiesado

Patín de lacolumna

0.250 D

Estados límite para la placa delpatín de tensión(son los mismos que para cualquier miembro sometido a tensión):

1.Fluencia por tensión2.Ruptura por tensión3.Bloque de cortante




atiesado0.250 D


Atiesado

Patín de lacolumna

0.250 D

PLACA DEL PATINDE TENSION FLUENCIA

POR TENSION

RUPTURAPOR TENSION

Para la ruptura por tensión:

ΦTn = 0.75 Fu AnConsiderar la sección de Whitmore




atiesado0.250 D


Atiesado

Patín de lacolumna

0.250 D

FLUENCIAPOR TENSION

RUPTURAPOR TENSION

Bloque de cortantepara la placa





Estados límite de la placa de compresiónPandeo


Atiesado

Elementoatiesado Elemento

sin atiesarElementosin atiesar

Pandeo local

Patín de la col.

Pandeo lateral






Ruptura de los tornillos yaplastamiento de la placa

Fu = Mu/d ≤ Σ Φrn

En juntas muy largas ( L> 50´´, 125cm) reducirla capacidad en 20%




atiesado0.250 D


Atiesado

Estados límite para la viga

Resistencia del área reducida a flexiónBloque de cortante




atiesado0.250 D


Atiesado

Resistencia reducida a flexión

Si 0.75 Fu Afn < 0.9 Fy Afg

El área efectiva del patín de tensión Afe

será igual a (5Fu Afn)/( 6Fy). De aquí seobtendrá Zef (sistema inglés)




atiesado0.250 D


Atiesado

Bloque de cortante en el patín de la viga




atiesado0.250 D


Atiesado

Placa del alma ytornillos del alma

El problema es similar al caso anterior pero sin considerar excentricidad




atiesado0.250 D

EJEMPLO DE UNA CONEXIÓN DE MOMENTOlocal P= 550 ton

Atiesado

Pu1 = 550 tonVu = 40 ton

cortante de piso

Vu = 34 ton

Mu = 145 tm

Pu2 = 605 ton

Vu = 27 ton

Mu = 145 tm




atiesado0.250 D


Atiesado


cortante de piso

Parámetros de diseño

145 tm39.5 cm

1.4 cm22.9 cm

2.5 cm

38.0 cm1.89 cm39.5 cm

3.02 cm

4.55 cm (diseño)15.3303 cm²




atiesado0.250 D

EJEMPLO DE UNA CONEXIÓN DE MOMENTO

Atiesado

Pu1 = 550 tonCONEXIÓN DE LA VIGA A LA COLUMNA

Patín de la viga al patín de la columna:Se soldará directamente con penetracióncompleta empleando placas de respaldo

En tales condiciones no hay nada que diseñar

Alma de la viga a patín de la columnaSe usará una placa simpleno se considera excentricidad




atiesado0.250 D

EJEMPLO DE UNA CONEXIÓN DE MOMENTO

Pu1 = 550 tonConexión de la viga a la columna

Se propone una placa de 37 x 8.9 x 0.8 cmDe acero A36 y 5 tornillos de ¾´´ A325-N




atiesado0.250 D



Estados límiteRuptura por cortante en la sección neta ΦVn = Bloque de cortante ΦVn = Aplastamiento ΦVn = Cortante en los tornillos ΦVn = 36.2 tonRuptura de la soldadura ΦVn = 46.2 ton




EJEMPLO DE UNA CONEXIÓN DE MOMENTOCONCEPTOS ADICIONALES EN LA COLUMNA

COLUMNA W 24 X103Mu = 145 tm Cu = Tu = 145 / 0.598 = 242 ton

59.859.8

242

242 ton

242 ton

242 ton

242 ton

40 ton




a) Flexión del patín de la columna (J10.1)ΦRn = 0.9( 6.25 tf ² Fy)= 0.9 (6.25 x 3.02² x 3500)= 179600 kg = 179.6 ton < Tu = 242 tonSe requieren atiesadores en 1 y 3

b) Fluencia del alma (J10.2)ΦRn = 0.9( 5k + N) Fy twk = distancia del borde exterior del patín al punto donde inicia la parte recta del almaN = longitud de aplastamiento (espesor del patín)tw = espesor del almaΦRn = 1.0( 5 x 4.55 + 2.5) 3500 x 1.89) = 167000 kg= 167 ton < 242 Se requieren en todos los puntos





c) Aplastamiento del alma de la columna (J10.4)

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.






Diseño de los atiesadores

242 – min

=75 ton

180

167 242 - 167

=75 ton

Atiesador 1-2

75 + 75 =150 ton





Diseño de los atiesadores

242 – min

=75 ton

180

Atiesador 1 - 2Lado de tensión :Ast = 75000 / (0.9 x 2530) = 32.9 cm²75/2

Lado de compresión :Ast = 75000 / (0.85 x 2530) = 34.9 cm²Placa de 5/8´´ x 6´´A = 2 (15.2 – 1.9) (01.59)= 42.3 cm²> Ast okSoldadura Se propone un cordón de 3/8´´ en ambos ladosCap. de la soldadura 13.3 x 2 x 2 x 6 x 0.250 = 79.8 ton ok

75/275/2

75 ton




EJEMPLO DE UNA CONEXIÓN DE MOMENTORESUMEN




CONEXIONES DE MOMENTO CON PLACA EXTREMA Y

CONEXIONES DE CONTRAVIENTOS




CONEXIONES DE MOMENTO CON PLACA EXTREMA

Conexión con 4 tornillos sin atiesadores

Configuraciones LRFD




Configuraciones LRFD


Conexión con 8 tornillos y atiesador




Configuraciones básicas

Nueva Guía16 del AISC





Configuraciones extendidas

Nueva Guía 16 del AISC





Diseño LRFD

4 Tornillos Extendidossin atiesar

Suposición:

Sin fuerzas de palanca

Los tornillos del lado de compresión resisten todo el cortante





Diseño LRFD

4 Tornillos Extendidossin atiesar

Modelo de diseño:

Análisis con elemento finito

Ecuaciones de regresión





Diseño LRFD

4 Tornillos ExtendidosSin Reforzar

Limitaciones:

No usar para diseño sísmicoTornillos pretensadosbp ≤ bf + 2.5 cmg ≤ bf





Estados límite:

Fractura del tornillo por tensiónResistencia a flexión de la placa extremaSoldadura del patín de tensiónSoldadura del almaCortante en el tornillo del lado de compresión





Fractura en los tornillos de tensión

6300 kg/cm²

7900 kg/cm²






Resistencia a flexión de la placa extremaMomento crítico efectivo en la placa

Brazo efectivo

Fuerza factorizada en el patín




. Resistencia a flexión de la placa extrema

depende del Fy de la viga, de la placa extrema y del tipo de tornillo





Valores de Ca de la formula anterior

Tipo de tornillo Fy de la viga kg/cm² Fy de la placa kg/cm²

2530

2530

3500

3500

2530

2530

2530

2530

3500

3500

3500

3500




CONEXIONES DE PLACA EXTREMA DE MOMENTO

Modulo de sección plástico

Resistencia a flexión de la placa





. End-Plate Shear Strength

Ffu < 0.75(0.6)Fu (bp . 2dh´) tpFfu < 0.9(0.6)Fy bp tp

Resistencia a cortante de la placa





. Soldadura del patín de tensión

. Soldaduras de penetración total o de filete para resistir Ffu

. Es recomendable desarrollar la resistencia del patín





Soldadura del alma

Soldadura diseñada para resistir la capacidada tensión del alma

Soldadura diseñada para resistir el cortante Vu





Tornillos en el lado de compresión

Alternativa:Diseñar todos los tornillospara cortante y tensión





8 tornillos extendidos y atiesador

Suposición :

Los tornillos del lado de compresión toman el cortante






Modelo de diseño:. Análisis de elemento finito

Ecuaciones de regresión






Limitaciones:. No usar en condiciones de sismo. Tornillos con tensión inicial. bp < bf + 2.5 cm. g < bf





Limitaciones:. Usar solo tornillos A325 . pf < 2 1/2 in. pb < 3 db (espaciamiento vertical ). 5 1/2 in. < g < 7 1/2 in. 3/4 in. < db < 1 1/2 in






Estados límite:. Ruptura del tornillo por tensión. Resistencia a tensión de la placa. Soldadura del patín de tensión . Soldadura del alma. Cortante en los tornillos del

lado de compresión. Resistencia del atiesador





Fractura del tornillo por tensión ru = Mu / [6 (d . tf)]6 tornillos efectivos (debido a la accion de palanca)

ru < φFt Ab = 0.75 Ft AbA325 Ft = 6300 kg/cm²( no se permiten tornillos A490 )






Resistencia a flexión de la placa

Fuerza por tornillo

Paso efectivo

Espesor de la placa




. Diseño de la soldaduraMismas reglas que para 4 tornillos

. Tornillos del lado de compresiónSe diseñan para resistir todo el cortante





. Diseño del atiesador

. Geometríats > (Fyb / Fys) tw





. Soldaduras del atiesador





4 tornillos extendidos sin atiesador





- Estados límite. Flexión local del patín. Fluencia local del alma. Aplastamiento local del alma(K1.5). Pandeo del alma (K1.6). Fluencia en la zona del panel (K1.7)





. Patín de la columnaFlexión de la placa en la zona de 4 tornillos

Pensar en girar 90° la placaPatín de la columna ⇔PlacaAlma de la columna ⇔Patín de la viga





- Analizar el patín de la columna como placa extrema con:

tp = tfc

bp = 2.5 c = 2.5 (pf + tfb + pf)Af / Aw = 1.0y las formulas anteriores





-Fluencia localdel alma

Lcr = tfb + 2w +2 tp + 6k de diseño





Igual a las anteriores excepto la longitud crítica:

φRn = 1.0 Fyc (tfb + 6k + 2 tp + 2w) twc

k = k de diseño

- Aplastamiento local del almaIgual a las anteriores para el patín y lasconexiones de la placa al patín





- Pandeo del alma

Similar a las conexiones previas para el patín y para la placa





CONEXIONES DE CONTRAVIENTOS

- Conexiones para contravientos ligeros

- Conexiones para contravientos pesados




CONEXIONES PARA CONTRAVIENTOS LIGEROS




Estados límiteAngulos:

- Fluencia por tensión- Fractura por tensión - Bloque de cortante

tornillos: - Fractura por cortante- Aplastamiento en los ángulos y en la placa





Soldaduras:- Fractura en la sección de Whitmore






Placa:-Fluencia por tensión en lasección de Whitmore

-Fractura por tensión en la sección de Whitmore - Bloque de cortante




Estados límite

Angulos:- Fluencia por tensión - Fractura por tensión- Bloque de cortante

Soldadura:- Fractura de la soldadura





Alma de laT:-Fluencia por tensión en la

sección de Whitmore -Fractura por tensión en la

sección de Whitmore - Bloque de cortante- Fluencia por cortante






Patín de la T:- Flexión del patín- Fluencia por cortante- Rotura por cortante- Bloque de cortante




Tornillos:Tensión y cortante combinadosAplastamiento en el patín de la T y en el patín de la columna

Patín de la columna:Flexión del patín

Alma de la columna:Fluencia del alma





CONEXIONES PARA CONTRAVIENTOS PESADOS




La placa de conexión está soldada a la viga y atornillada a la columna

No hay nuevos estados límite

Se emplea el método de fuerzas uniformes





Conexión de la diagonal decontraventeo para las fuerzas externas

Diagrama de cuerpo libre de la placa




Combinando (1) y (2) y usando las relaciones de los ángulos





DONDE

FUERZAS DE LA COLUMNA

FUERZAS DE LAS VIGAS






Notas:Hb debe ser aumentada en 40% para tener en cuenta la redistribucion de fuerzas en las soldaduras de la placa de conexión

La conexión a la columna es una T a tensión

Las soldaduras en la viga resisten cortante y tensión

Consultar el reglamento LRFD Parte 13 para otros casos y para ejemplos




INSTALACION




SECUENCIA DE APRIETE




APRIETE AJUSTADO




METODO DE LA VUELTA DE TUERCA

APRIETE AJUSTADO MAS LA ROTACION ESPECIFICADA

TORNILLOS CON TENSION INICIAL




INSTALACION CON LLAVES CALIBRADAS




TORNILLOS DE TENSIONCONTROLADA (ASTM F 1852)




Muesca

Punta desprendible

Llave de impacto especial

Antes del apriete Durante el apriete Después del apriete

INSTALACION DE TORNILLOS DE TENSION CONTROLADA




APRIETE CON INDICADORES DE TENSION DIRECTA (DTIs)

Holgura despuésdel apriete

Holgura antes del apriete

Rondanas planas




INDICADORES DE TENSION DIRECTA (DTIs)




EQUIPO Y HERRAMIENTAS

Llave de impacto Llaves de mano Generador ycompresora




Conexiones atornilladas raul granados

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