Instituto Tecnológico de Chetumal
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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE CHETUMAL Ciencias de la tierra Arquitectura Estructuras de Acero “CONEXIONES DE ACERO” Alumna: Valeria Zapata Sansores Maestro: Moisés Daniel Hernández Ake 6; C JUNIO, 2014
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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE CHETUMAL
Ciencias de la tierra
Arquitectura
Estructuras de Acero
“CONEXIONES DE ACERO”
Alumna: Valeria Zapata Sansores
Maestro: Moisés Daniel Hernández Ake
6; C
JUNIO, 2014
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INDICE
1. TIPOS DE CONEXIONES .......................................................................................................... 3
2. CARACTERÍSTICAS Y COMPORTAMIENTOS DE LOS ELEMENTOS DE CONEXIONES ............... 5
3. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS TIPOS DE CONEXIONES .................................................. 5
4. MODO DE FALLAS DE LAS CONEXIONES REMACHADAS ....................................................... 8
5. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LAS UNIONES SOLDADAS .................................................... 8
6. CONCLUSIONES ..................................................................................................................... 9
7. BIBLIOGRAFIA ..................................................................................................................... 10
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1. TIPOS DE CONEXIONES
La construcción en estructuras metálicas debe entenderse como prefabricada por
excelencia, lo que significa que los diferentes elementos que componen una estructura
deben ensamblarse o unirse de alguna manera que garantice el comportamiento de la
estructura según fuera diseñada.
La selección del tipo de conexiones debe tomar en consideración el comportamiento
de la conexión (rígida, flexible, por contacto, por fricción, etc.), las limitaciones
constructivas, la facilidad de fabricación (accesibilidad de soldadura, uso de equipos
automáticos, repetición de elementos posibles de estandarizar, etc.) y aspectos de
montaje(accesibilidad para apernar o soldar en terreno, equipos de levante, soportes
provisionales y hasta aspectos relacionados con clima en el lugar de montaje, tiempo
disponible, etc.).
Remaches en caliente o roblones
Para hacer este tipo de uniones, las planchas que se debían unir se perforaban en un
régimen que se determinaba por cálculo, reforzando los
empalmes y traslapes con planchas igualmente
perforadas de acuerdo al mismo patrón. Muchas veces
estas planchas adicionales llegaron a representar hasta
el 20% del peso total de la estructura. Los roblones o
remaches tienen una cabeza ya preformada en forma
redondeada y se colocan precalentados a una
temperatura de aprox. 1.200ºC, pasándolos por las
perforaciones y remachando la cara opuesta hasta
conformar la segunda cabeza. Al enfriarse, su caña
sufrirá una contracción que ejercerá una fuerte presión
sobre los elementos que se están uniendo. Este sistema
de conexión funciona por la enorme dilatación térmica del
acero que permite que, aún elementos relativamente
cortos como los roblones, se contraigan
significativamente al enfriarse desde los 1.200ºC hasta la
temperatura ambiente.
Soldadura
La soldadura es la forma más común de conexión del acero estructural y consiste en unir dos piezas de acero mediante la fusión superficial de las caras en presencia de calor y con o sin aporte de material agregado.
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Cuando el material de
aporte es el mismo o
similar al material de
los elementos que se
deben unir
conservando la
continuidad del material
y sus propiedades
mecánicas y químicas,
el calor debe alcanzar a fundir las caras expuestas a la unión. De esta forma se
pueden lograr soldaduras de mayor resistencia capaces de absorber los esfuerzos que
con frecuencia se presentan en los nudos..
Entre los variados tipos de soldadura se pueden mencionar:
Soldadura Oxiacetilénica, en
que la temperatura se logra
encendiendo una mezcla de
gases de oxígeno y acetileno en
el soplete capaz de fundir los
bordes de las planchas a unir a la
que se le agrega el material de
aporte proveniente de una varilla
con la que se rellena el borde a soldar. El principio de la soldadura con mezcla de
oxígeno y acetileno se emplea también en el corte de planchas.
Soldadura al Arco, se genera un arco voltaico entre la pieza a soldar y la varilla
del electrodo que maneja el operador que produce temperaturas de hasta
3.000ºC. Los materiales que revisten el electrodo se funden con retardo,
generando una protección gaseosa y neutra en torno al arco eléctrico, evitando la
oxidación del material fundido a tan alta temperatura. Este proceso puede ser
manual, con electrodo revestido o automática con arco sumergido.
Tornillos
Los tornillos son conexiones rapidas utilizadas de acero livianas, para fijar chapas o
para perfiles conformados de bajo espesor. Las fuerzas que trasnfieren este tipo de
conexiones son comparatiavamente bajas, por lo que normalmente se tienn que
insertar una cantidad mayor de tornillos. Los tornillos pueden ser autorroscante o
autoperforantes.
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2. CARACTERÍSTICAS Y COMPORTAMIENTOS DE LOS
ELEMENTOS DE CONEXIONES
Tipos de conexión características comportamiento Remaches Es un elemento de
fijación que se emplea para unir de forma permanente dos o más piezas
Los roblones o remaches tienen una cabeza ya preformada en forma redondeada
su caña sufrirá una contracción que ejercerá una fuerte presión sobre los elementos que se están uniendo
El comportamiento de las conexiones funciona por la enorme dilatación térmica del acero que permite que, aún elementos relativamente cortos como los roblones, se contraigan significativamente al enfriarse desde los 1.200ºC hasta la temperatura ambiente.
Soldadura Unión de dos piezas de acero mediante la fusión superficial de las caras a unir en presencia de calor y con o sin aporte de material agregado.
Soldaduras de mayor resistencia capaces de absorber los esfuerzos que con frecuencia se presentan en los nudos.
Las posiciones de soldadura típicas son: plana, vertical, horizontal y sobre cabeza
Se presenta el comportamiento de la unión de soldaduras en base a los resultados de investigaciones realizadas en la Universidad de Cornell. Se observó durante las pruebas de carga en dichas investigaciones que el esfuerzo de fluencia estaba pobremente definido o muy cercano al esfuerzo de falla
atornillado Acero laminado en frío
Diferencia en espesores de las partes conectadas
Máximo tamaño de agujeros para tornillos y para los esfuerzos permisibles a tensión en tornillos
El objetivo de dichas pruebas fue estudiar el comportamiento estructural de conexiones atornilladas y el de proveer la información necesaria para desarrollar métodos de diseño confiables. En todos los programas de pruebas, los tornillos fueron apretados
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3. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS TIPOS DE
CONEXIONES
con los valores de torque de acuerdo con el tipo de tornillo usado. Las conexiones fueron probadas con y sin rondanas colocadas bajo las cabezas y tuercas de los tornillos. Los resultados de las pruebas indicaron que los siguientes cuatro tipos de falla ocurren usualmente en las conexiones atornilladas de perfiles laminados
Tipos de conexión Ventajas Desventajas
Remaches Los adhesivos permiten una distribución uniforme del esfuerzo sobre el área de la unión entera. Esto elimina la concentración de esfuerzo causada por los remaches, pernos, soldaduras de punto y técnicas de unión similares.
Pueden usarse materiales más ligeros, más delgados sin afectar el esfuerzo.2. Los adhesivos pueden unir materiales distintos eficazmente.
El contacto continuo entre superficies entrelazadas eficazmente une y sella contra muchas condiciones ambientales. 4. Los adhesivos eliminan barrenos necesarios para los sujetadores mecánicos y marcas de la superficie que son el resultado de la soldadura de punto, soldadura de bronce, y así sucesivamente
La unión adhesiva puede ser lenta o puede requerir el proceso crítico.
Algunos adhesivos requieren calor y presión o plantillas especiales y accesorios para establecer la unión.
Puede requerir ventilación especial para proteger a los empleados de los vapores tóxicos.
Algunos no sostienen bien cuando son expuestos abajas temperaturas, humedad alta, calor severo, químicos, agua y así sucesivamente
Soldadura El empleo de conexiones soldadas en vez
Las conexiones rígidas pueden no ser óptimas
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desatornilladlas o remachadas permite un
ahorro de material (hasta de un 15%).
La soldadura permite grandes ahorros en el peso del acero utilizado.
Las estructuras soldadas son estructuras más rígidas debido a una unión directa.
Proceso de unión silencioso.
Permite una buena creación de perfiles metálicos utilizados en ingeniería.
La soldadura requiere menos trabajo y por lo tanto menos personal que la colocación de remaches o tornillos.
La soldadura permite una gran variedad de conexiones, cosa que no se puede con
remaches o tornillos. 1.
en el diseño.
La revisión de las conexiones soldadas no es muy sencillo con respecto al resto.
La creencia de la baja resistencia a la fatiga en conexiones soldadas (no se permite aún en algunos puentes ferroviario
atornillado Los tornillos de alta resistencia requieren menos trabajadores, y menos capaces, lo que reduce los costos de mano de obra.
El atornillado requiere menos equipo.
Las técnicas de instalación son sencillas y se puede capacitar a un trabajador en horas.
No existen riesgos de incendio con la construcción
atornillada
La junta es más débil normalmente en las partes que se van a unir.
No son herméticas a los fluidos.
Pueden tener pobre conductividad eléctrica.
Este tipo de unión trae consigo concentración tensiónales en la zona de los agujeros
-Se puede aflojar o debilitar ante cargas dinámicas o también ante variaciones de temperatura.
Se suele presentar corrosión en la tuerca o cabeza del perno.
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4. MODO DE FALLAS DE LAS CONEXIONES
REMACHADAS
En las conexiones remachadas, se supone que las placas unidas no están fuertemente sujetas
entre sí como para provocar fuerzas de fricción entre ellas y trasmitir cargas. Por consiguientes
los remaches ejercen presión en los agujeros, y se debe investigar la falta de apoyo. También
podría ocurriría falla por cortante como por tensión. El modo de análisis de estos tres modos
de falla se describe a continuación.
Falla por cortante
Se supone que el remache se ve
sometido a cortante directo, se aplica
una carga de tensión a la junta, siempre
que la línea de acción del carga pase
por el centroide dela disposición de
remaches. También se supone que la
carga total aplicada se reparte por igual
entre todos los remaches. La capacidad
de una junta con respecto a cortante
es:
Fallo por aplastamiento
Se da en la zona de compresión del
laminado debido al avance del remache sobre la sección del laminado. Geométricamente, este
modo de fallo aparece cuando la distancia entre remaches y la distancia del taladro del remache
al borde libre son altos en comparación con el diámetro del taladro realizado.
Fallo por tracción
Este tipo de fallo implica la rotura de la sección neta del laminado debido a la carga circulante.
Aparece cuando la distancia entre remaches y/o la distancia al borde es pequeña si lo
comparamos con el diámetro del taladro del remache.
5. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LAS UNIONES
SOLDADAS
Ventajas
El empleo de conexiones soldadas en vez de atornilladas o remachadas permite una
horro de material
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La soldadura permite grandes ahorros de peso del acero utilizado
Zona de aplicación mucho mayor en conexiones
Las estructuras soldadas son estructuras más rígidas debido a una unión directa
Permite una real continuidad en las estructuras
Proceso de unión silencioso
Permite una buena creación de perfiles metálicos utilizados en la ingeniería
La soldadura requiere menos trabajo y por lo tanto menos personal que la colocación
de remaches o tornillos
Las conexiones soldadas son más rígidas que las demás lo cual permite una verdadera
continuidad en la trasmisión de elementos mecánicos entre miembros
Las estructuras soldadas pueden repararse muy fácilmente a diferencia del resto
Las conexiones soldadas han permitido la construcción de estructuras soldada y
limpias
El trabajo de soldadura en silencio comparado con el remachado.
Desventajas
Las conexiones rigidez pueden no ser optimas en el diseño
La revisión de las conexiones soldadas no es muy sencillo con respecto al resto
La creencia de la baja resistencia a la fatiga en conexiones soldadas
6. CONCLUSIONES
Se ha presentado en forma breve el conocimiento que se tiene de las conexiones que
se emplean en estructuras de acero haciendo notar aspectos del diseño sy
procedimientos, basado en las Especificaciones AISC, para que las conexiones
presenten un buen comportamiento y sean confiables. Se han mostrado los diversos y
más comunes tipos de conexiones como lo son los remaches, las soldaduras o
atornilladas y se ha establecido una metodología para su diseño.
El comportamiento que muestra cada conexión puede ser favorable o desventajoso
para la estructura ya que cada uno nos muestra características diferentes a la hora de
utilizar, se consideran también las situaciones en las que están se utilizan ya que a la
misma vez pueden que no sean tan favorables como en su diseño.
La soldadura entre todas sus características es las que muestra más ventajas en la
forma de utilizar y en la forma de reaccionar en el momento que se esté utilizando ya
que muestra características fuertes que ayudan a las estructura a poder sostenerse
adecuadamente.
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7. BIBLIOGRAFIA
http/acero.gspot.com.mx-tipos-de-uniones-de-acero-estructural
11:07 am
Publicado 14th February 2012 por Raymundo Ibàñez Vàzquez
https://docs.google.com/document/d/.
11.58am
Autor no especificado
ingenieriademateriales.wordpress.com/.../mecanismos-de-fallo-en-unione
12:59pm
Derivados materiales de acero
