Curso Acero Cenapred Abril 2013-1

ESTRUCTURAS DE ACERO

Raúl Jean P.

ABRIL 2013

CURSO SOBRE SEGURIDAD SÍSMICA DE LAS

CONSTRUCCIONES

Para directores responsables de obra

Y corresponsables en seguridad estructural

CONTENIDO

Temario:

Conceptos generales

Losas en sección compuesta

Conexiones (tornillos y soldaduras)

Contraventeos concéntricos

Contraventeos excéntricos

Fabricación

Planos estructurales

CONTENIDO

Temario:

Conceptos generales

Losas en sección compuesta

Conexiones (tornillos y soldaduras)

Contraventeos concéntricos

Contraventeos excéntricos

Fabricación

Planos estructurales

V

V Ductilidad = deformación inelástica Curva esfuerzo deflexión de vigas

Conceptos generales

% Ry

p r Relación ancho-grueso

Ry

Resistencia nominal

Pandeo inelástico

Pandeo elástico

ps

Du

ctili

dad

Conceptos generales

% Ry

p r Relación ancho-grueso

Ry

Resistencia nominal

Pandeo inelástico

Pandeo elástico

ps

Du

ctili

dad

Resistencia a carga axial

RtyRt/nnn

y

c FAFFA.

FR

122 )1501(

LK

EIPcr

2

e

y

ycr

41

22

rKL

Ecr

e

y

ycr

41

E

F

r

LK y

²

p r Relación ancho-grueso

Mp, My Pandeo inelástico

Pandeo elástico

ps

Du

ctili

dad

Resistencia a flexión

%Mp, %My

Resistencia nominal

ayyu C IL

EJ + GIE

LCM

2

u

y

yR RM

M.M F.M

2801151

% Ry

p r Relación ancho-grueso

Ry

Resistencia nominal

Pandeo inelástico

Pandeo elástico

ps

Du

ctili

dad

Resistencia de una placa

e

y

ycr

41

kb

tcr

2

2

2

112

e

y

ycr

41

CONTENIDO

Temario:

Conceptos generales

Losas en sección compuesta

Conexiones (tornillos y soldaduras)

Contraventeos concéntricos

Contraventeos excéntricos

Fabricación

Planos estructurales

LOSAS EN SECCIÓN COMPUESTA

LOSAS EN SECCIÓN COMPUESTA

¿porqué colapso?

LOSAS EN SECCIÓN COMPUESTA

1120 1120

72

08

80

5 6 7

A

B

C

190

190

190

190

190

190

200

185 190 190 190 190 195205

LI 1

02x8

LI 1

02x8

LI 102x8

AR-1

AR-1

AR-1

AR-1

AR-1

AR-1

AR-1

AR-1

AR-1

AR-1

AR-1

AR-1

AR-1

AR-1

AR-1

AR-1 AR-1 AR-1 AR-1 AR-1

AR-1

AR-1

37

5

23

5

DETA LLE

CX-4

DETA LLE

CX-2

DETA LLE

CX-3

LI 1

02x8

LI 1

02x8

729

b

a

59

33

DETA LLE

CX-8

DETA LLE

CX-9

1120 1120

72

08

80

5 6 7

A

B

C

VARS.#3@25

VARS.#3@25

VARS.#3@25

VARS.#3@25

VARS.#3@25

VARS.#3@25

50

50

50

50

50

50

50

50

50

50

50

50

VARS.#3@25

50

50

ARMADO EN TODA

LA LOSA VARS.#3@25

AMBAS D IRECCIONES

ES IMPORTANT E QUE EL ACERO

DE REFUERZO PERMANEZCA EN

LA POSICION D E EQUILIBRIO

b

a

190

190

190

190

190

190

200

185 190 190 190 190 195

37

5

23

5

59

33

DETA LLE

CX-6

729

LOSAS EN SECCIÓN COMPUESTA

LOSAS EN SECCIÓN COMPUESTA

LOSAS EN SECCIÓN COMPUESTA

(+/- 30.5cm)

COLOCADO EN CADA VALLE

CE 76x6.10 kg/m DE 10 cm DE ANCHO

RECUBRIMIENTO LIBRE DEL

ESPECIFICACIONES PARA EL SISTEMA DE PISO

LAMINA

ESPESOR CAPA DE COMPRESION

RESISTENCIA DEL CONCRETO

REFUERZO CAPA DE COMPRESION

CONECTORES

r = 2 cm

VARS #3@25 a.d. + VARS ADICIONALES

f'c = 250 kg/cm2

6 cm

GALVADECK 25 CALIBRE 22 o SIMILAR

REFUERZO CAPA DE COMPRESION

MODULO DE ELASTICIDAD

Ec=14,000 f 'c =220,000 kg/cm2

MENTE HASTA QUE SE ALCANCE LA RESISTENCIA DE PROYECTO (f'c) Y EL

7.- CURADO: ES MUY IMPORTANTE QUE LA LOSA SEA CURADA ADECUADA-

N O T A S:

REFUERZO PERMANEZCA EN LA POSICION DE PROYECTO DURANTE EL

8.- ACERO DE REFUERZO: ES IMPORTANTE GARANTIZAR QUE EL ACERO DE

MODULO DE ELASTICIDAD. SE RECOMIENDA SE COLOQUE EN EL PERIMETRO

UNA FRONTERA DE ARENA Y SE DEJE UN ESPEJO DE AGUA PERMANENTE.

COLADO CON EL RECUBRIMIENTO LIBRE.

SECUNDARIA

TRABE

INDICADAS Y DE ACUERDO CON LOS SIGUIENTES DETALLES:

ARRIOSTRAMIENTOS EN LAS TRABES SECUNDARIAS EN LAS POCISIONES

3.- ANTES DE COLAR LA CAPA DE COMPRESION SE DEBERAN COLOCAR LOS

HAYA ALCANZADO AL MENOS EL 90% DE SU RESISTENCIA.

2.- LOS PUNTALES NO PODRAN SER RETIRADOS HASTA QUE EL CONCRETO

TRABE POR MEDIO DE PUNTALES INDICADOS EN LA PLANTA DE MEZZANINE.

1.- ANTES DE COLAR LA CAPA DE COMPRESION SE DEBERA APUNTALAR LA

LOSACERO

COLAR

POR

LOSA

RASTRA

PUNTAL

VIGA

3AMBOS LADOS

PUNTAL

TRABE

RASTRA

OR 51x3.2

OR 51x3.2P t=5mmL

P t=5mmL

PRINCIPAL

TRABE

LOSACERO

4.- LA LOSA SE DEBERA COLAR CON UN PUNTO INTEGRAL. NO PODRA CO-

5.- NO PODRA SOBRECARGARSE LA LOSA HASTA QUE EL CONCRETO HAYA AL-

CANZADO UNA RESISTENCIA DE AL MENOS 90% f'c Y NO SOBREPASANDO

LA CARGA VIVA MAXIMA EN ETAPA DE CONSTRUCCION QUE SERA DE

AR-1 AR-1

6.- EN ETAPA DE OPERACION NO PODRA SOBREPASARSE LA VARGA VIVA DE

DISEÑO DE 250 kg/m2.

100kg/m2.

LARSE UN FIRME.

(+/- 30.5cm)

COLOCADO EN CADA VALLE

CE 76x6.10 kg/m DE 10 cm DE ANCHO

RECUBRIMIENTO LIBRE DEL

ESPECIFICACIONES PARA EL SISTEMA DE PISO

LAMINA

ESPESOR CAPA DE COMPRESION

RESISTENCIA DEL CONCRETO

REFUERZO CAPA DE COMPRESION

CONECTORES

r = 2 cm

VARS #3@25 a.d. + VARS ADICIONALES

f'c = 250 kg/cm2

6 cm

GALVADECK 25 CALIBRE 22 o SIMILAR

REFUERZO CAPA DE COMPRESION

MODULO DE ELASTICIDAD

Ec=14,000 f 'c =220,000 kg/cm2

MENTE HASTA QUE SE ALCANCE LA RESISTENCIA DE PROYECTO (f'c) Y EL

7.- CURADO: ES MUY IMPORTANTE QUE LA LOSA SEA CURADA ADECUADA-

N O T A S:

REFUERZO PERMANEZCA EN LA POSICION DE PROYECTO DURANTE EL

8.- ACERO DE REFUERZO: ES IMPORTANTE GARANTIZAR QUE EL ACERO DE

MODULO DE ELASTICIDAD. SE RECOMIENDA SE COLOQUE EN EL PERIMETRO

UNA FRONTERA DE ARENA Y SE DEJE UN ESPEJO DE AGUA PERMANENTE.

COLADO CON EL RECUBRIMIENTO LIBRE.

SECUNDARIA

TRABE

INDICADAS Y DE ACUERDO CON LOS SIGUIENTES DETALLES:

ARRIOSTRAMIENTOS EN LAS TRABES SECUNDARIAS EN LAS POCISIONES

3.- ANTES DE COLAR LA CAPA DE COMPRESION SE DEBERAN COLOCAR LOS

HAYA ALCANZADO AL MENOS EL 90% DE SU RESISTENCIA.

2.- LOS PUNTALES NO PODRAN SER RETIRADOS HASTA QUE EL CONCRETO

TRABE POR MEDIO DE PUNTALES INDICADOS EN LA PLANTA DE MEZZANINE.

1.- ANTES DE COLAR LA CAPA DE COMPRESION SE DEBERA APUNTALAR LA

LOSACERO

COLAR

POR

LOSA

RASTRA

PUNTAL

VIGA

3AMBOS LADOS

PUNTAL

TRABE

RASTRA

OR 51x3.2

OR 51x3.2P t=5mmL

P t=5mmL

PRINCIPAL

TRABE

LOSACERO

4.- LA LOSA SE DEBERA COLAR CON UN PUNTO INTEGRAL. NO PODRA CO-

5.- NO PODRA SOBRECARGARSE LA LOSA HASTA QUE EL CONCRETO HAYA AL-

CANZADO UNA RESISTENCIA DE AL MENOS 90% f'c Y NO SOBREPASANDO

LA CARGA VIVA MAXIMA EN ETAPA DE CONSTRUCCION QUE SERA DE

AR-1 AR-1

6.- EN ETAPA DE OPERACION NO PODRA SOBREPASARSE LA VARGA VIVA DE

DISEÑO DE 250 kg/m2.

100kg/m2.

LARSE UN FIRME.

LOSAS EN SECCIÓN COMPUESTA

CONTENIDO

Temario:

Conceptos generales

Losas en sección compuesta

Conexiones (tornillos y soldaduras)

Contraventeos concéntricos

Contraventeos excéntricos

Fabricación

Planos estructurales

CONEXIONES

CONEXIONES

¿cuál es el objetivo de una conexión?

¿cómo debe ser la conexión?

CONEXIONES

¿esta conexión cumple con su objetivo?

sencillez

eficiencia

etc.

CONEXIONES

CONEXIONES

TORNILLOS

• La forma más sencilla de unir dos piezas es por medio de un pasador.

• La fuerza se transmite por apoyo de los bordes de los agujeros en el

pasador y por cortante.

Fig. 1 Transmisión de la fuerza en una conexión con un pasador

• Se emplean dos tipos de tornillos: ordinarios (A307) y de

alta resistencia (A325 y A490).

Las fallas de los tornillos pueden ser:

• del tornillo por cortante.

• de la placa por cortante.

• del tornillo por aplastamiento.

• de la placa por aplastamiento

• del tornillo en tensión.

• del tornillo por flexión.

• de la placa por tensión

La falla puede ser en el tornillo o en el material conectado.

TORNILLOS

Fig. 2 Posibles formas de falla de conexiones atornilladas

TORNILLOS

TORNILLOS SUJETOS A TENSIÓN.

El comportamiento de la parte roscada de los tornillos en

tensión es responsable de su respuesta

Las curvas carga-alargamiento del tornillo es de interés

El procedimiento de apriete ocasiona un estado de

esfuerzos combinados en el tornillo, compuesto por

torsión y tensión

TORNILLOS

Figura 4.Curvas carga contra elongación y distribución de

frecuencias para pruebas de tornillos A325 en tensión por

torsión y en tensión directa.

Tensión Cortante

Fig. 5. Curvas esfuerzo-deformación típicas de tornillos

A325 y A490 sujetos a fuerzas cortantes

TORNILLOS

Fig. 6. Efectos de la precarga en la resistencia cortante para tornillos A490

La resistencia al corte de los dos tipos de tornillos, obtenida experimentalmente, es

del orden del 62% de su resistencia a la ruptura en tensión.

Experimentalmente se ha determinado que la fuerza inicial de apriete no influye de

manera significativa en la resistencia última al cortante de los tornillos

TORNILLOS

Esfuerzos de tensión de hasta

20 ó 30% del de ruptura casi

no afecta su resistencia al

corte.

La resistencia al corte es

directamente proporcional al

área de cortante.

La resistencia al corte en la

raíz de las roscas es

aproximadamente igual al 70%.

Fig. 10. Curvas cortante-deformación para

diferentes planos de falla

Cortante

TORNILLOS

La condición de carga introducida en el tornillo al apretarlo no produce

disminuciones significativas en su resistencia. Esto indica que los tornillos

conservan su resistencia a la ruptura en tensión sin cambio.

Fig. 11 Comparación de fallas de tensión

por torsión y tensión directa

Fig. 12 Reserva de fuerza de tensión de apriete

para tornillos A325

TORNILLOS

• La resistencia al corte de los dos tipos de tornillos, obtenida

experimentalmente, es del orden del 62% de su resistencia a la ruptura en

tensión.

• Experimentalmente se ha determinado que la fuerza inicial de apriete no

influye de manera significativa en la resistencia última al cortante de los

tornillos

Fig. 13. Curvas de interacción tensión-

cortante para tornillos de alta resistencia

TORNILLOS

La falla final será:

• Corte de los tornillos.

• Desgarramiento del material conectado.

• Ovalización del material conectado.

El proceso de carga de la conexión de la figura 16

se divide en cuatro etapas:

• La fricción estática evita el desplazamiento de

las placas.

• La carga excede la resistencia a la fricción y las

placas deslizan hasta apoyarse en los tornillos.

• Los tornillos y las placas se deforman

elásticamente.

• Los tornillos, las placas o ambos se deforman

plásticamente.

• Se presenta la fractura de alguno de ellos.

TORNILLOS

RESISTENCIA DE DISEÑO EN TENSIÓN O CORTANTE.

La zona más débil es la roscada.

Para fines de diseño conviene utilizar el área nominal del tornillo que varía

de 0.70 a 0.79 veces el área de esfuerzo.

utt AT 75.0

Tt Resistencia nominal del tornillo en tensión.

At Área nominal del tornillo.

u Esfuerzos mínimos especificados de ruptura.

Tornillo Esfuerzo de ruptura u

A325 8,440 kg/cm2

A490 10,550 kg/cm2

TORNILLOS

La resistencia al corte de los tornillos es del orden de 62% de su resistencia a

la ruptura en tensión (experimentalmente)

uu 6.0

RESISTENCIA DE DISEÑO EN TENSIÓN O CORTANTE.

De esta forma los esfuerzos cortantes nominales de ruptura por

cortante, cuando la rosca esta fuera del plano de corte, son:

Tornillo Esfuerzo de ruptura u

A325 u=0.6x8,440 = 5064 kg/cm2

A490 u=0.6x10,550 = 6330 kg/cm2

Cuando las roscas están dentro del plano de corte se multiplicaran por 0.75.

TORNILLOS

TORNILLOS

RCDF-2004

RESISTENCIA AL APLASTAMIENTO.

Trabajo de los sujetadores bajo incremento de carga:

• Deslizamiento de las placas.

• El sujetador se apoya en el agujero generándose una presión.

• El material fluye plásticamente y el sujetador se incrusta en él generándose

una ampliación del área de contacto y redistribución de esfuerzos.

Una junta atornillada falla si la carga excede a:

• La resistencia en tensión de alguna de las partes conectadas.

• La resistencia al cortante de los sujetadores.

• La resistencia al aplastamiento del material.

TORNILLOS

Fig. 15. Esfuerzos por aplastamiento. (a)

Elásticos, (b) Elastoplásticos, (c) Nominales.

Esfuerzo nominal de aplastamiento:

dt

Pa

P carga transmitida por el sujetador.

d diámetro del sujetador.

t grueso de la placa

TORNILLOS

Resistencia al aplastamiento

Modos de falla

P

un

dLtR

22

p

uResistencia {ultima

al corte de la placa

u

p

u F7.0Fu : resistencia a la

ruptura en tensión

TORNILLOS

2

14.1

d

LtdFR un

Para sujetadores extremos en los cuales L<1.5 d (forma aproximada):

uun FtLd

LtdFR

Se ha recomendado que la distancia entre centros de tornillos

sea como mínimo 2 2/3 d. Sustituyendo L por 2.67 d.

tdFtdFR uun 0.35.067.24.1

TORNILLOS

CONEXIONES

RCDF-2004

TAMAÑOS DE LOS AGUJEROS

Agujeros estándar:

D agujero = d sujetador + 1/16”

D agujero = d sujetador + 2 mm

Condiciones severas de alineamiento y montaje.

Con el objeto de facilitar el montaje se permiten,

además de los estándar, los agujeros:

• Sobredimensionados circulares.

• Alargados cortos (dirección perpendicular o paralela).

• Alargados largos (dirección perpendicular o paralela).

TORNILLOS

TORNILLOS

RCDF-2004

TORNILLOS

Tabla 5.6 Tensión mínima en tornillos de alta

resistencia, kN (kg) 1

Diámetro del

tornillo,

mm (pulg.)

Tornillos

A325

Tornillos

A490

12.7 (1/2) 53 (5400) 67 (6800)

15.9 (5/8) 84 (8600) 107 (10900)

19.1 (3/4) 125 (12700) 156 (15900)

22.2 (7/8) 174 (17700) 218 (22200)

25.4 (1) 227 (23100) 284 (29000)

28.6 (1 1/8) 249 (25400) 356 (36300)

31.8 (1 1/4) 316 (32200) 454 (46300)

34.9 (1 3/8) 378 (38600) 538 (54900)

38.1 (1 1/2) 458 (46700) 658 (67100)

1 Igual a 0.7 veces la resistencia mínima de ruptura en

tensión de los tornillos, de acuerdo con las

especificaciones ASTM para tornillos A325 y A490.

RCDF-2004……Los tornillos de alta

resistencia apretados “al contacto”

pueden utilizarse en todas las

conexiones, excepto las que se indican a

continuación.

El apriete “al contacto” se define como el

que existe cuando todas las partes de

una junta están en contacto firme; puede

obtenerse con unos cuantos impactos de

una llave de impacto o con el esfuerzo

máximo de un trabajador con una llave

de tuercas ordinaria.

RESISTENCIA A LA RUPTURA POR CORTANTE Y

TENSIÓN COMBINADAS (“Block shear rupture strength”).

Fig. 7 Superficies de ruptura por cortante y tensión combinadas.

TORNILLOS

La resistencia de diseño a la ruptura por cortante y

tensión, combinadas se determina con las expresiones:

a) Cuando ncunu AFAF 6.0

ntuTcyR AFAFF 6.0

b) Cuando ntuncu AFAF 6.0

TtyncuR AFAFF 6.0

(1.6)

TORNILLOS

SOLDADURAS

SOLDADURAS DE FILETE

Secciones transversales de las soldaduras de filete.

Fig. 9 Características geométricas de una soldadura de filete

SOLDADURA

Fig. 10 Soldaduras de penetración completa en placas sin preparación

(soldadura manual con electrodo recubierto).

Fig. 11 Tipos de preparación en soldaduras a tope

SOLDADURA

Fig. 12 Ejemplo de junta precalificada

SAW Soldadura de arco

eléctrico sumergido

SMAW Soldadura manual de

arco eléctrico sumergido

GMAW Soldadura de arco

eléctrico protegida con gases

FCAW Soldadura de arco

eléctrico con núcleo de

fundente

SOLDADURA

Suposiciones: 1.- La falla se presenta siempre por cortante en la garganta, cualquiera que sea el tipo de solicitación.

2.- Las fuerzas cortantes se distribuyen uniformemente en la superficie de falla, en toda la longitud del cordón.

3.- Los filetes longitudinales y transversales tienen la misma

resistencia (los transversales resisten entre 30% a 50% más).

Fig. 13 Soldaduras de filete longitudinales y transversales

SOLDADURA

RESISTENCIA DE LAS SOLDADURAS

Fig. 14 Esfuerzos en soldaduras de

filete cargadas longitudinalmente

Fig. 15 Esfuerzos en soldaduras de filete

cargadas transversalmente

SOLDADURA

RESISTENCIA DE LAS SOLDADURAS

EXX

o FLCosDR 3.045

EXX

o FxLCosDR 60.075.045

D Tamaño de la pierna.

L Longitud de la soldadura.

Fu Esfuerzo mínimo de ruptura.

SOLDADURA

Calculo de esfuerzos

Tensión

o compresión

Cortante

Flexión

Torsión r

J

MTMT

yJ

MT

xMT

xJ

MT

yMT

S

Mmax

A

P

A

P GdbA )(2

dbGb

I y 36

2

36

dbG

IIJ yx

bdGdd

bGGd

I X 36212

2223

222 yx MTpMTmáx

SOLDADURA

Esfuerzos combinados

SOLDADURA

SOLDADURAS DE FILETE

RESISTENCIAS PERMISIBLES kg/cm2

Electrodo E60XX

p=0.3 x 60,000 lb/in2 = 18,000 lb/in2 = 1267 kg/cm2.

Electrodo E70XX

p=0.3 x 70,000 lb/in2 = 21,000 lb/in2 = 1478 kg/cm2.

SOLDADURA

Tamaño

nominal del

filete

Soldadura manual con

electrodo recubierto y

automática de arco

sumergido

Soldadura automática con arco

sumergido

Pulg. mm

Garganta

Efectiva

(mm)

Fuerza cortante

admisible

(kg/cm) Garganta

efectiva

(mm)

Fuerza cortante

admisible (kg/cm)

E60XX

F6XX-

EXXX

E70XX

F7XX-

EXXX

F6XX-

EXXX

F7XX-

EXXX

1/8 3.18 2.25 284 331 3.18 401 468

3/16 4.76 3.37 426 497 4.76 602 702

¼ 6.35 4.49 568 663 6.35 803 938

5/16 7.94 5.61 710 829 7.94 1005 1173

3/8 9.53 6.74 852 994 9.53 1205 1405

7/16 11.11 7.86 994 1160 10.65 1347 1572

½ 12.70 8.98 1137 1326 11.77 1490 1738

9/16 14.29 10.10 1279 1492 12.90 1634 1906

5/8 15.88 11.23 1421 1657 14.02 1774 2069

SOLDADURA

SOLDADURA

SOLDADURA

SOLDADURA

SOLDADURA

SOLDADURA

SOLDADURA

SOLDADURA

SOLDADURA

SOLDADURA

SOLDADURA

SOLDADURA

SOLDADURA

SOLDADURA

SOLDADURA

SOLDADURA

SOLDADURA

SOLDADURA

SOLDADURA

MÉTODO DE ENSAYE: LA UTILIZACIÓN DE UN PRINCIPIO FÍSICO EN

UN ENSAYE NO DESTRUCTIVO,

COMO SER:

• VT - INSPECCION VISUAL (VISUAL TESTING)

• RT – PRUEBA RADIOGRAFÍA (RADIOGRAPHIC TESTING)

• UT – INSPECCION POR ULTRASONIDO (ULTRASONIC TESTING)

• MT - PARTÍCULAS MAGNÉTICAS (MAGNETIC TESTING)

• PT - LÍQUIDOS PENETRANTES (PENETRANT LIQUIDS TESTING)

¿QUE SON LOS ENSAYES NO DESTRUCTIVOS?

• SON LA APLICACIÓN DE METODOS FÍSICOS INDIRECTOS.

• NO DAÑAN O ALTERAN LAS PROPIEDADES FISICAS, QUÍMICAS

MECÁNICAS O DIMENSIONALES DEL MATERIAL, PARTE O

COMPONENTE SUJETO A INSPECCIÓN

Malas prácticas durante la ejecución de las soldaduras

Desvaste de metal base

y soldadura

Desvaste de metal base

y soldadura

Desvaste de metal base Desvaste de metal base

SOLDADURA

Malas prácticas durante la ejecución de las soldaduras

SOLDADURA

Defectos de Soldadura

Porosidad

Falta de fusión

Fisuras

Socavado

Concavidad

SOLDADURA

Traslape

Garganta insuficiente

Pierna Insuficiente

Refuerzo excesivo

Quema y desalineación

SOLDADURA

Falta de metal de aporte

Penetración incompleta

Inclusiones

SOLDADURA

Porosidad

LA POROSIDAD TIENE LUGAR CUANDO EL GAS

QUEDA ATRAPADO EN EL METAL SOLIDIFICADO.

ESTE GAS PUEDE PROVENIR DEL GAS DE

PROTECCIÓN USADO EN LA SOLDADURA, O DEL

GAS LIBERADO PRODUCTO DE LAS REACCIONES

QUÍMICAS QUE TIENEN LUGAR DURANTE EL

PROCESO.

POR LO GENERAL PRESENTA UNA FORMA DE

DISCONTINUIDAD REDONDEADA

SOLDADURA

CAUSAS MEDIDAS PREVENTIVAS

1.- Suciedad del metal base (óxidos, grasas o

recubrimientos)

2.- Arco demasiado largo

3.- Electrodos o metales base con humedad

que introducen hidrógeno en la unión

4.- Corriente por encima rango recomendado,

que provoca porosidad al final del cordón con

electrodos E6010, E6011, E6012

5.- Velocidad de soldadura muy alta, que no

permite el escape de los gases debido a la

rápida solidificación del baño

1.- Eliminar cualquier resto de grasa o suciedad

antes de soldar; eliminar también los

recubrimientos que puedan tener las piezas

2.- Utilizar una longitud de arco adecuada y

mantenerla durante el proceso de soldado

3.-Conservar adecuadamente los electrodos

evitando su contacto con cualquier fuente de

humedad utilizando hornos si es necesario y

eliminar humedad en el metal base antes de

soldar

4.- Reducir corriente hasta valores recomendados

5.- Reducir velocidad de soldadura

SOLDADURA

SOLDADURA

Falta de Fusión

Es la ausencia de fusión entre el depósito y una cara de la preparación

de bordes de la unión, debido a la falta de calor necesario, aunque

también puede estar ocasionado por la presencia de óxidos en el metal

base, los cuales inhiben la fusión del metal

SOLDADURA

Fisuras

– FISURAS EN CALIENTE

– FISURAS EN FRIO

• FISURAS POR HIDROGENO

SE DEBEN A QUE SE HA EXCEDIDO LA RESISTENCIA DEL METAL Y SE HA

PROVOCADO UNA ROTURA DEL MISMO, SE PUEDEN CLASIFICAR POR SU

FORMA EN:

– FISURAS LONGITUDINALES

– FISURAS TRANSVERSALES

– FISURAS DE ESTRELLA O CRATER

• SE PUEDEN CLASIFICAR POR SU ORIGEN EN:

FISURAS EN CALIENTE: SE DESARROLLAN DURANTE LA SOLIDIFICACIÓN Y SU

PROPAGACIÓN ES ÍNTER GRANULAR (ENTRE GRANOS).

FISURAS EN FRÍO: SE DESARROLLAN LUEGO DE LA SOLIDIFICACIÓN, SON

ASOCIADAS COMÚNMENTE CON FRAGILIZACIÓN POR HIDRÓGENO. SE

PROPAGAN ENTRE Y A TRAVÉS DE LOS GRANOS (INTER Y TRANSGRANULAR)

SOLDADURA

Fracturas longitudinales

SON AQUELLAS PARALELAS AL CORDON DE SOLDADURA

SOLDADURA

Fisuras transversales

SON AQUELLAS QUE SON PERPENDICULARES AL CORDON DE

SOLDADURA

SOLDADURA

Fisura en estrella o cráter

OCURREN CUANDO EL ARCO ES TERMINADO INCORRECTAMENTE.

GENERALMENTE TIENEN FORMA DE ESTRELLA. SON

SUPERFICIALES, SE FORMAN EN CALIENTE Y USUALMENTE

FORMAN REDES CON FORMA DE ESTRELLA.

SE PRESENTAN EN LOS REMATES DE

LOS CORDONES DE SOLDADURA.

SOLDADURA

Diferentes tipos de Grietas

SOLDADURA

Diferentes tipos de Grietas

SOLDADURA

Socavado LA SOCAVADURA ES UNA MUESCA O CANALETA O HENDIDURA UBICADA EN LOS

BORDES DE LA SOLDADURA; ES UN CONCENTRADOR DE TENSIONES ES UNA

DISCONTINUIDAD SUPERFICIAL DEBIDO A QUE EL METAL BASE EN LA

SUPERFICIE O LA RAÍZ SE FUNDE.

CAUSAS:

1. CORRIENTE DE SOLDADURA MUY ALTA

2. MANIPULACIÓN INADECUADA DEL ELECTRODO POR LO QUE

EL METAL BASE SE FUNDE MÁS ALLÁ DE LA ZONA DEL DEPÓSITO

3. EL USO DE ALTAS VELOCIDADES DE SOLDADUR

4. ARCO LARGO.

SOLDADURA

MEDIDAS PREVENTIVAS

1. SELECCIÓN DE LA INTENSIDAD ADECUADA PARA EL DIÁMETRO, TIPO DE

ELECTRODO Y POSICIÓN DE SOLDADURA.

2. UTILIZACIÓN DE UNA LONGITUD DE ARCO IGUAL AL DIÁMETRO DEL

ELECTRODO, O A LA MITAD DE ÉSTE SI EL ELECTRODO ES BÁSICO.

3. LA VELOCIDAD DE SOLDADURA DEBE PERMITIR QUE EL METAL DEPOSITADO

LLENE COMPLETAMENTE LAS ZONAS DE METAL FUNDIDO .

4. CUANDO SE EMPLEA OSCILACIÓN DEL ELECTRODO, EL SOLDADOR DEBE

REALIZAR BREVES PAUSAS A CADA LADO DE LA COSTURA

5. REDUCIR LA VELOCIDAD DE DEPOSITO SOLDADURA

SOLDADURA

Concavidad SE PRODUCE CUANDO EL METAL DE SOLDADURA EN LA

SUPERFICIE DE LA CARA EXTERNA, O EN LA SUPERFICIE DE LA

RAÍZ INTERNA, POSEE UN NIVEL QUE ESTÁ POR DEBAJO DE LA

SUPERFICIE ADYACENTE DEL METAL BASE

SOLDADURA

Falta de metal de aporte

UNA DEPRESIÓN EN LA CARA O EN LA RAÍZ DE LA JUNTA SOLDADA POR

DEBAJO DEL NIVEL DE LA SUPERFICIE DEL METAL BASE. ESTO SE DEBE A

QUE NO SE LLENA COMPLETAMENTE EL DEPÓSITO PROVOCANDO QUE

ESTE QUEDE POR DEBAJO DE LAS DIMENSIONES DE DISEÑO. EN LOS

DEPÓSITOS EN TUBERÍAS, ESTAS DISCONTINUIDADES EN LA RAÍZ SON

LLAMADAS “CONCAVIDAD INTERNA” O “RECHUPES”

SOLDADURA

Penetración incompleta o falta de penetración

OCURRE CUANDO EL METAL

DE SOLDADURA NO SE

EXTIENDE A TRAVÉS DE TODO

EL ESPESOR DE LA JUNTA. EL

ÁREA NO FUNDIDA NI

PENETRADA, ES UNA

DISCONTINUIDAD DESCRITA

COMO “PENETRACIÓN

INCOMPLETA”.

SOLDADURA

CAUSAS

HOMBRO DE LA RAÍZ EXCESIVO O SEPARACIÓN EN LA RAÍZ INSUFICIENTE.

DESALINEAMIENTO EXCESIVO ENTRE LAS PIEZAS

INTENSIDAD DE SOLDADURA INSUFICIENTE O ALTA VELOCIDAD DE SOLDADURA

DIÁMETRO DEL ELECTRODO DEMASIADO GRANDE QUE NO PERMITE EL

ACERCAMIENTO DEL ELECTRODO A LA RAÍZ DE LA UNIÓN

DIÁMETRO DEL ELECTRODO DEMASIADO FINO QUE NO TOLERA LA INTENSIDAD

NECESARIA PARA ALCANZAR BUENA PENETRACIÓN

SOLDADURA

Inclusiones

SON SÓLIDOS NO METÁLICOS ATRAPADOS EN EL METAL DE SOLDADURA O

ENTRE EL METAL DE SOLDADURA Y EL METAL BASE.

Inclusiones de Escoria

NORMALMENTE,LA ESCORIA DISUELTA FLUIRÁ HACIA LA PARTE SUPERIOR

DE LA SOLDADURA, PERO MUESCAS AGUDAS EN LA INTERFASE DE METAL

BASE Y DE SOLDADURA, O ENTRE LOS CORDONES DE SOLDADURA,

FRECUENTEMENTE PROVOCAN QUE LA ESCORIA QUEDE ATRAPADA BAJO EL

METAL DE SOLDADURA. A VECES SE OBSERVAN INCLUSIONES DE ESCORIA

ALARGADAS ALINEADAS EN LA RAÍZ DE LA SOLDADURA DENOMINADAS

“CARRILERAS”

SOLDADURA

SON PARTÍCULAS DE TUNGSTENO ATRAPADAS EN EL

METAL DE SOLDADURA Y SON EXCLUSIVAS DEL

PROCESO, EN EL CUAL UN ELECTRODO DE

TUNGSTENO NO CONSUMIBLE ES USADO PARA CREAR

EL ARCO ENTRE LA PIEZA Y EL ELECTRODO. SI EL

ELECTRODO ES SUMERGIDO EN EL METAL, O SI LA

CORRIENTE ES FIJADA EN UN VALOR MUY ALTO, SE

DEPOSITARÁN GOTITAS DE TUNGSTENO, O SE

ROMPERÁ LA PUNTA DEL ELECTRODO Y QUEDARÁ

ATRAPADO EN LA SOLDADURA. DICHAS INCLUSIONES

APARECEN COMO MANCHAS CLARAS EN LA

RADIOGRAFÍA, PUES EL TUNGSTENO ES MÁS DENSO

QUE EL ACERO Y ABSORBE MÁS RADIACIÓN; CASI

TODAS LAS DEMÁS DISCONTINUIDADES, INCLUYENDO

LAS INCLUSIONES DE ESCORIA, SE MUESTRAN COMO

ÁREAS OSCURAS EN LAS RADIOGRAFÍAS PORQUE

SON MENOS DENSAS QUE EL ACERO.

Inclusiones de Tungsteno

SOLDADURA

Traslape metal de soldadura apoyado sobre el metal

base sin fundirlo

ES LA PORCIÓN QUE SOBRESALE DEL METAL DE SOLDADURA MÁS

ALLÁ DEL LÍMITE DE LA SOLDADURA O DE SU RAÍZ. SE PRODUCE

UN FALSO BORDE DE LA SOLDADURA ESTANDO EL METAL DE

SOLDADURA APOYADO SOBRE EL METAL BASE SIN HABERLO

FUNDIDO (COMO QUE SE DERRAMÓ EL METAL FUNDIDO SOBRE EL

METAL BASE). PUEDE RESULTAR POR UN DEFICIENTE CONTROL

DEL PROCESO DE SOLDADURA.

SOLDADURA

Garganta Insuficiente

SE PUEDE DEBER A UNA DEPRESIÓN EN LA CARA DE LA SOLDADURA DE

FILETE, DISMINUYENDO LA GARGANTA, CUYA DIMENSIÓN DEBE

CUMPLIR LA ESPECIFICACIÓN DADA POR EL PROYECTISTA PARA EL

TAMAÑO DEL FILETE.

LAS FALLAS DEL SOLDADOR PUEDEN SER:

A) NO OBTENER FUSIÓN DEL METAL BASE EN LA RAÍZ DE LA

SOLDADURA

B) NO DEPOSITAR SUFICIENTE METAL DE RELLENO EN EL ÁREA DE

GARGANTA (EN LA CARA DEL FILETE)

SOLDADURA

A) UNO DE LOS LADOS ES DE MENOR LONGITUD

LAS FALLAS DEL SOLDADOR PUEDEN SER:

A) NO OBTENER FUSIÓN DEL METAL BASE EN LA RAÍZ DE LA SOLDADURA

B) NO DEPOSITAR SUFICIENTE METAL DE RELLENO EN EL ÁREA DE

GARGANTA (EN LA CARA DEL FILETE)

Pierna insuficiente

SOLDADURA

Quemada

ES DEFINIDA COMO UNA PORCIÓN DEL CORDÓN DE RAÍZ DONDE UNA

EXCESIVA PENETRACIÓN HA CAUSADO QUE EL METAL DE SOLDADURA

SEA SOPLADO HACIA EL INTERIOR, O PUEDE QUE SE DESCUELGUE UN

EXCESIVO METAL FUNDIDO. SUELE PRESENTARSE COMO UNA

DEPRESIÓN NO ALARGADA, EN FORMA DE CRÁTER, EN LA RAIZ.

SOLDADURA

ESTA DISCONTINUIDAD SE DA CUANDO EN LAS UNIONES

SOLDADAS A TOPE LAS SUPERFICIES QUE DEBERÍAN SER

PARALELAS SE PRESENTAN DESALINEADOS; TAMBIÉN PUEDE

DARSE CUANDO SE SUELDAN DOS TUBOS QUE SE HAN

PRESENTADO EXCÉNTRICAMENTE, O POSEEN OVALIZACIONES.

LAS NORMAS LIMITAN ESTA DESALINEACIÓN, NORMALMENTE EN

FUNCIÓN DEL ESPESOR DE LAS PARTES A SOLDAR ES FRECUENTE

QUE EN LA RAÍZ DE LA SOLDADURA ESTA DESALINEACIÓN

ORIGINE UN BORDE SIN FUNDIR.

Desalineación

SOLDADURA

Refuerzo Excesivo

EL REFUERZO EXCESIVO ES UN CONCENTRADOR DE TENSIONES Y

ADEMÁS UN EXCESO DE ÉSTA AUMENTA LAS TENSIONES

RESIDUALES, PRESENTES EN CUALQUIER SOLDADURA, DEBIDO AL

APORTE SOBRANTE. POR ESTOS MOTIVOS LAS NORMAS LIMITAN EL

VALOR DE R, QUE EN GENERAL NO DEBE EXCEDER DE 1/8” (3MM).

SOLDADURA

Salpicaduras

SON LOS GLÓBULOS DE METAL DE APORTE TRANSFERIDOS DURANTE LA

SOLDADURA Y ADHERIDOS A LA SUPERFICIE DEL METAL BASE, O A LA

ZONA FUNDIDA YA SOLIDIFICADA. ES INEVITABLE PRODUCIR CIERTO

GRADO DE SALPICADURAS, PERO DEBEN LIMITARSE. LAS SALPICADURAS

PUEDEN SER ORIGEN DE MICROFISURAS (COMO LOS ARRANQUES DE

ARCO SOBRE EL METAL BASE), Y SIMULTÁNEAMENTE SON UN PUNTO DE

INICIO DE LA OXIDACIÓN EN SUPERFICIES PINTADAS

SOLDADURA

Golpes de arco

IMPERFECCIÓN LOCALIZADA EN LA SUPERFICIE DEL METAL BASE FUERA

DE LA SOLDADURA, CARACTERIZADA POR UNA LIGERA ADICIÓN O FALTA

DE METAL, RESULTANTE DE LA APERTURA ACCIDENTAL DEL ARCO

ELÉCTRICO. NORMALMENTE SE DEPOSITARÁ SOBRE EL METAL BASE UNA

SERIE DE PEQUEÑAS GOTAS DE ACERO QUE PUEDEN ORIGINAR

MICROFISURAS; PARA EVITAR LA APARICIÓN DE MICROFISURAS ESAS

PEQUEÑAS GOTAS DEBEN SER ELIMINADAS MEDIANTE AMOLADO DE LA

SUPERFICIE AFECTADA

SOLDADURA

CONEXIONES

Las conexiones en una estructura metálica es

posiblemente el elemento más importante.

El diseño y construcción de conexiones viga columna

puede cambiar significativamente de un país a otro

debido a diferencias en:

El costo del acero estructural.

Disponibilidad de perfiles de acero.

Costos de mano de obra.

Disponibilidad de mano de obra calificada.

Nivel de redundancia.

CONEXIONES

CALIFORNIA HASTA LOS 70’s CALIFORNIA HASTA LOS 80’s

CONEXIONES

CALIFORNIA A PRINCIPIOS DE LOS 90’s

MÉXICO Y JAPÓN

CONEXIONES

VER DETALLE A

CONEXIÓN VIGA COLUMNA COMUNMENTE UTILIZADA ANTES DEL SISMO DE NORTHRIDGE EN LOS ESTADOS UNIDOS

CONEXIONES

PENETRACIÓN COMPLETA

PLACA DE RESPALDO

PERFORACIÓN

DETALLE A

PATÍN DE LA TRABE

COLUMNAPATÍN DE LA

ATIESADOR

EN EL ALMA

PERFORACIÓN

FRACTURA EN EL PATÍN

PLACA DE RESPALDO

PATÍN INFERIORDE LA VIGA

ATIESADOR

EN EL ALMA

DE LA COLUMNA

ATIESADOR PERFORACIÓNEN EL ALMA

PATÍN INFERIORDE LA VIGA

FRACTURA EN EL PATÍN

PLACA DE RESPALDO

DE LA COLUMNA

CONEXIONES

FRACTURA DE UNO DE LOS PATINESDE LA COLUMNA PROPAGANDOSEA TODA EL ALMA DE LA COLUMNA

CONEXIONES

SECCIÓN TUBULARCUADRADA (OR)

PLACAS DE CONTINUIDAD

CONEXIÓN VIGA-COLUMNA USADA COMUNMENTE EN JAPON

CONEXIONES

PATÍN SUPERIOR

PATÍN INFERIOR

CONEXIÓN VIGA-COLUMNA USADA EN MÉXICO

CONEXIONES

PUNTOS CRÍTICOS

PUNTOS CRÍTICOSPUNTOS CRÍTICOS

PUNTOS CRÍTICOS

CONEXIONES

PUNTOS CRÍTICOS

PUNTOS CRÍTICOS

CONEXIONES

PUNTOS CRÍTICOS

CONEXIONES

Requisitos básicos de una conexión viga columna en

zona sísmica

Debe ser capaz de poder desarrollar la capacidad a flexión de

las trabes tomando en cuenta las posibles fuentes de sobre

resistencia Esfuerzo de fluencia mayor al nominal

Endurecimiento por deformación

Debe poder resistir varios ciclos de carga reversibles con

rotaciones plásticas de 0.03 radianes

Las articulaciones plásticas deben formarse en las trabes y no

en la columna; razón:

CONEXIONES

Las demandas de rotación son mayores en mecanismos que involucran articulaciones plásticas en las columnas

La capacidad de rotación de las columnas es menor que la de las trabes debido a la carga axial

Un pandeo local puede provocar una importante degradación de resistencia en las columnas debido a la presencia de alta carga axial

Reparar columnas es más difícil porque el apuntalamiento temporal

La falla de una columna puede implicar la pérdida de capacidad de carga vertical en el edifico (inestabilidad)

CONEXIONES

12

d

d/41

2

d

d/3

d/3

Reforzamiento de las conexiones

Acartelamientos

CONEXIONES

Y EN LAS DOS

d

d/2

CUBREPLACA SUPERIOR

CUBREPLACA INFERIOR

EN LOS DOS PATINES

d

d/2

PLACAS LATERALES

CUBREPLACAS

CUBREPLACA INFERIOR

Y EN LAS DOS

EN LOS DOS PATINES

CUBREPLACAS

POR MEDIO DE CUBRE PLACAS:

CONEXIONES

d

d/2

d/4

POSIBLES COLOCACIONES

d/4

POR MEDIO DE PLACAS VERTICALES:

CONEXIONES

d

TRAMO CON

POSIBLES GEOMETRIASSECCIÓN REDUCIDA

DISMINUCIÓN INTENCIONAL DE LA RESISTENCIA EN UN SEGMENTO DE LA VIGA:

(GEOMETRÍA TIPO “HUESO DE PERRO”)

CONEXIONES

CONEXIONES

La conexión con la trabe es completamente atornillada por lo que no es necesario soldar en campo.

d

b f b fd2

PATINES CON ANCHO VARIABLEEN ESTE SEGMENTO DE LA TRABE

CONEXIÓN ATORNILLADAEN CAMPO

CONEXIONES

SECCIÓN CAJÓN

b f

b fd2

CONEXIÓNATORNILLADAATIESADORES

(4 PLACAS SOLDADAS)

EN CAMPO

El muñón se fabrica en taller usando patines de ancho variable para alejar la articulación plástica lejos de la cara de la columna.

CONEXIONES

Alternativas para mejor la confiabilidad de la soldadura de penetración completa en la conexión propuesta.

PLACA DE RESPLADO

USAR ELECTRODO

SOLDADURA DE PENETRACIÓN

COMPLETA COLOCADA CUANDO

LA COLUMNA ESTÁ DE CABEZA

QUITAR PLACA DE

REFUERZO CON SOLDADURA

REFUERZO CON FILETE

ATIESADOR

PATÍN INFERIORDE LA TRABE

HOYO

SOLDADURA CON DOBLE BISEL

ATIESADOR

PATÍN INFERIORDE LA TRABE

HOYO

DE FILETE

RESPALDO

QUITAR PLACA DE RESPALDO

TIPO E7018ATIESADOR

PATÍN INFERIORDE LA TRABE

HOYO

ATIESADORPATÍN INFERIORDE LA TRABE

HOYO

CONEXIONES

CONEXIONES

CONEXIONES

CONEXIONES

CONEXIONES

CONEXIONES

CONEXIONES

CONEXIONES

CONEXIONES

CONEXIONES

CONEXIONES

CONEXIONES

CONEXIONES

CONEXIONES

CONEXIONES

CONEXIONES

CONEXIONES

CONEXIONES

CONEXIONES

CONTENIDO

Temario:

Conceptos generales

Losas en sección compuesta

Conexiones (tornillos y soldaduras)

Contraventeos concéntricos

Contraventeos excéntricos

Fabricación

Planos estructurales

Contraventeos Concéntricos

La principal característica de un sistema

contraventeado concéntricamente es su alta

rigidez elástica.

La distribución de las diagonales permite ante la

acción de cargas laterales:

- Desarrollar cargas axiales altas

- Desarrollar momentos flexionantes

bajos

Contraventeos Concéntricos

Ejemplos de contraventeos concéntricos:

Contraventeos Concéntricos

Ejemplos de contraventeos concéntricos:

Contraventeos Concéntricos

Antes de los años 60’s los contraventeos

concéntricos se utilizaron para resistir

cargas laterales debidas a viento.

En la década de los 60´s y 70´s se utilizaron

los sistemas contraventeados

concéntricamente para resistir cargas

debidas a sismo. Las recomendaciones de

diseño de contraventeos concéntricos,

desarrolladas en los 60’s fueron adaptadas

al diseño sísmico.

Contraventeos Concéntricos

En los años 70’s y 80’s se llevaron a cabo

amplias investigaciones referentes al

comportamiento no lineal de sistemas

contraventeados, que fueron la base para los

códigos actuales de diseño.

Contraventeos Concéntricos

Algunos criterios de diseño de

contraventeos concéntricos, se han basado

en el concepto “solamente tensión”.

Tradicionalmente se han utilizado para estos

diseños elementos tales como: ángulos,

redondos o soleras.

Contraventeos Concéntricos

Se ha demostrado que el comportamiento

inelástico de sistemas a “solamente tensión”

es muy pobre.

Contraventeos Concéntricos

Perdida de rigidez axial

(p/d)

Acortamiento axial

producido por la

acumulación de

desplazamiento axial para

carga cero

Pérdida de rigidez para

carga cero (DP/Dd).

Relación fuerza -

desplazamiento para un

contraventeo esbelto

Contraventeos Concéntricos

Parámetros básicos que influyen en el

comportamiento histerético de los elementos

de los contraventeos:

Relación de esbeltez

Condiciones de frontera

Sección transversal de la diagonal

Contraventeos Concéntricos

Relación de esbeltez (l=kl/r):

Clasificación de diagonales:

Esbeltas: l> 110 para A-36

l> 130 para A-50

Robustas: l< 50 para A-36

l< 60 para A-50

Intermedias: 50 <l< 110 para A-36

60 <l< 130 para A-50

Contraventeos Concéntricos

Comportamiento de diagonales:

Esbeltas: pandeo elástico a s<0.5Fy

poca rigidez en la configuración

pandeada

Robustas: fluencia y pandeo local dominan la

respuesta

Intermedias: el pandeo local es menos crítico que

el

pandeo inelástico

Contraventeos Concéntricos

Condiciones de frontera:

Estudios experimentales han mostrado que las

condiciones frontera tienen el mismo efecto en

las deformadas elástica e inelástica.

Así mismo, se ha observado que las

condiciones frontera tienen poco efecto sobre

el comportamiento histerético de las

diagonales.

Contraventeos Concéntricos

Sección transversal de la diagonal:

Eficiencia de las secciones (de mayor a

menor):

1.- Tubos circulares

2.- Tubos rectangulares

3.- Secciones I

4.- Secciones T

5.- Angulos dobles

Contraventeos Concéntricos

Secciones tubulares:

Han sido utilizadas por su alta eficiencia

debido al elevado valor del radio de giro. Sin

embargo, son suceptibles a la falla por pandeo

local seguida por la fractura del material.

Para prevenir o retardar el pandeo local hay

que reducir la relación ancho/espesor.

Contraventeos Concéntricos

Filosofía de Diseño de los

Contraventeos Concéntricos

La respuesta cíclica inelástica de los contraventeos concéntricos

depende, entre otros factores de:

• La esbeltez y relación b/t de las diagonales.

• La resistencia relativa de diagonales a tensión y compresión.

• La resistencia de la conexión de diagonales a trabes y

columnas.

• El grado de restricción lateral existente en la conexión

diagonal-trabe.

• Rigidez, resistencia y relación b/t de la trabe en el marco

contraventeado.

Contraventeos Concéntricos

Filosofía de Diseño de los CC

Mecanismo de colapso (sensibilidad de la respuesta no

lineal de CBF): Relación fuerza axial – desplazamiento idealizada

Contraventeos Concéntricos

Filosofía de Diseño de los CC

Mecanismo de colapso:

Con trabe flexible

Vb

D

Vb

D

Vb

D

Diagonal

Robusta Diagonal

Intermedia

Diagonal

Esbelta

Contraventeos Concéntricos

Filosofía de Diseño de los CC

Vb

D

Vb

D

Vb

D

Diagonal

Robusta Diagonal

Intermedia

Diagonal

Esbelta

Mecanismo de colapso:

Con trabe rígida

Contraventeos Concéntricos

Relación fuerza

desplazamiento para

un contraventeo en

“V invertido” con

trabes flexibles

Contraventeos Concéntricos

Relación fuerza

desplazamiento para

un contraventeo en

“V invertido” con

trabes rígidas

Contraventeos Concéntricos

Filosofía de Diseño de los CC

La selección de la rigidez de la trabe

generalmente no es considerada por el

diseñador y tiene una influencia fundamental

en el comportamiento carga-desplazamiento

del sistema durante el intervalo inelástico.

Contraventeos Concéntricos

Filosofía de Diseño de los CC

Diagonales de Contraventeo:

La respuesta post-pandeo del marco (tipo

Chevron) es extremadamente sensible a la

relativa rigidez a flexión de la trabe con

respecto a la rigidez axial de la diagonal, y no

puede ser determinada mediante análisis

elásticos.

Contraventeos Concéntricos

Filosofía de Diseño de los CC

Por esta razón se recomienda el uso de

diagonales robustas y poco esbeltas.

Según AISC LRFD: l< 102 para A-50

l< 120 para A-36

El factor de reducción se considera: f= 0.8

Contraventeos Concéntricos

Filosofía de Diseño de los CC

Conexiones:

La filosofía de diseño para los CC considera

que la energía sísmica se disipa en las

diagonales, por lo que las conexiones tendrán

que diseñarse para que se comporten

elásticamente en todo momento.

Los principios del Diseño por Capacidad son

adecuados para cumplir este objetivo.

Contraventeos Concéntricos

Filosofía de Diseño de los CC

Columnas:

Debido a la alta sensibilidad durante la respuesta

no lineal del sistema, se recomienda ser

conservador en el diseño de columnas:

P= cargas gravitacionales + cargas axiales por

momento de voleto sísmico + posibles cargas

axiales por desequilibrio en diagonales.

Usar Diseño por Capacidad.

Contraventeos Concéntricos

Filosofía de Diseño de los CC

Trabes:

• Deben ser continuas con las columnas.

• Deben soportar las cargas gravitacionales sin

considerar los contraventeos.

• Patines de trabes en el punto de intersección

deben tener arriostramiento lateral.

Contraventeos Concéntricos

Especificaciones NTC-2003

Contraventeo Concéntrico Dúctil (CCD):

Configuración de las diagonales:

• Al menos 0.3 Vr con diagonales a tensión

• Al menos 0.3 Vr con diagonales a compresión

• No es necesario cumplir con esta distribución si

la suma de las resistencias nominales de las

diagonales a compresión es mayor que la

resistencia total requerida.

Contraventeos Concéntricos

Especificaciones NTC-2003

Contraventeo Concéntrico Dúctil (CCD):

Configuración de las diagonales:

• No se permiten diagonales en “V” conectadas en

un solo punto y un solo lado de la trabe (excepto

si se cumple la sección 6.2.3.4)

• No se permiten secciones en “K” conectadas en

un solo punto y un solo lado de la columna.

Contraventeos Concéntricos

CONTENIDO

Temario:

Conceptos generales

Losas en sección compuesta

Conexiones (tornillos y soldaduras)

Contraventeos concéntricos

Contraventeos excéntricos

Fabricación

Planos estructurales

Contraventeos Excéntricos

Es un sistema híbrido para resistir cargas

laterales compuesto por:

- Marco resistente a momento

- Diagonales de contraventeo

Combina las múltiples ventajas de marcos

convencionales, minimizando sus desventajas.

Contraventeos Excéntricos

Características:

Alta rigidez elástica

Respuesta inelástica estable bajo carga

cíclica

Excelente ductilidad

Adecuada capacidad de disipación de

energía

Baja disipación

de energía

Intervalo

óptimo Pérdida

de rigidez

Contraventeos Excéntricos

Contraventeos Excéntricos

Surgieron como alternativa de sistemas

contraventeados en zonas de alta sismicidad.

Las investigaciones se inician a mediados de

los 70’s (Roeder y Popov) y continuaron hasta

mediados de los 80’s (Engelhardt, Kasai y

Popov).

Actualmente son una realidad como aplicación

estructural.

Contraventeos Excéntricos

Contraventeos Excéntricos

Filosofía de Diseño de los

Contraventeos Excéntricos

Restringir el comportamiento inelástico a los

eslabones de cortante y diseñar el resto de los

elementos del marco para que puedan soportar

las cargas máximas transmitidas por los

eslabones.

Contraventeos Excéntricos

Filosofía de Diseño de los CE

El uso de este concepto de diseño por

capacidad permitirá limitar las fuerzas

inducidas en elementos seleccionados del

marco.

El eslabón se diseña para el nivel de fuerzas

seleccionado (fuerzas reducidas) y el resto de

los componentes se diseña para la capacidad

del eslabón considerando plastificación total y

endurecimiento por deformación.

Contraventeos Excéntricos

Filosofía de Diseño de los CE

Las relaciones que se presentan más adelante

son útiles para un diseño preliminar, dependen

solamente de la geometría y son

independientes de si el comportamiento del

eslabón es elástico o inelástico.

Los eslabones se pueden diseñar usando

resultados de un análisis elástico y las

acciones de los otros elementos se pueden

obtener usando conceptos de equilibrio.

h

L

e

Eslabón de

cortante

Contraventeos Excéntricos

Geometría

amin= 30°

para reducir carga

axial en la trabe fuera del eslabón.

a

he

LΔPp

Cinemática del eslabón

Rotación plástica del eslabón (p)

0.000

0.030

0.060

0.090

0.120

0.150

0.180

0.210

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

e / L

Ro

tació

n p

lástic

a d

el

esla

bó

n

p(rad

)

Distorsión de entrepiso = 0.006

Rotación permitida por LRFD

Rotación plástica del eslabón (p)

Cinemática del eslabón

La demanda de

rotación plástica en

el eslabón (p) crece

a medida que

disminuye el

cociente e/L

Comportamiento. Longitud del eslabón.

Elementos mecánicos

h

L

L

hFVe

Ve

Me

Me

2

eVM ee

e

F

h

L

L

hFVe

Ve

Me

Me

2

eVM ee

e

F

Comportamiento. Longitud del eslabón.

Elementos mecánicos

h

L

L

hFVe

Ve

Me

Me

2

eVM ee

e

F

Comportamiento. Longitud del eslabón.

Elementos mecánicos

h

L

L

hFVe

2

eVM ee

Ve

Me

Me

e

F

Comportamiento. Longitud del eslabón.

Elementos mecánicos

Eslabón Largo Eslabón Corto

Plastificación por cortante Plastificación por flexión

P

P

V

Me 6.1

P

P

V

Me .52

Vp= 0.55dtwFy Mp= ZFy

Comportamiento. Longitud del eslabón.

Preferible el comportamiento de eslabones

cortos en comparación con eslabones largos,

debido a la concentración de esfuerzos en la

zona de máximo momento para estos últimos.

En eslabones cortos bien detallados pueden

alcanzarse rotaciones de 0.1 rad mientras que

en eslabones largos se obtienen rotaciones

menores de 0.02 rad.

Comportamiento. Longitud del eslabón.

Resistencia a la fluencia:

Resistencia del eslabón.

py

P

P VVV

2M e Si

e

2MV

V

2M e Si

p

y

P

P

Resistencia última:

Resistencia del eslabón.

Las resistencias anteriores deben ser

modificadas para considerar:

• Endurecimiento por deformación

• Fluencia real del material

• Influencia del sistema de piso

Los factores combinados pueden generar factores de sobrerresistencia mayores que 2.0

Eslabones cortos:

Capacidad de deformación del eslabón.

Rotaciones plásticas cíclicas= 0.1 rad

Rotaciones plásticas monotónicas= 0.2 rad

Eslabones largos:

Rotaciones plásticas cíclicas= 0.015 a 0.09 rad

Rotaciones plásticas monotónicas= 0.03 a 0.12 rad

Especificaciones AISC LRFD

Contraventeos excéntricos

Cumplir relaciones ancho/espesor

Límite de fluencia no excede 3,520 kg/cm2

Almas sencillas, sin cubreplacas, sin aberturas

Resistencia del eslabón: fVp= 0.9Fy(d-2tf)tw

Revisar interacciones V-P en eslabones cortos y

M-P en eslabones largos si P > 0.15Py

Eslabones:

Especificaciones AISC LRFD

Contraventeos excéntricos

Rotaciones = 0.09 rad para e<= 1.6 Mp/Vp

Rotaciones = 0.03 rad para e>= 1.6 Mp/Vp

Rotaciones:

Especificaciones AISC LRFD

Contraventeos excéntricos

Para e= 1.6 Mp/Vp o menor

a <30tw-d/5 si la rotación es 0.09 rad

a <52tw-d/5 si la rotación es 0.03 rad

Atiesadores:

Especificaciones AISC LRFD

Contraventeos excéntricos

Para 1.6 Mp/Vp < e < 5 Mp/Vp

Atiesadores a 1.5 bf a cada lado del extremo del

eslabón

Atiesadores:

Para 1.6 Mp/Vp < e < 2.6 Mp/Vp

Cumplir con ambos requisitos

Para e <1.6 Mp/Vp

Para rotaciones <0.09 s=30tw-0.2d

Para rotaciones <0.03 s=52tw-0.2d

CASO PRÁCTICO

CONTENIDO

Temario:

Conceptos generales

Losas en sección compuesta

Conexiones (tornillos y soldaduras)

Contraventeos concéntricos

Contraventeos excéntricos

Fabricación

Planos estructurales

FABRICACIÓN

11.2.7 Pintura

Después de inspeccionadas y aprobadas, y antes de salir del

taller, todas las piezas que deben pintarse se limpiarán

cepillándolas vigorosamente, a mano, con cepillo de alambre, o

con chorro de arena, para eliminar escamas de laminado, óxido,

escoria de soldadura, basura y, en general, toda materia extraña.

Los depósitos de aceite y grasa se quitarán por medio de

solventes.

Las piezas de acero que vayan a quedar cubiertas por acabados

interiores del edificio o aquellas que vayan a quedar ahogadas en

concreto no necesitan pintarse. Todo el material restante recibirá

en el taller una mano de pintura anticorrosiva, aplicada

cuidadosa y uniformemente sobre superficies secas y limpias,

por medio de brocha, pistola de aire, rodillo o por inmersión.

Todas las superficies que se encuentren a no más de 50 mm de

distancia de las zonas en que se depositarán soldaduras de

taller o de campo deben estar libres de materiales que dificulten

la obtención de soldaduras sanas o que produzcan humos

perjudiciales.

FABRICACIÓN

11.3.4 Tolerancias

Se considerará que cada una de las piezas que componen una

estructura está correctamente plomeada, nivelada y alineada, si la

tangente del ángulo que forma la recta que une los extremos de la

pieza con el eje de proyecto no excede de 1/500. En vigas

teóricamente horizontales es suficiente revisar que las

proyecciones vertical y horizontal de su eje satisfacen la condición

anterior.

Deben cumplirse, además las condiciones siguientes:

a) El desplazamiento del eje de columnas adyacentes a cubos de

elevadores, medido con respecto al eje teórico, no es mayor de

25 mm en ningún punto en los primeros 20 pisos. Arriba de este

nivel, el desplazamiento puede aumentar 1 mm por cada piso

adicional, hasta un máximo de 50 mm.

FABRICACIÓN

b) El desplazamiento del eje de columnas exteriores, medido con

respecto al eje teórico, no es mayor de 25mm hacia fuera del

edificio, ni 50 mm hacia dentro, en ningún punto en los

primeros 20 pisos. Arriba de este nivel, los límites anteriores

pueden aumentarse en 1.5 mm por cada piso adicional, pero

no deben exceder, en total, de 50 mm hacia fuera ni 75 mm

hacia dentro del edificio.

FABRICACIÓN

FABRICACIÓN

VIGAS FORMADAS POR TRES PLACAS

bf

FUERA DE ESCUADRA

Paralelismo

SOLDADURA

maximo=1.5 mm.

COMBADURA DE PATINES Y ALMA

MAXIMA DE 1.0 mm.POR CADA

METRO DE LONGITUD

FLECHA LATERAL

FLECHA VERTICAL

A = +L

mm.

- oo

tw

METRO DE LONGITUD

tw

MAXIMA 1 mm. POR CADA

DEFLEXION DEL PATIN

DESCENTRADO DEL ALMA

tw

bf

100

5.0 mm

hw

A

bf

bf

A

mm.

Fuera de

T + T'

6.0

bf

bf

PATINPERALTE

Mas

6.03.0

Menos

bf

A =

Mas

3.0

" d " " bf "

TOLERANCIAS

100

4.0

Menos

150

AWS

VER AISC Y

t

hw

C menos el

A

bf

nominal d

6.0

Peralte

TOLERANCIAS EN LA FABRICACION DE

VIGAS FORMADAS POR TRES PLACAS

bf

FUERA DE ESCUADRA

Paralelismo

SOLDADURA

maximo=1.5 mm.

COMBADURA DE PATINES Y ALMA

MAXIMA DE 1.0 mm.POR CADA

METRO DE LONGITUD

FLECHA LATERAL

FLECHA VERTICAL

A = +L

mm.

- oo

tw

METRO DE LONGITUD

tw

MAXIMA 1 mm. POR CADA

DEFLEXION DEL PATIN

DESCENTRADO DEL ALMA

tw

bf

100

5.0 mm

hw

A

bf

bf

A

mm.

Fuera de

T + T'

6.0

bf

bf

PATINPERALTE

Mas

6.03.0

Menos

bf

A =

Mas

3.0

" d " " bf "

TOLERANCIAS

100

4.0

Menos

150

AWS

VER AISC Y

t

hw

C menos el

A

bf

nominal d

6.0

Peralte

TOLERANCIAS EN LA FABRICACION DE

CONTENIDO

Temario:

Conceptos generales

Losas en sección compuesta

Conexiones (tornillos y soldaduras)

Contraventeos concéntricos

Contraventeos excéntricos

Fabricación

Planos estructurales

PLANOS ESTRUCTURALES

Debe contener la siguiente información:

• Cargas de proyecto

• Espectro para diseño por sismo

• Parámetros para diseño por viento

• Nomenclatura de los tipos de acero y el esfuerzo de

fluencia Fy de cada uno.

• Especificaciones de soldaduras

• Especificaciones de tornillos

• Tolerancias

• Especificaciones del sistema de piso (arriostramiento,

apuntalamiento, etc.)

• etc.