Conexiones Soldadas
Conexiones, Juntas y Conectores
Cada estructura es un ensamblaje de partes o miembros individuales
que deben ser unidos de alguna manera, usualmente en sus extremos.
La soldadura es una de esas maneras y la otra es por medio de
pasadores, como remaches o pernos.
Una conexin es el conjunto de elementos que unen cada miembro
estructural a la junta: placas o ngulos por patines o alma, soldaduras,
tornillos. Una junta es la zona completa de interseccin de los miembros estructurales. En la mayora
de los casos, esta zona es la parte de la columna que queda comprendida entre los planos horizontales
que pasan por los bordes superior e inferior de la viga de mayor peralte, incluyendo atiesadores y
placas de refuerzo del alma, cuando los haya.
Se conoce como soldadura el proceso de unin de partes metlicas mediante la aplicacin de calor con
o sin adicin de otro metal fundido
Existen dos procedimientos generales de soldadura: soldadura con gas y soldadura por arco elctrico.
En las edificaciones de acero, casi toda la soldadura estructural es por arco.
Procedimiento para Soldar
Se conoce como soldadura el proceso de unin de partes metlicas mediante la aplicacin de calor con
o sin adicin de otro metal fundido.
Procedimiento para soldar
Existen dos procedimientos generales de soldadura: soldadura con gas y soldadura por arco elctrico.
En las edificaciones de acero, casi toda la soldadura estructural es por arco.
En la soldadura por arco se forma un arco elctrico entre las piezas que se sueldan y el electrodo. El
arco es una chispa continua, entre el electrodo y el metal base, provocando la fusin de ambos con
temperaturas que oscila entre 5000 grados centgrados, en el acero cerca del arco, hasta unos 1900
grados.
El tipo de electrodo que se utiliza es muy importante, ya que afecta las propiedades de la soldadura,
tales como la resistencia y ductilidad.
Electrodo Punto de resistencia Ruptura por Tensin
E60 3150 kgf/cm2 4220 kgf/cm2
E70 3500 kgf/cm2 4920 kgf/cm2
El material del electrodo es especificado en varias normas de la American Welding
Society (AWS) y es resumido en la tabla anterior. La designacin como E60XX o
E70XX indican 60 ksi y 70 ksi como esfuerzo a la traccin. Las X se refieren a factores
como las posiciones adecuadas para soldar, tipo de revestimiento y caractersticas del
arco. En general el acero A36 puede ser soldado exitosamente con electrodos E60XX o
E70XX.
Otro tipo de proceso es la soldadura por arco sumergido. En este proceso el arco se
cubre con material fusible granular por lo que queda oculto. La soldadura por arco
sumergido tiene una mayor penetracin, por lo que el rea efectiva para resistir carga es
mayor.
Tipos de Juntas Soldadas
Los tipos de juntas dependen de factores como el tamao y forma de los miembros que forman la
junta, el tipo de carga, la cantidad de rea en la junta disponible para soldar y el costo relativo de
varios tipos de soldaduras. Existen cuatro tipos bsicos de juntas soldadas, aunque en la prctica se
consiguen muchas variaciones y combinaciones. Estos cuatro tipos bsicos son: a tope, a solape, en te,
en esquina y juntas de extremo, como se muestra en la Figura.
a) Junta a Tope b) Junta a Solape
c) Junta en Te
d) Junta de Esquina
Figura 1. Tipos Bsicos de Juntas Soldadas
Clasificacin de las Soldaduras
Los cuatro tipos de soldadura son:
Soldadura acanalada Soldadura de filete Soldadura de ranura Soldadura de tapn
a) Soldadura Acanalada
b) Soldadura a Filete
c) Soldadura de Ranura
d) Soldadura de Tapn
Soldadura de Ranura
Cuando la penetracin es completa y las soldaduras de ranura estn sujetas a traccin o compresin
axial el esfuerzo en la soldadura se calcula dividiendo la carga entre el rea neta de la soldadura.
El refuerzo es metal de aportacin que hace mayor la dimensin de la garganta que la del espesor del
material soldado y se utilizan para aportar cierta resistencia adicional ya que contrarresta los poros y
otras irregularidades y porque al soldador se le facilita realizar una soldadura un poco ms gruesa que
el material soldado.
Las soldaduras de ranura se usan cuando los miembros que se conectan estn alineados en el mismo
plano y las uniones estn normalmente sujetas a esfuerzos directos de traccin o compresin. Ofrece
mayor resistencia que la de filete; sin embargo la mayora delas uniones estructurales soldadas deben
resolverse a filete.
Soldadura de Filete
Los cordones de soldadura a filete A estn cargados en corte longitudinal y el cordn B est cargado
en corte transversal. Si se incrementa la fuerza Ru hasta que exceda la resistencia de las soldaduras, la
ruptura ocurrir en los planos de menor resistencia. Se asume que esto sucede en la garganta de la
soldadura donde se presenta la menor rea transversal. Pruebas de soldadura a filete utilizando
electrodos compatibles han demostrado que la soldadura falla a travs de su garganta efectiva antes
que el material falle a lo largo del lado del cordn.
Figura 3. Soldadura a Filete
Las soldaduras de filete son ms resistentes a la traccin y a la compresin que al corte, de manera
que los esfuerzos determinantes son los de corte. Este tipo de soldadura falla por corte en un ngulo
de aproximadamente 45 grados a travs de la garganta.
La dimensin efectiva de la garganta de una soldadura de filete es, nominalmente, la distancia mas
corta desde la raz a la cara de la soldadura. Si se asume que la soldadura de filete tiene lados iguales
de tamao nominal a, la garganta efectiva es igual a 0.707a. Si la soldadura a filete se disea para ser
asimtrica (una situacin rara), con lados desiguales, el valor de te debe calcularse de la forma de la
soldadura. LRFD modifica las dimensiones efectivas de la garganta para cordones de soldadura a
filete hechos con el proceso de arco sumergido (SAW), para tomar en cuenta la calidad superior de
dichas soldaduras:
a. Para cordones de soldadura a filete con el tamao nominal menor o igual a 3/8 (10 mm), la dimensin efectiva de la garganta se tomar igual al tamao nominal w.
b. Para cordones con tamao nominal mayor que 3/8 la dimensin efectiva de la garganta se tomar como 0.707w + 2.8 mm (0.11 in).
a) b)
Figura 4. Dimensiones Efectivas de la garganta para soldadura a filete El rea efectiva de un cordn de soldadura a filete AW es el producto de la longitud efectiva del cordn de
soldadura por la dimensin efectiva de la garganta.
Procedimiento de Diseo de Conexiones Soldadas
Seleccionar el proceso de soldadura y el electrodo correspondiente.
De acuerdo con su geometra y espesor de los materiales a unir, definir el tipo de unin.
Por razones prcticas se escoge un dimetro de electrodo el cual depositar un espesor
constante de soldadura. Para definir la capacidad o resistencia de agotamiento de la
soldadura, debe calcularse su longitud.
La capacidad de la soldadura se calcula como:
En el caso particular de la soldadura de filete:
Seleccionar el tamao del filete.
Con el tamao del filete escogemos el valor de correspondiente (ver Tabla).
En el caso particular de corte en el rea efectiva de la soldadura, verificar que no exceda
la resistencia de los elementos que se conectan:
La longitud de clculo de la soldadura ser:
Diseo de Soldadura de Filete para Miembros de Armadura
Los miembros de una armadura soldada consisten de ngulos simples o dobles, u otros perfiles
como canales, perfiles tubulares; y estn sujetos solamente a cargas axiales estticas. Las
especificaciones de la Normas aceptan que sus conexiones se diseen mediante los mismos
procesos descritos anteriormente.
El proceso consiste en seleccionar el espesor de la soldadura, calcular la longitud total de la
soldadura necesaria y colocar los cordones de soldadura alrededor de los extremos de los
miembros de acuerdo al siguiente criterio:
Si el miembro conectado es simtrico, las soldaduras se colocarn simtricamente.
Si el miembro no es simtrico, las soldaduras no deben ser simtricas.
Ejemplo 1
Para la conexin mostrada se debe disear la soldadura a filete para que resista la carga de resistencia
plena de la placa de 3/8x10 cm, usando acero A36 y electrodo E70.
Solucin: Resistencia de la placa:
Estando el cordn de soldadura en la misma direccin de la aplicacin de la fuerza, se encuentra
sometido a esfuerzos de corte, por lo que la resistencia de diseo del cordn ser:
Usando segn dato: electrodo E70 en la Tabla:
Electrodo Punto de Cedencia Ruptura por Tensin
E60
E70
3150 kgf/cm2
3500 kgf/cm2
4220 kgf/cm2
4920 kgf/cm2
FEXX = 4920 kgf/cm2
Los tamaos mximos que pueden utilizarse a lo largo de las partes conectadas, donde se dan los
siguientes valores:
En los bordes de los materiales de menos de 6 mm de espesor, no mayor del espesor del material.
En los bordes de los materiales de 6 mm o ms de espesor el tamao mximo ser 2 mm menor
que ese espesor, a menos que se seale especialmente en los planos que la soldadura ha de ser
reforzada hasta obtener un espesor de garganta total. En estas co
