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Conexiones Soldadas

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  • 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

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