Manual de Uniones Empernadas y Soldadas

II

DEPARTAMENTO DE INGENIERA DE DISEOPgina

28de113

PROYECTO ILAFAMODULO DE UNIONES APERNADAS Y SOLDADAS

A22-Junio-2010Emitido para cometariosJMMCGSCRV

REVFECHADESCRIPCIN DE LA REVISINRealizoRevisAprob

ndice4I.-Tipos de Conexiones

41.1.-Conexiones Simples

61.2.-Conexiones Rgidas (FR)

71.3.-Conexiones Semi-Rgidas (PR)

81.4.-Conexiones de diagonales

10II.-Conceptos Tericos

102.1.-Tipos de conexiones apernadas: aplastamiento y de deslizamiento crtico

102.2.-Pernos de alta resistencia

102.2.1.-Generalidades (AISC 2005 J3.1)

142.2.2.-Tamao y uso de las perforaciones (AISC 2005 J3.2)

142.2.3.-Espaciamiento mnimo (AISC 2005 J3.3)

152.2.4.-Distancia mnima al borde (AISC 2005 J3.4)

172.2.5.-Distancias a los bordes y espaciamiento mximo (AISC 2005 J3.5)

172.2.6.-Resistencia de traccin y corte de pernos y partes enroscadas (AISC 2005 J3.6)

172.2.7.-Combinacin de traccin y corte en conexiones tipo aplastamiento (AISC 2005 J3.7)

182.2.8.-Pernos de alta resistencia en conexiones de deslizamiento crtico (AISC 2005 J3.8)

192.2.9.-Combinacin de traccin y corte en conexiones de deslizamiento crtico (AISC 2005 J3.9)

202.3.-Tipos de conexiones soldadas

202.3.1.-Soldaduras de filete (AISC 2005 J2.2)

222.3.2.-Soldaduras de tope (AISC 2005 J2.1)

232.3.3.-Soldaduras de tapn y de ranura (AISC 2005 J2.3)

242.4.-Electrodos de soldadura

242.5.-Resistencia al aplastamiento de planchas de conexin y perforaciones de pernos (AISC 2005 J3.10)

252.6.-Resistencia al desgarramiento (bloque de corte) de planchas de conexin y perfiles (AISC 2005 J4.3)

262.7.-Resistencia al pandeo de planchas de conexin y perfiles

262.7.1.-Pandeo placa comprimida (AISC 2005 E3)

272.7.2.-Pandeo local del ala (AISC 2005 J10.1)

282.7.3.-Fluencia local del alma (AISC 2005 J10.2)

282.7.4.-Pandeo del alma (AISC 2005 J10.3)

292.7.5.-Pandeo lateral del alma (AISC 2005 J10.4)

312.7.6.-Pandeo del alma comprimida (AISC 2005 J10.5)

312.8.-Ruptura en rea total y rea neta de planchas de conexin y perfiles

312.8.1.-Resistencia de elementos en traccin (AISC 2005 J4.1)

322.8.2.-Resistencia de elementos en corte (AISC 2005 J4.2)

332.9.-Resistencia de conexiones soldadas

352.10.-Pernos corrientes para estructuras secundarias (pernos ASTM A307)

36III.-Mtodos de Clculo

363.1.-Empalme de vigas

363.1.1.-Generalidades

373.1.2.-Cargas de diseo

383.1.3.-Diseo de planchas conectadas al ala

463.1.4.-Diseo de planchas conectadas al alma

533.2.-Empalme de columnas



543.2.3.-Diseo de planchas conectadas al ala

633.2.4.-Diseo de planchas conectadas al alma

703.3.-Conexiones de corte mediante angulares



713.3.3.-Clculo del nmero de pernos - N

733.3.4.-Diseo de los ngulos de unin

783.4.-Conexiones de corte mediante plancha de cabeza




803.4.4.-Diseo de la plancha de cabeza

863.5.-Conexiones mediante placa de corte (single plate)




903.5.4.-Diseo de la plancha - et

973.6.-Conexiones de diagonales




993.6.4.-Diseo de la plancha de conexin

1063.7.-Principales conexiones de estructuras secundarias (pernos ASTM A307)




1083.7.4.-Diseo de la plancha de cabeza

I.- El comportamiento y tipo de las conexiones es usualmente definida por la relacin momento-rotacin, Figura 1. El cdigo AISC clasifica las conexiones dependiendo de su relacin momento-rotacin. La terminologa es la siguiente:

Clasificacin de las conexiones

SimpleConexiones simples

RgidoConexiones de momento completamente restringidas (FR)

Semi-rgidoConexiones de momento parcialmente restringidas (PR)

Figura 1 Clasificacin de las conexiones1.1.- Conexiones Simples

Las conexiones simples o de corte en vigas o enrejados deben ser diseadas como flexibles y se permite dimensionarlas solamente para reacciones de corte, excepto que se indique lo contrario en los documentos de diseo. Las conexiones flexibles de vigas deben ser capaces de acomodar las rotaciones de los extremos de las vigas calculadas como simplemente apoyados (no restringidas) como lo muestra la Figura 2. Para lograr lo anterior se permiten deformaciones inelsticas, pero autolimitadas, de la conexin.

Figura 2 Conexin simple o de corte

Si bien es cierto, las conexiones simples o de corte poseen algo de restriccin rotacional, como lo ilustra la curva A de la Figura 3, esta magnitud es comnmente ignorada y la conexin es idealizada como totalmente flexible.

Figura 3 Comportamiento de la conexin simple o de corte1.2.- Conexiones Rgidas (FR)Las conexiones de momento completamente restringidas son conexiones que en los extremos empotrados de vigas y enrejados deben ser diseadas para el efecto combinado de fuerzas de momento y de corte inducidos por la rigidez de las conexiones.

Este tipo de conexiones posee suficiente resistencia y rigidez para mantener el ngulo constante entre los miembros conectados durante la aplicacin de las cargas como lo muestra la Figura 4.Mientras las conexiones consideradas como totalmente rgidas raramente proporcionan una rotacin cero entre los miembros, esta flexibilidad presente es comnmente ignorada y la conexin es idealizada para prevenir la rotacin relativa. Las conexiones A, B y C de la figura 3 ilustran lo indicado.

Figura 4 Conexin de momento completamente restringida (FR)

Figura 5 Comportamiento de la conexin de momento FR1.3.- Conexiones Semi-Rgidas (PR)Las conexiones de momento parcialmente restringida, como se muestra en la figura 6, poseen un ngulo intermedio entre la flexibilidad de la conexin simple o de corte y la rigidez total de la conexin de momento FR. Las conexiones de momento PR son permitidas sobre la evidencia de que las conexiones a usar son capaces de proporcionar, como mnimo, un previsible porcentaje de empotramiento.

Figura 6 Conexin de momento parcialmente restringida (PR)

La lnea de viga (beam line) representa la relacin entre el momento y la rotacin para una viga dada. La mxima rotacin corresponde a un momento nulo (una conexin simple o de corte) mientras una rotacin nula corresponde a un empotramiento (una conexin de momento FR).

La curva momento-rotacin dada por la conexin de momento PR puede superponerse sobre la lnea de viga como lo ilustra la Figura 7. Para las curvas A y B, el punto de interseccin de la curva momento-rotacin con la lnea de viga define el momento de viga y el esfuerzo requerido para que la conexin de momento PR pueda ser diseada.

Figura 7 Comportamiento de la conexin de momento PR1.4.- Conexiones de diagonales

Dado el marco sin soporte lateral de la Figura 8a cuyos elementos estn conectados con conexiones simples o de corte, la fuerza lateral Hu actuante desplazar el edificio lateralmente como se muestra en las lneas punteadas. De hecho, el marco sera inestable bajo cargas gravitatorias. En lugar de un marco con conexiones de momento, la estabilidad del marco y la resistencia a cargas laterales pueden ser proporcionadas por miembros diagonales. Considerando que las conexiones de momento resisten las cargas laterales a travs de la flexin de las vigas y columnas que componen la estructura, las diagonales crean un reticulado vertical que transfiere las cargas laterales a travs de los miembros del reticulado como fuerzas axiales. A pesar de que un marco conectado con diagonales es, en general, ms eficiente que un marco con conexiones de momento, el uso de diagonales puede ser inconveniente por la interferencia con las caractersticas arquitectnicas tales como corredores, ventanas y puertas.

La diagonal concntrica que se muestra en la Figura 8b proporciona estabilidad para las fuerzas laterales que actan desde la izquierda, la diagonal est en tensin (+) e induce slo fuerzas axiales en los dems miembros de la estructura. Dado que las fuerzas laterales pueden ser incidentes, ya sea desde la derecha o la izquierda, dos diagonales podran utilizarse, como se muestra en la Figura 8c.

Figura 8 Fuerzas laterales y diagonales

Figura 9 Ejemplo de conexiones de diagonalesII.- Conceptos Tericos2.1.- Tipos de conexiones apernadas: aplastamiento y de deslizamiento crtico- Conexiones tipo aplastamiento: Son las conexiones en que la carga es resistida por la cortante en los pernos y por aplastamiento sobre los mismos (Figura 10). La resistencia de diseo est influenciada por la presencia de la rosca; es decir, a un perno con roscas excluidas del plano de corte se le asigna una mayor resistencia de diseo, que un perno con roscas incluidas en el plano de corte.

Figura 10 Conexin tipo aplastamiento

- Conexiones de deslizamiento crtico (slip critical): Son las conexiones en que el deslizamiento sera inconveniente para la capacidad de servicio de la estructura a que pertenecen dichas uniones. Estas incluyen conexiones sometidas a cargas de fatiga o a inversin importante de carga, vibraciones y sismo.

Figura 11 Conexin tipo deslizamiento crtico2.2.- Pernos de alta resistencia2.2.1.- Generalidades (AISC 2005 J3.1)El cdigo AISC establece que el uso de pernos de alta resistencia debe satisfacer las disposiciones de la ASTM 325 y A490.Todos los pernos ASTM A325 y A490 deben ser apretados a una tensin de perno no menor que la entregada en la Tabla J3.1, excepto lo que se indica a continuacin. Con la excepcin antes mencionada, se debe asegurar la instalacin por cualquiera de los siguientes mtodos: mtodo del giro de la tuerca, un indicador de tensin directo, llave calibrada o diseo alternativo.

Se permite que los pernos sean instalados en la condicin de apriete ajustado cuando se usan en:

(a) Conexiones de tipo aplastamiento, o

(b) Aplicaciones de traccin o combinacin de corte y traccin, solamente para pernos ASTM A325, donde la prdida o fatiga debido a vibracin o fluctuaciones de la carga no se considera en el diseo.

La condicin de apriete ajustado se define como la ms firme alcanzada tanto por pequeos impactos de una llave de impacto o por el mximo esfuerzo de un trabajador con una llave de palanca corriente que permite que las piezas conectadas queden en contacto firme. Se deben identificar claramente aquellos pernos que sern sujetos a apriete ajustado en los planos de proyecto y de montaje.

Nota: Se permite que los pernos sean apretados en exceso respecto de la condicin de apriete ajustado, si se especifica este tipo de apriete en los pernos.

Tabla J3.1

Pretensin Mnima de Pernos, kips*

Dimetro del Perno, inPernos A325Pernos A490

1/21215

5/81924

3/42835

7/83949

15164

1 1/85680

1 1/471102

1 3/885121

1 1/2103148

* Igual a 0.70 veces la resistencia ltima de los pernos, redondeada al valor entero ms cercano, tal como lo especifican las Especificaciones ASTM para pernos A325 y A490 con hilo UNC.

Tabla J3.1 M

Pretensin Mnima de Pernos, kN*

Dimetro del Perno, mmPernos A325Pernos A490

M 1691114

M 20142179

M 22176221

M 24205257

M 27267334

M 30326408

M 36475596

* Igual a 0.70 veces la resistencia ltima de los pernos, redondeada al valor entero ms cercano, tal como lo especifican las Especificaciones ASTM para pernos A325 y A490 con hilo UNC.

Tabla J 3.2

Pretensin Tensin Nominal de Conectores

y Partes Roscadas, kgf/cm2 (MPa)

Descripcin del conectorTensin de Traccin

Nominal, Fnt,

kgf/cm2 (MPa)Tensin de Corte Nominal

en Conexiones de Tipo

Aplastamiento, Fnv,

kgf/cm2 (MPa)

Pernos A3073160 (310)[a][b]1680 (165)[c][f]

Pernos A325, cuando la rosca est

incluida en el plano de corte6320 (620)[e]3360 (330)[f]

Pernos A325, cuando la rosca no

est incluida en el plano de corte6320 (620)[e]4220 (414)[f]

Pernos A490, cuando la rosca est

incluida en el plano de corte7950 (780)[e]4220 (414)[f]

Pernos A490, cuando la rosca no

est incluida en el plano de corte7950 (780)[e]5300 (520)[f]

Partes roscadas que cumplen los

requisitos de la Seccin A3.4,

cuando la rosca est incluida en el

plano de corte0.75 Fu[a][d]0.40 Fu

Partes roscadas que cumplen los

requisitos de la Seccin A3.4,

cuando la rosca no est incluida

en el plano de corte0.75 Fu[a][d]0.50 Fu

[a] Sujeto a los requisitos del Anexo 3.

[b] Para pernos A307 los valores tabulados deben ser reducidos por 1% para cada 2 mm sobre 5 dimetros de longitud en el agarre

[c] Rosca permitida en los planos de corte.

[d] La resistencia de traccin nominal para la porcin roscada de una barra con extremos ensanchados, basada en el rea de la seccin correspondiente al dimetro mayor de la rosca, AD, que debe ser mayor que el valor obtenido al multiplicar Fy por el rea del cuerpo nominal de la barra antes de su ensanchamiento.

[e] Para pernos A325 y A490 solicitados por carga de traccin de fatiga, ver el Anexo 3.

[f] Cuando las conexiones de tipo aplastamiento utilizadas en empalmes de miembros en traccin poseen un patrn de conectores cuya longitud, medida paralela a la lnea de carga, excede de 1270 mm, se deben reducir los valores tabulados por 20%.

2.2.2.- Tamao y uso de las perforaciones (AISC 2005 J3.2)

Los tamaos mximos de perforaciones para pernos se entregan en la Tabla J3.3.

Tabla J 3.3

Dimensiones de Agujero Nominal, in

Dimetro

PernoDimensiones Agujero

Estndar

(Dia.)Sobremedida

(Dia.)Ranura Corta

(Ancho x Largo)Ranura Larga

(Ancho x Largo)

1/29/165/89/16 x 11/169/16 x 11/4

5/811/1613/1611/16 x 7/811/16 x 19/16

3/413/1615/1613/16 x 113/16 x 17/8

7/815/161 1/1615/16 x 11/815/16 x 23/16

11 1/161 1/411/16 x 1 5/1611/16 x 2 1/2

1 1/8d + 1 1/16d + 5/16(d+1/16) x (d+3/8)(d+1/16) x (2.5+d)

Tabla J 3.3 MDimensiones de Agujero Nominal, in

Dimetro

PernoDimensiones Agujero

Estndar

(Dia.)Sobremedida

(Dia.)Ranura Corta

(Ancho x Largo)Ranura Larga

(Ancho x Largo)

M16182018 x 2218 x 40

M20222422 x 2622 x 50

M22242824 x 3024 x 55

M24273027 x 3227 x 60

M27303530 x 3730 x 67

M30333833 x 4033 x 75

M36d + 3d + 8(d+3) x (d+10)(d+3) x 3.5d

[a] Espacio entregado para permitir la utilizacin si se desea de un perno de 1-in.

2.2.3.- Espaciamiento mnimo (AISC 2005 J3.3)La distancia entre centros de perforaciones estndar, sobremedidas o ranuradas, no debe ser menor que 2 2/3 veces el dimetro nominal, d, del conector; se prefiere una distancia de 3d.

Figura 12 Espaciamiento mnimo2.2.4.- Distancia mnima al borde (AISC 2005 J3.4)La distancia desde el centro de una perforacin estndar hasta el borde de una parte conectada en cualquier direccin no debe ser menor que el valor aplicable de la Tabla J3.4. La distancia desde el centro de una perforacin sobredimensionada o ranurada hasta el borde de una parte conectada no debe ser menor que la requerida por un perforacin estndar hasta el borde de una parte conectada ms el incremento aplicable C2 que se obtiene de la Tabla J3.5.Tabla J 3.4

Distancia Mnima al Borde[a], in,

desde el Centro del Agujero Estndar[b]hasta el Borde de la Parte Conectada

Dimetro

Perno (in)En los bordes aserradosEn bordes laminados de

Planchas, Perfiles o Barras, o en

bordes por corte trmico[c]

1/27/83/4

5/81 1/87/8

3/41 1/41

7/81 1/2 [d]1 1/8

11 3/4 [d]1 1/4

1 1/821 1/2

1 1/42 1/41 5/8

Sobre 1 1/41 3/4 x d1 1/4 x d

[a] Se permite utilizar distancias de borde menor provisto que se satisfacen las disposiciones de la Seccin J3.10, de forma apropiada.

[b] Para agujeros sobretamao y ranurados, ver la Tabla J3.5.

[c] Se permite que todas las distancias de borde en esta columna sean reducidas 1/8 in cuando el agujero esta en un punto donde la resistencia requerida no exceda de 25% de la resistencia mxima en el elemento.

[d] Se permite que estas sean 1 1/4 in en ambos extremos de los ngulos de conexin de vigas y en planchas de cabeza de corte.

Tabla J 3.4 M

Distancia Mnima al Borde[a], mm,

desde el Centro del Agujero Estndar[b]hasta el Borde de la Parte Conectada

Dimetro

Perno (mm)En los bordes aserradosEn bordes laminados de

Planchas, Perfiles o Barras, o en

bordes por corte trmico[c]

162822

203426

2238 [d]28

2442 [d]30

274834

305238

366446

Sobre 361.75d1.25d

[a] Se permite utilizar distancias de borde menor provisto que se satisfacen las disposiciones de la Seccin J3.10, de forma apropiada.

[b] Para agujeros sobretamao y ranurados, ver la Tabla J3.5M.

[c] Se permite que todas las distancias de borde en esta columna sean reducidas 3 mm cuando el agujero esta en un punto donde la resistencia requerida no exceda de 25% de la resistencia mxima en el elemento.

[d] Se permite que estas sean 3 mm en ambos extremos de los ngulos de conexin de vigas y en planchas de cabeza de corte.

Tabla J 3.5

Valores del Incremento de Distancia de Borde C2, in

Dimetro

Nominal del Conec-

tor (in)Agujero

SobretamaoAgujeros Ranurados

Eje Largo Perpendicular al BordeEje Largo Paralelo al

Borde

Ranura CortaRanura Larga[a]

7/81/161/83/4d0

11/81/8

1 1/81/83/16

[a] Cuando la longitud de la ranura es menor que el mximo admisible (ver Tabla J3.3), se permite que C2 sea reducido por la mitad de la diferencia entre las longitudes de ranura mxima y actual.

Tabla J 3.5 MValores del Incremento de Distancia de Borde C2, mm

Dimetro

Nominal del Conec-

tor (mm)Agujero

SobretamaoAgujeros Ranurados

Eje Largo Perpendicular al BordeEje Largo Paralelo al

Borde

Ranura CortaRanura Larga[a]

22233/4d0

2433

2735

[a] Cuando la longitud de la ranura es menor que el mximo admisible (ver Tabla J3.3M), se permite que C2 sea reducido por la mitad de la diferencia entre las longitudes de ranura mxima y actual.

2.2.5.- Distancias a los bordes y espaciamiento mximo (AISC 2005 J3.5)La distancia mxima desde el centro de cualquier perno o remache hasta el borde ms cercano de partes en contacto debe ser 12 veces el espesor de la parte conectada bajo consideracin, pero no debe exceder de 150 mm. El espaciamiento longitudinal de los conectores entre elementos en contacto continuo consistentes de un perfil o dos planchas debe ser la siguiente:

(a) Para miembros pintados o sin pintar no sujetos a corrosin, el espaciamiento no debe exceder de 24 veces el espesor de la placa ms delgada o 305 mm.

(b) Para miembros sin pintar de acero de alta resistencia a la corrosin atmosfrica, el espaciamiento no debe exceder de 14 veces el espesor de la placa ms delgada o 180 mm.2.2.6.- Resistencia de traccin y corte de pernos y partes enroscadas (AISC 2005 J3.6)La resistencia de diseo de traccin y de corte, Rn, y la resistencia admisible de traccin y de corte, Rn/, de un perno de alta resistencia con apriete ajustado o pretensionado o de una parte roscada deben ser determinadas de acuerdo con los estados lmites de ruptura en traccin y ruptura en corte como se indica a continuacin:

(J3-1)

= 0.75 (LRFD) = 2.00 (ASD)

Donde Fn es la tensin de traccin nominal, Fnt, o tensin de corte nominal, Fnv, segn la Tabla J3.2, kgf/cm2 (MPa), Ab es el rea total del perno o parte roscada (para barras con extremos ensanchados, ver nota al pie [d], Tabla J3.2), cm2 (mm2).La resistencia requerida de traccin debe incluir cualquier traccin resultante por la accin de palanca producida por la deformacin de las partes conectadas.2.2.7.- Combinacin de traccin y corte en conexiones tipo aplastamiento (AISC 2005 J3.7)La resistencia disponible de traccin de un perno solicitado por una combinacin de traccin y corte debe ser determinada de acuerdo a los estados lmite de rotura en traccin y en corte de acuerdo con lo siguiente:

(J3-2)

= 0.75 (LRFD) = 2.00 (ASD)

Donde Fnt es la tensin nominal modificada para incluir los efectos de la tensin de corte, kgf/cm2 (MPa):

(LRFD)

(J3-3a)

(ASD)

(J3-3b)

Fnt es la tensin de traccin nominal segn la Tabla J3.2, kgf/cm2 (MPa), Fnv es la tensin de corte nominal segn la Tabla J3.2, kgf/cm2 (MPa), fv es la tensin requerida de corte, kgf/cm2 (MPa)La resistencia disponible de corte del conector debe ser igual o mayor que la tensin requerida de corte, fv.2.2.8.- Pernos de alta resistencia en conexiones de deslizamiento crtico (AISC 2005 J3.8)La resistencia de deslizamiento disponible, Rn, y la resistencia de deslizamiento admisible, Rn/, sern determinadas para el estado lmite de deslizamiento de la siguiente forma:

(J3-4)

(a) Para las conexiones en que la prevencin del deslizamiento es un estado lmite de servicio: = 1.00 (LRFD) = 1.50 (ASD)

(b) Para las conexiones diseadas para prevenir el deslizamiento para el nivel de resistencia requerida:

= 0.85 (LRFD) = 1.76 (ASD)

Donde es el coeficiente de deslizamiento promedio para superficies Clase A o B, cuando sea aplicable, determinado mediante ensayos, igual a 0.35; para superficies Clase A (superficies de acero sin pintar, limpias, con escamas de fbrica o superficies con bao Clase A en acero limpiado a chorro de arena y galvanizada en caliente y superficies rugosas), igual a 0.50; para superficies Clase B (superficies de acero sin pintar, limpiadas mediante chorro de arena o superficies con bao Clase B en acero limpiado mediante chorro de arena), Du igual 1.13; multiplicador que refleja la razn entre la pretensin media del perno instalado y la pretensin mnima especificada del perno; el uso de otros valores puede ser aprobado por el ingeniero estructural responsable del proyecto, hsc es el factor de perforacin, determinado segn se indica a continuacin:(a) Para perforaciones de tamao estndar:

hsc = 1.00

(b) Para perforaciones sobremedidas y de ranura corta: hsc = 0.85

(c) Para perforaciones de ranura larga:

hsc = 0.70Ns es el nmero de planos de deslizamiento, Tb es la traccin mnima del conector entregada en la Tabla J3.1, T (kN).2.2.9.- Combinacin de traccin y corte en conexiones de deslizamiento crtico (AISC 2005 J3.9)Cuando una conexin de deslizamiento crtico es solicitada por una traccin que disminuye la fuerza de apriete neta, la resistencia de deslizamiento disponible por perno, de la Seccin J3.8, debe ser multiplicada por el factor, ks, como se muestra a continuacin:

(LRFD)

(J3-5a)

(ASD)

(J3-5a)

Donde Nb es el nmero de pernos que transmiten la traccin aplicada, Ta es la carga de traccin debida a las combinaciones de carga ASD, T (kN), Tb es la carga de traccin mnima en el conector dada en la Tabla J3.1 o J3.1M, T (kN), Tu es la carga de traccin debida a las combinaciones de carga LRFD, T (kN).

2.3.- Tipos de conexiones soldadas

Las propiedades resistentes de la seccin de una soldadura o de un grupo de soldadura, se determina considerando su longitud y garganta efectiva.

En el caso de utilizar diferentes tipos de soldaduras (ranura, filete, tapn o canal) en una misma unin, la capacidad resistente de sta se determinar considerando separadamente la capacidad de cada soldadura respecto al eje de la unin.Los tipos de soldaduras principales son: soldaduras de filetes, soldaduras de penetracin parcial, soldaduras de penetracin completa y soldaduras de tapn.

2.3.1.- Soldaduras de filete (AISC 2005 J2.2)- rea Efectiva: El rea efectiva de una soldadura de filete ser la longitud efectiva multiplicada por la garganta efectiva. La garganta efectiva de una soldadura de filete debe ser la menor distancia desde la raz hasta la superficie de la soldadura. Se permite un aumento en la garganta efectiva si se demuestra una penetracin consistente ms all de la raz de la soldadura mediante ensayos consistentes al proceso de produccin y las variables de procedimiento.

Para soldadura de filete en perforaciones y ranuras, la longitud efectiva debe ser la longitud del eje central de la soldadura a lo largo del plano que pasa a travs de la garganta. En el caso de filetes traslapados, el rea efectiva no debe exceder el rea nominal de la perforacin o ranura, en el plano de la superficie de contacto.- Limitaciones: El tamao mnimo de las soldaduras de filete no debe ser menor que el tamao requerido para transmitir las fuerzas calculadas, ni menor que el tamao que se muestra en la Tabla J2.4. Estas disposiciones no aplican para refuerzos de soldadura de filete en soldaduras de tope con junta de penetracin parcial o completa.Tabla J 2.4

Tamao Mnimo de Soldadura de Filete

Espesor de la parte unida ms delgada,

mmTamao mnimo de soldadura de filete[a], mm

Hasta 6 inclusive

Entre 6 y 13

Entre 13 y19

Mayor que 193

5

6

8

[a] Dimensin del pie de la soldadura de filete. Se deben utilizar soldaduras de paso simple

El tamao mximo de soldadura de filete para partes conectadas debe ser:

(a) A lo largo de los bordes del material con espesor menor a 6 mm, no mayor que el espesor del material.

(b) A lo largo de los bordes del material con espesor igual o mayor a 6 mm, no mayor que el espesor del material menos 2 mm, a no ser que la soldadura sea designada especialmente en los planos para ser ejecutada de manera de obtener el espesor de la garganta completa. En la condicin de soldado, se permite que la distancia entre el borde del metal base y el taln de la soldadura sea menor que 2 mm siempre que sea posible verificar el tamao de la soldadura.Se permite utilizar las soldaduras de filete intermitentes para transmitir las tensiones calculadas a travs de la junta o superficies de contacto cuando la resistencia requerida es menor que la desarrollada por una soldadura de filete continua con el menor tamao permitido, para unir componentes de miembros armados. La longitud efectiva de cualquier segmento de soldadura de filete intermitente no debe ser menor que cuatro veces el tamao de la soldadura, con un mnimo de 38 mm.

Figura 13 Ejemplos soldaduras de filetes

2.3.2.- Soldaduras de tope (AISC 2005 J2.1)- rea Efectiva: Se debe considerar el rea efectiva de las soldaduras de tope como la longitud de la soldadura por el espesor de la garganta efectiva.El espesor de la garganta efectiva de una soldadura de tope con junta de penetracin completa (CJP) debe ser el espesor de la parte ms delgada conectada.El espesor de garganta efectivo de una soldadura de tope con junta de penetracin parcial (PJP) debe ser el que se muestra en la Tabla J2.1.Tabla J 2.1

Garganta Efectiva de Soldaduras de tope

con Junta de Penetracin Parcial

Proceso de soldadoPosicin de soldadoF (estirado), H (horizontal),

V (vertical),

OH (sobre cabeza)Tipo de surco(Figura 3.3,

AWS D1.1)GargantaEfectiva

Arco de electrodo revestido

(SMAW)TodosBisel J o U

60 VProfundidad del bisel

Arco metlico y gas

(GMAW)

Arco con ncleo de fundente

(FCAW)Todos

Arco sumergido

(SAW)FBisel J o U

Bisel 60 o V

Arco metlico y gas (GMAW)

Arco con ncleo de fundente

(FCAW)F, HBisel 45Profundidad del bisel

Arco de electrodo revestido

(SMAW)TodosBisel 45Profundidad del bisel

menos 3 mm

Arco metlico y gas (GMAW)Arco con ncleo de fundente

(FCAW)V, OHBisel 45Profundidad del bisel

menos 3 mm

- Limitaciones: El espesor mnimo de la garganta efectiva de una soldadura de tope con junta de penetracin parcial no debe ser menor que el tamao requerido para transmitir las fuerzas calculadas ni el tamao mostrado en la Tabla J2.3. El tamao de soldadura mnimo se determina como la ms delgada de las dos partes unidas.Tabla J 2.3

Espesor Mnimo de Garganta Efectiva

Espesor de material de la parte unida ms

delgada, mmEspesor mnimo de garganta efectiva, mm

Hasta 6 inclusive

Entre 6 y 13

Entre 13 y 19

Entre 19 y 38

Entre 38 y 57

Entre 57 y 150

Mayor que 1503

5

6

8

10

13

16

2.3.3.- Soldaduras de tapn y de ranura (AISC 2005 J2.3)- rea Efectiva: El rea de corte efectivo de soldaduras de tapn y de ranura debe ser considerada como el rea nominal de la perforacin o ranura en el plano de la superficie de contacto.

- Limitaciones: Se permite que las soldaduras de tapn o de ranura sean utilizadas para transmitir el corte en juntas de traslape o para prevenir el pandeo de partes traslapadas y para unir las partes que componen a los miembros armados.El dimetro de las perforaciones para una soldadura de tapn no debe ser menor que el espesor de la parte conectada ms 8 mm aproximado al mayor valor par (en mm), ni mayor que el dimetro mnimo ms 3 mm o 2 1/4 veces el espesor de la soldadura.El espaciamiento centro a centro mnimo de soldaduras de tapn debe ser igual a cuatro veces el dimetro de la perforacin.La longitud de la ranura para una soldadura de ranura no debe exceder de diez veces el espesor de la soldadura. El ancho de la ranura no debe ser menor que el espesor de la parte que lo contiene ms 8 mm aproximado al mayor valor par (en mm), y no debe ser mayor que 2 1/4 veces el espesor de la soldadura. Los extremos de la ranura deben ser semicirculares o deben tener esquinas redondeadas con un radio no menor que el espesor de la parte que lo contiene, excepto aquellos extremos que se extienden hasta el borde de la parte.El espaciamiento mnimo de lneas de soldaduras de ranura en la direccin transversal a su longitud debe ser cuatro veces el ancho de la ranura. El espaciamiento centro a centro mnimo en la direccin longitudinal de cualquier lnea debe ser dos veces la longitud de la ranura.El espesor de las soldaduras de tapn o de ranura en un material de espesor 16 mm o menor debe ser igual al espesor del material. En materiales con espesores mayores a 16

mm, el espesor de la soldadura debe ser por lo menos un medio del espesor del material pero no menor que 16 mm.

Figura 14 Soldaduras de tapn y ranura

2.4.- Electrodos de soldadura

La resistencia especificada del electrodo, o nmero de clasificacin FEXX, esta definida de acuerdo al listado siguiente:

ElectrodoFEXX (ksi)FEXX (MPa)

E60

E70

E80

E90

E100

E11060

70

80

90

100

110415

480

550

620

690

760

2.5.- Resistencia al aplastamiento de planchas de conexin y perforaciones de pernos (AISC 2005 J3.10)La resistencia de aplastamiento disponible, Rn y Rn/, en planchas de conexin y perforaciones de pernos debe ser determinada para el estado lmite de aplastamiento como se muestra a continuacin: = 0.75 (LRFD) = 2.00 (ASD)

(a) Para un perno en una conexin con perforaciones estndar, sobremedidas y de ranura corta, independiente de la direccin de carga, o en perforaciones de ranura larga con la ranura paralela a la direccin de la fuerza de aplastamiento(i) Cuando la deformacin en la perforacin del perno bajo cargas de servicio se considera en el diseo

(J3-6a)(ii) Cuando la deformacin en la perforacin del perno bajo cargas de servicio no se considera en el diseo

(J3-6b)

(b) Para un perno en una conexin con perforaciones de ranura larga con la ranura perpendicular a la direccin de la fuerza

(J3-6c)

(c) Para conexiones hechas utilizando pernos que pasan completamente a travs de miembros cajn no atiesados o perfiles tubulares, ver la Seccin J7 y la Frmula J7-1Donde d es el dimetro nominal del perno, cm (mm), Fu es la resistencia ltima mnima especificada del material conectado, kgf/cm2 (MPa), Lc es la distancia libre, en la direccin de la carga, entre el borde de la perforacin y el borde de la perforacin adyacente o borde del material, cm (mm), t es el espesor del material conectado, cm (mm).

2.6.- Resistencia al desgarramiento (bloque de corte) de planchas de conexin y perfiles (AISC 2005 J4.3)La resistencia disponible para el estado lmite de bloque de corte a lo largo de la (s) trayectoria(s) de falla por corte y una trayectoria perpendicular de falla por traccin debe tomarse como

(J4-5) = 0.75 (LRFD) = 2.00 (ASD)

Donde Agv es el rea total solicitada a corte, cm2 (mm2), Ant es el rea neta solicitada a traccin, cm2 (mm2), Anv es el rea neta solicitada a corte, cm2 (mm2).

Cuando la tensin de traccin es uniforme, Ubs = 1; si la tensin de traccin es no uniforme Ubs = 0.5.

Figura 15 reas de corte y traccin

2.7.- Resistencia al pandeo de planchas de conexin y perfiles2.7.1.- Pandeo placa comprimida (AISC 2005 E3)

La resistencia de compresin nominal, Pn, debe ser determinada basndose en el estado lmite de pandeo por flexion:

(E3-1)

= 0.90 (LRFD) = 1.67 (ASD)

La tensin de pandeo por flexin, Fcr, se determina como sigue:

(a) Cuando ( )

(E3-2)

(b) Cuando ( )

(E3-3)

Donde Fe es la tensin elstica critica de pandeo de acuerdo a la ecuacin siguiente, kgf/cm2 (MPa)

(E3-4)2.7.2.- Pandeo local del ala (AISC 2005 J10.1)Esta seccin aplica a las cargas concentradas simples y al componente de traccin de las cargas concentradas dobles.La resistencia de diseo, Rn, y la resistencia admisible, Rn/, para el estado lmite de flexin local del ala se determinan como se indica a continuacin:

(J10-1) = 0.90 (LRFD) = 1.67 (ASD)

Donde Fyf es la tensin de fluencia mnima especificada del ala, kgf/cm2 (MPa), tf es el espesor del ala cargada, cm (mm).

Cuando la longitud de carga a travs del ala del miembro es menor que 0.15 bf, donde bf es el ancho del ala del miembro, no se necesita verificar la Ecuacin J10-1.Cuando la carga concentrada que debe ser resistida es aplicada a una distancia desde el extremo del miembro que es menor que 10 tf, el valor Rn debe ser reducido en 50%.2.7.3.- Fluencia local del alma (AISC 2005 J10.2)Esta seccin aplica para cargas concentradas simples y ambos componentes de cargas concentradas dobles.La resistencia disponible para el estado lmite de fluencia local del alma debe ser determinada como se indica a continuacin: = 1.00 (LRFD) = 1.50 (ASD)

La resistencia nominal, Rn, se debe determinar como se muestra a continuacin:(a) Cuando la carga concentrada que debe ser resistida es aplicada a una distancia desde el extremo del miembro mayor que la profundidad del miembro d,

(J10-2)

(b) Cuando la carga concentrada que debe ser resistida es aplicada a una distancia desde el extremo del miembro menor o igual a la profundidad del miembro d,

(J10-3)

Donde k es la distancia desde la cara exterior del ala hasta el pie del filete del alma, cm (mm), Fyw es la tensin de fluencia mnima especificada del alma, kgf/cm2 (MPa), N es la longitud del apoyo (no menor que k para reacciones extremas de viga), cm (mm), tw es el espesor del alma, cm (mm).

Cuando se necesite, se debe disponer de un par de atiesadores de carga o planchas de refuerzo.

2.7.4.- Pandeo del alma (AISC 2005 J10.3)Esta seccin aplica para las cargas concentradas simples de compresin o el componente de compresin de cargas concentradas dobles.

La resistencia disponible para el estado lmite de aplastamiento local del alma debe ser determinada como se muestra a continuacin:

= 0.75 (LRFD) = 2.00 (ASD)

La resistencia nominal, Rn, debe ser determinada como se muestra a continuacin:

(a) Cuando la carga concentrada de compresin que debe ser resistida es aplicada a una distancia desde el extremo del miembro que es mayor o igual a d/2:

(J10-4)

(b) Cuando la carga concentrada de compresin que debe ser resistida es aplicada a una distancia desde el extremo del miembro menor a d/2:

(i) Para N/d 0.2 mm

(J10-5a)

(ii) Para N/d > 0.2 mm

(J10-5b)

Donde d es la profundidad total del miembro, cm (mm), tf es el espesor del ala, cm (mm).

Cuando se necesite, se debe disponer uno o un par de atiesadores de carga, o una plancha de refuerzo que se extienda por lo menos un medio de la profundidad del alma.2.7.5.- Pandeo lateral del alma (AISC 2005 J10.4)Esta seccin aplica solamente para las cargas concentradas simples de compresin aplicadas a miembros donde el movimiento lateral relativo entre el ala cargada en compresin y el ala cargada en traccin no esta restringido en el punto de aplicacin de la carga concentrada.

La resistencia disponible del alma debe ser determinada como se muestra a continuacin: = 0.85 (LRFD) = 1.76 (ASD)

La resistencia nominal, Rn, para el estado lmite de pandeo lateral del alma se determina como se muestra a continuacin:(a) Si el ala en compresin esta restringida de rotar:

(i) Para (h/tw)/(l/bf) 2.3

(J10-6)

(ii) Para (h/tw)/(l/bf) > 2.3, no aplica el estado lmite de pandeo lateral del alma.

Cuando la resistencia requerida del alma excede la resistencia disponible, se puede disponer de arriostramiento lateral de forma local en el ala traccionada o tambin un par de atiesadores transversales o plancha de refuerzo.

(b) Si el ala en compresin no est restringida de rotar:

(i) Para (h/tw)/(l/bf) 1.7

(J10-7)

(ii) Para (h/tw)/(l/bf) > 1.7, no aplica el estado lmite de pandeo lateral del alma.

Cuando la resistencia requerida del alma excede la resistencia disponible, se puede disponer de arriostramiento lateral de forma local en ambas alas en el punto de aplicacin de las cargas concentradas.

Las siguientes definiciones aplican en las Ecuaciones J10-6 y J10-7:

bf es el ancho del ala, cm (mm), Cr igual a 6.75x107 kgf/cm2 (6.62x106 MPa) cuando Mu < My (LRFD) 1.5Ma < My (ASD) en la ubicacin de la carga, o igual a 3.37x107 kgf/cm2 (3.31x106 MPa) cuando Mu My (LRFD) 1.5Ma My (ASD) en la ubicacin de la carga, h es la distancia libre entre alas menos el filete o radio de curvatura para perfiles laminados; distancia entre lneas adyacentes de conectores o la distancia libre entre alas cuando se utilizan soldaduras para perfiles armados, cm (mm), l es la longitud no arriostrada lateralmente ms larga a lo largo de cualquier ala en el punto de carga, cm (mm), tf es el espesor de ala, cm (mm), tw es el espesor de alma, cm (mm).2.7.6.- Pandeo del alma comprimida (AISC 2005 J10.5)Esta seccin aplica para un par de cargas concentradas simples de compresin o los componentes de compresin de un par de cargas concentradas dobles, aplicadas en ambas alas del miembro en la misma ubicacin.

La resistencia disponible para el estado lmite de pandeo local del alma debe ser determinada como se muestra a continuacin:

(J10-8)

= 0.90 (LRFD) = 1.67 (ASD)

Cuando el par de cargas concentradas de compresin que deben ser resistidas es aplicado a una distancia desde el extremo del miembro menor que d/2, Rn debe ser reducido por 50%.Cuando se requiera, se debe proveer un atiesador transversal, un par de atiesadores transversales, o una placa de refuerzo que se extienda a todo lo alto del alma.

2.8.- Ruptura en rea total y rea neta de planchas de conexin y perfiles2.8.1.- Resistencia de elementos en traccin (AISC 2005 J4.1)La resistencia de diseo, Rn, y la resistencia disponible, Rn/, de elementos involucrados y conectores cargados en traccin debe ser el menor valor obtenido de acuerdo con los estados lmite de fluencia en traccin y ruptura en traccin.(a) Para cedencia en traccin de elementos conectores:

(J4-1)

= 0.90 (LRFD) = 1.67 (ASD)

(b) Para ruptura en traccin de elementos conectores:

(J4-2)

= 0.75 (LRFD) = 2.00 (ASD)

Donde Ae es el rea neta efectiva como se define en la Seccin D3.3, cm2 (mm2); para planchas de empalme apernadas, Ae = An 0.85Ag.2.8.2.- Resistencia de elementos en corte (AISC 2005 J4.2)La resistencia de corte disponible de elementos involucrados y elementos conectores en corte debe ser el menor valor obtenido de acuerdo con los estados lmite de fluencia en corte y ruptura en corte:

(a) Para fluencia en corte del elemento:

(J4-3)

= 1.00 (LRFD) = 1.50 (ASD)

(b) Para ruptura en corte del elemento:

(J4-4)

= 0.75 (LRFD) = 2.00 (ASD)

Donde Anv es el rea neta solicitada a corte, cm2 (mm2).

2.9.- Resistencia de conexiones soldadas

La resistencia de diseo, Rn y la resistencia admisible, Rn/, de juntas soldadas debe ser el valor menor entre la resistencia del material base determinada de acuerdo con los estados lmites de ruptura en traccin y ruptura en corte y la resistencia del metal de soldadura determinada de acuerdo con el estado lmite de fluencia, como se menciona a continuacin:(a) Para el metal base

(J2-2)

(b) Para el metal de soldadura

(J2-3)

Donde FBM es la tensin nominal del metal base, kgf/cm2 (MPa), Fw es la tensin nominal del metal de soldadura, kgf/cm2 (MPa), ABM es el rea de la seccin transversal del metal base, cm2 (mm2), Aw es el rea efectiva de la soldadura, cm2 (mm2).

Los valores de , , FBM y Fw, y las limitaciones respectivas se entregan en la Tabla J2.5.Alternativamente, para soldaduras de filete cargadas en el plano se permite determinar la resistencia disponible y la resistencia admitida de la siguiente forma:b = 0.75 (LRFD)b = 2.00 (ASD)

(a) Para un grupo lineal de soldaduras en el plano que pase a travs del centro de gravedad:

(J2-4)

Donde

y FEXX es el nmero de clasificacin del electrodo, kgf/cm2 (MPa), el ngulo de carga medido desde el eje longitudinal de la soldadura, grados.Nota: Un grupo lineal de soldaduras es aquel en que todos sus elementos estn en una lnea o son paralelos.Tabla J 2.5

Resistencia Disponible de Juntas Soldadas, T (kN)

Tipo de Carga y

Direccin

Relativa al Eje

de SoldaduraMetal

Pertinente y Tensin

Nominal

(FBM y Fw)

kgf/cm2 (MPa)rea

Efectiva

(ABM y Aw)

cm2 (mm2)Resistencia

Requerida del Metal

de Aporte[a][b]

SOLDADURAS DE TOPE CON JUNTA DE PENETRACIN COMPLETA

Traccin

Normal al eje de

soldaduraResistencia de la junta controlada por el metal baseSe debe usar metal de aporte compatible con el metal base. Para juntas T y de esquina sin remocin de soporte, se requiere de metal de aporte resistente a muescas. Ver la Seccin J2.6.

Compresin

Normal el eje de

soldaduraResistencia de la junta controlada por el metal baseSe permite metal de aporte con nivel de resistencia igual a un nivel de resistencia menor que metal de aporte compatible con el metal base.

Traccin o

Compresin

Paralelo al eje de

soldaduraTraccin o compresin en partes unidas paralelas a la soldadura no necesitan ser consideradas en el diseo de soldaduras que unen las partesSe permite metal de aporte con un nivel de resistencia igual o menor que metal de aporte compatible con el metal base.

CorteResistencia de la junta controlada por el metal baseSe debe usar metal de aporte compatible con el metal base. [c]

SOLDADURAS DE TOPE CON JUNTA DE PENETRACIN PARCIAL INCLUYENDO

SOLDADURAS DE SURCOS V Y BISEL ACAMPANADOS

Traccin

Normal al eje de

soldaduraBase=0.90

=1.67FyVer J4Se permite un metal de aporte con un nivel de resistencia igual o menor que el metal de aporte compatible con el metal base.

Soldadura=0.80

=1.880.60FEXXVer J2.1a

Compresin

Columna a placa

base y empalmes de columna diseadas

por Seccin J1.4(a)No se necesita considerar la tensin de compresin en el diseo de soldaduras que conectan las partes.

Compresin

Conexiones de

miembros diseados

para soportar que no

sean columnas como

se describe en Seccin

J1.4(b)Base=0.90

=1.67FyVer J4

Soldadura=0.80


Compresin Conexiones no terminadas para soporteBase

=0.90

=1.67FyVer J4

Soldadura

=0.80


Traccin o

Compresin

Paralelo al eje de

soldaduraNo se necesita considerar la traccin o compresin paralela a una soldadura en el diseo de las soldaduras que unen las partes.

CorteBase

Gobernado por J4

Soldadura

=0.75


Tabla J 2.5 (continuacin)

Resistencia Disponible de Juntas Soldadas, T (kN)

Tipo de Carga y

Direccin

Relativa al Eje

de SoldaduraMetal

Pertinente y Tensin

Nominal

(FBM y Fw)

kgf/cm2 (MPa)rea

Efectiva

(ABM y Aw)

cm2 (mm2)Resistencia

Requerida del Metal

de Aporte[a][b]

SOLDADURAS DE FILETE INCLUYENDO FILETES EN AGUJEROS Y EN RANURAS

Y JUNTAS T ESVIADAS

CorteBaseGobernado por J4

Se permite un metal de aporte

con un nivel de resistencia igual o menor que el metal de aporte compatible con metal base.

Soldadura

=0.75

=2.000.60FEXX[d]Ver J2.2a

Tensin o

Compresin

Paralelo al eje de

soldaduraNo se necesita considerar la traccin o la compresin paralela a una soldadura en el diseo de las soldaduras que unen las partes.

SOLDADURAS DE TAPN Y DE RANURA

Corte Paralelo a la superficie de contacto en el rea efectivaBase

Gobernado por J4Se permite un metal de aporte

con un nivel de resistencia igual

o menor que el metal de aporte

Soldadura compatible con metal base.

Soldadura

=0.75


[a] Para metal de soldadura compatible con metal base ver la Seccin 3.3 de AWS D1.1.

[b] Se permite un metal de aporte con un nivel de resistencia un nivel mayor que aquel compatible con el metal base.

[c] Se pueden usar metales de aporte con un nivel de resistencia menor que aquel compatible con el metal base para soldaduras de tope entre las almas y alas de secciones armadas transfiriendo las cargas de corte, o en aplicaciones donde la alta condicin de restriccin es una preocupacin. En estas aplicaciones, la junta soldada puede ser detallada y la soldadura puede ser diseada utilizando el espesor del material como la garganta efectiva, = 0.80, = 1.88 y 0.60FEXX como resistencia nominal.

[d] Alternativamente, se permiten las disposiciones de la Seccin J2.4(a) cuando se considera la compatibilidad de deformaciones de los variados elementos de soldadura. Alternativamente, las Secciones J2.4(b) y (c) son aplicaciones especiales de la Seccin J2.4(a) que proveen la compatibilidad de deformacin.

2.10.- Pernos corrientes para estructuras secundarias (pernos ASTM A307)

Para conexiones de estructuras secundarias, por ejemplo, barandas, escaleras de gato, costaneras y escaleras menores, se utilizan pernos corrientes ASTM A307. La resistencia de estos pernos se entrega en Tabla J 3.2.

III.- Mtodos de ClculoLas conexiones deben ser calculadas para que su resistencia de diseo sea igual o mayor que la necesaria determinada alternativamente por:A. Un anlisis estructural con las cargas que actan en la estructura.

B. Una proporcin especificada de la resistencia de los elementos unidos.Para los ejemplos que se presentan a continuacin, se ha utilizado el criterio establecido en el punto B. antes citado, salvo la conexin de escalera.3.1.- Empalme de vigas3.1.1.- GeneralidadesEl empalme se realizar por el mtodo LRFD con la caracterstica de tener cizalle doble en ala y alma como lo muestra la Figura 16.

Figura 16 Empalme de vigaDimensiones de la viga:

H 250x200x14x6:

Soldado

Altura total

:

H =25 cm

Ancho de alas :

B =20 cm

Espesor de alas:

tf = 1.4 cm

Espesor de alma :

tw = 0.6 cm

Mdulo plstico

:

Zx = 735 cm3Propiedades del acero (ASTM A36)Tensin de fluencia (kg/cm2) : Fy = 2530 kg/cm2Tensin de rotura (kg/cm2)

: Fu = 4080 kg/cm2Datos de conexin:

Tipo de unin

: Tipo Aplastamiento

Tipo de perno

: A325 (Hilo incluido en plano de corte)

Dimetro de pernos

: dp = 3/4

Espacio mnimo entre pernos: smin = 2.67 ( dp

Dimetro de agujero

: dh = dp + 1/16

3.1.2.- Cargas de diseo

Por tratarse de una continuidad de elemento, para el empalme de viga se utilizar el criterio de diseo que la conexin debe ser capaz de traspasar el 100% de la capacidad a flexin y corte del elemento.

a) Resistencia a la flexin de la viga

AISC Captulo F:Mn = FyZx = 0.9 (LRFD)Carga de diseo en el ala: Tala = Mn/H = 0.9 ( 2530 ( 735/25 = 66944 kgb) Resistencia al corte de la viga

AISC Capitulo G:

Vn = 0.6FyAwCv = 1 (LRFD), Cv = 1

Vn = 0.6FyAw = 0.6 ( Fy ( H ( tw = 0.6 ( 2530 ( 25 ( 0.6 = 22770 kg

Carga de diseo en el alma: Valma = Vn = 22770 kg

3.1.3.- Diseo de planchas conectadas al ala

a) Diseo de pernos

a.1) Nmero mnimo de pernos por resistencia de pernos N1minDe acuerdo a AISC2005 / Tabla J3.2

Fvn = 48 Ksi = 48000 Psi = 3375.5 Kg/cm2, perno A325 con hilo incluido en el plano de corte.

rea del perno (dp = 3/4): Ab = 0.25 ( ( (1.912) = 2.86 cm2Rn = AbFvn = 2.86 ( 3375.5 = 9653.9 kg

= 0.75 Rn = 0.75 ( 9653.9 kg = 7241 kgCizalle Doble: 2 ( ( Rn) = 14482 kg

a.2) Nmero mnimo de pernos por aplastamiento en ala de viga N2min- Espaciamiento entre pernos (s1)

AISC J3.3: Distancia mnima entre pernos: s1min = 2.67 ( dp

s1min = 2.67 ( 1.91 = 5.1 cm

Usar s1 = 75 mm (espacio habitualmente usado en estructuras para pernos 3/4 y 1).

- Distancia mnima el borde (lv)

AISC J3.4: Distancia mnima al borde de la unin para perno de 3/4 corresponde

lvmin = 25.4 mm ( Tabla J3.4 ).

Usar lv = 30 mm

- Carga nominal de aplastamiento

De AISC 2005 J3.10 y adems considerando la deformacin en los orificios de conexin se tiene

- Para pernos de borde:

Dimetro de orificios: dh = 3/4 + 1/16 = 2.1 cm

Luego para pernos de borde: Rnb = 13366 kg

= 0.75

Rn = 0.75 ( 13366 kg = 10025 kg- Para pernos de interiores:


Luego para pernos de borde: Rni = 26184 kg

= 0.75

Rn = 0.75 ( 26184 kg = 19638 kgPor tanto la resistencia total a aplastamiento esta dado por:( Rn) ( nb + ( Rn) ( ninb : total pernos de borde

ni : total pernos interiores

( Rn) ( nb + ( Rn) ( ni = 10025 ( nb + 19368 ( ni > Tdis = 66944 kgAsumiendo nmero de pernos de borde nb = 2 implica:

10025 ( 2 + 19368 ( ni Tdis = 66944 kg

nimin = 2.4N2min = nb + nimin = 2 + 2.4 = 4.4 pernosa.3) Nmero total de pernos en el ala - NalaNalamin = max (N1min, N2min) = max (4.6, 4.4) = 4.6Luego usar Nala = 6 pernos (dispuestos en 2 filas)b) Espesor planchas exteriores - ep

Figura 17 Plancha exterior empalme

b.1) Espesor mnimo por criterio de ruptura en el rea neta ep1(min)

De acuerdo a AISC J4.1(b):

Rn = FuAe = 0.75

bps : ancho de la plancha conectora del ala

nfa : nmero de hileras de pernos en la placa del ala , nfa = 2 en este caso.

Para planchas apernadas:Ae = An 0.85Ags4 = 9 cm (gramil)Lvp = (B - S4) ( 0.5 = (20 - 9) ( 0.5= 5.5 cm

dh = 3/4 + 1/16 = 2.1 cm

An = rea neta / espesor = min {(bps - nfa ( dh); 0.85 ( bps}

An = rea neta / espesor = min {(20 2 ( 2.1); 0.85 ( 20} = min {15.8; 17} = 15.8 cm

Ae = 15.8 ( ep1

Rn = FuAe = 4080 ( 15.8 ( ep1 = 0.75

Rn = 0.75 ( 4080 ( 15.8 ( ep1 0.5 ( Tala = 33472 kgep1(min) = 0.69 cm

b.2) Espesor mnimo por criterio de fluencia en el rea total ep2(min)

De acuerdo a AISC J4.1(a)Rn = FyAg = 0.9Ag = bps ( et2Rn = FyAg = 2530 ( 20 ( ep2 Rn = 0.9 ( 2530 ( 20 ( ep2 0.5 ( Tala = 33472 kg

b.3) Espesor mnimo por criterio de aplastamiento ep3(min)




Luego para pernos de borde: Rnb = 9547 ( ep3 = 0.75

Rn = 0.75 ( 9547 ( ep3 = 7160 ( ep3- Para pernos de interiores:


Luego para pernos de borde: Rni = 18703 ( ep3 = 0.75

Rn = 0.75 ( 18703 ( ep3 = 14027 ( ep3

Por tanto la resistencia total a aplastamiento esta dado por:( Rn) ( nb + ( Rn) ( ni 0.5 ( Tala = 33472 kg

nb = 2 ( total pernos de borde )

ni = 4 ( total pernos interiores )

7160 ( ep3 ( 2 + 14027 ( ep3 ( 4 0.5 ( Tala = 33472 kg

ep3(min) = 0.48 cm

b.4) Espesor mnimo de la plancha superior en el ala - ep(min)epmin = max [ ep1(min) , ep2(min), ep3(min)] = 0.74 cm

Luego espesor a usar: ep = 8 mm

c) Espesor planchas interiores - eic.1) Espesor mnimo por criterio de ruptura en el rea neta - ei1(min)De acuerdo a AISC J4.1(b):

Rn = FuAe = 0.75

bpi : ancho de la plancha inferior conectora del ala

xr = 5 mm, Filete de soldadurabpi ( (B - tw)/2 xrbpi ( (B - tw)/2 xr = (20 - 0.6)/2 0.5 = 9.2 cm

Luego usar bpi = 9 cm

Para planchas apernadas:Ae = An 0.85AgAni =rea neta / espesor = min {(bpi nfa/2 ( dh); 0.85 ( bpi}

Ani =rea neta / espesor = min {(9 2/2 ( 2.1); 0.85 9} = min {6.9; 7.65} = 6.9 cm

Ae = 6.9 ( ei1

Rn = FuAe = 4080 ( 6.9 ( ei1 = 28152 ( ei1

= 0.75

Rn = 0.75 ( 28152 ( ei1 = 21114 ( ei1 0.25 ( Tala = 16736 kgei1(min) = 0.79 cm

c.2) Espesor mnimo por criterio de fluencia en el rea total ei2(min)

De acuerdo a AISC J4.1(a):Rn = FyAg = 0.9Ag = bpi ( ei2Rn = FyAg = 2530 ( 9 ( ei2 Rn = 0.9 ( 2530 ( 9 ( ei2 0.25 ( Tala = 16736 kg

c.3) Espesor mnimo por criterio de aplastamiento ei3(min)



Luego para pernos de borde: Rnb = 9547 ( ei3

= 0.75

Rn = 0.75 ( 9547 ( ei3 = 7160 ( ei3

- Para pernos de interiores:


Luego para pernos de borde: Rni = 18703 ( ei3 = 0.75

Rn = 0.75 ( 18703 ( ei3 = 14027 ( ei3

Por tanto la resistencia total a aplastamiento esta dado por:

( Rn) ( nb + ( Rn) ( ni 0.25 ( Tala = 16736 kg



7160 ( ei3 ( 1 + 14027 ( ei3 ( 2 0.25 ( Tala = 16736 kg

ei3(min) = 0.48 cm

c.4) Espesor mnimo de la plancha interior en el ala ei(min)ei(min) = max [ ei1(min) , ei2(min), ei3(min)] = 0.82 cm

Luego espesor a usar: ei = 10 mmd) Verificacin de desgarramiento en ala

Figura 18 reas de corte y traccin en el alaRd1: Resistencia del bloque de corte

s1 = 75 mm

lv = 30 mm

Gramil = g = s4 = 90 mm


Numero de pernos totales: n = 6

Numero de pernos por filas: nf = 3

Lvp = (B - s4) ( 0.5 = (20 - 9) ( 0.5 = 5.5 cm (distancia al borde del ala)

AISC 2005 / J4.3

Agv = 2 ( (2 ( s1 + lv) ( tf = 2 ( (2 ( 7.5 + 3) ( 1.4 = 50.4 cm2Anv = 2 ( (2 ( s1+ lv - (nf - 0.5) ( dh) ( tf=2 ( (2 ( 7.5 + 3 - (3 - 0.5) ( 2.1) ( 1.4 =35.7 cm2Ant = 2 ( (Lvp 0.5 ( dh) ( e = 2 ( (5.5 0.5 ( 2.1) ( 1.4 = 12.5 cm2Para este caso Ubs=1.0 ya que slo son 2 filas, si aumenta el nmero de filas Ubs disminuye.

Luego Rn = Mnimo (Rn1, Rn2) = 127507 kg = 0.75

Rn = 0.75 ( 127507 = 95630 kg > Tdis = 66944 kgNota: Ubs = 1; 2 filas y Ubs = 0.5; para ms de 2 filas de pernos

e) Verificacin de desgarramiento en plancha exterior - ep

Figura 19 reas de corte y traccin en el ala

s = 75 mm

lv = 30 mm

Gramil = g = s4 = 90 mm




AISC 2005 / J4.3

Agv = 2 ( (2 ( s1 + lv) ( ep = 2 ( (2 ( 7.5 + 3) ( 0.8 = 28.8 cm2Anv = 2 ( (2 ( s1+ lv - (nf - 0.5) ( dh) ( ep = 2 ( (2(7.5 + 3 - (3 - 0.5) ( 2.1) ( 0.8 =20.4 cm2Ant = (g dh) ( ep = (9 2.1) ( 0.8 = 5.5 cm2Para este caso Ubs = 1.0 ya que slo son 2 filas, si aumenta el nmero de filas Ubs disminuye.

Luego Rn = Mnimo (Rn1, Rn2) = 66158 kg = 0.75

Rn = 0.75 ( 66158 = 49619 kg > Tdis/2 = 33472 kgNota: Ubs = 1; 2 filas y Ubs = 0.5; para ms de 2 filas de pernos

f) Verificacin de desgarramiento en plancha interior (slo si nfa 4)

No aplica para este caso.3.1.4.- Diseo de planchas conectadas al alma

a) Diseo de pernos en el alma

a.1) Nmero mnimo de pernos por carga de diseo

Fvn = 48 Ksi = 48000 Psi = 3375.5 kg/cm2, perno A325 con hilo incluido en el plano de corte.


= 0.75

Rn = 0.75 ( 9653.9 = 7240 kg

Cizalle Doble: 2 ( ( Rn) = 14480 kg

Espacio a usar: s2, s3 (ver figura 16)

a.2) Nmero mnimo de pernos por aplastamiento en alma de vigaEspacio a usar: s2, s3 y lva (ver figura)

s2 = 65 mm

s3 = 75 mm

lva = 30 mm (distancia al borde)



Luego para pernos de borde: Rnb = 5728 kg = 0.75 Rnb = 0.75 ( 5728 = 4296 kg




= 0.75 Rni = 0.75 ( 11222 = 8417 kg


( Rnb) ( nb + ( Rni) ( ninb : total pernos de borde


( Rnb) ( nb + ( Rni) ( ni = 4296 ( nb + 8417 ( ni Vdis = 22770 kgAsumiendo nmero de pernos de borde nb = 2 implica:

4296 ( 2 + 8417 ( ni Vdis = 22770 kg

nimin = 1.68N2min = nb + nimin = 2 + 1.68 = 3.68 pernosa.3) Nmero total de pernos en el alma - NalmaNalma(min) = max(N1min, N2min) = 3.68Luego usar Nalma = 4 pernos (en dos filas).a.4) Verificacin del nmero de pernos por excentricidad del grupo de pernos

C CreqDonde C es el coeficiente por excentricidad segn tabla 7-7 AISC 2005, Creq = NalmaCon los siguientes datos:

s2 = 65 mm

s3 = 75 mm


Nalma = 4 pernos (en dos filas)

Se obtiene un coeficiente por excentricidad C = 2.54 < Creq = 3.68, no cumple, por lo tanto aumentar el nmero de pernos.Por lo tanto con

s2 = 65 mm

s3 = 75 mm


Nalma = 6 pernos (en dos filas)

Se obtiene un coeficiente por excentricidad C = 4.50 > Creq = 3.68, OK

b) Espesor de plancha en el alma - et

Figura 20 Plancha conectada a almab.1) Espesor mnimo por criterio de ruptura por corte en el rea neta et1(min)De acuerdo a AISC J4.2(b):

hol : holgura (generalmente de 5 mm)

ei : Espesor de la plancha interior del ala = 10 mm = 1 cm

nfal: Nmero de hileras de pernos en la placa del alma , nfal = 2 con 3 pernos cada unabp ( H - 2 ( tf - 2 ( ei - 2 ( hol = 25 - 2 ( 1.4 - 2 ( 1 - 2 ( 0.5 = 19.2 cm

bp requerido = (Nalma/nfal - 1) ( s2 + 2 ( Lva = (6/2 - 1) ( 6.5 + 2 ( 3 = 18.8 cm ( 19.2 cm, OK

Usar bp = 19 cm, (s2 = 65 mm y Lva = 30 mm).

Anv = (bp Nalma/nfal ( dh) ( et1Anv = (19 3 ( 2.1) ( et1 = 12.7 ( et1Rn = 0.60FuAnv = 0.60 ( 4080 ( 12.7 ( et1

= 0.75 Rn = 0.75 ( 4080 ( 12.7 ( et1 = 38862 ( et1 Valma/nfal = 22770/2 kg = 11385 kget1(min) = 0.29 cm

b.2) Espesor mnimo por criterio de fluencia por corte en el rea total et2(min)De acuerdo a AISC J4.2(a):Ag = bp ( et2Rn = 0.60FyAg = 1.00

Rn = 0.6 ( 2530 ( 19 ( et2 0.5 ( Valma = 11385 kg

b.3) Espesor mnimo por criterio de aplastamiento et3(min)- Para pernos de borde:


Luego para pernos de borde: Rnb = 9547 ( et3

= 0.75 Rnb = 0.75 ( 9547 ( et3 = 7160 ( et3



Luego para pernos de borde: Rni = 18703 ( et3 = 0.75 Rni = 0.75 ( 18703 ( et3 = 14027 ( et3


( Rnb) ( nb + ( Rni) ( ni 0.5 ( Valma = 11385 kg



7160 ( et3 ( 2 + 14027 ( et3 ( 4 0.5 ( Valma = 11385 kg

et3(min) = 0.57 cm

b.4) Espesor mnimo de la plancha del alma et(min)et(min) = Max [et1(min), et2(min), et3(min)] = 0.57 cm

Luego usar espesor et = 0.6 cm

c) Verificacin de desgarramiento en alma (tw = 6 mm)

No aplica para este caso.d) Verificacin de desgarramiento en planchas conectadas al alma (et = 6 mm)AISC 2005 / J4.3

Agv = (2 ( s2 + lv) ( et = (2 ( 6.5 + 3) ( 0.6 = 9.6 cm2Anv=(2(s2 + lv - ((Nalma/nfal) - 0.5) ( dh) ( et=(2 ( 6.5 + 3 - (3 - 0.5) ( 2.1) ( 0.6=6.45 cm2Ant = (1 ( s3 + lv (nfal 0.5) ( dh) ( et = (7.5 + 3 (2 - 0.5) ( 2.1) ( 0.6 = 4.41 cm2Para este caso Ubs = 1.0 ya que slo son 2 filas, si aumenta el nmero de filas Ubs disminuye.

Luego Rn = Mnimo (Rn1, Rn2) = 32566 kg

= 0.75 Rn = 0.75 ( 32566 = 24424 kg > Valma/2 = 11385 kg

Nota: Ubs = 1; 2 filas y Ubs = 0.5; para ms de 2 filas de pernose) Detalle de la conexin

3.2.- Empalme de columnas

3.2.1.- Generalidades

El empalme se realizar por el mtodo ASD con la caracterstica cizalle doble en ala y alma como lo muestra la Figura 21.

Figura 21 Empalme de columnaDimensiones de la columna:

H 250x250x8x6:

Soldado

Altura total

:

H =25 cm

Ancho de alas :

B =25 cm

Espesor de alas:

tf = 0.8 cm

Espesor de alma :

tw = 0.6 cm

rea

:

A = 54 cm2Propiedades del acero (ASTM A36)

Tensin de fluencia (kg/cm2) : Fy = 2530 kg/cm2Tensin de rotura (kg/cm2)


Tipo de unin


Tipo de perno


Dimetro de pernos

: dp = 3/4


Dimetro de agujero

: dh = dp + 1/16

3.2.2.- Cargas de diseo

Por tratarse de una continuidad de elemento, para el empalme de columna se utilizar el criterio de diseo que la conexin debe ser capaz de traspasar el 100% de la capacidad a traccin del elemento.

- AISC D2-1:

Rn = FyAg = 1.67 (ASD)

- Carga de traccin sobre las alas:

Tala = 0.6FyBtf = 0.6 ( 2530 ( 25 ( 0.8 = 30360 kg

- Carga de traccin sobre el alma:

Talma = 0.6 ( Fy ( (H 2 ( tf) ( tw = 0.6 ( 2530 ( (25 2 ( 0.8) ( 0.6 = 21313 kg

3.2.3.- Diseo de planchas conectadas al ala

a) Diseo de pernos

a.1) Nmero mnimo de pernos por resistencia de pernos N1minDe acuerdo a AISC2005 / Tabla J3.2



= 2

Rn/ = 9653.9/2 = 4827 kg

Cizalle Doble: 2 ( (Rn/) = 9654 kg

a.2) Nmero mnimo de pernos por aplastamiento en ala de columna N2min- Espaciamiento entre pernos (s1)

AISC J3.3: Distancia mnima entre pernos: smin = 2.67 ( dp

smin = 2.67 ( 1.91 = 5.1 cm

Usar s1 = 75mm (espacio habitualmente usado en estructuras para pernos 3/4 y 1).

- Distancia mnima el borde (lv)

AISC J3.4: Distancia mnima al borde de la unin para perno de 3/4 corresponde

lvmin = 25.4 mm ( Tabla J3.4 ).

Usar lv = 30 mm

- Carga nominal de aplastamiento




Luego para pernos de borde: Rnb = 7638 kg

= 2

Rnb/ = 7638/2 = 3819 kg




= 2

Rni/ = 14962/2 = 7481 kg


(Rnb/) ( nb + (Rni/) ( ninb : total pernos de borde


(Rnb/) ( nb + (Rni/) ( ni = 3819 ( nb + 7481 ( ni > Tdis = 30360 kgAsumiendo nmero de pernos de borde nb = 2 implica:

3819 ( 2 + 7481 ( ni Tdis = 30360 kg

nimin = 3.03

N2min = nb + nimin = 2 + 3.03 = 5.03 pernosa.3) Nmero total de pernos en el ala (Nala):

Nalamin = max (N1min, N2min) = max (3.14, 5.03) = 5.03

Luego usar Nala = 6 pernos (dispuestos en 2 filas)b) Espesor planchas exteriores (ep)

Figura 22 Plancha exterior empalme

b.1) Espesor mnimo por criterio de ruptura en el rea neta ep1(min)


Rn = FuAe = 2

bps : ancho de la plancha conectora del ala

nfa : nmero de hileras de pernos en la placa del ala , nfa = 2 en este caso.

Para planchas apernadas:Ae = An 0.85Ags4 : gramil que para HN 25x42.2 corresponde a g = 14 cm ( Manual Cintac o ICHA ).

Lvp = (B s4) ( 0.5 = (25 - 14) ( 0.5 = 5.5 cm

dh = 3/4 + 1/16 = 2.1 cm

An = rea neta / espesor = min {(bps - nfa ( dh); 0.85 ( bps}

An = rea neta / espesor = min {(25 2 ( 2.1); 0.85 ( 25} = min {20.8; 21.3} = 20.8cm

Ae = 20.8 ( ep1

Rn = FuAe = 4080 ( 20.8 ( ep1

= 2

Rn/ = 4080 ( 20.8 ( ep1 / 2 = 42432 ( ep1 0.5 ( Tala = 15180 kg

ep1(min) = 0.36 cm

b.2) Espesor mnimo por criterio de fluencia en el rea total ep2(min)

De acuerdo a AISC J4.1(a):Ag = bps ( ep2Rn = FyAg = 2530 ( 25 ( ep2 = 1.67Rn/ = FyAg = 2530 ( 25 ( et2/1.67 0.5 ( Tala = 15180 kg

b.3) Espesor mnimo por criterio de aplastamiento ep3(min)




Luego para pernos de borde: Rnb = 9547 ( ep3 = 2

Rnb/ = 9547 ( ep3/2 = 4774 ( ep3



Luego para pernos de borde: Rni = 18703 ( ep3 = 2

Rni/ = 18703 ( ep3/2 = 9352 ( ep3


(Rnb/) ( nb + (Rni/) ( ni 0.5 ( Tala = 15180 kg



4774 ( ep3 ( 2 + 9352 ( ep3 ( 4 0.5 ( Tala = 15180 kg

ep3(min) = 0.32 cm

b.4) Espesor mnimo de la plancha superior en el ala - ep(min)epmin = max [ ep1(min) , ep2(min), ep3(min)] = 0.4 cm

Luego espesor a usar: ep = 5 mm

c) Espesor planchas interiores - eic.1) Espesor mnimo por criterio de ruptura en el rea neta - ei1(min)De acuerdo a AISC J4.1(b):

Rn = FuAe = 2

bpi ( (B - t)/2 xrxr = 5 mm, Filete de soldadura

bpi ( (B - t)/2 xr = (25 - 0.6)/2 0.5 = 11.7 cm

Luego usar bpi = 11 cm

Para planchas apernadas:Ae = An 0.85AgAni =rea neta / espesor = min {(bpi nfa/2 ( dh); 0.85bpi}

Ani =rea neta / espesor = min {(11 2/2 ( 2.1); 0.8511} = min {8.9; 9.35} = 8.9 cm

Ae = 8.9 ( ei1

Rn = FuAe = 4080 ( 8.9 ( ep1 = 36312 ( ei1

= 2

Rn/ = 36312 ( ei1/2 = 18156 ( ei1 0.25 ( Tala = 7590 kg

ei1(min) = 0.42 cmc.2) Espesor mnimo por criterio de fluencia en el rea total ei2(min)

De acuerdo a AISC J4.1(a):Ag = bps ( ei2Rn = FyAg = 2530 ( 11 ( ei2 = 1.67

Rn/ = FyAg = 2530 ( 11 ( ei2/1.67 0.25 ( Tala = 7590 kg

c.3) Espesor mnimo por criterio de aplastamiento ei3(min)



Luego para pernos de borde: Rnb = 9547 ( ei3

= 2

Rnb/ = 9547 ( ei3/2 = 4774 ( ei3



Luego para pernos de borde: Rni = 18703 ( ei3 = 2

Rni/ = 18703 ( ei3/2 = 9352 ( ei3


(Rnb/) ( nb + (Rni/) ( ni 0.25 ( Tala = 7590 kg



4774 ( ei3 ( 1 + 9352 ( ei3 ( 2 0.25 ( Tala = 7590 kg

ei3(min) = 0.32 cm

c.4) Espesor mnimo de la plancha inferior en el ala - ep(min)ei(min) = max [ ei1(min) , ei2(min), ei3(min)] = 0.45 cm

Luego espesor a usar: ei = 5 mmd) Verificacin de desgarramiento en ala

Figura 23 reas de corte y traccin en el alaRd1: Resistencia del bloque de corte

s1 = 75 mm

lv = 30 mm

Gramil = g = 140mm




Lvp = (B - s4) ( 0.5 = (25 - 14) ( 0.5 = 5.5 cm (distancia al borde del ala)

AISC 2005 / J4.3

Agv = 2 ( (2 ( s1 + lv) ( e = 2 ( (2 ( 7.5 + 3) ( 0.8 = 28.8 cm2Anv = 2 ( (2 ( s1 + lv - (nf - 0.5) ( dh) ( e = 2 ( (2 ( 7.5 + 3 - (3 - 0.5) ( 2.1) ( 0.8=20.4 cm2Ant = 2 ( (Lvp 0.5 ( dh) ( e = 2 ( (5.5 0.5 ( 2.1) ( 0.8 = 7.12 cm2Para este caso Ubs=1.0 ya que slo son 2 filas, si aumenta el nmero de filas Ubs disminuye.


= 2

Rn/ = 72768/2 = 36384 kg > Tdis = 30360 kg

Nota: Ubs = 1; 2 filas y Ubs = 0.5; para ms de 2 filas de pernos

d) Verificacin de desgarramiento en plancha exterior - ep

Figura 24 reas de corte y traccin en el ala

s1 = 75 mm

lv = 30 mm

Gramil = g = 140 mm




Gramil: g = 140 mm = 14 cm (g = s4).

AISC 2005 / J4.3

Agv = 2 ( (2 ( s1 + lv) ( e = 2 ( (2 ( 7.5 + 3) ( 0.5 = 18 cm2Anv = 2 ( (2 ( s1 + lv - (nf - 0.5) ( dh) ( e = 2 ( (2(7.5 + 3 - (3 - 0.5) ( 2.1) ( 0.5=12.75 cm2Ant = (g dh) ( ep = (14 2.1) ( 0.5 = 5.95 cm2Para este caso Ubs = 1.0 ya que slo son 2 filas, si aumenta el nmero de filas Ubs disminuye.


= 2

Rn/ = 51600/2 = 25800 kg > Tdis/2 = 15180 kg


e) Verificacin de desgarramiento en plancha interior (slo si nfa 4)

No aplica para este caso.3.2.4.- Diseo de planchas conectadas al alma

a) Diseo de pernos en el alma

a.1) Nmero mnimo de pernos por carga de diseo

Talma = 0.6 ( Fy ( (H - 2e) ( tw = 0.6 ( 2530 ( (25 2 ( 0.8) ( 0.6 = 21313 kg

Fvn = 48 Ksi = 48000 Psi = 3375.5 kg/cm2, perno A325 con hilo incluido en el plano de corte.


= 2

Rn/ = 9653.9 kg/2 = 4827 kg

Cizalle Doble: 2 ( (Rn/) = 9654 kg

Espacio a usar: s2, s3 (ver figura)

a.2) Nmero mnimo de pernos por aplastamiento en alma de columna

Espacio a usar: s2, s3 y lva (ver figura)

s2 = 75 mm

s3 = 75 mm




Luego para pernos de borde: Rnb = 5728 kg = 2

Rnb/ = 5728/2 = 2864 kg- Para pernos de interiores:



= 2

Rni/ = 11222/2 = 5611 kg


(Rnb/) ( nb + (Rni/) ( ninb : total pernos de borde


(Rnb/) ( nb + (Rni/) ( ni = 2864 ( nb + 5611 ( ni Tdis = 21313 kgAsumiendo nmero de pernos de borde nb = 2 implica:

2864 ( 2 + 5411 ( ni Tdis = 21313 kg

nimin = 2.78N2min = nb + nimin = 2 + 2.78 = 4.78 pernosa.3) Nmero total de pernos en el alma - NalmaNalma(min) = max(N1min, N2min) = 4.78

Luego usar Nalma = 6 pernos (en dos filas).b) Espesor de plancha en el alma - et

Figura 25 Plancha conectada a almab.1) Espesor mnimo por criterio de ruptura en el rea neta et1(min)


hol : holgura (generalmente de 5 mm)

ei : Espesor de la plancha interior del ala = 5 mm = 0.5 cm

nfal: Nmero de hileras de pernos en la placa del alma , nfal = 2 con 3 pernos cada una.bp ( H - 2 ( tf - 2 ( ei - 2 ( hol = 25 - 2 ( 0.8 - 2 ( 0.5 - 2 ( 0.5 = 21.4 cm

bp requerido = (Nalma/nfal -1) ( s2+2 ( Lva = (6/2 - 1) ( 7.5+2 ( 3 = 21 cm ( 21.4 cm , OK

Usar bp = 21 cm, (s2 = 75 mm y Lva = 30 mm).

An =rea neta / espesor = min {(bp - N/nfal dh); 0.85 bps}

An =rea neta / espesor = min {(21 - 3 ( 2.1); 0.85 ( 21} = min {14.7; 17.8} = 14.7 cm

Ae = An = 14.7 ( et1

Rn = FuAe = 4080 ( 14.7 ( et1

= 2

Rn/ = 4080 ( 14.7 ( et1/2 = 19988 ( et1 0.5 ( Talma = 0.5 ( 21313 kg = 10657 kg

et1(min) = 0.53 cm

b.2) Espesor mnimo por criterio de fluencia en el rea total et2(min)De acuerdo a AISC J4.1(a):

Ag = bp ( et2Rn = FyAg = 2530 ( 21 ( et2 = 1.67

Rn/ = FyAg = 2530 ( 21 ( et2/1.67 0.5 ( Talma = 10657 kg




= 2

Rnb/ = 9547 ( et3/2 = 4774 ( et3



Luego para pernos de borde: Rni = 18703 ( et3 = 2

Rni/ = 18703 ( et3/2 = 9352 ( et3


(Rnb/) ( nb + (Rni/) ( ni 0.5 ( Talma = 10657 kg



4774 ( et3 ( 2 + 9352 ( et3 ( 4 0.5 ( Talma = 10657 kg

et3(min) = 0.23 cm

b.4) Espesor mnimo de la plancha del alma et(min)et(min) = Max [et1(min) , et2(min), et3(min)] = 0.53 cm

Luego usar espesor et = 0.6 cm

c) Verificacin de desgarramiento en alma (tw = 6 mm)

Figura 26 rea de corte y traccin en almaAISC 2005 / J4.3

Agv = 2 ( (1 ( s3 + lv) ( tw = 2 ( (1 ( 7.5 + 3) ( 0.6 = 12.6 cm2Anv = 2 ((1 ( s3+lv - (nfal - 0.5) ( dh) ( tw = 2 ( (1 ( 7.5+3 - (2 - 0.5) ( 2.1) ( 0.6= 8.82 cm2Ant = (2 ( s2 2 ( dh) ( tw = (15 2 ( 2.1) ( 0.6 = 6.48 cm2Para este caso Ubs=1.0 ya que slo son 2 filas, si aumenta el nmero de filas Ubs disminuye.


= 2

Rn/ = 45565/2 = 22783 kg > Talma = 21313 kg


d) Verificacin de desgarramiento en planchas conectadas al alma (et = 6 mm)AISC 2005 / J4.3

Agv = 2 ( (1 ( s3 + lv) ( et = 2 ( (1 ( 7.5 + 3) ( 0.6 = 12.6 cm2Anv = 2 ( (1 ( s3+lv - (nfal - 0.5) ( dh) ( et = 2 ( (1 (7.5+3 - (2 - 0.5) ( 2.1) ( 0.6= 8.82 cm2Ant = (2 ( s2 2 ( dh) ( et = (15 2 ( 2.1) ( 0.6 = 6.48 cm2Para este caso Ubs = 1.0 ya que slo son 2 filas, si aumenta el nmero de filas Ubs disminuye.


= 2

Rn/ = 45565/2 = 22783 kg > Talma/2 = 10657 kg

Nota: Ubs = 1; 2 filas y Ubs = 0.5; para ms de 2 filas de pernose) Detalle de la conexin

3.3.- Conexiones de corte mediante angulares3.3.1.- GeneralidadesLa conexin se realizar mediante una unin viga-columna con doble angular apernado-apernado por los dos mtodos de diseo LRFD y ASD.

Figura 27 Conexin mediante angularesDimensiones de los perfiles:Viga y columnaH 250x200x14x6:

Soldado

Altura total

:

H =25 cm

Ancho de alas :

B =20 cm

Espesor de alas:

tf = 1.4 cm

Espesor de alma :

tw = 0.6 cm

Propiedades del acero (ASTM A36)



Tipo de unin


Tipo de perno


Dimetro de pernos

: dp = 3/4


Dimetro de agujero

: dh = dp + 1/16

3.3.2.- Cargas de diseo a) Resistencia al corte de la viga

AISC Capitulo G:Vn = 0.6FyAwCv = 1 (LRFD)

= 1.5 (ASD)Cv = 1Vn = 0.6FyAw = 0.6Fy( H( t = 0.6 ( 2530 ( 25 ( 0.6 = 22770 kg

Carga de diseo en el alma: Valma = ( Vn = 22770 kg (LRFD)

Valma = Vn/ = 22770/1.5 = 15180 kg (ASD)3.3.3.- Clculo del nmero de pernos - Na) Nmero mnimo de pernos por carga de diseo

De acuerdo a AISC2005 / Tabla J3.2



= 0.75 (LRFD)

= 2.00 (ASD)

Rn = 0.75 ( 9653.9 kg = 7241 kg (LRFD)Rn/ = 9653.9/2 kg = 4827 kg (ASD)Cizalle Doble: 2 ( ( Rn) = 14482 kg (LRFD)Cizalle Doble: 2 ( (Rn/) = 9654 kg (ASD)

(LRFD)

(ASD)b) Nmero mnimo de pernos por aplastamiento en alma de las vigasEspacio a usar: s y lva (ver figura)

s = 65 mm

lva = 40 mm (distancia al borde)- Para pernos de borde:


Luego para pernos de borde: Rnb = 8666 kg = 0.75 (LRFD)

= 2.00 (ASD) Rnb = 0.75 ( 8666 = 6500 kg (LRFD)

Rnb/ = 8666/2 = 4333 kg (ASD)- Para pernos de interiores:



= 0.75 (LRFD)

= 2.00 (ASD) Rni = 0.75 ( 11222 = 8417 kg (LRFD)

Rnb/ = 11222/2 = 5611 kg (ASD)Por tanto la resistencia total a aplastamiento esta dado por:

( Rnb) ( nb + ( Rni) ( ni (LRFD)

(Rnb/) ( nb + (Rni/) ( ni (ASD)nb : total pernos de borde

ni : total pernos interioresPara Viga A( Rnb) ( nb + ( Rni) ( ni = 6500 ( nb + 8417 ( ni Vdis = 22770 kg (LRFD)

(Rnb/) ( nb + (Rni/) ( ni = 4333 ( nb + 5611 ( ni Vdis = 15180 kg (ASD)Asumiendo nmero de pernos de borde nb = 1 implica:

6500 ( 1 + 8417 ( ni Vdis = 22770 kg (LRFD)

4333 ( 1 + 5611 ( ni Vdis = 15180 kg (ASD)

nimin = 1.93 (LRFD)

nimin = 1.93 (ASD)

N2min = nb + nimin = 1 + 1.93 = 2.93 pernos

Para Columna B( Rnb) ( nb + ( Rni) ( ni = 6500 ( nb + 8417 ( ni 0.5 ( Vdis = 11385 kg (LRFD)

(Rnb/) ( nb + (Rni/) ( ni = 4333 ( nb + 5611 ( ni 0.5 ( Vdis = 7590 kg (ASD)Asumiendo nmero de pernos de borde nb = 1 implica:

6500 ( 1 + 8417 ( ni 0.5 ( Vdis = 11385 kg (LRFD)

4333 ( 1 + 5611 ( ni 0.5 ( Vdis = 7590 kg (ASD)

nimin = 0.58 (LRFD)

nimin = 0.58 (ASD)

N2min = nb + nimin = 1 + 0.58 = 1.58 pernos

c) Nmero total de pernos en el alma - NalmaN (min) = max(N1min, N2min) = 2.93Luego usar N = 3 pernos por corrida

3.3.4.- Diseo de los ngulos de unin

a) Datos

Ancho de ala

: B = 8 cmGramil

: g = 5 cmDistancia al borde libre mnima: Tabla J3.2Distancia al borde a usar

: Lva = 4 cmLargo del ngulo

: La = (N - 1) ( s + 2 ( Lva = (3 1) ( 6.5 + 2 ( 4 = 21 cmCarga de diseo

: Vdis = 0.5 ( Valmab) Clculo espesor del ngulo - etb.1) Espesor mnimo por criterio de ruptura por corte en el rea neta et1(min)

Anv = (La N ( dh) ( et1

Anv = (21 3 ( 2.1) ( et1 = 14.7 ( et1

Rn = 0.60FuAnv = 0.60 ( 4080 ( 14.7 ( et1 = 0.75 (LRFD)

= 2.00 (ASD)

EMBED Equation.DSMT4 et1(min) = 0.42 cm (LRFD)

et1(min) = 0.42 cm (ASD)

b.2) Espesor mnimo por criterio de fluencia por corte en el rea total et2(min)Ag = La ( et2Rn = 0.60FyAg = 0.60 ( 2530 ( 23 ( et2 = 1.00 (LRFD)

= 1.50 (ASD) Rn = 0.6 ( 2530 ( 23 ( et2 0.5 ( Valma = 11385 kg (LFRD)

Rn/ = 0.6 ( 2530 ( 23 ( et2/1.5 0.5 ( Valma = 7590 kg (ASD)

et2(min) = 0.33 cm (LRFD)





= 0.75 (LRFD)

= 2.00 (ASD) Rnb = 0.75 ( 14443 ( et3 = 10832 ( et3 (LRFD)

Rnb/ = 14443 ( et3/2 = 7222 ( et3 (ASD)- Para pernos de interiores:


Luego para pernos de borde: Rni = 18703 ( et3 = 0.75 (LRFD)

= 2.00 (ASD) Rnb = 0.75 ( 18703 ( et3 = 14027 ( et3 (LRFD)

Rnb/ = 18703 ( et3/2 = 9352 ( et3 (ASD)Por tanto la resistencia total a aplastamiento esta dado por:

( Rnb) ( nb + ( Rni) ( ni 0.5 ( Valma = 11385 kg (LRFD)

(Rnb/) ( nb + (Rni/) ( ni 0.5 ( Valma = 7590 kg (ASD)



10832 ( et3 ( 1 + 14027 ( et3 ( 2 0.5 ( Valma = 11385 kg (LRFD)

7222 ( et3 ( 1 + 9352 ( et3 ( 2 0.5 ( Valma = 7590 kg (ASD)

et3(min) = 0.29 cm (LRFD)et3(min) = 0.29 cm (ASD)

b.4) Espesor mnimo del ngulo et(min)et(min) = Max [et1(min), et2(min), et3(min)] = 0.42 cm

Luego usar espesor et = 5 mmc) Verificacin de desgarramiento en alma (t = 6 mm)

No aplica para este caso.d) Verificacin de desgarramiento del ngulo (et = 5 mm)AISC 2005 / J4.3

Agv = (2 ( s + lva) ( et = (2 ( 6.5 + 4) ( 0.5 = 8.5 cm2Anv=(2 ( s + lva - (N - 0.5) ( dh) ( et = (2 ( 6.5 + 4 - (3 - 0.5) ( 2.1) ( 0.5 = 5.875 cm2Ant = ((B - g) (nf 0.5) ( dh) ( et = ((8 5) (1 - 0.5) ( 2.1) ( 0.5 = 0.975 cm2Para este caso Ubs = 1.0 ya que slo son 2 filas, si aumenta el nmero de filas Ubs disminuye.


= 0.75 (LRFD)

= 2.00 (ASD)

Rn = 0.75 ( 16881 = 12661 kg > 0.5 ( Valma = 11385 kg (LRFD)Rn/ = 16881/2 = 8441 kg > 0.5 ( Valma = 7590 kg (ASD)


e) Detalle conexin

3.4.- Conexiones de corte mediante plancha de cabeza

3.4.1.- GeneralidadesLa conexin se realizar mediante una unin viga-viga, viga-columna al corte con plancha de cabeza por los dos mtodos de diseo LRFD y ASD.

Figura 28 Conexin plancha de cabezaDimensiones de los perfiles:Viga y columnaH 250x200x14x6:

Soldado

Altura total

:

H =25 cm

Ancho de alas :

B =20 cm

Espesor de alas:

tf = 1.4 cm

Espesor de alma :

tw = 0.6 cm




Tipo de unin


Tipo de perno


Dimetro de pernos

: dp = 3/4


Dimetro de agujero

: dh = dp + 1/16

3.4.2.- Cargas de diseo a) Resistencia al corte de la viga

AISC Capitulo G:Vn = 0.6FyAwCv = 1 (LRFD)

= 1.5 (ASD)Cv = 1Vn = 0.6FyAw = 0.6Fy( H( t = 0.6 ( 2530 ( 25 ( 0.6 = 22770 kg

Carga de diseo en el alma: Valma = ( Vn = 22770 kg (LRFD)

Valma = Vn/ = 22770/1.5 = 15180 kg (ASD)3.4.3.- Clculo del nmero de pernos - Na) Nmero mnimo de pernos por carga de diseo

De acuerdo a AISC2005 / Tabla J3.2



= 0.75 (LRFD)

= 2.00 (ASD)

Rn = 0.75 ( 9653.9 kg = 7241 kg (LRFD)Rn/ = 9653.9/2 kg = 4827 kg (ASD)

(LRFD)

(ASD)b) Nmero total de pernos en el alma - NalmaN (min) = N = 3.14Luego usar N = 4, 2 pernos por corrida.

3.4.4.- Diseo de la plancha de cabezaa) DatosEspacio a usar: s1, s2 y Lv (ver figura)

s1 = 75 mm

s2 = 75 mm

Lv = 30 mm (distancia al borde)

Largo mnimo de la plancha: L = (N/2 - 1) ( s1 + 2 ( Lv = (2 1) ( 7.5 + 2 ( 3 = 13.5 cm

Ancho mnimo de la plancha: B = s2 + 2 ( Lv = 7.5 + 2 ( 3 = 13.5 cm b) Clculo espesor de la plancha - etb.1) Espesor mnimo por criterio de ruptura por corte en el rea neta et1(min)

nfa : nmero de hileras de pernos en la plancha , nfa = 2 en este caso.

Anv = (L nfa ( dh) ( et1

Anv = (13.5 2 ( 2.1) ( et1 = 9.3 ( et1

Rn = 0.60FuAnv = 0.60 ( 4080 ( 9.3 ( et1 = 0.75 (LRFD)

= 2.00 (ASD)



b.2) Espesor mnimo por criterio de fluencia por corte en el rea total et2(min)Ag = La ( et2Rn = 0.60FyAg = 0.60 ( 2530 ( 13.5 ( et2 = 1.00 (LRFD)

= 1.50 (ASD) Rn = 0.6 ( 2530 ( 13.5 ( et2 0.5 ( Valma = 11385 kg (LFRD)

Rn/ = 0.6 ( 2530 ( 13.5 ( et2/1.5 0.5 ( Valma = 7590 kg (ASD)






= 0.75 (LRFD)

= 2.00 (ASD) Rnb = 0.75 ( 9547 ( et3 = 7160 ( et3 (LRFD)

Rnb/ = 9547 ( et3/2 = 4775 ( et3 (ASD)- Para pernos de interiores:


Luego para pernos de borde: Rni = 18703 ( et3 = 0.75 (LRFD)

= 2.00 (ASD) Rnb = 0.75 ( 18703 ( et3 = 14027 ( et3 (LRFD)

Rnb/ = 18703 ( et3/2 = 9352 ( et3 (ASD)Por tanto la resistencia total a aplastamiento esta dado por:

( Rnb) ( nb + ( Rni) ( ni 0.5 ( Valma = 11385 kg (LRFD)

(Rnb/) ( nb + (Rni/) ( ni 0.5 ( Valma = 7590 kg (ASD)



7160 ( et3 ( 1 + 14027 ( et3 ( 1 0.5 ( Valma = 11385 kg (LRFD)

4775 ( et3 ( 1 + 9352 ( et3 ( 1 0.5 ( Valma = 7590 kg (ASD)

et3(min) = 0.54 cm (LRFD)et3(min) = 0.54 cm (ASD)

b.4) Espesor mnimo et(min)et(min) = Max [et1(min), et2(min), et3(min)] = 0.67 cm

Luego usar espesor et = 0.8 cmc) Verificacin de desgarramiento de la plancha (et = 8 mm)AISC 2005 / J4.3

Agv = 2 ( (1 ( s1 + lv) ( et = 2 ( (1 ( 7.5 + 3) ( 0.8 = 16.8 cm2Anv = 2 ( (1 ( s1 + lv - (N/2 - 0.5) ( dh) ( et = 2 ( (1 ( 7.5 + 3 - (2 - 0.5) ( 2.1) ( 0.8= 11.76 cm2Ant = 2 ( (Lv 0.5 ( dh) ( et = 2 ( (3 0.5 ( 2.1) ( 0.8 = 3.12 cm2Para este caso Ubs = 1.0 ya que slo son 2 filas, si aumenta el nmero de filas Ubs disminuye.


= 0.75 (LRFD)

= 2.00 (ASD)

Rn = 0.75 ( 38232 = 28674 kg > 0.5 ( Valma = 11385 kg (LRFD)Rn/ = 38232/2 = 19116 kg > 0.5 ( Valma = 7590 kg (ASD)


d) Diseo de la soldadura

BM = 1.00 (LRFD)

BM = 1.50 (ASD)

w = 0.75 (LRFD)

w = 2.00 (ASD)Fr min (BM ( 0.6 ( Fy ( t; w ( 0.6 ( FEXX ( a/) (LRFD)

Fr min (1/BM ( 0.6 ( Fy ( t; 1/w ( 0.6 ( FEXX ( a/) (ASD)

Donde:

Fr es la tensin solicitada por unidad de longitud en la conexin soldada

Con t el menor espesor de las partes a unir, a es el espesor del filete de soldadura y FEXX es la tensin admisible del aporte de soldadura.Metodo LRFD Fr min (BM ( 0.6 ( Fy ( t; w ( 0.6 ( FEXX ( a/) BM = 1.00 w = 0.75

Electrodo E70: Fu = 70000 psi = 4923 kg/cm2ASTM A36: Fy = 2530 kg/cm2

BM ( 0.6 ( Fy ( t = 1 ( 0.6 ( 2530 ( 0.6 = 911 kg/cma = 6 mm, w ( 0.6 ( FEXX ( a/ = 0.75 ( 0.6 ( 4923 ( 0.6 / = 940 kg/cm

Fr = Valma / 2 ( h = 22770 / 2 ( 13.5 = 843 kg/cm

Fr = 843 kg/cm < min (911 kg/cm; 940 kg/cm) = 911 kg/cmPor tanto usar a = 6 mm.

Metodo ASDFr min (1/BM ( 0.6 ( Fy ( t; 1/w ( 0.6 ( FEXX ( a/) (ASD)BM = 1.50 w = 2.00 Electrodo E70: Fu = 70000 psi = 4923 kg/cm2ASTM A36: Fy = 2530 kg/cm2

1/BM ( 0.6 ( Fy ( t = (1/1.5) ( 0.6 ( 2530 ( 0.6 = 607 kg/cma = 6mm, 1/w ( 0.6 ( FEXX ( a/ = (1/2) ( 0.6 ( 4923 ( 0.6 / = 627 kg/cm

Fr = Valma / 2 ( h = 15180 / 2 ( 13.5 = 562 kg/cm

Fr = 562 kg/cm < min (607 kg/cm; 627 kg/cm) = 607 kg/cmPor tanto usar a = 6mm.

e) Detalle conexin

3.5.- Conexiones mediante placa de corte (single plate)

3.5.1.- Generalidades

Este procedimiento puede ser usado para cualquier geometra de placa de corte que no cumpla con las restricciones del diseo convencional por los dos mtodos de diseo LRFD y ASD.

Figura 29 Conexin placa de corte

Dimensiones de la viga:

H 250x200x14x6:

Soldado

Altura total

:

H =25 cm

Ancho de alas :

B =20 cm

Espesor de alas:

tf = 1.4 cm

Espesor de alma :

tw = 0.6 cm




Tipo de unin


Tipo

Documents

Manual de Uniones Empernadas y Soldadas