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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONALESCUELA SUPÉRIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

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IMPORTANCIA DE ESTRUCTURAS Y CONEXIONES DE ACERO EN LA INGENIERÍAMECÁNICA

DEDICATORIA

A mi Señor, Jesús, quien me dio la fe, la fortaleza, la salud y la esperanza para terminar este unaetapa importante en mi vida.

A mis padres, María de Jesús Morales Cardoso, Eduardo Moreno Moreno † Q.E.P.D.

A mi querida hermana Lilia Alejandra quien me apoya en todo.

A mis hermanos, Sergio Alejandro, Cesar Osvaldo, Rodrigo Alonso, a mis primos cómo hermanos quelos quiero, Bernardo y Daniel.

A toda mi familia, en especial a Bernardo, Patricia, Juan, Claudia, Elvira, María del Pilar.

A mis amigos, en especial a Oscar.

AGRADECIMIENTOS

Agradezco a Dios por la inteligencia y sabiduría que me dio al nacer.

A mí querida familia que siempre me ha apoyado y estimulado.

A mis amigos por el apoyo en momentos difíciles.

A todas las personas del Instituto Politécnico Nacional por el apoyo durante la carrera.

A las personas que en algún momento me apoyaron y aconsejaron para seguir adelante.

En especial agradezco a dos personas importantes en esta etapa de mi carrera al ingeniero y asesor demi tesis Felipe de Jesús García Monroy, y ha Martha García Aguilar.

“Un ingeniero no es una copia, es original y se atreve a cambiar una realidad, no importa el tiempo oel espacio, todo es posible mientras crea que es así”.


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INTRODUCCION

A veces, las diferencias entre las distintas clases de hierro y acero resultanconfusas por la nomenclatura empleada. En general, el acero es una aleaciónde hierro y carbono a la que suelen añadirse otros elementos. Algunasaleaciones denominadas ‘hierros’ contienen más carbono que algunos aceroscomerciales. El hierro de crisol abierto y el hierro forjado contienen unporcentaje de carbono de sólo unas centésimas. Los distintos tipos de acerocontienen entre el 0,04 y el 2,25% de carbono. El hierro colado, el hierro coladomaleable y el arrabio contienen entre un 2 y un 4% de carbono. Hay una formaespecial de hierro maleable que no contiene casi carbono alguno. Para fabricaraleaciones de hierro y acero se emplea un tipo especial de aleaciones de hierrodenominadas ferroaleaciones, que contienen entre un 20 y un 80% delelemento de aleación, que puede ser manganeso, silicio o cromo.

HISTORIA

No se conoce con exactitud la fecha en que se descubrió la técnica de fundirmineral de hierro para producir un metal susceptible de ser utilizado. Losprimeros utensilios de hierro descubiertos por los arqueólogos en Egipto datandel año 3000 a.C., y se sabe que antes de esa época se empleaban adornosde hierro. Los griegos ya conocían hacia el 1000 a.C. la técnica, de ciertacomplejidad, para endurecer armas de hierro mediante tratamiento térmico.

Las aleaciones producidas por los primeros artesanos del hierro (y, de hecho,todas las aleaciones de hierro fabricadas hasta el siglo XIV d.C.) seclasificarían en la actualidad como hierro forjado. Para producir esasaleaciones se calentaba una masa de mineral de hierro y carbón vegetal en unhorno o forja con tiro forzado. Ese tratamiento reducía el mineral a una masaesponjosa de hierro metálico llena de una escoria formada por impurezasmetálicas y cenizas de carbón vegetal. Esta esponja de hierro se retirabamientras permanecía incandescente y se golpeaba con pesados martillos paraexpulsar la escoria y soldar y consolidar el hierro. El hierro producido en esascondiciones solía contener un 3% de partículas de escoria y un 0,1% de otrasimpurezas. En ocasiones esta técnica de fabricación producía accidentalmenteauténtico acero en lugar de hierro forjado. Los artesanos del hierro aprendierona fabricar acero calentando hierro forjado y carbón vegetal en recipientes dearcilla durante varios días, con lo que el hierro absorbía suficiente carbono paraconvertirse en acero auténtico.


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Después del siglo XIV se aumentó el tamaño de los hornos utilizados para lafundición y se incrementó el tiro para forzar el paso de los gases de combustiónpor la carga o mezcla de materias primas. En estos hornos de mayor tamaño elmineral de hierro de la parte superior del horno se reducía a hierro metálico y acontinuación absorbía más carbono como resultado de los gases que loatravesaban. El producto de estos hornos era el llamado arrabio, una aleaciónque funde a una temperatura menor que el acero o el hierro forjado. El arrabiose refinaba después para fabricar acero.

La producción moderna de acero emplea altos hornos que son modelosperfeccionados de los usados antiguamente. El proceso de refinado del arrabiomediante chorros de aire se debe al inventor británico Henry Bessemer, que en1855 desarrolló el horno o convertidor que lleva su nombre. Desde la décadade 1960 funcionan varios mini hornos que emplean electricidad para produciracero a partir de material de chatarra. Sin embargo, las grandes instalacionesde altos hornos continúan siendo esenciales para producir acero a partir demineral de hierro.

El análisis estructural, tal como lo conocemos hoy en día, evoluciono durantevarios miles de años. Durante ese tiempo, muchos tipos de estructuras, comoson vigas, arcos, armaduras y marcos, se usaron en la construcción a lo largode cientos o miles de años antes de que se desarrollaran para ellas métodossatisfactorios de análisis.

Si bien los antiguos ingenieros manifestaron tener cierto entendimiento delcomportamiento estructural (como lo prueban sus exitosas construcciones degrandes puentes, catedrales, barcos de vela, etc.), un progreso real en la teoríadel análisis estructural ocurrió solo en los últimos 150 años.

Los egipcios y otros antiguos constructores contaban seguramente con algunasreglas empíricas obtenidas de la experiencia para determinar los tamaños delos miembros estructurales. Sin embargo, no contamos con pruebas de quehayan desarrollado alguna teoría de análisis estructural.

El egipcio Imhotep, quien diseño para su construcción la gran pirámideescalonada de Sokkara alrededor del año 3000 a.C., es considerado a veces elprimer ingeniero estructural del mundo.


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Los romanos fueron constructores extraordinarios y muy competentes en el usode ciertas formas estructurales, como son los arcos semicirculares demampostería.

Al igual que los griegos, ellos también tenían muy pocos conocimientos deanálisis estructural e hicieron aun menos progresos científicos en teoríaestructural.

Antes de que pudieran hacerse avances reales en el análisis estructural fuenecesario desarrollar la ciencia de la mecánica de los materiales. Haciamediados del siglo XIX se habían hecho grandes progresos en esta ciencia.

Un físico francés, charles Augustin de coulomb, y un ingeniero-matemáticofrancés, Louis Marie Henri Navier, con base en el trabajo de numerososinvestigadores realizado a lo largo de cientos de años, sentaron las bases de lamecánica de materiales. Fue entonces cuando Navier publico un libro de textoen el que analizo las resistencias y las deflexiones de vigas, columnas, arcos,puentes colgantes y otras estructuras.

Fue Andrea Palladio un arquitecto italiano, quien uso por primera vez lasarmaduras modernas. El revivió algunos tipos de estructuras romanas antiguas,así como las reglas empíricas para dimensionarlas. Sin embargo SquireWhipple, introdujo el primer método racional para el análisis de armaduras.Esta fue la primera gran contribución a la teoría de las estructuras.

Entre 1860 y 1880, se publicaron varios métodos para calcular deflexiones, yestos aceleraron el desarrollo del análisis estructural.

Surgen grandes investigadores y con ello grandes logros de los cuales secuentan: James Clerk Maxwell de Escocia con el teorema de las deflexionesreciprocas; Otto Mohr de Alemania con el método de los pesos elásticos;Alberto Castigliano de Italia con su teorema sobre el trabajo mínimo; y CharlesE. Greene de Estados Unidos y sus teoremas área-momento.

La creación de los ferrocarriles dio un gran impulso al desarrollo del análisisestructural ya que fue necesario construir puentes de grandes claros capacesde soportar cargas móviles muy pesadas, para entonces el calculo deesfuerzos y deformaciones adquirió gran importancia. Los temas de esfuerzosy fatiga se volvieron importantes.


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En la primera mitad del siglo XX, muchos problemas estructurales complejosfueron expresados en forma matemática, pero no se disponía entonces decomputadoras ni mucho menos de software para resolver prácticamente lasecuaciones resultantes.

Esta situación continúo en los años 40. Cuando gran parte del trabajo paraanalizar las estructuras de aviones se realizo con matrices.

Para entonces la aparición y desarrollo de las computadoras hizo práctico eluso de las ecuaciones para esas y muchos tipos de estructuras, incluidos losedificios de gran altura.

Y hoy podemos decir, que parece irónico que los estudiantes actuales puedanaprender en unos pocos meses las teorías y los principios del análisisestructural, que la humanidad le tomo miles de años desarrollar.


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INDICE

CAPITULO I FABRICACION DEL ACERO……………………………………………..........1

PRODUCCION DEL ARRABIO…………………………………………………………………………..2

TRATAMIENTO TERMICO DEL ACERO………………………………………………………….3

ESTRUCTURA DEL ACERO……………………………………………………………………………….5

VENTAJAS DEL ACERO COMO MATERIAL ESTRUCTURAL………………………….5

DESVENTAJAS DEL ACERO………………………………………………………………………………6

CLASIFICACION DEL ACERO……………………………………………………………………………7

ACEROS ESTRUCTURALES……………………………………………………………………………….8

RELACION ESFUERZO-DEFORMACION DEL ACERO…………………………………..12

CAPITULO II CARGAS……………………………………………………………………………….…13

TIPOS DE CARGAS…………………………………………………………………………………………..14

CARGAS MUERTAS…………………………………………………………………………………………..14

CARGAS VIVAS…………………………………………………………………………………………………14

CARGAS ACCIDENTALES………………………………………………………………….…………….16

FACTORES DE CARGA…………………………………………………………………….………………17

MIEMBROS SUJETOS A COMPRESIÓN………………………………………….……………….18

ESTADO LIMITE DE PANDEO POR FLEXOCOMPRESION…………….……………20

MIEMBROS A FLEXION…………………………………………………………………………………..25

COEFICIENTES DE FLEXION…………………………………………………………………………26

DISEÑO DE MIEMBROS A FLEXION………………………………………………………………27

RESISTENCIA DE DISEÑO EN FLEXION………………………………………………………..27

MIEMBROS A FLEXOCOMPRESION……………………………………………………………….32


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METODOS DE ANALISIS Y DISEÑO……………………………………………………………….33

CAPITULO III SECCIONES DE PERFILES LAMINADOS…………………………….40

TIPOS DE PERFILES…………………………………………………………………………………………41

CLASIFICACION DE LAS SECCIONES…………………………………………………………….42

METODOS DE DISEÑO……………………………………………………………………………………44

FACTORES DE RESISTENCIA………………………………………………………………………….44

VALORES MAXIMOS ADMISIBLES DE RELACION ANCHO, ESPESOR……….46

CAPITULO IV CONEXIONES……………………………………………………………………….50

TIPOS DE TORNILLOS…………………………………………………………………………………….51

VENTAJAS DE LOS TORNILLOS DE ALTA RESISTENCIA……………………………52

TORNILLOS DE ALTA RESISTENCIA……………….....................................................53

TORNILLOS APRETADOS SIN HOLGURA Y TORNILLOSCOMPLETAMENTE TENSADOS……………………………………………………………………..56

METODOS PARA TENSAR COMPLETAMENTE LOS TORNILLOS DE ALTARESISTENCIA……………………………………………………………………………………………………58

CONEXIONES TIPO FRICCION Y TIPO APLASTAMIENTO………………………….59

JUNTAS MIXTAS………………………………………………………………………………………………61

TAMAÑOS DE AGUJEROS PARA TORNILLOS Y REMACHES………………………62

TRANSMISION DE CARGA Y TIPO DE JUNTAS…………………………………………….63

FALLA EN JUNTAS ATORNILLADAS……………………………………………………………..66

CONEXIONES TIPO APLASTAMIENTO, CARGAS QUE PASAN POR ELCENTRO DE GRAVEDAD DE LA CONEXION……………........................……………..70

CONEXIONES SOLDADAS………………………………………………………………………………73

TEORIA DE SOLDADURA……………………………………………………………………………….75

FLUX………………………………………………………………………………………………………………….76

CONTAMINACION Y CONTROL………………………………………………………………….…77


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VENTAJAS DE LA SOLDADURA……………………………………………………………………..80

DESVENTAJAS……………………………………………………………………………………………….…81

CLASIFICACION DE LA SOLDADURA……………………………………………………………82

SIMBOLOGIA PARA UNIONES SOLDADAS AWS.....……………………………………..86

INSPECCION DE LAS SOLDADURAS……………………………………………………………..87

DIMENSIONES EFECTIVAS DE SOLDADURAS……………………………………………..90

RESISTENCIA DE LAS SOLDADURAS…………………………………………………………….91

TIPOS DE JUNTA……………………………………………………………………………………………..95

EJECUCION DE LAS UNIONES SOLDADAS……………………………………….…………..96

CONCLUSIONES………………………………………………………………………………….…………104

BIBLIOGRAFIA………………………………………………………………………………………….……105


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PRODUCCIÓN DE ARRABIO

La materia prima para la fabricación del acero es el mineral de hierro, coque ycaliza. Mineral de hierro: tiene un color rojizo debido al óxido de fierro. Coque:es el producto de la combustión del carbón mineral (grafito) es ligero, gris ylustroso.

Para convertir el coque en carbón mineral se emplean baterizo de hierro dondeel carbón se coloca eliminándole el gas y alquitran, después es enfriado,secado y cribado para enviarlo a los altos hornos (Coah.).

Piedra caliza: es carbonato de calcio de gran pureza que se emplea en lafundición de acero para eliminar sus impurezas (Nuevo León). El primerproducto de la fusión del hierro y el coque se conoce como arrabio, el cual seobtiene aproximadamente a los 1650 0 C.

Una vez en el alto horno, los tres componentes se funden a los 1650 0 C, queaviva el fuego y quema el coque, produciendo monóxido de carbono el cualproduce más calor y extrae el oxígeno, del mineral de hierro dejándolo puro. Laalta temperatura funde también la caliza, que siendo menos densa flota en elcrisol combinándose con las impurezas sólidas del mineral formando la escoria,misma que se extrae diez minutos antes de cada colada.

Para obtener una tonelada de arrabio, se requieren aproximadamente lassiguientes cantidades de materia prima:

1600 Kg de mineral de hierro. 700 Kg de coque. 200 Kg de piedra caliza.


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4000 Kg de aire inyectado gradualmente.

Los hornos de hoyo abierto se cargan con las cantidades indicadas, mismo quese introducen con algo de chatarra para reciclarlo mediante grúas mecánicas.Además se agregan 200 toneladas de arrabio líquido para completar la carga.Dentro del horno, la carga formada por 1/3 parte de chatarra y 2/3 partes dearrabio. Se refina por calor producido al quemar gas natural o aceite diesel yalcanzar temperaturas mayores a los 1650 0 C.

Durante 10 horas se mantiene la mezcla en ebullición eliminando las impurezasy produciendo así acero. Algunos otros elementos como silicio, manganeso,carbono, etc., son controlados en la proporción requerida para el acero aproducir.

La caliza fundida aglutina las impurezas de la carga retirándola de acero líquidoy formando la escoria que flota en la superficie. Mientras tanto se realizanpruebas para verificar la calidad del acero.

Cuando la colada alcanza las especificaciones y condiciones requeridas seagregan "ferroligas" (substancias para hacer aleaciones con el hierro y darpropiedades especiales). Después de alcanzar las condiciones de salida, lacolada se "pica" con un explosivo detonado eléctricamente, permitiendo lasalida del acero fundido para recubrirse en ollas de 275 toneladas c/u de dondese vacía a los lingotes de 9 a 20 toneladas.

Laminación.

La laminación del lingote inicia con un molino desbastador, el lingote de acerocalentado a 1330 0 C se hace pasar entre dos enormes rodillos arrancados pormotores de 3500 H.P. convirtiéndolo en lupias de sección cuadrada o enplanchones de sección rectangular. Ambos son la materia prima para obtenerplaca laminada, perfiles laminados, rieles, varilla corrugada, alambrón, etc.

Laminado en caliente.

Es el proceso más común de laminado y consiste en calentar la lupia (oplanchón) a una temperatura que permita el comportamiento plástico delmaterial para así extruirlo en los "castillos" de laminado y obtener las seccioneslaminadas deseadas.

Laminado en frío.


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Es un proceso que permite obtener secciones con un punto de fluencia máselevado, al extruir el material a temperatura completamente más baja que la dellaminado en caliente.

TRATAMIENTO TÉRMICO DEL ACERO

El proceso básico para endurecer el acero mediante tratamiento térmicoconsiste en calentar el metal hasta una temperatura a la que se formaaustenita, generalmente entre los 750 y 850 ºC, y después enfriarlo con rapidezsumergiéndolo en agua o aceite.

Estos tratamientos de endurecimiento, que forman martensita, crean grandestensiones internas en el metal, que se eliminan mediante el temple o elrecocido, que consiste en volver a calentar el acero hasta una temperatura

menor. El temple reduce la dureza y resistencia y aumenta la ductilidad y latenacidad.

El objetivo fundamental del proceso de tratamiento térmico es controlar lacantidad, tamaño, forma y distribución de las partículas de cementitacontenidas en la ferrita, que a su vez determinan las propiedades físicas delacero.

Hay muchas variaciones del proceso básico. Los ingenieros metalúrgicos handescubierto que el cambio de austenita a martensita se produce en la últimafase del enfriamiento, y que la transformación se ve acompañada de un cambiode volumen que puede agrietar el metal si el enfriamiento es demasiado rápido.

Se han desarrollado tres procesos relativamente nuevos para evitar elagrietamiento. En el templado prolongado, el acero se retira del baño deenfriamiento cuando ha alcanzado la temperatura en la que empieza aformarse la martensita, y a continuación se enfría despacio en el aire. En elmartemplado, el acero se retira del baño en el mismo momento que eltemplado prolongado y se coloca en un baño de temperatura constante hastaque alcanza una temperatura uniforme en toda su sección transversal.

Después se deja enfriar el acero en aire a lo largo del rango de temperaturasde formación de la martensita, que en la mayoría de los aceros va desde unos300 ºC hasta la temperatura ambiente. En el austemplado, el acero se enfría enun baño de metal o sal mantenido de forma constante a la temperatura en quese produce el cambio estructural deseado, y se conserva en ese baño hastaque el cambio es completo, antes de pasar al enfriado final.

Hay también otros métodos de tratamiento térmico para endurecer el acero. Enla cementación, las superficies de las piezas de acero terminadas se


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endurecen al calentarlas con compuestos de carbono o nitrógeno. Estoscompuestos reaccionan con el acero y aumentan su contenido de carbono oforman nitruros en su capa superficial.

En la carburización la pieza se calienta cuando se mantiene rodeada de carbónvegetal, coque o de gases de carbono como metano o monóxido de carbono.La cianurización consiste en endurecer el metal en un baño de sales de cianurofundidas para formar carburos y nitruros. La nitrurización se emplea paraendurecer aceros de composición especial mediante su calentamiento enamoníaco gaseoso para formar nitruros de aleación.

ESTRUCTURA DEL ACERO

Las propiedades físicas de los aceros y su comportamiento a distintastemperaturas dependen sobre todo de la cantidad de carbono y de sudistribución en el hierro. Antes del tratamiento térmico, la mayor parte de losaceros son una mezcla de tres sustancias: ferrita, perlita y cementita.

La ferrita, blanda y dúctil, es hierro con pequeñas cantidades de carbono yotros elementos en disolución. La cementita, un compuesto de hierro con el 7%de carbono aproximadamente, es de gran dureza y muy quebradiza. La perlitaes una profunda mezcla de ferrita y cementita, con una composición específicay una estructura característica, y sus propiedades físicas son intermedias entrelas de sus dos componentes. La resistencia y dureza de un acero que no hasido tratado térmicamente depende de las proporciones de estos tresingredientes.

Cuanto mayor es el contenido en carbono de un acero, menor es la cantidad deferrita y mayor la de perlita: cuando el acero tiene un 0,8% de carbono, está porcompleto compuesto de perlita. El acero con cantidades de carbono aúnmayores es una mezcla de perlita y cementita. Al elevarse la temperatura delacero, la ferrita y la perlita se transforman en una forma alotrópica de aleaciónde hierro y carbono conocida como austenita, que tiene la propiedad dedisolver todo el carbono libre presente en el metal. Si el acero se enfríadespacio, la austenita vuelve a convertirse en ferrita y perlita, pero si elenfriamiento es repentino la austenita se convierte en martensita, unamodificación alotrópica de gran dureza similar a la ferrita pero con carbono ensolución sólida.


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VENTAJAS DEL ACERO COMO MATERIALESTRUCTURAL

Alta resistencia: la alta resistencia del acero por unidad de peso, permiteestructuras relativamente livianas, lo cual es de gran importancia en laconstrucción de puentes, edificios altos y estructuras cimentadas en suelosblandos.

Homogeneidad: las propiedades del acero no se alteran con el tiempo, nivarían con la localización en los elementos estructurales.

Elasticidad: el acero es el material que más se acerca a un comportamientolinealmente elástico hasta alcanzar esfuerzos considerables.

Precisión dimensional: los perfiles laminados están fabricados bajoestándares que permiten establecer de manera muy precisa las propiedadesgeométricas de la sección.

Ductilidad: el acero permite soportar grandes deformaciones sin falla,alcanzando altos esfuerzos en tensión, ayudando a que las fallas seanevidentes.

Tenacidad: el acero tiene la capacidad de absorber grandes cantidades deenergía en deformación (elástica e inelástica).

Facilidad de unión con otros miembros: el acero en perfiles se puedeconectar fácilmente a través de remaches, tornillos o soldadura con otrosperfiles.

Rapidez de montaje: la velocidad de construcción en acero es muy superior alresto de los materiales.

Disponibilidad de secciones y tamaños: el acero se encuentra disponible enperfiles para optimizar su uso en gran cantidad de tamaños y formas.

Costo de recuperación: las estructuras de acero de desecho, tienen un costode recuperación en el peor de los casos como chatarra de acero.

Reciclable: el acero es un material 100 % reciclable además de ser degradablepor lo que no contamina.


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Permite ampliaciones fácilmente: el acero permite modificaciones y/oampliaciones en proyectos de manera relativamente sencilla.

Se pueden prefabricar estructuras: el acero permite realizar la mayor parteposible de una estructura en taller y la mínima en obra consiguiendo mayorexactitud.

DESVENTAJAS DEL ACERO

Corrosión: el acero expuesto a intemperie sufre corrosión por lo que debenrecubrirse siempre con esmaltes alquidálicos (primarios anticorrosivos)exceptuando a los aceros especiales como el inoxidable.

Calor, fuego: en el caso de incendios, el calor se propaga rápidamente por lasestructuras haciendo disminuir su resistencia hasta alcanzar temperaturasdonde el acero se comporta plásticamente, debiendo protegerse conrecubrimientos aislantes del calor y del fuego (retardantes) como mortero,concreto, asbesto, etc.

Pandeo elástico: debido a su alta resistencia/peso el empleo de perfilesesbeltos sujetos a compresión, los hace susceptibles al pandeo elástico, por loque en ocasiones no son económicas las columnas de acero.

Fatiga: la resistencia del acero (así como del resto de los materiales), puededisminuir cuando se somete a un gran número de inversiones de carga o acambios frecuentes de magnitud de esfuerzos a tensión (cargas pulsantes yalternativas).

CLASIFICACIÓN DEL ACERO

Los diferentes tipos de acero se agrupan en cinco clases principales: aceros alcarbono, aceros aleados, aceros de baja aleación ultrarresistentes, acerosinoxidables y aceros de herramientas.

Aceros al carbono

Más del 90% de todos los aceros son aceros al carbono. Estos aceroscontienen diversas cantidades de carbono y menos del 1,65% de manganeso,el 0,60% de silicio y el 0,60% de cobre. Entre los productos fabricados conaceros al carbono figuran máquinas, carrocerías de automóvil, la mayor parte


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de las estructuras de construcción de acero, cascos de buques, somieres yhorquillas o pasadores para el pelo.

Aceros aleados

Estos aceros contienen una proporción determinada de vanadio, molibdeno yotros elementos, además de cantidades mayores de manganeso, silicio y cobreque los aceros al carbono normales. Estos aceros se emplean, por ejemplo,para fabricar engranajes y ejes de motores, patines o cuchillos de corte.

Aceros de baja aleación ultrarresistentes

Esta familia es la más reciente de las cinco grandes clases de acero. Losaceros de baja aleación son más baratos que los aceros aleadosconvencionales ya que contienen cantidades menores de los costosos

elementos de aleación. Sin embargo, reciben un tratamiento especial que lesda una resistencia mucho mayor que la del acero al carbono.

Por ejemplo, los vagones de mercancías fabricados con aceros de bajaaleación pueden transportar cargas más grandes porque sus paredes son másdelgadas que lo que sería necesario en caso de emplear acero al carbono.Además, como los vagones de acero de baja aleación pesan menos, las cargaspueden ser más pesadas.

En la actualidad se construyen muchos edificios con estructuras de aceros debaja aleación. Las vigas pueden ser más delgadas sin disminuir su resistencia,logrando un mayor espacio interior en los edificios.

Aceros inoxidables

Los aceros inoxidables contienen cromo, níquel y otros elementos de aleación,que los mantienen brillantes y resistentes a la herrumbre y oxidación a pesar dela acción de la humedad o de ácidos y gases corrosivos. Algunos acerosinoxidables son muy duros; otros son muy resistentes y mantienen esaresistencia durante largos periodos a temperaturas extremas.

Debido a sus superficies brillantes, en arquitectura se emplean muchas vecescon fines decorativos. El acero inoxidable se utiliza para las tuberías y tanquesde refinerías de petróleo o plantas químicas, para los fuselajes de los aviones opara cápsulas espaciales.

También se usa para fabricar instrumentos y equipos quirúrgicos, o para fijar osustituir huesos rotos, ya que resiste a la acción de los fluidos corporales. Encocinas y zonas de preparación de alimentos los utensilios son a menudo deacero inoxidable, ya que no oscurece los alimentos y pueden limpiarse confacilidad.


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Aceros de herramientas

Estos aceros se utilizan para fabricar muchos tipos de herramientas ycabezales de corte y modelado de máquinas empleadas en diversasoperaciones de fabricación. Contienen volframio, molibdeno y otros elementosde aleación, que les proporcionan mayor resistencia, dureza y durabilidad.

ACEROS ESTRUCTURALES

(De acuerdo a la American Society of Testing Materials ASMT)

o Aceros generales (A-36)o Aceros estructurales de carbono (A-529)o -b.1 Bajo contenido de carbono (<0.15 %)

o -b.2 Dulce al carbono (0.15 – 0.29 %)o -b.3 Medio al carbono (0.30 – 0.59 %)o -b.4 Alto contenido de carbono (0.6 – 1.7 %)o Aceros estructurales de alta resistencia y baja aleación (Mo, V y

Cr), (A-441 y A-572) aleación al 5 %.o Aceros estructurales de alta resistencia y baja aleación,

resistentes a la corrosión atmosférica (A-242, A-588).

Acero templado yrevenido (A-514).Designación

ASTM

Acero Formas Usos Fy min

Ksi

Fumin

tensiónksi

A-36

NOM B-254

Al carbono Perfiles,barras yplacas

Puentes, edificiosestructurales en gral.Atornillados,remachados ysoldados

36 e <8"

32 e >8"

58 – 80

A-529

NOM B-99

Al carbono Perfiles yplacas

e< ½"

Igual al A-36 42 60-85


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A-441

NOM B-284

Almagnesio,vanadio dealtaresistencia ybajaaleación

Perfiles,placas ybarras

e < 8"

Igual al A-36

Tanques

40-50 60-70

A-572

NOM B

Altaresistencia ybajaaleación


e< 6"

Construcciones atornilladas,remaches. No en puentessoldados cuando Fy> 55 ksi

42-65 60-80

A-242

NOM B-282

Altaresistencia,bajaaleación yresistente ala corrosiónatmosférica


e< 4"

Construcciones soldadas,atornillada, técnica especialde soldadura

42-50 63-70

A-514 Templadosy revenidos

Placas

e< 4"

Construcciones soldadaespecialmente. No se usa sise requiere gran ductilidad

90-100 100-150


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A más resistencia de acero menor soldabilidad y más frágil, debido a su alto

contenido de carbono.

A-53

NOM B-177

Tubos de acero con o sin costura negros y galvanizados por inmersión encaliente.

A-500

NOM B-199

Tubo de acero para usos estructurales formados en frío con o sin costura desección circular y otras formas.

A-501

NOM B-200

Tubo de acero al carbono con o sin costura formado en caliente para usoestructural.

A-606

NOM B-277

Lámina de acero de baja aleación y alta resistencia. Laminada en caliente o enfrío, resistente a la corrosión.

A-570

NOM B-347

Lámina de acero al carbono laminada en caliente para uso estructural.

A-27

NOM B-353

Piezas coladas de acero de alta resistencia.

A-668 Forjados de acero al carbono y de aleación para uso industrial general.


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RELACION ESFUERZO-DEFORMACION DELACERO

Sea una barra de acero al bajo carbono (A-36) sujeta a tensión con seccióncircular.

Todos los elementos de distintos materiales a nivel molecular fallan al cortante.


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Una de las tareas más importantes del proyectista es determinar de la maneramás precisa posible el valor de las cargas que soportará la estructura durantesu vida útil, así como su posición y también determinar las combinaciones másdesfavorables que de acuerdo a los reglamentos pueda presentarse.

TIPOS DE CARGAS

Cargas muertas Cargas vivas Cargas accidentales

CARGAS MUERTAS

Son aquellas cuya magnitud y posición, permanecen prácticamente constantesdurante la vida útil de la estructura.

Peso propio. Instalaciones. Empujes de rellenos definitivos. Cargas debidas a deformaciones permanentes.

CARGAS VIVAS

Son cargas variables en magnitud y posición debidas al funcionamiento propiode la estructura.

Personal. Mobiliario. Empujes de cargas de almacenes.


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Estas cargas se especifican como uniformemente repartidas por unidad deárea en el ANSI y otros códigos como el RCDF-87 título 6.

Cargas vivas máximas para diseño por carga gravitacional (combinacióncomún).

Cargas vivas medias para diseño por estado límite de servicio.

Cargas vivas instantáneas para diseño por combinación accidental.

La vida útil de una estructura es de aproximadamente 50 años.

Cargas vivas de impacto (de acuerdo al IMCA) Instituto Mexicano de laConstrucción en Acero.

Incremento de carga

Soportes de elevadores 100 %

Soportes de maquinaria ligera impulsada por motores eléctricos 20 %

Soportes de maquinaria con movimiento alternativo o impulsadacon motores de combustión

50 %

Tirantes que soporten pisos y balcones 33%

Cargas vivas para estructuras especiales:


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Para puentes de FFCC las normas de la American RalwayEngineering Association (AREA).

Para puentes carreteros las normas de la American Association of StateHighway and Transportation Officials (AASHTO).

Para edificios el Unifor Building Code (UBC):

CARGAS ACCIDENTALES:

VIENTO: Estas cargas dependen de la ubicación de la estructura, de su altura,del área expuesta y de la posición. Las cargas de viento se manifiestan comopresiones y succiones. En las NTC-Viento del RCDF-87 se especifica el cálculode estas presiones de acuerdo a las características de la estructura.

En general ni se especifican normas de diseño para el efecto de huracanes otornados, debido a que se considera incosteable el diseño contra estos efectos;sin embargo, se sabe que el detallado cuidadoso del refuerzo, y la unión derefuerzos en los sistemas de piso con muros mejora notablemente sucomportamiento.

SISMO: Estas cargas inducidas en las estructuras están en relación a su masay elevación a partir del suelo; así como de las aceleraciones del terreno y de lacapacidad de la estructura para disipar energía; estas cargas se puedendeterminar como fuerzas estáticas horizontales aplicadas a las masas de laestructura, aunque en ocasiones debido a la altura de los edificios o esbeltezse hace necesario un análisis dinámico para determinar las fuerzas máximas aque estará sometida la estructura.


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FACTORES DE CARGA:

Los factores de carga incrementan sus magnitudes para tomar en cuenta lasincertidumbres para estimar sus valores:

REGLAMENTO LRFD COMBINACIONES MAS

FRECUENTES

Carga muerta = D U = 1.4 D

Carga viva = L U = 1.2 D + 1.6 L + 0.5 (Lr ó S ó R)

Carga viva en techo = Lr U = 1.2 D +1.6 (Lr ó S ó R)

Carga viento = W U = 1.2 D +1.3 W + 0.5 L +0.5 (Lr ó S óR)

Carga por sismo = E U = 1.2 D + 1.5 E + (0.5L ó 0.2S)

Carga de nieve = S U = 0.9 D – (1.3 W ó 1.5 E)

Carga de lluvia = R

Carga última total = U

Carga muerta = CM *1.4 CMmáx ó 1.5 CMmáx

Carga viva = CV *1.4 (CMmáx + CVmáx ) ó1.5(CMmáx +Cvmáx )

Carga por viento = V **1.1 (CMmed. + CVinst. + S en unadirección ó V)

Carga sísmica = S ***0.9 (CMmin + CVmin) + 1.1 (S en unadirección o V


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****1.0 (CMmed. + CVmed)

MIEMBROS SUJETOS A COMPRESION

Los miembros sujetos a compresión se distinguen de los sujetos a tensión porlo siguiente:

a. Las cargas de tensión tienden a mantener rectos a los miembrosmientras que las de compresión tienden a flexionarlas.

b. La presencia de agujeros en la sección transversal de miembrosreducen el área efectiva de tensión, mientras que en el caso decompresión, los tornillos, remaches y pernos llenan al agujeroapoyándose en ellas a pesar la holgura que existe considerando lasáreas totales disponibles para soportar la compresión.

c. La experiencia demuestra que mientras las columnas son losuficientemente cortas, falla plastificándose totalmente todas las "fibras"de la sección transversal (es decir que alcanzan el esfuerzo de fluencia),que es el límite elástico del material (Fy).


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Conforme aumentan su longitud sin variar su sección transversal, lascolumnas fallan alcanzando el esfuerzo de fluencia solo algunas "fibras de lasección", llamadas columnas intermedias.

Finalmente cuando las columnas son lo suficientemente largas fallan sin queningún punto alcance el valor del esfuerzo de fluencia.

En 1757 Leonhard Euler (suizo) desarrollo un modelo matemático paradescubrir el comportamiento de las columnas esbeltas de la manera siguiente:

Las pruebas hechas en columnas producen valores de relaciones de esbeltezdistribuidos en una franja ancha que promedia la curva de comportamiento realde falla de las columnas.


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Los factores que afectan la resistencia de las columnas son varias aún encondiciones de laboratorio:

Centrado de la energía Imperfecciones de la sección Homogeneidad del material Rectitud del elemento columna Esfuerzos residuales

Las condiciones de apoyo son las más importantes a menudo para determinarla carga crítica de una columna, debido a la variación de casos que sepresentan en la práctica, por lo cual se ha considerado en la fórmula de Euler elvalor de L como la "longitud efectiva" de la columna, es decir, la longitud entrepuntos de inflexión en la geometría deformada de la columna considerando unvalor de k de modo que el producto kL = Le = longitud efectiva de la columna.

La fórmula de Euler solo predice el comportamiento en columnas esbeltaz,cuando "L" es la longitud efectiva de la columna, sin embargo cuando elesfuerzo es próximo al límite de proporcionalidad del material se separa lafunción de Euler del comportamiento real; al límite de la relación de esbeltez apartir del cual esta sucede se le denomina Cc y comienza el comportamientoinelástico que fue estudiado por Engesser y Karman proponiendo fórmulas parael módulo secante y módulo reducido las cuales aún se encuentran endiscusión pero obtienen valores cercanos al comportamiento real.


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ESTADO LIMITE DE PANDEO PORFLEXOCOMPRESION

En miembros comprimidos con uno o ningún eje de simetría, tales como LI, LD,TR o con dos ejes de simetría pero muy baja rigidez torsional: IE, IR, IS,secciones en cruz, puede ser necesario revisar los estados límite de pandeopor flexotorsión o torsión, cuyos procedimientos no están incluidos en estasnormas:

Ejemplos de diseño de miembros a compresión:

Obtener la resistencia nominal a compresión de una barra de armadurasujeta a compresión formada por dos LI 64 x 6, si su longitud es de 2.00m y A-36.

A= 7.68 cm2

rmin = 1.24 cm Fy = 2530 kg/cm2 K = 1 (doblemente articulada)Iz = 11.65cm4

Sigo con el cálculo

Sección tipo 3


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10.16 < 12.72 es sección tipo 3

Edo. Límite de pandeo por flexión:

Menor que es una columna esbelta

Si FR = 0.85

Kg resistencia delmiembro compresión si nos hubiera salido tipo 4 habría que calcular Qa, Qs,etc.

Obtener la resistencia a compresión de una columna formada por unperfil IR 356 x 63.8, si se encuentra conectado como se muestra, A-36:

A = 81.3 cm2 tw = 0.78 cm ry = 4.8 cm

bf = 20.3 cm Ix = 17815 cm4 rx = 14.8 cm

tf = 1.35 cm Iy = 1881cm4


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Los tornillos se diseñan a tensión máxima.

Dirección X

Kx = 2.1

Dirección Y

Ky = 0.8

Tipo de sección:

Patín

Límite

Como 7.52 < 16.50 el patín es S1

para el alma:


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Límite para S1, S2, S3

Como 44.49 > 41.77 el alma es S4

En conclusión como el patín es S1 y el alma es S4 sigue S4 (por ser másdesfavorable)

Edo. Límite de pandeo local:

Para el alma:

Para el patín:


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MIEMBROS A FLEXION

Lo anterior es cierto solamente si la longitud "L" de la viga es menor a el valor"Lp" denominada longitud máxima no soportada lateralmente para la cualocurre la plastificación de la sección, lo cual permite su rotación. A estecomportamiento se le denomina pandeo plástico (L < Lp).

Si la longitud "L" de la viga es mayor que "Lp" pero menor que cierto valor "Lr"denominada longitud máxima no soportada lateralmente para la cual aún sepresenta el pandeo lateral de la sección alcanzando el valor de fluencia enalgunos de los puntos de la sección pero no en todos. A este comportamientose le denomina pandeo inelástico (Lp < L < Lr).

Si la longitud "L" de la viga es mayor que "Lr", la viga se pandeara lateralmente"arrugándose" el patín a compresión, y si su rigidez torsional es baja seproducirá falla por flexotorsión. En este caso no se alcanza el valor de Fy enningún punto debido a flexión, llamado pandeo elástico ( L > Lr).


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Los valores de Lp y Lr dependen de la sección transversal del miembro, delesfuerzo de fluencia del material empleado, así como de los esfuerzosresiduales presentes en el miembro de tal forma que los valores de Lp y Lrestán tabulados para cada sección en el AISC, mientras que en las NTC-Metálicas del RCDF – 87, se dan expresiones para calcularlas.

COEFICIENTES DE FLEXION:

En los casos en que el tramo no soportado lateralmente (tramo de diseño) seencuentra flexionado en curvatura doble, o bien en curvatura simple, pero losmomentos en los extremos de dicho tramo son mayores que el de cualquierpunto intermedio, se aplican coeficientes de flexión "c" para ajustar (amplificar)los valores resultantes del caso base (curvatura simple con momentosextremos menores que en cualquier punto intermedio)para obtener losmomentos nominales que verdaderamente alcanzará la sección estudiada bajoel diagrama de flexión en tensión.


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La razón de la amplificación de los valores de Mn* (base), se debe a que elcaso base es el más crítico, mientras que cuando el tramo se flexiona encurvatura doble tenemos mayor restricción al pandeo.

Cb>1

Cb = 1 Caso crítico Caso más favorable

De acuerdo a las NTC- Metálicas

Para curvatura simple

Para curvatura doble

C = 1 cuando el momento en cualquier sección dentro del tramo no soportadolateralmente es menor que M2 y cuando el patín no esta soportado lateralmentede forma efectiva (en alguno de los extremos).

M1 = momento menor de diseño en el tramo L (del extremo).M2 = momento mayor de diseño en el tramo L (del extremo).

DISEÑO DE MIEMBROS A FLEXION

En el diseño de miembros a flexión deberán considerarse los estados límite defallas siguientes:

Formación de mecanismos con articulaciones plásticas. Agotamiento de la resistencia a flexión en miembros que no admiten

redistribución de momentos. Iniciación del flujo plástico en la sección crítica. Pandeo local del patín comprimido (S4). Pandeo local del alma por flexión (S4). Plastificación del alma por cortante. Pandeo local del alma. Pandeo lateral por flexotorsión. Flexión y fuerza cortante combinados. Otras formas de pandeo del alma.


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Fatiga.

Además deberán considerarse los estados límite de servicio por deformacionesy vibraciones excesivas.

RESISTENCIA DE DISEÑO EN FLEXION

La resistencia de diseño en flexión Mr de una viga o trabe de eje recto ysección transversal constante se determina como se indica a continuación:

Miembros soportados lateralmente (L Lu)

Lu = Longitud no soportada lateralmente para la que el miembro puededesarrollar todavía el momento plástico Mp, no se exige capacidad de rotación.

Para este caso en que el patín se encuentra soportado lateralmente de formacontinua, o bien la distancia entre soportes laterales L < Lu es igual a:

Para secciones 1 o 2:

Mr = FrZFy = FrMp

Fr = 0.9

Para secciones IE, IR, IS:

Para secciones OR:

Donde:

Mp = Momento plástico resistente de la sección.M1 = Menor de los momentos extremos en el tramo no soportado lateralmente.


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ry = radio de giro de la sección con respecto del menor momento de inerciade la sección.M1/Mp > 0 si el tramo se flexiona en curvatura doble.M1/Mp < 0 si el tramo se flexiona en curvatura simple.

El patín comprimido debe soportarse lateralmente en todas sus secciones enque aparezcan articulaciones plásticas.

Secciones tipo 3:

Mr = FrSFy = FrMy

Donde:

S= Módulo elástico de la secciónFr = 0.9My = Momento elástico de la sección (inicio de fluencia)

Para secciones IR, IS, IE, flexionada en torno a cualquier eje centroidalprincipal puede tomarse un valor de Mr comprendido entre FrMy calculado porinterpolación lineal de acúerdo a los valores correspondientes a 830/ Fy y 540/Fy de las relaciones ancho espesor de patines:

FrMp 830/ FyFrMy 540/ Fy

Si la flexión es en torno al eje de mayor momento de inercia se comprobaráque la relación ancho / espesor del alma no excede de la correspondiente alvalor calculado de Mr para la cual también se interpolará linealmente entre lasrelaciones: 8000/ fy y 5000/ fy correspondientes a FrMp y FrMyrespectivamente.

No hay límites en la longitud L (no apoyada lateralmente) en seccione 1, 2, 3 oen secciones OR, OS, OC o bien cuando la viga sea cual fuere su seccióntransversal, se flexiona alrededor de su eje de menor momento de inercia. Porlo tanto, en estos casos Mr se determina como:


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Mr = FrMp ó Mr = FrMy

Secciones tipo 4:

Cuando el alma como el patín comprimido son tipo 4 Mr se determina con loscriterios de diseño de perfiles de pared delgada dobladas en frío.

Cuando las almas son tipo 1, 2 o3 y los patines tipo 4 se tendrán dos casos:

c.1) Si el patín comprimido esta formado por elementos planos no atiesados:

Mr = FrQsSFy = FrQsMy

c.2) Si el patín esta formado por elementos planos atiesados:

Mr = FrSeFy

Donde:

Se =Módulo de sección efectivo del elemento obtenido con el ancho efectivo"be" del elemento.

MIEMBROS NO SOPORTADOS LATERALMENTE L > LU

La resistencia de diseño a flexión cuyo patín comprimido esta provisto desoportes laterales con separaciones mayores que Lu es:

a. Para secciones 1 o 2 con dos ejes de simetría , flexionados alrededordel eje de mayor momento de inercia:

Si

Si


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Mp = Momento plásticoMu = Momento resistente nominal de la sección por pandeo elásticoLr = Longitud que separa los intervalos de aplicación de las 2 ecuacionesanteriores

Mu = es al de diseño

Para vigas con secciones IE, IR, IS, laminadas o hechas con tres placassoldadas, el momento resistente nominal de la sección Mu cuando el pandeolateral es en la zona elástica se determina como:

En secciones IE, IR, IS, laminadas o hechas con placas de dimensionessemejantes a las laminadas puede tomarse:

Donde:


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En las ecuaciones anteriores:

Fr = 0.9A = área total de la secciónd = peralteIy = momento de inercia mínimo de la secciónRy = radio de girot = espesor del patín comprimidoL = longitud de la viga no soportada lateralmente del patínJ = Constante de torsión de Sant – VenantCa = alabeo por torsiónC = coeficiente de flexiónC = 0.6 + 0.40 M1/M2 para curvatura simpleC = 0.6 - 0.40 M1/M2 0.40 para curvatura dobleC = 1 cuando el momento flexionante en cualquier sección dentro del tramo nosoportado lateralmente es mayor que M2. Cuando el patín no esta soportadolateralmente efectivamente en uno de los extremos.M1 = menor momento en el tramo de diseño LM2 = mayor momento en el tramo de diseño LPara secciones rectangular hueca (OR) Ca = 0

MIEMBROS A FLEXOCOMPRESION

Se consideran miembros de eje recto y sección transversal constante con dosejes de simetría.

Para fines de diseño con las NTC- metálicas se consideran los miembros flexocomprimidos pertenecientes a uno de los dos tipos de estructuras:


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ESTRUCTURAS REGULARES:

Formadas por marcos planos con o sin contra venteo vertical, con o sin murosestructurales: paralelos o casi paralelos ligados entre sí en todos susentrepisos a través de sistemas de piso con resistencia y rigidez suficiente parahacer que todos los marcos y muros trabajen en conjunto para soportar lasfuerzas laterales debido al sismo o viento, o para proporcionar a la estructura,la rigidez suficiente para evitar el pandeo en conjunto bajo cargas verticales.

Además todos los marcos deben ser simétricos y todas las columnas de unentrepiso deberán tener la misma altura aunque haya entrepiso con diferentealtura

ESTRUCTURAS IRREGULARES:

Cuando ocurre alguno de los siguientes casos:

No esta formada por marcos planos. No están los muros paralelos entre sí. No forman dos sistemas de marcos perpendiculares entre sí. Los sistemas de piso no tienen la rigidez o resistencia suficiente para

distribuir fuerzas laterales de manera uniforme. Cuando zonas importantes de los entrepisos están huecas. Cuando la geometría de los marcos difiere sustancialmente de unos a

otros. Cuando algún entrepiso tiene columnas de distinta altura.

Una estructura puede ser regular en una dirección e irregular en otra.

Ejemplos de Estructuras:

REGULARES: Edificios de departamentos, oficinas.IRREGULARES: Teatros, cines, plantas industriales, auditorios.

METODOS DE ANALISIS Y DISEÑO

Los elementos mecánicos de diseño se pueden obtener con análisis de primerorden , basados en la geometría inicial de la estructura; o un análisis desegundo orden considerando al menos los incrementos de las fuerzas internasdebidas a cargas verticales al actuar sobre la estructura deformada.


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Cuando sean significativas las cargas axiales se considerará la interacciónflexión – carga axial en las rigideces y cargas de sujeción.

La dificultad de diseño esta en proporción inversa a la exactitud del análisisefectuado, ya que se consideran factores de amplificación que deberáncalcularse aún si no se ha hecho el análisis respectivo.

ANALISIS DE PRIMER ORDEN

Si las fuerzas normales y momentos se obtienen por un análisis de primerorden, los momentos de diseño se determinarán como:


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En (a) Mt1 es el momento de diseño en el extremo en consideración de lacolumna.

En (b) Mt1 es uno de los momentos de diseño que actúan en los dos extremos.En (a) y (b) Mt1 es producto por cargas que no ocasionan desplazamientoslaterales apreciables (cargas verticales, CM, CV)

En (a) Mtp es el momento de diseño en el extremo en consideración de lacolumna.En (b) Mtp es uno de los momentos que actúa en los dos extremosEn (a) y (b) Mtp es considerado por cargas que si producen desplazamientoslaterales apreciables (sismo, viento).En (b) el término B2 Mtp se calcula en los dos extremos de la columna y M* esel mayor de los valores.

MUO = Es el momento amplificado de diseño por extremo de columna.MUO* = Es el momento amplificado máximo de diseño de columna.

En general los momentos Mt1 son producidos por cargas verticales y los Mtppor cargas laterales. Aunque las verticales pueden ocasionar Mtp significativosen estructuras muy asimétricas en geometría o cargas.

En marcos de estructuras regulares con muros de cortante y contraventeosdesaparece el término B2Mtp de las ecuaciones (a) y (b) y los momentos Mt1será la suma de los producidos por las cargas verticales y horizontales.


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Para miembros flexocomprimidos con marcos con o sin contraventeos sincargas transversales intermedias:

Para miembros

flexocomprimidos que forman marcos con o sin contraventeos con cargastransversales intermedias independientemente de que haya momentos en susextremos.

Siendo:

o = Deflexión lateral máxima.Mou = Momento máximo entre apoyos debido a cargas transversales y a losmomentos extremos cuando los haya.

En lugar de la fórmula anterior se puede usar:


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C = 0.85 para extremos restringidosangularmente.

C =1 si no están restringidos angularmente:

Donde:

L = longitud no soportada lateralmente en el plano de flexiónr = radio de giro correspondientek = factor de longitud efectiva*para B1 se calcula PE con K para extremos sin desplazamiento lateral k 1*para B2 se calcula PE con K para extremos con desplazamiento lateral k 1

PE = suma de cargas de Euler de todas las columnas de entrepisocorrespondiente (en la dirección de análisis). Pu = suma de cargas axiales de diseño de todas las columnas delentrepiso en cuestión.


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Fi oH

oH = desplazamiento lateral relativo de los niveles que limitan elentrepiso considerado en la dirección del análisis y debido a las fuerzasde diseño. H = suma de todas las fuerzas horizontales de diseño que actúan arribadel entrepiso considerado (cortante sísmico de entrepiso)L = altura de entrepiso

ANALISIS DE SEGUNDO ORDEN

Si las fuerzas axiales y momentos se obtienen a través de un análisis desegundo orden considerando los efectos antes indicados, los momentos dediseño se determinan como:

En este caso PE se obtiene considerando k 1 ( sin desplazamientolateral)Los términos tienen el mismo significado que en el caso de análisis deprimer orden.B1 = coeficiente que considera la interacción flexión normalB2 = coeficiente que considera los efectos de 2° orden

Los términos de (a) y (b) tienen el mismo significado que en el análisis de1er orden.

DETERMINACION DE CARGAS ESTATICAS


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Las cargas críticas de estructuras regulares pueden determinarse empleandométodos racionales que consideran la plastificación parcial de la estructura quesuele procede a la falla por pandeo. Pueden emplearse métodos basados en elcálculo de k.

Se puede suponer como carga crítica de un entrepiso:

Si

Si

Donde:

Pcr = carga crítica de diseño de pandeo con desplazamiento lateral delentrepiso Py = AtFyFr = 0.9R = rigidez de entrepiso determinada mediante un análisis de primerordenL = altura del entrepiso

ESTRUCTURAS IRREGULARES

Análisis de primer orden:

Si las fuerzas normales y los momentos se obtienen a través de un análisisconvencional, los momentos de diseño se obtendrán como:

En (a) Mti y Mtp son los momentos debidos a cargas que no producendesplazamientos y la segunda debida a que si producen desplazamientoslaterales apreciables.

Los valores de C solo se aplican a columnas que forman parte de marcoscontraventeados adecuadamente, en caso contrario C = 0.85


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Cuando las cargas axiales y momentos flexionantes se obtienen con un análisisde 2 ° orden los momentos amplificados se obtendrán como:

Con el significado inicialmente dado, salvo que ahora:

PE se determina con k 1.0

En el diseño de miembros a flexocompresión deberán considerarse lossiguientes estados límites de falla:

Pandeo de conjunto de entrepiso por carga vertical. Pandeo individual de una o más columnas bajo carga vertical. Inestabilidad de conjunto de un entrepiso, bajo cargas verticales y

horizontales combinadas. Falla individual de una o más columnas, bajo cargas verticales y

horizontales combinadas; por inestabilidad o porque se acabe laresistencia de alguna de las secciones extremas.

Pandeo local.


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TIPOS DE PERFILES


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CLASIFICACION DE LAS SECCIONES:


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Las secciones estructurales metálicas se clasifican en cuatro tipos deacuerdo a las relaciones ancho/espesor máximo de los elementos que lascomponen:

SECCION TIPO 1(Secciones para diseño plástico): Son aquellas quepueden alcanzar el momento plástico y conservarlo durante la rotaciónnecesaria para que ocurra la redistribución de esfuerzos (momentos) enla estructura.

Mp = Fy Z Z = C S Z = módulo plástico C > 1

SECCION TIPO 2 (Para diseño plástico sin rotación, seccionescompactas): Son aquellas que pueden alcanzar el momento plástico,pero no tienen capacidad bajo momento constante Mp.

My = Fy S S = I/C


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SECCIONES TIPO 3 (para diseño a la fluencia o elástica, seccionessemicompactas): Son aquellas que pueden alcanzar el momento elásticoMy (iniciación del flujo plástico).

SECCIONES TIPO 4 (Secciones esbeltas): Son aquellas que tienencomo límite de resistencia el pandeo local de alguno de sus elementos(por esfuerzos de compresión).


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METODOS DE DISEÑO:

En un principio, las estructuras se diseñaron empleando esfuerzos permisibleso de trabajo, que limitaban el esfuerzo normal o tangencial de una pieza o unafracción del esfuerzo de fluencia del material, razón por la cual se le denominacomúnmente "diseño elástico" aunque es más correcto el termino: "diseño poresfuerzos permisibles o de trabajo".

Cabe señalar que si se aprovecha la resistencia del material más allá de su punto defluencia (como es el caso del acero) y se defina el esfuerzo permisible en función delesfuerzo de falla se estará diseñando plásticamente, por lo cual es impropio el términode diseño elástico.

FACTORES DE RESISTENCIA:

Para estimar con precisión la resistencia última de un elemento estructural sedeben tomar en cuenta la incertidumbre que se tiene en las hipótesis dediseño, resistencia de materiales, dimensiones de cada sección, mano de obra,aproximación de los análisis, etc.


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TIPO 1.- Comúnmente designados marcos rígidos o estructurascontinuas, los miembros que las componen están unidas porconexiones rígidas (nodos rígidos). Tales conexiones deben ser capacesde transmitir cuando menos 1.25 veces el momento y fuerzas normalesy cortantes de diseño de cada uno de los miembros que une la conexión.

TIPO 2.- Comúnmente designados armaduras, unidas con conexionesque permiten rotaciones relativas, siendo capaces de transmitir el 100%de las fuerzas normales y cortantes, así como momentos no mayoresdel 20% de los momentos resistentes de diseño de los miembros queune la conexión.

Las estructuras tipo 1, se pueden analizar por los métodos elásticos oplásticos para este último deberán cumplirse las siguientes condiciones:

Fy < 0.8 Fu

La gráfica esfuerzo - deformación debe presentar la siguiente característica:


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las secciones de los miembros que forman la estructura sean todastipo 1 (secciones compactas).

Los miembros estén contra venteados lateralmente. Se usa doble atiesador en almas donde se formen articulaciones

plásticas en la sección donde hay cargas concentradas. No se aplican cargas que produzcan falla por fatiga ni halla fallas de tipo frágil.

VALORES MAXIMOS ADMISIBLES DE RELACION ANCHO –ESPESOR


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ANCHO:

ELEMENTOS PLANOS NO ATIESADOS

Son aquellos que están soportados a lo largo de uno solo de sus bordesparalelos a la dirección de la fuerza de compresión. Su ancho se toma comosigue:

En placas, la distancia del borde libre a la primera fila de soldadura,remaches o tornillos.

En alas de ángulos, patines de canales y almas de tes, la dimensiónnominal total.

En patines de secciones I, H, T, la mitad de la dimensión nominal total. En perfiles hechos con lámina doblada, la distancia del borde libre a la

iniciación de la curva que une el elemento considerado con el resto delperfil.

ELEMENTOS PLANOS ATIESADOS (S1, S2, S3)

Son aquellos que están soportados a lo largo de sus dos bordes paralelos alesfuerzo de compresión. Su ancho se toma como sigue:


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a. En patines de secciones de cajón hechos en cuatro placas, ladistancia entre líneas adyacentes de soldaduras, remaches o tornillos.

En patines de secciones laminadas en cajón la distancia libre entrealmas, menos los radios de las dos curvas de unión.

En almas de secciones formadas por placas H, I o en cajón la distanciaentre líneas adyacente de remaches o tornillos, en secciones soldadasla distancia libre entre patines.

En almas de secciones laminadas en caliente o dobladas en frío, ladistancia entre la iniciaciones de las curvas de unión con las curvas desoporte.


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GRUESO:

En elementos de grueso uniforme, este se toma igual al valor nominal. Enpatines de espesor variable se toma el grueso nominal medio a la mitad de ladistancia entre el borde y la cara del alma.

SECCIONES CIRCULARES HUECAS (OC).

En estos la relación b/t se determina por el cociente diámetro exterior/gruesode la pared.


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TIPOS DE TORNILLOSExisten varios tipos de tornillos que pueden usarse para conectar miembros deacero; éstos se describen a continuación.

Tornillos ordinarios o comunes.

Estos tornillos los designa la ASTM como tornillos A307 y se fabrican conaceros al carbono con características de esfuerzos y deformaciones muyparecidas al del acero A36. Están disponibles en diámetros que van de 5/8pulgadas hasta 1 1/2 en incrementos de 1/8 pulg. Los tornillos A307 se fabricangeneralmente con cabezas y tuercas cuadradas para reducir costos, pero lascabezas hexagonales se usan a veces porque tienen una apariencia un pocomás atractiva, son más fáciles de manipular con las llaves mecánicas yrequieren menos espacio para girarlas.

Tienen relativamente grandes tolerancias en el vástago y en las dimensionesde la cuerda, pero sus resistencias de diseño son menores que las de losremaches o de los tornillos de alta resistencia. Se usan principalmente enestructuras ligeras sujetas a cargas estáticas y en miembros secundarios(largueros, correas, riostras, plataformas, armaduras pequeñas, etc.).

Los proyectistas a veces son culpables de especificar tornillos de altaresistencia en conexiones para las que los tornillos ordinarios seríansatisfactorios. La resistencia y ventajas de los tornillos ordinarios sesubestimaron en el pasado. El análisis y diseño de las conexiones con tornillosA307 se efectúan exactamente igual que en las conexiones remachadas,excepto que los esfuerzos permisibles son diferentes.

Tornillos de alta resistencia.

Estos tornillos se fabrican a base de acero al carbono tratado térmicamente yaceros aleados; tienen resistencias a la tensión de dos o más veces la de lostornillos ordinarios. Existen dos tipos básicos, los A325 (hechos con acero alcarbono tratado térmicamente) y los A490 de mayor resistencia (tambiéntratados térmicamente, pero hechos con acero aleado).

Los tornillos de alta resistencia se usan para todo tipo de estructuras, desdepequeños edificios hasta rascacielos y puentes monumentales.


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Estos tornillos se desarrollaron para superar la debilidad de los remaches(principalmente la tensión insuficiente en el vástago una vez enfriados). Lastensiones resultantes en los remaches no son suficientemente grandes paramantenerlos en posición durante la aplicación de cargas de impacto ovibratorias; a causa de esto, los remaches se aflojan, vibran y a la larga tienenque reemplazarse.

Los tornillos de alta resistencia pueden apretarse hasta que se alcanzanesfuerzos muy altos de tensión, de manera que las partes conectadas quedanfuertemente afianzadas entre la tuerca del tornillo y su cabeza, lo que permiteque las cargas se transfieran principalmente por fricción.

En ocasiones se fabrican tornillos de alta resistencia a partir de acero A449 condiámetros mayores de 1 ½ pulg. que es el diámetro máximo de los A325 yA490. Estos tornillos pueden usarse también como pernos de anclaje de altaresistencia y para barras roscadas de diversos diámetros.

VENTAJAS DE LOS TORNILLOS DE ALTARESISTENCIA

Entre las muchas ventajas de los tornillos de alta resistencia, que en parteexplican su gran éxito, están las siguientes:

1. Las cuadrillas de hombres necesarias para atornillar, son menores quelas que se necesitan para remachar. Dos parejas de atornilladorespueden fácilmente colocar el doble de tornillos en un día, que el númerode remaches colocados por una cuadrilla normal de cuatroremachadores, resultando un montaje de acero estructural más rápido.

2. En comparación con los remaches, se requiere menor número detornillos para proporcionar la misma resistencia.


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3. Unas buenas juntas atornilladas pueden realizarlas hombres conmucho menor entrenamiento y experiencia que los necesarios paraproducir conexiones soldadas o remachadas de calidad semejante. Lainstalación apropiada de tornillos de alta resistencia puede aprenderse encuestión de horas.

4. No se requieren pernos de montaje que deben removerse después(dependiendo de las especificaciones) como en las juntas soldadas.

5. Resulta menos ruidoso en comparación con el remachado.

6. Se requiere equipo más barato para realizar conexiones atornilladas.

7. No existe riesgo de fuego ni peligro por el lanzamiento de los remachescalientes.

8. Las pruebas hechas en juntas remachadas y en juntas atornilladas, bajocondiciones idénticas, muestran definitivamente que las juntasatornilladas tienen una mayor resistencia a la fatiga. Su resistencia a lafatiga es igual o mayor que la obtenida con juntas soldadas equivalentes.

9. Donde las estructuras se alteran o desensamblan posteriormente, loscambios en las conexiones son muy sencillos por la facilidad para quitarlos tornillos.

TORNILLOS DE ALTA RESISTENCIA

Los tornillos deben satisfacer alguna de las siguientes normas ASTM-325 oASTM-490.

Todos los tornillos A-325 o A-490 deben apretarse hasta que haya en ellos unatensión mayor o igual a la siguiente tabla.

TONELADAS (MÉTRICAS)

tornillo A-325 A-440

½ 5.4 6.8

5/8 8.6 10.9

¾ 12.7 15.9

7/8 17.7 22.2


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1 23.1 29.0

1 1/8 25.4 36.3

1 ¼ 32.2 46.3

1 3/8 38.6 54.9

El fuste es el que da la medida.

Tanto la tuerca como el tornillo deben ser de alta resistencia, para que sirva laconexión.El apriete puede realizarse utilizando medidores de tensión o usando llavescalibradas. * Área efectiva al aplastamiento de tornillos es igual a: (Aeap)


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Donde:d = diámetro del fuste.Lap = longitud de aplastamiento (grueso de la placa donde se aloja).

* Resistencia de diseño de tornillos (RT).

Donde:FR = factor de resistencia.Af = área transversal nominal del fuerte.

Los factores de resistencia y las resistencias nominales se dan en la siguientetabla.

Los tornillos que trabajan en tensión directa, se dimensionaran de manera quesu resistencia requerida promedio, calculada con el diámetro nominal y sinconsiderar tensiones producidas en el apriete, no excedan la resistencia dediseño. La fuerza aplicada en el tornillo será igual a la suma de las provocadaspor las fuerzas externas factorizadas más las tensiones producidas por lasección de palanca debido a la deformación de las partes conectadas.

Elementos deunión

Resistencia a la tensión Resistencia a cortante

FR Rn (kg/cm2) FR Rn (kg/cm2)

T. A-307 0.75 3160(1) 0.6 1900(2,3)

T. A-325 roscadentro del

plano de corte

0.75 6330 0.65 3800(3)

T. A-325 roscafuera del

0.75 6330 0.65 8060(3)


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plano de corte

T. A-490 roscadentro del

plano de corte

0.75 7900 0.65 4750(3)

T. A-490 roscafuera del

plano de corte

0.75 7900 0.65 6330(3)

TORNILLOS APRETADOS SIN HOLGURA YTORNILLOS COMPLETAMENTE TENSADOSSegún el LRFD, no todos los tornillos de alta resistencia tienen que tensarsecompletamente. Dicho proceso es caro así como su inspección.

Las especificaciones LRFD requieren que los tornillos que deban tensarse enforma completa, se identifiquen claramente en los planos. Estos son lostornillos usados en las conexiones tipo fricción y en las conexiones sujetas atensión directa. Las conexiones tipo fricción se requieren cuando las cargas detrabajo ocasionan un gran número de cambios en los esfuerzos con laposibilidad de que se generen problemas de fatiga.

Otros tornillos requieren apretarse sólo hasta quedar apretados sin holgura(snug-tight). Esto se logra cuando todos los paños de una conexión están encontacto firme entre sí.


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En general se obtiene con el esfuerzo total realizado por un operario con unallave manual o el apretado que se efectúa después de unos pocos golpes conuna llave de impacto. Obviamente hay algunas diferencias en los grados deapretado en estas condiciones. Los tornillos apretados sin holgura debenidentificarse claramente tanto en los planos de diseño como en los de montaje.

La tabla 1, presenta las tensiones necesarias para los sujetadores enconexiones tipo fricción y en conexiones sujetas a tensión directa.

Para estar completamente tensados, los tornillos A325 y los A490 debenapretarse por lo menos al 70% de sus resistencias a la tensión mínimaespecificada.

TABLA 1.- Tensión requerida en los tornillos para conexiones tipo fricción ypara conexiones sujetas a tensión directa.

El control de calidad especificado para la fabricación de los tornillos A325 yA490 es más estricto que para la de los tornillos A449. En consecuencia,independientemente del método para apretar, los tornillos A449 no puedenusarse en conexiones tipo fricción.

Aunque muchos ingenieros sentían que debería existir cierto deslizamiento encomparación con los remaches (ya que los remaches calientes llenan en formamás completa los agujeros), los resultados de pruebas han demostrado quehay menos deslizamiento en juntas con tornillos de alta resistenciacompletamente tensados, que en las juntas remachadas bajo circunstanciassimilares.


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Es interesante observar que las tuercas usadas con los tornillos de altaresistencia, completamente tensados, no necesitan precaución especial paraasegurarlas. Una vez que estos tornillos se instalan y que la tuerca se haapretado lo suficiente para producir la tensión requerida, casi no existe latendencia de las tuercas a aflojarse. Sin embargo, existen unos pocos casos enlos que se aflojan bajo fuertes cargas vibratorias. ¿Qué hacer en tales casos?Algunos montadores reemplazan esos tornillos por otros más largos junto condos tuercas totalmente apretadas. Otros montadores sueldan las tuercas a lostornillos.

MÉTODOS PARA TENSARCOMPLETAMENTE LOS TORNILLOS DEALTA RESISTENCIA

Para los tornillos completamente tensados existen varios métodos paraapretarlos. Estos métodos, incluido el método del giro de la tuerca, el de la llavecalibrada y el uso de tornillos de diseño alternativo, así como los indicadoresdirectos de tensión, los permite sin preferencia las especificaciones LRFD.

Método del giro de la tuerca.

Los tornillos se aprietan sin holgura y luego se les da un giro de 5 o de unavuelta completa, dependiendo de la longitud de éstos y de la inclinación de lassuperficies entre sus cabezas y tuercas. (La magnitud del giro puedecontrolarse fácilmente marcando la posición apretada sin holgura con pintura ocrayón.)

Método de la llave calibrada.

En este método los tornillos se aprietan con una llave de impacto ajustada paradetenerse cuando se alcanza el par necesario para lograr la tensión deseadade acuerdo con el diámetro y la clasificación de la ASTM del tornillo. Esnecesario que las llaves se calibren diariamente y que se usen roldanasendurecidas. Deben protegerse los tornillos del polvo y de la humedad en laobra.

Indicador directo de tensión.

El indicador directo de tensión consiste en una roldana endurecida conprotuberancias en una de sus caras en forma de pequeños arcos. Los arcos seaplanan conforme se aprieta el tornillo.


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La magnitud de la abertura en cualquier momento es una medida de latensión en el tornillo. En los tornillos completamente tensados las aberturasdeben medir 0.015 pulg. o menos.

Tornillos de diseño alternativo.

Además de los métodos anteriores existen algunos tornillos de diseñoalternativo que pueden tensarse satisfactoriamente. Los tornillos con extremosranurados que se extienden más allá de la porción roscada son un ejemplo. Seusan boquillas especiales en las llaves para apretar las tuercas hasta que sedegollan los extremos ranurados.

Para ninguno de los métodos de apretar mencionados antes se especifica unatensión máxima para el tornillo. Esto implica que el tornillo puede apretarse a lacarga más alta que no lo rompa y que aún así trabaje con eficiencia. Si eltornillo se rompe, se coloca otro sin mayores consecuencias.

Debe notarse que las tuercas son más fuertes que el tornillo y que éste seromperá antes de que la tuerca se fracture.

En situaciones de fatiga, donde los miembros están sujetos a fluctuacionesconstantes de las cargas, es muy conveniente la conexión tipo fricción. Si lafuerza que debe soportarse es menor que la resistencia a la fricción, por lo queninguna fuerza queda aplicada a los tornillos, ¿cómo sería posible entoncestener una falla por fatiga? La conexión tipo fricción es un estado límite deservicio, ya que se basa en cargas de trabajo; en una conexión así no sepermite que las cargas de trabajo excedan a la resistencia permisible porfricción.

Otros casos en que es muy conveniente utilizar las conexiones tipo fricción son:juntas en las que los tornillos se usan con agujeros holgados, juntas en las quelos tornillos se usan con agujeros acanalados con las cargas aplicadasparalelamente a la dirección del acanalamiento, juntas sujetas a considerablesinversiones de la fuerza y juntas en las que los tornillos, junto con soldaduras,resisten el cortante sobre la superficie de contacto común de las partesconectadas.

CONEXIONES TIPO FRICCIÓN Y TIPOAPLASTAMIENTO

Cuando los tornillos de alta resistencia se tensan por completo, las partesconectadas quedan abrazadas fuertemente entre sí; se tiene entonces unaconsiderable resistencia al deslizamiento en la superficie de contacto. Estaresistencia es igual a la fuerza al apretar multiplicada por el coeficiente defricción.


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Si la fuerza cortante es menor que la resistencia permisible por fricción, laconexión se denomina tipo fricción. Si la carga excede a la resistencia porfricción, habrá un deslizamiento entre los miembros con un posibledegollamiento de los tornillos y al mismo tiempo las partes conectadasempujarán sobre los tornillos como se muestra en la figura 1.

Las superficies de las juntas, incluidas las adyacentes a las roldanas, debenestar libres de escamas, polvo, rebabas y otros defectos que puedan impedirun contacto pleno entre las partes. Es necesario que las superficies de laspartes conectadas tengan pendientes no mayores de 1 en 20 con respecto alas cabezas y tuercas de los tornillos a menos que se usen roldanas biseladas.En juntas tipo fricción las superficies de contacto también deben estar libres deaceite, pintura y lacas.

Si las superficies de contacto están galvanizadas, el factor de deslizamiento sereducirá a casi la mitad del valor correspondiente a las superficies limpias decostras de laminación.

El factor de deslizamiento puede mejorarse bastante si las superficies sesujetan a un cepillado manual o a un sopleteado con arena. Sin embargo, estostratamientos no incrementan la resistencia al deslizamiento frente a cargaspermanentes donde aparentemente se manifiesta un comportamiento deescurrimiento plástico.

Las especificaciones AASHTO de 1983 permiten la galvanización si las superfi-cies así tratadas se rayan con cepillos de alambre o se someten a unsopleteado con arena después de la galvanización y antes del montaje.

Las especificaciones ASTM permiten la galvanización de los tornillos A325,pero no la de los A490. Existe el peligro de que este acero de alta resistenciase vuelva frágil por la posibilidad de que le penetre hidrógeno durante elproceso de galvanización.

Si se logran condiciones especiales en la superficie de contacto (superficiessopleteadas o superficies sopleteadas y después recubiertas con capasespeciales resistentes al deslizamiento) para aumentar la resistencia aldeslizamiento, el proyectista puede incrementar los valores usados aquí hastaalcanzar los dados por el Research Council on Structural Joints (Consejo deInvestigación de juntas estructurales).


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FIGURA 1.- (a) Junta traslapada, (b) Junta a tope

JUNTAS MIXTASEn ocasiones los tornillos pueden usarse en combinación con soldaduras yotras veces en combinación con remaches (como cuando se añaden a viejasconexiones remachadas para permitirles recibir mayores cargas). Lasespecificaciones LRFD contienen algunas reglas específicas para talessituaciones.

Tornillos en combinación con soldaduras.

Para construcciones nuevas no se usan tornillos ordinarios A307 ni los de altaresistencia, en conexiones tipo aplastamiento, para compartir la carga consoldaduras. (Antes de que la resistencia última de la conexión se alcance, lospernos se deslizarán y la soldadura tendrá que tomar una proporción mayor dela carga; la proporción exacta es difícil de determinar.)

En tales circunstancias la soldadura tendrá que diseñarse para resistir la cargatotal. Si los tornillos de alta resistencia se diseñan para juntas tipo fricción, sepuede permitir que compartan la carga con la soldadura. Si se tuvieran queefectuar alteraciones soldadas a una estructura diseñada con juntas tipofricción, las soldaduras tendrán que diseñarse sólo para la resistencia adicionalrequerida.


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Tornillos de alta resistencia en combinación con remaches.

Se permite que los tornillos de alta resistencia compartan la carga conremaches en construcciones nuevas o en modificaciones de conexiones yaexistentes que se hayan diseñado como tipo fricción. (La ductilidad de losremaches permite que ambos tipos de sujetadores trabajen en conjunto.)

TAMAÑOS DE AGUJEROS PARA TORNILLOSY REMACHES

Además de los agujeros de tamaño estándar para tornillos y remaches que son1/16 pulg. de mayor diámetro que los correspondientes tornillos y remaches,hay tres tipos de agujeros agrandados: holgados, de ranura corta y de ranuralarga. Los agujeros holgados en ocasiones son muy útiles para acelerar elproceso de montaje; además, permiten ajustes en la plomería de la estructuradurante el montaje de ésta. La tabla 2, que corresponde a la J3.5 del manualLRFD, proporciona las dimensiones nominales de los diversos tipos deagujeros agrandados permitidos para los diferentes tamaños de conectores.

Los casos en que pueden usarse los diversos tipos de agujeros agrandados sedescriben a continuación.

Los agujeros holgados:

Pueden usarse en todas las placas de una conexión, siempre que la cargaaplicada no exceda a la resistencia permisible al deslizamiento. No debenutilizarse en juntas tipo aplastamiento. Es necesario usar roldanas endurecidassobre estos agujeros holgados en las placas exteriores.

Los agujeros de ranura corta:

Pueden usarse independientemente de la dirección de la carga aplicada si laresistencia permisible por deslizamiento es mayor que la fuerza aplicada. Si lacarga se aplica en una dirección aproximadamente normal (entre 80° y 100°) ala ranura, estos agujeros pueden usarse en algunas o todas las capas de lasconexiones por aplastamiento. Es necesario usar roldanas (endurecidas si seusan tornillos de alta resistencia) sobre los agujeros de ranura corta en lascapas exteriores.

Los agujeros de ranura larga:

Pueden usarse en cualquiera, pero sólo en una de las partes conectadas y encualquier superficie de contacto en conexiones tipo fricción o tipoaplastamiento.


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En las juntas tipo fricción estos agujeros pueden usarse en cualquier dirección,pero en las juntas de tipo aplastamiento las cargas deben ser normales (entre80° y 100°) a los ejes de los agujeros.

Si se usan agujeros de ranura larga en una capa exterior es necesariocubrirlos con roldanas o con una barra continua. En conexiones con tornillos dealta resistencia las roldanas o la barra no tienen que ser endurecidas, perodeben ser de material estructural y no deben ser menores de 5/16 pulg. en suespesor.

TABLA 2.- Dimensiones nominales de agujeros

TRANSMISIÓN DE CARGA Y TIPOS DEJUNTAS

Se presentan algunos de los tipos elementales de juntas atornilladas oremachadas sujetas a fuerza axial (o sea que las cargas pasan por el centro degravedad del grupo de conectores). Para cada uno de esos tipos de juntas seanalizan los métodos de transmisión de la carga.

Para esta exposición inicial se hará referencia a la parte (a) de la figura1. Sesupone que las placas mostradas están conectadas con un grupo de tornillosapretados sin holgura. En otras palabras, los tornillos no están losuficientemente apretados como para oprimir fuertemente las placas. Si sesupone que hay poca fricción entre las placas, éstas se deslizarán un pocodebido a las cargas aplicadas que se muestran.

En consecuencia, las cargas en las placas tenderán a degollar a los conectoresen el plano entre las placas y a apoyarse contra los lados de los pernos comose muestra en la figura.


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Estos conectores se encuentran entonces en condiciones de corte simple yaplastamiento. Estos deben tener suficiente resistencia para soportar esasfuerzas satisfactoriamente y los miembros que forman la junta deben ser lobastante fuertes para prevenir su desgarramiento por los conectores.

Si se usan remaches en vez de tornillos apretados sin holgura, la situación esalgo diferente porque los remaches colocados en caliente se enfrían, secontraen y oprimen las partes conectadas con fuerzas considerables queaumentan la fricción entre ellas. En consecuencia, una gran porción de lascargas transmitidas entre los miembros se transfiere por fricción. Sin embargo,las fuerzas de apriete producidas en las juntas remachadas no se consideranen general seguras, por lo que las especificaciones consideran las conexionesapretadas sin holgura, como sin resistencia a la fricción. La misma suposiciónse hace para los tornillos ordinarios A307 que no se aprietan con la presiónnecesaria para generar grandes tensiones de confianza.

Los tornillos de alta resistencia completamente tensados forman una claseaparte. Si se usan los métodos para apretar descritos previamente se obtieneuna tensión confiable en los tornillos que dan como resultado grandes fuerzasal apretar y una gran resistencia confiable por fricción al deslizamiento. Amenos que las cargas por transmitirse sean mayores que la resistencia porfricción, las fuerzas totales se resisten por fricción y los tornillos no quedansometidos ni a corte ni a aplastamiento. Si la carga excede a la resistencia porfricción habrá un deslizamiento, quedando los tornillos sometidos a corte y aaplastamiento.

JUNTA TRASLAPADALa junta mostrada en la parte (a) de la figura1 se denomina junta traslapada.Este tipo de junta tiene el inconveniente de que el eje de gravedad de la fuerzaen un miembro no es colineal con el eje de gravedad de la fuerza en el otromiembro.

Se presenta un par que causa una flexión que no es de desearse en laconexión como se muestra en la figura. Por esta razón, la junta traslapada, quese usa sólo para conexiones menores, debe diseñarse con dos conectores porlo menos en cada línea paralela a la longitud del miembro para minimizar laposibilidad de una falla por flexión.

LA JUNTA A TOPEUna junta a tope se forma cuando se conectan tres miembros como se muestraen la figura1 (b). Si la resistencia al deslizamiento entre los miembros esinsignificante, los miembros se deslizarán un poco y tenderán a degollarsimultáneamente a los tornillos en los dos planos de contacto entre losmiembros. Los miembros se apoyan sobre los tornillos y se dice que éstos seencuentran sometidos a cortante doble y aplastamiento. La junta a tope tienedos ventajas principales sobre la junta traslapada; éstas son:


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1. Los miembros se arreglan en forma tal que la fuerza cortante P se reparte endos partes, por lo que la fuerza en cada plano es sólo la mitad de la que setendría en un solo plano si se usara la junta traslapada. Desde el punto de vistadel cortante la capacidad de carga de un grupo de tornillos en cortante doble esteóricamente doble que la del mismo número de tornillos en cortante simple.

2. Se tiene una condición de carga más simétrica. (La junta a tope proporcionauna condición de simetría si los miembros externos son del mismo espesor yresisten las mismas fuerzas. El resultado es una reducción o eliminación de laflexión descrita para la junta traslapada.)

CONEXIONES DE PLANO DOBLE

En este tipo de conexiones los tornillos están sujetos a cortante simple yaplastamiento, pero el momento flexionante no se presenta; en la figura 2(a) semuestra un colgante con este tipo de conexión en la que los tornillos estánsujetos a cortante simple en dos planos diferentes.

FIGURA 2.- (a) conexión de un colgante, (b) Pernos en cortante múltiple

VARIOSEn general las conexiones atornilladas constan de juntas a tope o traslapadas oalguna combinación de éstas, pero existen también otros casos. Por ejemplo,se tienen ocasionalmente juntas en las que se conectan más de tres miembrosy los tornillos quedan sometidos a cortante múltiple como se ve en la figura2(b).


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Aunque los tornillos en esta conexión están sometidos a cortante en más dedos planos, la práctica usual es considerar no más de un cortante doble para elcálculo de la resistencia. No parece físicamente posible que ocurra una fallapor cortante en tres o más planos simultáneamente. En este capítulo y elsiguiente se exponen otros tipos de conexiones atornilladas; entre éstas seincluyen las conexiones con tornillos a tensión, o a tensión y cortante, etc.

FALLAS EN JUNTAS ATORNILLADASLa figura 3 muestra varias maneras como pueden ocurrir las fallas en juntasatornilladas. Para diseñar adecuadamente las juntas atornilladas es necesarioentender claramente estas posibilidades. Estas se describen a continuación:

1. La posibilidad de falla en una junta traslapada por corte del tornillo en elplano entre los miembros (cortante simple) se muestra en (a).

2. En (b) se muestra la posibilidad de una falla a tensión de una de lasplacas a través del agujero de un tornillo.

3. En (c) se muestra la posible falla del tornillo o de la placa poraplastamiento entre ambos.

4. En (d) se muestra otro posible desgarramiento del miembro.

5. En (e) se muestra la falla por cortante doble en dos planos del tornillo.

FIGURA 3.- (a) Falla de un tornillo por cortante simple. (b) Falla de la placa portensión. (c) falla de la placa por aplastamiento. (d) falla de placa por cortantedetrás del perno. (e) falla de una junta a tope por cortante doble.


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SEPARACIÓN Y DISTANCIAS A BORDES DE TORNILLOS

Antes de estudiar lo relativo a la separación entre tornillos y la distancia a losbordes de éstos es necesario aclarar primero algunos términos.

Las siguientes definiciones se presentan para un grupo de tornillos en unaconexión y se ilustran en la figura 4.

El paso es la distancia centro a centro entre tornillos en unadirección paralela al eje del miembro.

El gramil es la distancia centro a centro entre hileras de tornillosperpendicular al eje del miembro.

La distancia al borde es la distancia del centro de un tornillo al borde adyacentede un miembro.

La distancia entre tornillos es la distancia más corta entre tornillossobre la misma o diferentes hileras de gramiles.

FIGURA 4.

SEPARACIÓN MÍNIMALos tornillos deben colocarse a una distancia suficiente entre sí para permitir suinstalación eficiente y prevenir fallas por tensión en los miembros entre lostornillos. La especificación LRFD-J3.9 estipula una distancia mínima centro acentro para agujeros holgados o de ranura, igual a no menos de 2 2/3diámetros (de preferencia 3d).


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Si medimos a lo largo de una línea de transmisión de fuerza, esta distanciadebe incrementarse. En este caso la distancia no debe ser menor que 3d si laresistencia por aplastamiento Rn se determina con cualquiera de las siguientesexpresiones: 2.4 dt Fu y 2.0 dt Fu (estos valores se estudiarán en la próximasección de este capítulo).

De otra manera, la distancia mínima centro a centro entre agujeros estándardebe determinarse con la expresión que sigue, en la que P es la fuerzatransmitida por un sujetador a la parte crítica, es igual a 0.75, t es el espesorde la parte crítica conectada y dh es el diámetro del agujero de tamañoestándar.

Distancia mínima centro a centro =2

h

u

d

tF

P

Si los agujeros son holgados o ranurados la distancia mínima centro a centrose determina con la expresión anterior más el incremento aplicable C1, dado enla tabla 3 (corresponde a la tabla J3.6 del manual LRFD). La distancia libreentre esos agujeros agrandados nunca debe ser menor que el diámetro deltornillo asociado con ellos.

TABLA 3.- Valores del incremento C1 de espaciamiento para determinar lasseparaciones mínimas de agujeros agrandados.

DISTANCIAS MÍNIMAS AL BORDELos tornillos nunca deben colocarse muy cerca de los bordes de un miembropor dos razones principales. El punzonado de los agujeros muy cercanos a losbordes puede ocasionar que el acero opuesto al agujero se abombe o seagriete. La segunda razón se aplica a los extremos de los miembros dondeexiste el peligro de que el sujetador desgarre al metal.


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La práctica común consiste en colocar el sujetador a una distancia mínima delborde de la placa igual a 1.5 o 2.0 veces al diámetro del sujetador, de maneraque el metal en esa zona tenga una resistencia al cortante igual por lo menos ala de los sujetadores. Para tener una información más precisa al respecto, esnecesario consultar las especificaciones vigentes. La especificación LRFD-J4.10 estipula que la distancia entre el centro de un agujero estándar y el bordede la parte conectada no debe ser menor que los valores aplicables, dados enla tabla 4 (tabla J3.7 del manual LRFD) ni que el valor obtenido con la fórmula(cuando sea aplicable) dada en el siguiente párrafo.

TABLA 4.- Distancias mínimas a bordes para agujeros estándar.

En la dirección de la fuerza transmitida, la especificación LRFD establece quela distancia mínima al borde no debe ser menor que 1 ½ d cuando laresistencia por aplastamiento Rn se determine con alguna de las dosexpresiones siguientes (1) 2.4 dt Fu, (2) 2.0 dt Fu. De otra manera, la distanciamínima al borde se debe determinar con la fórmula siguiente:

Distancia mínima al borde en la dirección de la fuerza transmitidatF

P

u con

75.0

Si los agujeros son holgados o ranurados, la distancia mínima al borde no debeser menor que el valor requerido para un agujero estándar más un incrementoC2 obtenido de la tabla 5 (tabla J3.8 del manual LRFD). Otro valor de distanciamínima al borde lo proporcionan las especificaciones LRFD para conexiones deextremo atornilladas a almas de vigas y diseñadas para tomar sólo reaccionescortantes de la viga.


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TABLA 5.- Valore del incremento C2 para distancias al borde de agujerosagrandados

DISTANCIAS MÁXIMAS AL BORDEMuchas especificaciones proporcionan distancias máximas a las que lostornillos pueden colocarse del borde de una conexión. Según la especificaciónLRFD-J3.11 esta distancia máxima es de 12 veces el espesor de la placa, perosin exceder de 6 pulg.

Si los tornillos se colocan muy lejos de los bordes, pueden aparecer aberturasentre los miembros conectados. En la sección E4 de las especificaciones sedan límites para el paso y distancias al borde de juntas atornilladas enmiembros de acero sin pintar, expuestos a la intemperie. Pueden considerarsetambién reparaciones máximas en miembros a compresión para que no ocurrael pandeo local entre los tornillos.

Los agujeros no pueden punzonarse muy cerca de la unión del alma con elpatín en una viga o de la unión de los lados en un ángulo. Estos puedentaladrarse, pero esta operación por su alto costo, debe evitarse a menos que setrate de una situación extraordinaria. Aun cuando puedan taladrarse losagujeros en esos lugares, puede resultar muy difícil e incómodo colocar yapretar los tornillos debido al poco espacio disponible.

CONEXIONES TIPO APLASTAMIENTO,CARGAS QUE PASAN POR EL CENTRO DEGRAVEDAD DE LA CONEXIÓN


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Resistencia al cortante

. En las conexiones tipo aplastamiento se supone que las cargas portransmitirse son mayores que la resistencia a la fricción generada al apretar lostornillos; como consecuencia se presenta un pequeño deslizamiento entre losmiembros conectados, quedando los tornillos sometidos a corte yaplastamiento. La resistencia de diseño de un tornillo en cortante simple esigual a veces la resistencia nominal a cortante (klb/plg2) del tornillomultiplicada por el área de su sección transversal.

Los valores de dados por las especificaciones LRFD son de 0.65 paratornillos de alta resistencia y remaches, y de 0.60 para tornillos ordinariosA307.

Las resistencias nominales a cortante de tornillos y remaches se proporcionanen la tabla J3.2 de las especificaciones LRFD. Para los tornillos A325 losvalores son 54 klb/plg2 si las cuerdas no están excluidas de los planos decortante y 72 klb/plg2 si las cuerdas están excluidas. (Para los tornillos A490 losvalores son 67.5 y 90 klb/plg2.) La resistencia a cortante de un tornillo encortante doble se considera que es igual a dos veces su resistencia a cortantesimple.

El estudiante podría preguntarse qué se hace en la práctica del diseño en loque respecta a la exclusión o no exclusión de las cuerdas de los planos decortante. Si se usan tornillos y tamaños de miembros normales, las cuerdascasi siempre quedarán excluidas de los planos de cortante. Es cierto quealgunos proyectistas extremadamente conservadores siempre suponen que lascuerdas no están excluidas en el plano de cortante.

Resistencia al aplastamiento.

La resistencia de diseño de un tornillo por aplastamiento es igual a veces laresistencia nominal por aplastamiento de la parte conectada (en klb/plg2)multiplicada por el diámetro del tornillo y por el espesor del miembro que seapoya en el tornillo. (Para tornillos y remaches abocardados, debe deducirse unmedio de la profundidad del abocardado, de acuerdo con la especificaciónLRFD J3.2.) Cuando la distancia llamada L en la dirección de la fuerza desde elcentro de un agujero holgado o regular (o desde el centro del extremo de unagujero ranurado), hasta el borde de una parte conectada no es menor que 11/2 veces el diámetro d del tornillo y la distancia centro a centro de los agujerosno es menor que 3d y se usan dos o más tornillos en la dirección de la línea defuerza, la resistencia por aplastamiento es:


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un dtFR 4.2 para agujeros estándar de ranura corta, = 0.75

un dtFR 0.2 para agujeros de ranura larga perpendicular a la carga, = 0.75

Si las deformaciones alrededor de un agujero no son de consecuencia para el

diseño, las dos expresiones anteriores pueden reemplazarse por un dtFR 0.3

con 75.0

Aunque la resistencia de diseño por aplastamiento de un tornillo con una dis-tancia al extremo pequeña se reduzca, las resistencias de los otros tornillos dela conexión no se reducen. El valor de nR para un solo tornillo o para dos omás en la línea, cada uno con una distancia al extremo menor que 1 ½ d, sedetermina con la siguiente expresión:

un LtFR con = 0.75

Las pruebas hechas en juntas atornilladas han demostrado que ni los tornillosni el metal en contacto con éstos fallan realmente por aplastamiento. Sinembargo, estas pruebas han demostrado que la eficiencia de las partesconectadas en tensión y compresión se ve afectada por la magnitud de losesfuerzos de aplastamiento. Por ello, las resistencias nominales poraplastamiento dadas por las especificaciones LRFD tienen valores arriba de loscuales, la resistencia de las partes conectadas resulta afectada.

En otras palabras esos esfuerzos de diseño por aplastamiento aparentementetan altos no son en realidad esfuerzos de aplastamiento, sino más bien índicesde las eficiencias de las partes conectadas. Si se permiten esfuerzos deaplastamiento mayores que los valores dados, los agujeros se alarganaproximadamente más de 3 pulg. y afectan la resistencia de las conexiones.

Resistencia mínima de las conexiones.

Las especificaciones LRFD (sección J1.5) establecen que, excepto paracelosías, tensores y largueros de pared, las conexiones deben tenerresistencias de diseño suficientes para soportar cargas factorizadas de por lomenos 10 klb.

TABLAS ANEXAS AL TEMA DE CONEXIONES ATORNILLADAS

Las arandelas a emplear con tornillos normales o de alta resistencia deberáncumplir con las normas IRAM 5 106, 5 107 y 5 108.


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Tabla. Coeficientes de seguridad de remaches y tornillos.

Tabla. Diámetros determinantes.

Medios de unión

Tipo desolicitación

Remache Tornillo normalcalibrado

Tornillo normalbruto

Tornillo altaresistencia en

uniónantideslizante

Corte orificio orificio fuste ---------

Aplastamiento orificio orificio fuste fuste

Tracción orificio núcleo núcleo núcleo

CONEXIONES SOLDADAS

¿QUE ES SOLDADURA?

La Soldadura es un metal fundido que une dos piezas de metal, de la mismamanera que realiza la operación de derretir una aleación para unir dos metales,pero diferente de cuando se sueldan dos piezas de metal para que se unanentre si formando una unión soldada.


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La practica de la soldadura data de hace miles de años, se sabe que en laantigua Grecia se lograba la unión de piezas metálicas a través del calor ygolpes (forja) para obtener piezas compuestas con cierta resistencia mecánica.

Se define a la soldadura como un proceso del cual se realiza la unión de partesmetálicas mediante calentamiento para alcanzar un estado plástico con o sin elaporte de un material adicional de refuerzo.

En la industria de la electrónica, la aleación de estaño y plomo es la másutilizada, aunque existen otras aleaciones, esta combinación da los mejoresresultados. La mezcla de estos dos elementos crea un suceso poco común.Cada elemento tiene un punto elevado de fundición, pero al mezclarseproducen una aleación con un punto menor de fundición que cualquiera de loselementos para esto debemos de conocer las bases para soldar. Sin esteconocimiento es difícil visualizar que ocurre al hacer una unión de soldadura ylos efectos de las diferentes partes del proceso.

El estaño tiene un punto de fundición de 450º F; el plomo se funde a los 620º F.Ver grafica, en este diagrama de proporción de Estaño/Plomo consiste de dosparámetros, uno de ellos es la temperatura en el eje vertical y la otra es laconcentración en el eje horizontal. La concentración de estaño es laconcentración del plomo menos 100.

En el lado izquierdo del diagrama puede ver 100% de estaño, en el ladoderecho del diagrama puede ver 100% de plomo. Las curvas dividen la faselíquida de la fase pastosa. La fase pastosa de la izquierda de la linea divide elestado líquido del estado sólido. Usted puede ver que estas líneas se unen enun punto correspondiente a una temperatura de 183º C o 361º F, a este puntose le llama punto eutectico. La aleación 63% estaño y 37% plomo tienen lamisma temperatura sólida y líquida. Pastoso o en pasta significa que existenambos estados, sólido y líquido. Entre mas alto sea el contenido de plomo,mayor será el campo pastoso. Entre mas alto sea el estaño menor será elcampo pastoso. La soldadura preferida en la electrónica es la aleacióneutectica debido a su inmediata solidificación.


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TEORIA DE SOLDADURA

Antes de hacer una unión, es necesario que la soldadura "moje" los metalesbásicos o metales base que formaran la unión. Este es el factor más importanteal soldar. Al soldar se forma una unión intermolecular entre la soldadura y elmetal. Las moléculas de soldadura penetran la estructura del metal base paraformar una estructura sólida, totalmente metálica.

Si la soldadura se limpia mientras esta aun derretida, será imposible retirarlacompletamente. Se ha vuelto una parte integral de la base. Si un metal grasose sumerge en agua no se "mojara" no importa que tan delgado sea el aceite,se formarán bolitas de agua que se pueden sacudir de la superficie. Si el metalse lava en agua caliente utilizando detergente y se seca con cuidado,sumergiéndolo de nuevo en agua, el líquido se extenderá completamente sobrela superficie y formara una pequeña capa. Esta capa de agua no se puedequitar a menos que se seque.

El material esta entonces "mojado". Cuando el agua moje el metal entoncesesta perfectamente limpio, de tal forma la soldadura mojara el metal cuando lassuperficies de la soldadura y del metal están completamente limpias. El nivel delimpieza que se requiere es mucho mayor que con el agua sobre el metal.

Para tener una Buena unión de soldadura, no debe de existir nada entre losdos metales. Casi todos los metales se oxidan con la exposición al aire y hastala capa más delgada impedirá que la soldadura moje el metal.


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El flux o desoxidante sobrepasa la mayor parte de este problema.

Cuando se unen dos superficies limpias de metal y se sumergen en soldadurafundida, la soldadura mojara el metal y subirá hasta llenar los espacios entrelas superficies contiguas. A esto se le conoce como la acción capilar. Si lassuperficies no están limpias, no ocurrirá la operación de mojado y la soldadurano llenara la unión. Cuando las tablillas con orificios cromados por una ola desoldadura, es esta fuerza la que llena los orificios y produce un llenado en lasuperficie superior. La presión de la ola no es lo que produce, esto si no laacción capilar de la soldadura.

Todos hemos visto insectos que caminan sobre la superficie de un estanquesin mojarse las patas. Ellos se apoyan sobre una capa o fuerza invisiblellamada tensión de la superficie. Esta es la misma que hace que el agua seconserve en bolitas sobre el metal aceitoso. La tensión de la superficie es lacapa delgada que se ve sobre la superficie de la soldadura derretida. Loscontaminantes de la soldadura pueden incrementar la tensión de la superficie yla mayoría pueden controlarse cuidadosamente. La temperatura de lasoldadura también afectara la tensión de la superficie, reduciéndola alincrementar su temperatura. Este efecto es pequeño comparado al de laoxidación.

FLUX

El propósito del flux

Reduce óxidos en todas las superficies involucrados en la unión desoldadura.

Reduce la tensión superficial de la soldadura fundida. Ayuda a prevenir la reoxidación de la superficie durante la soldadura. Ayuda a transferir calor a las superficies a soldar.


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CONTAMINACIÓN Y CONTROL

La pureza de la soldadura tiene un gran efecto en la parte terminada y elnúmero de rechazos. Por consiguiente entender los efectos de lacontaminación de la soldadura obviamente nos puede llevar a mejorar lacalidad de las partes producidas a un costo reducido. Se recomienda no ignorarlos efectos perjudiciales de las impurezas de la soldadura en la calidad y elíndice de producción del equipo de soldadura por inmersión o de onda. Algunosde los problemas que prevalecen a causa de soldadura contaminada sonuniones opacas o ásperas, puentes y no poderse "mojar". Cambiar la soldadurano es necesariamente la solución.

Las soldaduras se pueden dividir en tres grupos básicos:

1).- Soldadura Reciclada

2).- Virgen.

3).- Alto Grado de Pureza.

Soldadura reciclada es desperdicio de Estaño y Plomo que se puede comprar yrefinar por medio de procedimientos metalúrgicos regulares. Los altos nivelesde impureza pueden provocar problemas en las líneas de producción en masa.Soldadura Virgen este término se refiere a la soldadura que está compuesta deEstaño y Plomo extraídos del mineral.

El nivel de pureza del Estaño y Plomo de esta materias primas es alto yexcede, en muchos aspectos de la magnitud y las normas (ASTM & QQS-571).

Soldadura de alto grado de pureza se selecciona Estaño y Plomo con bajo nivelde impurezas y se produce soldadura con bajo nivel de impurezas.

Antes de discutir problemas y soluciones considere la fuente de lacontaminación metálica en un crisol u onda durante la manufactura.Obviamente en una parte del equipo bien fabricada, las paredes del recipientepara el metal fundido, al igual que la bomba y todas las demás superficies quellegan a estar en contacto con la soldadura están hechas con un metal como elacero inoxidable.

La contaminación del baño, por consiguiente, puede resultar únicamente por elcontacto con el trabajo mismo.

Esto significa que un número limitado de elementos se adquieren, dependiendode la linea de producción. En el crisol de inmersión, esto significa que se podráencontrar cobre y zinc, al soldar con ola ensambles electrónicos y tablillas decircuitos impresos, significa que se podrá encontrar cobre y oro.


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En otras palabras, un baño de soldadura solo se puede contaminar conaquellos metales con los que esta en contacto y los cuales son solubles en lasoldadura.

Al ir subiendo el nivel de contaminación, la calidad de la soldadura se deteriora.Sin embargo, no existe una real clara en cuanto al nivel de contaminaciónmetálica donde la soldadura ya no se puede emplear.

No podemos prevenir que los materiales de los PCB toquen el baño einevitablemente contaminaran la soldadura hasta cierto grado. No existenvalores absolutos para todas las condiciones. El límite depende de losrequisitos de especificación, diseño del PCB, solderabilidad, espaciado de loscircuitos, tamaño de los conectores y otros parámetros. Establezca sus propiosniveles de contaminación.

Los Efectos de Contaminantes Comunes


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TABLA 1

CobreUniones con apariencia arenosa, la capacidad demojarse se ve reducida.

Aluminio Uniones arenosas, aumenta la escoria en el crisol.

CadmioReduce la capacidad de mojado de la soldadura,causa que la unión se vea muy opaca.

ZincProvoca que el índice de escoria aumente, lasuniones se ven escarchadas.

Antimonio

En cantidades arriba de 0.5% puede reducir lacapacidad de mojarse de la soldadura. En pequeñascantidades mejora la capacidad de baja temperaturade la unión de la soldadura.

Hierro Produce niveles excesivos de escoria.

Plata

Puede provocar uniones opacas, enconcentraciones muy altas hará que la soldadurasea menos móvil. No es un contaminante malo. Seañade a algunas aleaciones en forma deliberada.

NíkelEn pequeñas concentraciones, provoca pequeñasburbujas o ampollas en la superficie de la unión.

Nota: La unión de la soldadura tiene apariencia opaca. El antimonio eliminaeste efecto.


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OTROS CONTAMINANTES

Fósforo, Bismuto, Indio, Sulfuro, arsénico, etc. Algunos de estos puedenconsiderarse contaminantes, sin embargo, unos de ellos se añaden a lasoldadura en forma deliberada para fines especiales. Para soldar las tablillas amáquinas, se consideran materiales que pueden provocar contaminación de lasuniones.

La escoria es el óxido que se forma en la superficie de la soldadura. El índicede la generación de escoria depende de la temperatura y la agitación. Muchode lo que aparenta ser escoria es, en realidad, pequeños glóbulos de soldaduracontenidos en una pequeña película de óxido. Entre mas turbulenta sea lasuperficie de la soldadura, mas escoria se produce. Los contaminantes tambiénjuegan un papel importante en la formación de escoria. Los elementos queoxidan contribuyen a esta formación.

Aunque se cree que la escoria es perjudicial en los procesos de soldadura deola, el óxido de la superficie protege contra oxidación futura. No es necesarioquitarla escoria con frecuencia, únicamente si interfiere con la acción de la olao si la ola consiste en escoria.

Quitar la escoria una vez al día es, por lo general suficiente. Las áreas dondese puede controlar la escoria son la temperatura y la agitación. Se haencontrado que lo que se considera escoria es una mezcla de compuestosintermetalicos y escoria. Es importante quitar la acumulación superficial delcrisol con herramientas que permitan que el metal se vuelva al crisol ysolamente se quite la escoria. Se han empleado muchas cosas para reducir laescoria, pero mientras haya exposición al oxigeno, se generara escoria.

VENTAJAS DE LA SOLDADURA

El empleo de conexiones soldadas en vez de atornilladas o remachadaspermite un ahorro de material (hasta de un 15%).

La soldadura requiere menos trabajo y por lo tanto menos personal quela colocación de remaches o tornillos (un soldador puede reemplazaruna cuadrilla de remachadores).

La soldadura permite una gran variedad de conexiones, cosa que no sepuede con remaches o tornillos.

Las conexiones soldadas son más rígidas que las demás, lo cual permiteuna verdadera continuidad en la transmisión de elementos mecánicosentre miembros.

Debido a la mayor resistencia del metal de aportación las conexionessoldadas permiten una gran resistencia a la fatiga.

Las estructuras soldadas pueden repararse muy fácilmente a diferenciadel resto.


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Las conexiones soldadas han permitido la construcción de estructurassoldadas y "limpias".

Las conexiones soldadas permiten ajustes de proyecto más fácilmenteque en otro tipo de conexiones.

El trabajo de soldadura es silencioso comparado con el remachado. Hay un ahorro considerable en el cálculo, detallado y montaje de las

estructuras.

DESVENTAJAS

Las conexiones rígidas puede n no ser óptimas en el diseño. La revisión de las conexiones soldadas no es muy sencillo con respecto

al resto. La creencia de la baja resistencia a la fatiga en conexiones soldadas (no

se permite aún en algunos puentes ferroviarios U.S.A).

El arco eléctrico se forma al polarizar el metal base negativamente y elelectrodo positivamente, al acercar el electrodo se forma el arco eléctricolocalizado en las zonas más próximas donde el metal base alcanzatemperaturas de 3000 a 6000ºC que derriten también el acero del electrododebido al campo electromagnético formado, el metal de aporte es forzado adepositarse en el metal base, por lo que es posible realizar soldaduras contra lagravedad a su vez el recubrimiento del electrodo formado por minerales inertes(rutilo) se funde y alcanza la superficie del material líquido que al enfriarseforma una costra protectora de la soldadura mientras se enfría, el gas que sedesprende del arco es parte debido al recubrimiento que forma una barreraprotectora al depósito del metal para evitar que se mezcle con aire (hidrógeno)y quede porosa la soldadura.

Una vez enfriado el cordón, es necesario retirar la "cáscara", para revisar obien para aplicar un siguiente cordón.


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CLASIFICACION DE LA SOLDADURA

POR SU TIPO:

FILETE: El cordón está formado en su sección transversal por un ángulo diedro

Este tipo de soldadura sirve para unir dos piezas no alineadas entre sí; y porser este caso muy común en la conexión de miembros estructurales, se empleaen el 80 % de los casos.


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FIGURA 1

SOLDADURAS DE PENETRACION (RANURA): Se obtienen depositandometal de aportación entre los bordes de dos placas que pueden estar alineadasen el mismo plano.

FIGURA 2

PENETRACION PARCIAL: Cuando la soldadura no penetra totalmente lasplacas, o cuando una placa es más delgada que la otra.

FIGURA 3

PENETRACION COMPLETA: Cuando la soldadura atraviesa todo el espesorde las placas (iguales).Esta soldadura se prefiere cuando las placas oelementos planos deben quedar en el mismo plano. Son aproximadamente el15 % de las estructuras metálicas.


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SOLDADURAS DE TAPON Y RANURA: Se hacen en placas traslapadas,rellenando por completo con metal de aportación un agujero circular (tapón) oalargado (ranura) hecho en una de ellas y teniendo como fondo la otra placa.

FIGURA 4

Se emplean cuando la longitud de filete no es suficiente para proporcionar todala resistencia de la conexión. Forman aproximadamente el 5 % de lasestructuras metálicas.

POR SU POSICION:


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FIGURA 5

POR ENSAMBLE

FIGURA 6


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SIMBOLOGIA PARA UNIONES SOLDADASAWS


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INSPECCIÓN DE LAS SOLDADURASPara asegurarse de una buena soldadura en un trabajo determinado, debenseguirse tres pasos: 1) establecer buenos procedimientos de soldadura, 2) usarsoldadores calificados, y 3) emplear inspectores competentes en el taller y enla obra.


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Cuando se siguen los procedimientos establecidos por la AWS y la AISC parabuenas soldaduras y cuando se utilizan los servicios de buenos soldadores,que previamente hayan demostrado su habilidad, es seguro que se obtendránbuenos resultados; sin embargo, la seguridad absoluta sólo se tendrá cuandose utilicen inspectores capaces y calificados.

Para lograr una buena soldadura existe una serie de factores entre los quepueden mencionarse la selección apropiada de electrodos, corriente y voltaje;propiedades del metal base y de aportación; posición de la soldadura. Lapráctica usual en los trabajos grandes es emplear soldadores que tienencertificados que muestran sus calificaciones.

Además, no es mala práctica que cada soldador ponga una marca deidentificación en cada una de sus soldaduras, de modo que las personas quemuy a menudo realizan un mal trabajo puedan ser localizadas. Esta prácticaprobablemente mejore la calidad general del trabajo realizado.

INSPECCIÓN VISUALOtro factor que ayudará a los soldadores a realizar un mejor trabajo, esjustamente la presencia de un inspector que ellos consideren que sabráapreciar un buen trabajo cuando lo vea. Para hacer de un hombre un bueninspector, es conveniente que él mismo haya soldado y que haya dedicadobastante tiempo a observar el trabajo de buenos soldadores. A partir de estaexperiencia, él será capaz de saber si un soldador está logrando la fusión ypenetración satisfactorias.

También debe reconocer buenas soldaduras en su forma, dimensiones yapariencia general. Por ejemplo, el metal en una buena soldadura seaproximará a su color original después de enfriarse. Si se ha calentadodemasiado, tendrá un tono mohoso o apariencia rojiza. Puede utilizar diversasescalas y escantillones para verificar las dimensiones y formas de la soldadura.

La inspección visual de un hombre capaz, probablemente dará una buena indi-cación de la calidad de las soldaduras, pero no es una fuente de informaciónperfecta por lo que hace a la condición interior de la soldadura.

Existen diversos métodos para determinar la calidad interna o sanidad de unasoldadura. Estos métodos incluyen: tinturas penetrantes y partículasmagnéticas, ensayos con ultrasonido y procedimientos radiográficos, los cualespermiten descubrir defectos internos tales como porosidades, faltas de fusión opresencia de escorias.


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LÍQUIDOS PENETRANTESDiversos tipos de tinturas pueden extenderse sobre las superficies desoldadura; estos líquidos penetrarán en cualquier defecto como grietas que seencuentren en la superficie y sean poco visibles; después de que la tintura hapenetrado en las grietas, se limpia el exceso de ésta y se aplica un polvoabsorbente, el cual hará que la tintura salga a la superficie y revelará laexistencia de la grieta, delineándola en forma visible al ojo humano. Unavariante de este método consiste en usar un líquido fluorescente, que una vezabsorbido se hace brillantemente visible bajo el examen con luz negra.

PARTÍCULAS MAGNÉTICASEn este proceso, la soldadura por inspeccionar se magnetiza eléctricamente,los bordes de las grietas superficiales o cercanas a la superficie se vuelvenpolos magnéticos (norte y sur a cada lado de la grieta) y si se esparce polvoseco de hierro o un líquido con polvo en suspensión, el fantasma magnético estal que queda detectada la ubicación, forma y aun tamaño de la grieta. Ladesventaja del método es que en caso de una soldadura realizada concordones múltiples, el método debe aplicarse para cada cordón.

PRUEBA ULTRASÓNICAEn años recientes, la industria del acero ha aplicado el ultrasonido a lamanufactura del acero; si bien el equipo es costoso, el método es bastante útiltambién en la inspección de soldadura. Las ondas sónicas se envían a travésdel material que va a probarse y se reflejan desde el lado opuesto de éste; laonda reflejada se detecta en un tubo de rayos catódicos; los defectos en lasoldadura afectan el tiempo de transmisión del sonido y el operador puede leerel cuadro del tubo, localizar las fallas y conocer qué tan importantes son.

PROCEDIMIENTOS RADIOGRÁFICOSLos métodos radiográficos, que son más costosos, pueden utilizarse paraverificar soldaduras ocasionales en estructuras importantes. Mediante estaspruebas es posible realizar una buena estimación del porcentaje de soldadurasmalas en una estructura. El uso de máquinas de rayos-X portátiles, donde elacceso no es un problema y el uso de radio o cobalto radiactivo para tomarfotografías, son métodos de prueba excelentes pero costosos.

Resultan satisfactorios en soldaduras a tope (por ejemplo; soldadura detuberías importantes de acero inoxidable en los proyectos de energía atómica)pero no son satisfactorios para soldaduras de filete, ya que las fotografías sondifíciles de interpretar.


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Una desventaja adicional de estos métodos es el peligro de la radiactividad.Deben utilizarse procedimientos cuidadosos para proteger tanto a los técnicoscomo a los trabajadores cercanos.

En el trabajo de las construcciones normales, este peligro posiblementerequiera la inspección nocturna cuando sólo unos pocos trabajadores seencuentran cerca del área de inspección. (Por lo general se requerirá unaestructura muy grande o importante antes de que el uso extremadamentecostoso del material radiactivo pueda justificarse.)

Una conexión soldada, bien hecha, puede resultar mucho más resistente (talvez 1 ½ o 2 veces) que las partes conectadas. Como consecuencia, laresistencia real es mucho mayor que la requerida por las especificaciones. Lascausas de esta resistencia adicional son las siguientes: los electrodos sefabrican con acero especial, el metal se funde eléctricamente (tal como en lamanufactura de los aceros de alta calidad) y la rapidez de enfriamiento esmayor. Por todo esto es poco probable que un soldador haga una soldaduracon menor resistencia que la requerida por el diseño.

DIMENSIONES EFECTIVAS DESOLDADURAS

El área efectiva de las soldaduras de penetración o de filete es elproducto de su longitud efectiva por la garganta efectiva.

El área efectiva de soldaduras de tapón o de ranura es el área de lasección transversal nominal del tapón o ranura, medida en el plano defalla.

La longitud efectiva de una soldadura a tope entre 2 piezas es el anchode la pieza más angosta, aún en el caso de soldaduras inclinadasrespecto al eje de la pieza.

La longitud efectiva de una soldadura de filete es la longitud total delfilete incluyendo retornos. Si el filete esta en un agujero circular o ranurala longitud será la del eje del cordón trazado por el centro del plano de lagarganta, pero el área efectiva no será mayor que el área nominal delagujero o ranura medida en el plano de falla.


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RESISTENCIA DE LAS SOLDADURAS

Para esta exposición se hace referencia a la figura 6.1. Como se indicópreviamente, el esfuerzo en una soldadura se considera igual a la carga Pdividida entre el área de la garganta efectiva de la soldadura. Este método paradeterminar la resistencia de soldaduras de filete, se usa sin tomar en cuenta ladirección de la carga.

Las pruebas han demostrado que los filetes transversales son un tercio másresistentes que los filetes longitudinales, pero este hecho no es reconocido porla mayor parte de las especificaciones, con el fin de simplificar los cálculos.Una razón del porqué los filetes transversales son más fuertes, es que elesfuerzo está más uniformemente repartido en su longitud total, en tanto queen los filetes longitudinales se reparte en forma dispareja debido adeformaciones que varían a lo largo de la soldadura.

Otra razón para su mayor resistencia la dan las pruebas que muestran que larotura ocurre a un ángulo diferente de 45°, dándoles un área de gargantaefectiva mayor.

FIGURA 6.1- (a) Soldadura de filete longitudinal. (b) Soldadura de filetetransversal


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Las soldaduras utilizadas en estructuras deberán resistir gran número derepeticiones de carga durante su vida útil, y se diseñaran tomando en cuenta laposibilidad de falla por fatiga.

Tipo de soldadura Material FR FMB o FS Nivel deresistenciarequerido

Soldadura tipo filete

Metalbase*

----- ------ Puede usarsesoldadura deresistenciaigual o menorque lacompatiblecon el metalbase

Electrodo 0.75 0.6 FEXX El diseño delmetal basequeda regidode acuerdo alcasoparticular, queestá sufriendode acuerdo alas NTC

Metal base 0.90 Fy


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Soldadura de penetracióncompleta

Metal base 0.90 Fy Debe usarsesoldaduracompatiblecon el metalbase (E60,E70)

Metal base 0.90 Fy Puede usarsesoldadura deresistenciaigual o menorque lasoldaduracompatiblecon el metalbase

Metal base 0.90 Fy

Metalbase

Electrodo

0.90

0.80

0.60 Fu

0.60FEXX

Soldadura de penetración parcial

Metal base

Electrodo

0.90

0.80

Fy

0.60 FEXX

Puede usarsesoldadura deresistenciaigual o menora la delelectrodo


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compatible almetal base

Metal base 0.90 Fy

Metal base 0.90 Fy * De acuerdoa la conexiónque soporte elmaterial sediseñara deacuerdo a lasNTC

Metalbase*

Electrodo

0.75 0.60 FEXX

Soldadura de tapón o ranura

Metalbase*

Electrodo

0.75 0.60 FEXX Puede usarsesoldadura conresistenciaigual o menorque el delelectrodocompatiblecon el metalbase


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TIPOS DE JUNTA

PREPARACIÓN DE LAS JUNTAS

En la figura 7 a .9 se presentan los elementos a tomar en cuenta en lapreparación de las juntas.

FIGURA 7. Preparación de la junta a tope en I (sin preparación especial).

a) Preparación de la junta en ángulo con preparación en K.


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b) Esquema para juntas a tope en doble Y, doble U y en X.

FIGURA 8. Preparación de la junta de filete o de la junta en ángulo.

FIGURA 9. Forma de la junta para otros tipos de unión soldada.

EJECUCIÓN DE LAS UNIONES SOLDADAS

Las uniones soldadas pueden estar constituidas por una o varias pasadas desoldadura según se estipula en las figuras 10 a 13.


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FIGURA 10. Soldadura a tope con preparación en V

Ejemplo de sucesión de pasadas para la soldadura en V, soldada de un sololado. Los números indican la sucesión de las pasadas. Cada pasada puedeestar integrada por varios cordones

FIGURA 11. Soldadura a tope con preparación en Y


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Ejemplo de sucesión de pasadas para la soldadura a tope con preparación enY, soldada de un lado con retoma de raíz. Los números indican la sucesión delas pasadas. Cada pasada puede estar integrada por varios cordones

FIGURA 12. Soldadura de filete

FIGURA 13. Junta en ángulo con preparación en K

SOLDADURAS DE RANURACuando la penetración es completa y las soldaduras de ranura están sujetas atensión o compresión axial, el esfuerzo en la soldadura se supone igual a lacarga, dividida entre el área transversal neta de la soldadura. En la figura 14 semuestran tres tipos de soldadura de ranura. La unión sin preparación aescuadra, mostrada en la parte (a) de la figura, se utiliza para unir materialrelativamente delgado, de hasta aproximadamente 5/16 pulg. (7.9 mm) deespesor. A medida que el material es más grueso, es necesario usarsoldaduras de ranura en V, y de soldaduras de ranura en doble-V como lasilustradas en las partes (b) y (c) de la figura 14, respectivamente.


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En estas dos soldaduras, los miembros se biselan o preparan antes desoldarse, para permitir la penetración total de la soldadura.

Se dice que las soldaduras de ranura mostradas en la figura 14 tienen refuerzo.El refuerzo es metal de aportación que hace mayor la dimensión de la gargantaque la del espesor del material soldado. En función del refuerzo, las soldadurasde ranura se llaman soldaduras de 100%, 125%, 150% etc., según sea elespesor extra en la soldadura. Existen dos razones principales para tenerrefuerzo, que son: (1) el refuerzo de cierta resistencia extra porque el metaladicional contrarresta los poros y otras irregularidades, y (2) al soldador le esmás fácil realizar una soldadura un poco más gruesa que el material soldado.

El soldador tendría dificultad, si no es que una tarea imposible, para realizarsoldaduras perfectamente lisas, sin que hubiera partes ni más gruesas ni másdelgadas que el material soldado.

FIGURA 14

Es indudable que el refuerzo origina soldadura de ranura más fuertes, cuandovan a estar sujetas a cargas relativamente estáticas. Sin embargo, cuando laconexión va a estar a cargas repetidas y vibratorias, el refuerzo no resulta tansatisfactorio porque las concentraciones de esfuerzos parecen desarrollarse enel refuerzo y contribuyen a una falla más rápida. Para tales casos, una prácticacomún es suministrar refuerzo y luego rebajarlo enrasándolo con el materialconectado.


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En la figura 15 se muestran algunas de las preparaciones necesarias en losbordes, para las soldaduras de ranura. En la parte (a) se muestra un bordebiselado. Cuando se usan estos bordes existe siempre el problema de lasocavación; ésta se puede reducir dándole al bisel una porción recta (b) ousando una solera de respaldo (c). Las soleras de respaldo generalmente sehacen a base de placa de cobre de 1/4 pulg. de espesor. El metal deaportación no se adhiere al cobre y éste tiene una muy alta conductividad queresulta útil para remover el exceso de calor y reducir la distorsión.

En ocasiones se usan respaldos de acero, los que generalmente se dejan paraque formen parte de la conexión. Las porciones rectas en los biseles no debenusarse junto con los respaldos, debido al riesgo de que se formen bolsas degas que impidan la penetración completa. Cuando se usan bordes de doblebisel (d) a veces se introducen separadores para prevenir la socavación; éstosse remueven después de soldar por un lado de la junta.

FIGURA 15- Preparación de los bordes para soldadura de ranura. (a) Cantobiselado. (b) Bisel con parte recta. (c) Bisel con placa de respaldo. (d) biseldoble con separador.

Desde el punto de vista de la solidez, de la resistencia al impacto y a esfuerzosrepetitivos, y de la cantidad de metal de aporte requerido, se prefieren lassoldaduras de ranura a las de filete, aunque desde otros puntos de vista no sontan atractivas, por lo que la inmensa mayoría de las soldaduras estructuralesson de filete. Si bien las soldaduras de ranura tienen esfuerzos residuales másaltos y las preparaciones (tales como el empalmado y biselado) de los bordesde los miembros por unir, son costosos, probablemente la mayor desventaja esel problema que representa la preparación de las piezas para su ensamble enla obra.


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Por estas razones las juntas a tope en obra no se usan con frecuencia, exceptoen trabajos pequeños o en los que los miembros fueron fabricados un pocomás largos y cortados en la obra a las longitudes necesarias.

En ocasiones, las conexiones se diseñan de manera que las soldaduras deranura no se extienden sobre el espesor total de las partes conectadas. Estassoldaduras se denominan de penetración parcial. En las especificaciones sepresentan requisitos especiales de diseño para estas soldaduras.

SOLDADURAS DE FILETE

Las pruebas han mostrado que las soldaduras de filete son más resistentes a latensión y a la compresión que al corte, de manera que los esfuerzosdeterminantes en soldaduras de filete que se establecen en lasespecificaciones para soldadura, son esfuerzos de corte.

Cuando sea práctico usar soldadura de filete es conveniente arreglar lasconexiones de modo que estén sujetas únicamente a esfuerzos de corte, y no ala combinación de corte y tensión, o corte y compresión.

Cuando las soldaduras de filete se prueban a la ruptura, parecen fallar porcorte en ángulos de aproximadamente 45° a través de la garganta. Porconsiguiente, su resistencia se supone igual al esfuerzo de corte permisible porel área teórica de la garganta de la soldadura. El grueso teórico de la gargantade diversas soldaduras de filete se muestra en la figura 16 El área de lagarganta es igual al grueso teórico de ésta por la longitud de la soldadura.

En esta figura, la raíz de la soldadura es el punto donde las superficies de lascaras de las piezas de metal original se intersecan, y la garganta teórica de lasoldadura es la distancia más corta de la raíz de la soldadura a la superficieexterna de ésta.


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FIGURA 16.- (a) Superficie convexa. (b) Superficie cóncava. (c) Soldadura defiletes de lados desiguales

Para el filete de 45° o de lados iguales, el grueso de la garganta es 0.707 vecesel tamaño de la soldadura, pero tiene diferentes valores para soldaduras defilete de lados desiguales. La soldadura de filete de preferencia debe tener unasuperficie plana o ligeramente convexa, aunque la convexidad de la soldadurano se sume a su resistencia calculada. A primera vista, la superficie cóncavapodría parecer la forma ideal para la soldadura de filetes porqueaparentemente los esfuerzos podrían fluir suave y uniformemente alrededor dela esquina con poca concentración de esfuerzo.

La experiencia de años ha demostrado que los cordones de paso simple deforma cóncava, tienen gran tendencia a agrietarse por efecto del enfriamiento yeste factor es de más importancia que el efecto alisador de esfuerzos debido ala forma.

Cuando un filete cóncavo se contrae, en su superficie tiene lugar una tensiónque lo tiende a agrietar, en tanto que si es convexa, la contracción no provocatensión en la superficie exterior, sino al contrario, como la cara se acorta, seproduce compresión.


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Otro detalle importante con respecto a la forma de las soldaduras de filete, esel ángulo de la soldadura con las piezas que se sueldan. El valor convenientede este ángulo está en la vecindad de los 45°. Para las soldaduras de filete a45° las dimensiones de los lados son iguales y dichas soldaduras se conocenpor la dimensión de sus lados (como soldadura de filete de 1/4 pulg.).

Si las dimensiones de los lados son diferentes para una soldadura (nosoldaduras a 45°) se dan las dimensiones de ambos lados para describir lasoldadura (como una soldadura de filete de 3/8 por y 1/2 pulg.).

El proceso de soldadura por arco sumergido automático (SÁS) proporciona unamayor penetración que el proceso usual de arco protegido; por ello el LRFDpermite que se use un área de garganta mayor en las soldaduras hechasmediante este proceso. En su sección J2.2a, las especificaciones LRFDestablecen que el espesor de la garganta efectiva para filetes hechos con elproceso SAS con lados de 3/8 pulg. o menores, será igual al lado del filete.Para filetes mayores, el espesor de la garganta efectiva será igual al espesorteórico de la garganta más 0.11 pulg.


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CONCLUSIONES

EL ACERO COMO MATERIAL ESTRUCTURAL CUMPLE CON TODASLAS CONDICIONES, EN SEGURIDAD

DISMINUCION CONSIDERABLE EN COSTOS DE MANO DE OBRA

BAJO COSTO DE MANTENIMIENTO

DISMINUCION EN TIEMPO DE ARMADO

CONEXIONES ATORNILLADAS CON ALTA RESISTENCIA A LACOMPRESION, TENSION, TORSION Y CORTANTE.

CONEXIONES SOLDADAS DE RAPIDO AVANCE EN OBRAS

FACIL EMPALME CON OTRAS ESTRUCTURAS

EL ACERO ESTRUCTURAL NOS PERMITE ESTAR EN EL ENTORNODEL MODERNISMO


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BIBLIOGRAFIA

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Autor: Jack C. McCormac

Editorial: Alfaomega

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Editorial: Limusa

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Autor: Arthur H. Nilson

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ESTRUCTURAS II

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ESTRUCTURAS

Autor: James Ambrose

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DISEÑO ESTRUCTURAL DE CASAS HABITACION

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