UCAB Tablas de Diseño 87
ÁREA NETA DE MIEMBROS EN TRACCIÓN EXCENTRICIDAD DE LA CONEXIÓN, x
Perfil Excentricidad , cm
Conexión a las alas Conexión al alma W 10 x 19 3.23 2.55 x 30 2.78 3.70 x 49 2.05 6.35 W 12 x 26 3.15 4.13 W 16 x 36 4.72 4.43 W 18 x 50 5.34 4.75 x 65 5.55 4.83 W 21 x 62 6.52 5.23 x 73 6.55 5.28 W 24 x 76 7.56 5.70 W 30 x 116 9.99 6.68
Perfil Excentricidad cm
Conexión a las alas L 100 x 8 2.74 120 x 8 3.26 x 10 3.31 x 12 3.40 150 x 12 4.12 x 15 4.25 200 x 16 5.52 x 18 5.60 x 20 5.68
CONEXIONES
PERNOS Y PARTES ROSCADAS DISEÑO DE JUNTAS Y CONEXIONES EMPERNADAS ( Art. 22.9; J3, AISC 360-10 ) 1. PROCEDIMIENTO 1.1 Determinar el número de pernos y/o verificar su capacidad o resistencia
sistenciaReoCapacidad
DemandapernosdeNúmero
La Capacidad o Resistencia de los pernos, según el caso será el valor que se obtenga por:
Tracción ( Sección 22.9.1) Corte ( Sección 22.9.1 actualizada con Tabla J3-2,AISC 360-10) ) Corte y tracción simultáneas ( Sección 22.9.3, actualizada con J3.7,
AISC 360-10)
88 UCAB Tablas de Diseño
Cargas aplicadas excéntricamente ( se amplia con Manual 14th edition) Efecto de apalancamiento (Sección 22.9.4; solo en ND1)
En la evaluación de las capacidades se considerará el tipo de conexión:
de aplastamiento, o de deslizamiento crítico.
1.2. Disposición de los pernos en la junta El detallado de la junta puede modificar su capacidad resistente, por lo que se debe prestar atención a las siguientes consideraciones:
Separación entre pernos ( Art. 22.4) Distancia de los agujeros a los bordes ( Art. 22.5; se actualiza Tabla) Distancias y separaciones ( pasos y gramiles) que permitan su colocación
y Apriete (Art. 22.6) Longitudes de prensado ( Art. 22.8; condición N y X)
1.3. Verificación del diseño de la junta o conexión Se verificará la capacidad de los elementos conectados por tracción, corte y bloque de corte así como la capacidad de los pernos, como se indica a continuación: 1.3.1 Capacidad o resistencia de los elementos conectados (Art. 21.14 y 21.15)
Tracción Cedencia en la sección total, Rt = AFy (21-4) con = 0.9 Rotura en la sección efectiva, Rt = Ae Fu (21-2;21-5); con = 0.75
Corte Cedencia en la sección total, Rt = (0.6 Fy A) (21-6) con = 0.9 Rotura en la sección neta de corte,
Rt = (0.6 Fu Anv) (21-1) con = 0.75 Bloque de corte
(Sección 21.14.3,
actualizada con AISC 2005 y
2010)
Rotura por bloque de corte, Rbs , con = 0.75 Rbs = (0.6 Anv + Ubs Ant ) Fu 0.6 Fy Av + Ubs Fu Ant Ubs = 1 cuando las tensiones de tracción son uniformes. Para vigas con un ala destajada y dos o más filas de pernos en el alma, Ubs = 0.50
1.3.2 Capacidad de los pernos
Resistencia de aplastamiento (Sección 22.9.2). En las conexiones con pernos solicitados a tracción evitar el efecto de
apalancamiento (Sección 22.9.4). La resistencia de diseño al corte y al aplastamiento de las juntas y
conexiones de deslizamiento crítico ( Art. 22.10 ) debe ser mayor que las
UCAB Tablas de Diseño 89 solicitaciones producidas por las cargas mayoradas. 1.4 Consideraciones de fabricación, montaje, tiempos y costos
Si un perno de ¾ pulg. de diámetro cuesta 1, el de 1 plg. puede costar 3.75, por ejemplo. 2. CAPACIDAD DE LOS PERNOS (Art. 22.9) 2.1 Tracción axial (Sección 22.9.1; J3.1 Tabla J3.2 AISC 360-10) Rt = Ft Ab con = 0.75 y la tensión teórica Ft como se indica en la siguiente tabla
Pernos Ft, kgf/cm2 A 307 * 3160 Grupo A,
A325 6330
Grupo B, A 490
7945
* Los pernos A 307 sólo deben utilizarse para cargas estáticas 2.2 Corte 2.2.1 Conexiones por aplastamiento RV = FV Ab con = 0.75 y la tensión teórica FV como se indica en la siguiente tabla
Pernos FV, kgf/cm2 - A 307 * 1900
Grupo A A 325-X 4780 A 325 N 3800
Grupo B A 490- X 5910 A 490-N 4780
* Incluida o no la rosca en los planos de corte 2.2.2 Conexiones de deslizamiento crítico (Art. 22.10, actualizado con J3-8, AISC 360-10) Estado Límite de Agotamiento (Sección 22.10.2; ya no se verificará en el Estado Límite de servicio) Rt = Du hf Tb ns (Fórmula J3-4 actualiza a la Fórmula 22.6) donde
= variable según el tipo de agujero: 1.0 para agujeros estándar y de ranura corta orientados perpendicularmente a la carga; 0.85 para agujeros agrandados y de ranura corta orientados paralelamente en la dirección de la carga; 0.75 en agujeros de ranura larga. = variable según el coeficiente medio de deslizamiento según la Clase de superficie. A menos que se establezca mediante ensayos, se utilizarán los siguientes valores:
(a) Superficies Clase A. Son las superficies libres de cascarilla de laminación no pintadas o superficies limpiadas por medio de chorro de arena y protegidas con un protector Clase A, = 0.30.
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(b) Superficies Clase B. Son las superficies limpiadas con chorro de arena y no pintadas o superficies limpiadas con chorro de arena y protegidas con un protector Clase B, = 0.50.
Du = 1.13 Tb = Carg*a mínima de pretensión dada en tabla. hf = Factor por planchas de relleno ( fillers). Para un relleno o cuando los pernos han sido agregados para distribuir las cargas en el relleno, hf = 1.0; para dos o mas rellenos o cuando los pernos no han sido agregados para distribuir la carga en el relleno, hf = 0.85
2.3 Aplastamiento (Sección 22.9.2; J3.10 AISC 360-10) La resistencia minorada al aplastamiento se verificará tanto en las conexiones tipo aplastamiento como en las de deslizamiento crítico. El uso de agujeros agrandados y de ranura en la dirección paralela a la línea de fuerza está restringido a las conexiones de deslizamiento crítico según lo dispuesto en el Artículo 22.3. La resistencia minorada al aplastamiento de la conexión será la suma de las resistencias minoradas al aplastamiento de los pernos individuales. En las uniones de los sistemas resistentes a sismos esta resistencia minorada no será mayor que 2.4d t Fu. Para un perno en una conexión con agujeros estándar, agujeros agrandados y agujeros de ranura corta independientemente de la dirección de la línea de acción de las fuerzas, o en agujeros de ranura larga donde el eje mayor de la ranura es paralelo a la fuerza de aplastamiento la resistencia minorada al aplastamiento será Rt , con un factor de minoración de la resistencia teórica = 0.75 y la resistencia teórica Rt se determinará como se indica a continuación: 1. Cuando la deformación en el agujero del perno sometido a solicitaciones de servicio es una
consideración de diseño: Rt = 1.2 Lc t Fu 2.4 d t Fu (22.2) 2. Cuando la deformación en el agujero del perno sometido a solicitaciones de servicio no es
una consideración de diseño: Rt = 1.5 Lc t Fu 3.0 d t Fu (22.3) 3. Para un perno en una conexión con agujeros de ranura larga, cuyo eje mayor sea perpendicular a la dirección de la línea de acción de las fuerzas Rt = Lc t Fu 2.0 d t Fu (22.4) A continuación se explica el significado de las variables que se utilizan en esta Sección: Fu = Resistencia mínima de agotamiento en tracción especificada para la parte conectada. Lc = Distancia libre en la dirección de la fuerza, entre el borde del agujero y el borde del
agujero adyacente o al borde del material. Para agujeros externos, Lc = (Le -0.5 dh); para agujeros internos, Lc = (s - dh)
UCAB Tablas de Diseño 91 con dh d = Diámetro nominal del perno. t = Espesor de la parte conectada.
2.4 Solicitaciones simultáneas de corte y tracción (Sección 22.9.3; actualizada con J3.7 y J3.9, AISC 360-10) 2.2.4.1 Conexiones por aplastamiento ( Actualizadada con J3.7) La resistencia minorada a tracción de un perno solicitado por una combinación de tracción y corte, Rt, , deberá ser calculada con los estados límites de rotura en tracción y en corte de acuerdo con la siguiente expresión :
bntn AFR ' (J3-2)
= 0.75 donde
'ntF = tensión de tracción nominal modificada para incluir los efectos de la tensión de corte, kgf/cm2 (MPa)
ntrvnv
ntntnt Ff
FFFF 3,1' (J3-3a)
ntF = tensión de tracción nominal, dada en 2.1. kgf/cm2 (MPa)
nvF = tensión de corte nominal dada en 2.2.1 kgf/cm2 (MPa)
rvf = solicitación de corte, kgf/cm2 (MPa) 2.2.4.2 Conexiones por deslizamiento crítico (Sección 22.10.1, actualizada con 3.9))
92 UCAB Tablas de Diseño
2.2.4.2.12 Estado Límite de Agotamiento (22.10.2, se ha eliminado la verificación en Servicio) La resistencia determinada con la fórmula (J3-4) serán multiplicadas multiplicada por el siguiente factor:
ksc = ( bb
u
nDuTT
1 ) ( J3-5a)
Donde
Tu = Carga de tracción requerida debida a las combinaciones de solicitaciones mayoradas, kgf (kN)
Tb = Carga mínima de pretensión dada en la Tabla 22.7 (Igual a 0.70 de la mínima resistencia a tracción de los pernos, redondeada de acuerdo con las normas ASTM A325/A325M y ASTM A490/A490M para pernos con roscas UNC) nb = Número de pernos requeridos para resistir la tracción mayorada Tu
TABLA 22.6 COVENIN 1618:98 ( J3.6 AISC 360-10)
DIÁMETRO
DEL PERNO
d mm (plg)
PERNOS A325
Tb
kgf *
PERNOS A490
Tb
kgf*
13 (1/2) 5440 6800 16 (5/8) 8620 10900
M16 9280 11600 19 (3/4) 12700 15900
M20 14500 18250 M22 18000 22500
22 (7/8) 17700 22200 *M24 21000 26200 25 (1) 23100 29000
DISTANCIAS MÍNIMAS AL BORDE, Le, y SEPARACIÓN MÍNIMA, s,
ENTRE LOS CENTROS DE LOS AGUJEROS ESTÁNDAR. (actualización con Tabla J3.4, AISC 360-10)
Diámetro nominal d
Distancia mínima a los bordes, Le
Separación entre pernos, s
plg mm mm 1 /2 12.7 19 40 5/8 15.9 22 48 3 /4 19.1 25 58 7/8 22.2 29 66 1 25.4 32 75 1 1/8 28.6 38 88 1 1/4 31.8 41 96 > 1 1/4 1.25 d 3d
UCAB Tablas de Diseño 93 Nota.- Valores mínimos: Le 1.5 d s 3 d
CAPACIDAD A TRACCIÓN, Rt, en kgf = 0.75
Diámetro
nominal ,d
Área nominal
Pernos
- Grupo A Grupo B
Plg. mm Ab, cm2 A307 * A 325 A 490 ½ 12.7 1.27 3010 6030 7570 5/8 15.9 1.98 4690 9400 11800 ¾ 19.1 2.85 6750 13540 17000 7/8 22.2 3.88 9200 18430 23120 1 25.4 5.07 12015 24080 30220
Ft , kgf/cm2 2370 4750 5960 * Sólo para cargas estáticas
CAPACIDAD A CORTE RV, en kgf Pernos en juntas y conexiones por aplastamiento en corte simple
= 0.75
Diámetro nominal ,d
Área nominal
Pernos
- Grupo A Grupo B
Plg. mm Ab, cm2 A 307 * A325-N A325 - X A 490 N A 490 -X ½ 12.7 1.27 1810 3620 4550 5630 5/8 15.9 1.98 2820 5640 7100 8775 ¾ 19.1 2.85 4060 8120 10220 12630 7/8 22.2 3.88 5530 11060 13910 17200 1 25.4 5.07 7225 14450 18175 22470
FV, kgf/cm2 1425 2850 3585 4432 * Nota: incluida o no la rosca en el plano de corte.
94 UCAB Tablas de Diseño
PENDIENTE DE REVISAR Y ACTUALIZAR
CAPACIDAD A CORTE RV, en tf Pernos en juntas y conexiones de deslizamiento crítico en corte simple
Cargas de Servicio (Superficie Clase A, = 0.33)
. = Variable
Diámetro nominal ,d
Área nominal
A 325- F A 490- F
Tipo de agujero
plg. mm Ab, cm2 Estándar Agrandado Ranura
corta
Ranura larga Estándar
Carga Trans.
Carga Paralela
½ 12.7 1.27 1.52 1.35 1.07 0.774 1.88 5/8 15.9 1.98 2.38 2.10 1.67 1.21 2.93 ¾ 19.1 2.85 3.42 3.02 2.41 1.74 4.22 7/8 22.2 3.88 4.66 4.11 3.27 2.36 5.74 1 25.4 5.07 6.08 5.37 4.28 3.09 7.50
FV, kgf/cm2 1195 1060 844 717 1480
CAPACIDAD A CORTE RSTR, en tf Pernos en juntas y conexiones de deslizamiento crítico en corte simple
Cargas de Agotamiento Resistente (Superficie Clase A, = 0.33)
. = Variable
Diámetro nominal ,d
Área nominal
A 325- F A 490- F
Tipo de agujero
plg. mm Ab, cm2 Estándar Agrandado Ranura
corta
Ranura larga Estándar
Carga Trans.
Carga Paralela
½ 12.7 1.27 2.03 1.73 1.42 1.22 2.54 5/8 15.9 1.98 3.22 2.73 2.25 1.93 4.06 ¾ 19.1 2.85 4.72 4.03 3.32 2.84 5.94 7/8 22.2 3.88 6.58 5.62 4.63 3.96 8.30 1 25.4 5.07 8.62 7.35 6.03 5.17 10.8
96 UCAB Tablas de Diseño
BARRAS CALIBRADAS DE ACERO SAE 1020 Y 1045 PARA PERNOS DE ANCAJES
Acero de perfecto acabado y tolerancias mínimas que eliminan operaciones extras de mecanizado y mano de obra, empleadas en la fabricación de partes para maquinas en general, ejes, pernos, pasadores, engranajes, gruas.
Diámetros desde 1/8 plg. a 12 plg. Las barras de hasta 2.5 plg. de diámetro se estiran en frío mientras que las de diámetros superiores se tornean y luego se pulen o rectifican. En ambos casos se logran superficies libres de descarburización periférica y de concentración de tensiones.
Composición química
SAE 1020 C 0.20 %; Mn 0.50 % ; SI 0.25 %
SAE 1045 C 0.45% ; Mn 0.65 % ; Si 0.25 %
Propiedades mecánicas SAE 1020 SAE 1045
Resistencia a la tracción, Fu en kgf/mm2 40-55 55-70
Límite elástico, Fy, en kgf/mm2 25-30 30-35
Alargamiento, % 10-15 10-15
Tratamiento Térmico SAE 1020 SAE 1045
Temperaturas en C
Cementado 880-925
Forjado 850 -1100 850 -1100
Normalizado 890 920 840 - 870
Recocido 650 700 650 - 700
Temple 860 900 820 - 860
Revenido 530 670 530-670
Tolerancias para barras redondas
Diámetro, plg. Hasta ¼ ¼ a 7/8 7/8 a 2 2 a 4 4 a 5 5 a 6
Tolerancia - 0.2 - 0.03 -0.04 - 0.05 - 0.06 - 0.07
Fuente: SAESA
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