ESCUELA POLITECNICA DEL EJERCITO

1. ESCUELA POLITECNICA DEL EJERCITO DISEÑO SISMORESISTENTE DE CONEXIONES EMPERNADAS DE ACERO EN EDIFICIOS CARRERA DE INGENIERIA CIVIL ELABORADO POR: GONZALO LARA S.

2. OBJETIVOS: Profundizar en el diseño estructural para obtener estabilidad y aspectos prácticos de las conexiones. Seleccionar el material constructivo primario ideal para garantizar un comportamiento óptimo de las conexiones y la economía del proyecto. Definir las directrices y principios fundamentales en el comportamiento, análisis y diseño estructural de conexiones empernadas capaces de resistir eficientemente cargas gravitatorias y dinámicas Establecer un formato de cálculo de conexiones empernadas adecuadas ante limitaciones y restricciones de cada proyecto

3. CAPITULO I INTRODUCCIÓN El propósito de esta investigación es proporcionar a los estudiantes de la carrera de Ingeniería Civil una introducción clara de las aplicaciones prácticas acerca del comportamiento y diseño estructural de conexiones empernadas. El diseño y fabricación de las conexiones es uno de los aspectos mas trascendentales en un proyecto de estructura de acero, estas deben ser capaces de transmitir cargas axiales, esfuerzos cortantes y flexionantes. El montaje de estructuras de acero por medio de pernos, es un proceso que además de ser muy rápido requiere mano de obra menos especializada que cuando se trabaja con remaches o con soldadura, aunque el costo de adquisición de pernos puede tener cierto valor considerable, el costo total de una construcción empernada resulta mas económica, debido a los menores costos por mano de obra.

4. ANTECEDENTES El mayor interés para la ingeniería estructural es el colapso de varias edificaciones producidas por sismos de gran intensidad, Las causas principales del colapso de las edificaciones se debe principalmente a conexiones viga-columna que carecen de la rigidez necesaria para transmitir las fuerzas sísmicas, como consecuencia de los daños graves causados en numerosos edificios de acero por los sismos de Northridge California (1994) y Kobe Japón (1995), diversas asociaciones técnicas emprendieron numerosos estudios e investigaciones para explicar sus causas, y las formas de falla nunca antes observadas de las conexiones viga- columna. Una buena conexión es aquella que resulta práctica, sencilla, económica y segura, el aspecto fundamental del diseño sísmico se basa en las características que tienen los materiales que la constituyen, en general el comportamiento de las conexiones es muy complejo y mas difícil de predecir que los miembros estructurales.

5. IMPORTANCIA Una estructura es segura si las uniones funcionan apropiadamente, en especial en zonas donde las cargas laterales son significativas; una demostración de ello es que en el terremoto de Northridge, 1994.Es por ello que el Instituto Americano de Construcción en Acero, AISC, emprendió un trabajo de investigación en la década pasada que se refleja en sus normas actuales. En construcciones de acero existen muchos tipos de conexiones en consideración a su geometría y cargas, estas tiene que cumplir una serie de requisitos para asegurar su ductilidad, rotación y capacidad de tomar momentos, cortes y cargas axiales, es de mucha importancia saber que las estructuras sometidas a la acción de fuertes cargas dinámicas, pueden sufrir fuertes daños principalmente en sus conexiones, por esto es necesario seguir los procedimientos de cálculo establecido en los códigos aplicados en este trabajo. El aporte fundamental que se realizará con este estudio es tener una directriz clara del comportamiento de las conexiones empernadas y su efecto sobre las estructuras.

6. CAPITULO IIPERNOS Y SU RESISTENCIA PERNOS EI perno es un pasador de acero con una cabeza formada en un extremo y con una rosca en el otro, que permite su fijación a las piezas por unir, por medio de una tuerca que debe apretarse una vez que el perno se ha colocado a través de un agujero. Los pernos estructurales tienen normalmente cabezas cuadradas o hexagonales. En pernos de alta resistencia pueden requerirse roldanas con superficie endurecida. Las primeras investigaciones relacionadas con el uso de los pernos datan de 1937 en Inglaterra, fue hasta 1948, cuando se aprobó el uso de pernos de alta resistencia en conexiones estructurales. Los medios de unión y los elementos auxiliares de la unión deberán dimensionarse para transmitir el 100% de la fuerza axial requerida de la barra

7. TIPOS DE PERNOS DE ACERO ESTRUCTURAL En conexiones estructurales se utilizan dos tipos de pernos, designados bajo la norma ASTM como A307 los pernos comunes y A325 ó A490 los pernos de alta resistencia Para pernos comunes el esfuerzo mínimo especificado de ruptura en tracción (Fu) es: Fu = 4220 kg/cm2 Los pernos de alta resistencia se fabrican en acero al carbono tratado térmicamente y su resistencia a la tensión es mayor en 2 o 3 veces a los ordinarios, pernos A325: Fu = 8440 kg/cm2 (830 MPa.) para d ≤ 25.4 mm (1 pulg.) Fu = 7380 kg/cm2 (725 MPa.) para d > 25.4 mm (1 pulg.) Para pernos con acero aleado tratados térmicamente Fu = 10550 kg/cm2 (1035 MPa.) Las dimensiones de los pernos estructurales deberán reunir los requerimientos de la norma ANSI/ASME B 18.2.6

8. LONGITUD DE PERNOS Para determinar longitud necesaria del perno, consideramos la tabla C-2.2 del RCSC, donde se encuentran los valores que deben añadirse al agarre (Grip). En la figura a continuación observamos la longitud total del perno Dependiendo de los incrementos de longitudes de los pernos suministrados, todo el roscado se puede extender hacia el grip para un montaje sin arandelas, de igual modo puede ser posible excluir la parte roscada del plano de corte, cuando sea necesario de pendiendo de la especifica combinación de la longitud del perno, agarre, y el numero de arandelas utilizadas bajo la tuerca, de ser necesario el incremento de la long. del perno se puede especificar con la ASTM F436 “Arandelas”. Y se asegura el roscado adecuado incluido en el agarre para su correcta instalación

9. TUERCAS Y ARANDELAS Las tuercas que se utilizan conjuntamente con los pernos de alta resistencia están bajo la normativa ASTM A563 grado C para pernos A325, y grado DH para pernos A490, Las dimensiones de las tuercas deberán reunir los requerimientos de la norma ANSI/ASME B18.2.6, Ver tabla (Grado y Acabado de Tuercas/Arandelas) Las arandelas deberán cumplir los requisitos de la norma ASTM F436, las arandelas son utilizadas para compensar el paralelismo cuando las partes empernadas tienen pendientes mayores a 1:20, Para tensión específica la conexión requiere arandelas bajo la cabeza y la tuerca, según la Norma ASTM F436 se utiliza arandelas endurecidas para pernos A 325 o A 490 de 1 pulg. O menor la norma ASTM A325 que un perno galvanizado y tuerca lubricada galvanizada serán ensamblados en una junta de acero con una arandela galvanizada

10. VENTAJAS EN CONEXIONES EMPERNADAS Existen muchas ventajas en las conexiones empernadas de alta resistencia. No se requiere mano de obra especializada y se puede aprender la instalación apropiada en horas, se requiere equipo mas barato para realizar la conexión, sin requerir equipo de montaje que luego toca desmontar como en soldaduras, No existe riesgo de fuego, Su resistencia es igual o mayor a las obtenidas en conexiones soldadas.

11. RESISTENCIA DE DISEÑO POR TENSIÓN ÚLTIMA DE PERNOS DE ALTA RESISTENCIA La resistencia de diseño por tensión de los pernos A325 y A490 es φ Rn, donde el factor de resistencia φ es 0.75 igual que para los pernos comunes, la resistencia nominal por tensión de los pernos de alta resistencia está dada por el esfuerzo de tensión último multiplicado por el área nominal del perno. La siguiente tabla corresponde a la Tabla J3.2 del manual LRFD, llamada Esfuerzo de Diseño de Sujetadores.

12. PERNOS APRETADOS SIN HOLGURA Y PERNOS COMPLETAMENTE TENSADOS Algunos pernos requieren quedar apretados sin holgura (snug-tight). Esto se logra cuando todos las partes de una conexión están en contacto firme entre sí. En general se obtiene con el esfuerzo total realizado por un operario con una llave manual o el apretado que se efectúa después de unos pocos golpes con una llave de impacto. Los pernos completamente tensados son un proceso caro, por esto se deben usar cuando las cargas de trabajo ocasionan un gran número de cambios en los esfuerzos con la posibilidad que se generen problemas de fatiga, donde no es conveniente tener deslizamiento en la junta. La Tensión mínima en Pernos de alta resistencia es igual al 70% de la resistencia mínima por tensión del perno

13. Distancias Mínimas al Borde y Espaciamientos Mínimos de los Pernos El LRFD estipula una distancia mínima S igual a 2 2/3 diámetros de preferencia 3d, las resistencias por aplastamiento de reducirán cuando los agujeros se alargan en la dirección paralela a ala línea de la fuerza. La tabla J3.7 da los valores de incrementos C1 para determinar la S min. en agujeros agrandados Debe evitarse colocar muy cerca de los bordes ya que se puede producir el desgarre del metal, o el punzonado del agujero puede provocar agrietamiento o que se abombe el acero, (Le = 15 ó 2 d), verificar valores en la tabla J3-4 LRFD. Los incrementos para agujeros holgados C2, se encuentran en la tabla J3-8 LRFD.

14. RESISTENCIA DE DISEÑO POR CORTANTE DE PERNOS DE ALTA RESISTENCIA La resistencia Ø = 0.75 igual que para los pernos comunes, la resistencia nominal por cortante está dada por el esfuerzo cortante último multiplicado por el área nominal del perno. Sin embargo, la resistencia por cortante de los A325 y A490 depende de si las roscas están en un plano de corte o no. Cuando la porción roscada está sometida al cortante el esfuerzo cortante último se multiplica por un factor de 0.75, que es la razón aproximada del área roscada al área no roscada. Las resistencias están dadas en la Tabla J3.2 del AISC. La primera categoría, roscas incluidas en el plano de corte, se denomina conexión tipo “N”, y un perno A325 de este tipo puede denotarse como perno A325-N. La designación “X” se emplea para indicar que las roscas están excluidas del plano de corte, por ejemplo un perno A325-X. La capacidad a corte simple para pernos de alta resistencia se obtiene en la Tabla 12.

15. PERNOS EN COMBINACIÓN CON SOLDADURA La capacidad portante de las estructuras metálicas depende fundamentalmente de la resistencia de sus conexiones. En general las conexiones soldadas presentan cierta ventaja sobre las empernadas debido a que son mas sencillas y permiten obtener secciones de menores dimensiones En estructuras que se encuentran en zonas sísmicas no se aceptan que estructuras combinadas comparta las cargas, en toda obra los pernos que trabajen a corte por aplastamiento compartirán las cargas con la soldadura la encargada de resistir las cargas de la unión será la soldadura. Si se instala pernos a deslizamiento critico se acepta que compartan las cargas.

16. RESISTENCIA DE PERNOS ASTM A 325 Y ASTM A490 Tracción Tult = Tn Tn = Fu * At At = 0.75 Ab Ab = πd2/4 ØTn = ØAb Ft Ø = 0.75 Ft = 0.75Fu per A-325 Ft=0.75 x 8440=6330 kg/cm2 A 490 Ft=0.75 x 10550=7910 kg/cm2 La carga de tracción máxima= Tult ocurre normalmente para una elongación Δ= 0.05 pulg (1.27 mm) a 0.30 pulg (7.60 mm), los pernos A490 son mas dúctiles que A 325, la falla por tracción = fractura del perno. En este caso se considera el Área del perno de la parte roscada

17. CORTANTE Pernos múltiples en cortante: Pult/n para fines de diseño se considera que cada perno toma una cantidad igual Rn = 0.85Rult Cuando P = Puse presenta la falla de los pernos progresivamente a partir de los pernos extremos. La Ec. general para resistencia. de diseño en cortante: ØRn = ØmAbFv Rult = 0.6Fu * A A = Ab = πd2/4 = 0.785 d2 Roscas fuera plano de corte Rult = Ab(0.6*Fu) Roscas dentro plano de corte Rult = 0.8 Ab(0.6*Fu) Para m planos de corte Rult = mA (0.60Fu) (0.60 Fu) = Esfuerzo correspondiente a la fractura del perno por cortante Se determina la posición de las roscas dependiendo de las dimensiones de los pernos. Φ= factor de reducción de resistencia= 0.75 m= número de planos de corte (adimensional) Ab= área de la sección transversal del perno cm2 Fv= 0.50 Fu para roscas fuera de los planos de corte Fv= 0.40 Fu para roscas dentro de los planos de corte

18. CORTANTE + TRACCIÓN Se considera que la combinación de R y T ocasiona la falla del perno (fractura del perno) los esfuerzos se observa en la tabla J3.5 LRFD En la mayoría de los casos que un perno esta sometido a cargas combinadas la conexión estará a cargada excéntricamente. En los casos de carga combinada se utilizará la formula de interacción. Las resistencias por cortante y tensión para pernos tipo aplastamiento se basan en los resultados de pruebas y lo tomamos de la curva de interacción. Pu= carga de tensión factorizada sobre el perno (ɸRn)t = resistencia de diseño del perno en tensión Vu = carga cortante factorizada sobre el perno (ɸRn)v=resistencia de diseño por corte del perno

19. CAPITULO IIICONEXIONES EMPERNADAS INTRODUCCIÓN Del análisis general de la estructura, pueden estimarse los esfuerzos aproximados producidos en los elementos de unión y en los propios elementos estructurales vigas y columnas. Sin embargo, como en las conexiones el trabajo de los materiales es complejo debido a que suele haber concentraciones de esfuerzos importantes, no debe confiarse demasiado en el resultado de estimaciones basadas en hipótesis sencillas de diseño. Las conexiones empernadas presentan las siguientes ventajas: proceso en frío, rapidez en el empernado, menos mano de obra especializada, facilitan la inspección y la sustitución de los pernos que se han dañado.

20. INTRODUCCIÓN Para que una conexión sea confiable debe demostrarse experimentalmente que: • Debe ser capaz de desarrollar la capacidad a flexión de la viga. • Debe ser capaz de desarrollar rotaciones plásticas de 0.03 radianes. al ser sometidas a varios ciclos de carga reversibles. • La rotación plástica ocurre en el extremo de la viga por lo que es deseable que la conexión viga-columna sea lo más rígida posible. • Se busca tener conexiones a momento, para poder compensar las ahora conocidas incertidumbres de posibles fracturas frágiles en la conexión viga-columna tradicional.

21. PARTES EMPERNADAS Material de la Conexión. Todo el material dentro del grip deberá ser de acero. No debe haber material compresible para conexión, ni para aislamiento dentro del grip. Condiciones de la Superficie. Todas las superficies de las conexiones durante el ensamblaje deberán estar libres de escamas, suciedades, las rebabas que puedan impedir el contacto deberán ser removidas. - En conexiones sin recubrimiento la pintura deberá se excluida - Las superficies de contacto que requieran pintura deberá ser calificada como A, B. - Las conexiones recubiertas no deberán ser ensambladas antes de haber sido curadas. - Las superficies de contacto a ser galvanizadas se las debe hacer con inmersión en caliente, de acuerdo al ASTM 123. Tipos de Agujeros. Los agujeros reconocidos son: Agujeros estándar, holgados, de ranura corta y de ranura larga, los agujeros no mayor a 1/32 pulg. mayor al diámetro, los agujeros ranurados producidos por oxicorte o punzonado no mayores a los nominales e 1/32

22. ÁREAS TOTALES NETAS Y EFECTIVAS • Áreas Totales o gruesas: • El área total o área gruesa de la sección transversal de un miembro resulta de su espesor t por el ancho b, de cada una de sus partes componentes • Áreas Netas: • En un miembro sujeto a tensión los agujeros incrementan los esfuerzos aún si esta ocupado por un perno, existe un incremento en la intensidad del esfuerzo alrededor de los agujeros que podrían alcanzar varias veces el valor del esfuerzo, Es muy importante la ductilidad del material Los miembros a tensión con acero dúctil han resultado en 1/5 ó 1/6 más resistentes que los hechos de aceros frágiles. • Este análisis es aplicable solamente a miembros a tensión sometidos a cargas relativamente estáticas. Si es necesario diseñar estos miembros a fatiga se debe poner especial cuidado en minimizar las fuentes de concentración de esfuerzos como: cambios bruscos de sección transversal, esquinas salientes, etc. y en ocasiones deberá reforzarse estos miembros.

23. Área Neta El Área neta se refiere al área bruta menos las ranuras, muescas y agujeros, al considerar el área de estos por lo general se resta un área un poco mayor que la nominal del agujero, el valor corresponde a (1/8 pulg.) mayor que el diámetro nominal del conector. Las conexiones de los miembros a tensión deben diseñarse de modo que no tengan excentricidad,desafortunadamente, es difícil arreglar conexiones sin excentricidad. An: área neta A: área total o área gruesa s: paso m: números de agujeros que contiene la trayectoria analizada g: gramil n: número de tramos oblicuos de la trayectoria

24. Área Neta Efectiva Para la conexión empernada, el área neta efectiva es Ae = U An U = 1 – x/L ≤ 0.9 x: distancia del centroide a la conexión L: Longitud de la conexión • Para perfiles W, M y S conectados con por lo menos 3 sujetadores por línea. • - U = 0.9 • Para otros tipos de perfiles con por lo menos 3 sujetadores por línea. • - U = 0.85 • Para todos los miembros con solo dos sujetadores por línea. • - U = 0.75 El retraso del cortante se presenta caso en casos en que un solo lado de un ángulo está empernado, La consecuencia de esta conexión parcial es que el elemento conectado resulta sobrecargado, y la no conectada no queda plenamente esforzada alargando la conexión reducirá el efecto

25. MECANISMOS DE TRANSMISIÓN DE LA CARGA Conexiones tipo fricción: Los pernos al apretarse y alcanzar esfuerzos altos de tensión, dan como resultado una considerable resistencia al deslizamiento en la superficie de contacto que es igual a la fuerza de apriete multiplicada por el coeficiente de fricción. F = µ * N Cada perno es capaz de resistir una carga P = F si P > F, y se presenta el deslizamiento se tendrá entonces a la fuerza cortante y de aplastamiento. Conexiones tipo aplastamiento: La capacidad resistente de los pernos solicitados a corte por aplastamiento. Ø1FtAbn ≥ Tu Ft: Esfuerzo normal a tracción (Tabla 14), fv es el esfuerzo de corte, y se debe cumplir que: . En los pernos la acción combinada del corte y la tracción se trata por separado ya que la tracción reduce la resistencia al corrimiento entre las placas y esto facilita que las cuerdas se aflojen. En las conexiones tipo aplastamiento por otro lado la acción combinada evidencia una distorsión en el vástago que disminuye su capacidad de resistir cargas adicionales de tracción.

26. En las conexiones sometidas a corte y momento, los pernos soportaran esfuerzos de corte y tracción en el área donde el diagrama de flexión esta traccionado y a corte en la zona de compresión, en conexiones que soportan fuerzas excéntricas no coplanares los conectores resistirán esfuerzos combinados de corte y fuerzas axiales de tracción. Las fuerzas de corte se suponen uniformemente resistidas por todos los pernos pero los esfuerzos de tracción varían con la distancia al eje neutro, siendo máximos en las hileras más alejadas. El ancho efectivo del área de compresión es: b´ = 2b Para ubicar el eje neutro Esfuerzo máximo ft = Mc/I c = dist. del eje neutro a hilera mas lejana I: momento de inercia a: sección equivalente al área de los pernos Ab = área de cada perno s = paso n = # de filas Eje neutro: h/c: aprox. 1/6 Eje neutro a 1/6 del borde comprimido y debe cumplir que: Fuerza máx. T:

27. MODOS DE FALLA Existen dos tipos de cargas: Falla Del Sujetador El esfuerzo cortante del sujetador será igual a: P: es la carga: La conexión de la figura, muestra que área transversal esta sometida a la mitad de la carga Al incrementar el numero de planos de corte reduce la carga sobre cada plano, sin embargo también incrementa la longitud del sujetador y podría someterlo a flexión.

28. FALLA DE LAS PARTES CONECTADAS Falla que resulta de la tensión, cortante o flexión excesivas en las partes conectadas Cuando se conecta un miembro en tensión, las tensiones en el área total y en el área neta efectiva deben ser investigadas así como el bloque de cortante debe ser considerado en las conexiones de viga a columna en las que el patín de la viga esta despatinado. Falla en la parte conectada debido al aplastamiento ejercido por los sujetadores El esfuerzo de aplastamiento se calcula , donde P es la fuerza aplicada al sujetador d es el diámetro, del sujetador y t es el espesor de la parte sometida al aplastamiento, por lo tanto P = fp = d t. El problema del aplastamiento puede complicarse si el perno se encuentra cerca del borde en la dirección de la carga

29. RESISTENCIA POR APLASTAMIENTO La resistencia por aplastamiento, será considerada antes que la resistencia por cortante y tensión de los pernos debido a que el esfuerzo es considerado sobre la placa y no sobre el sujetador, la resistencia por aplastamiento de los agujeros de pernos es Ø Rn. Ø = 0.75 Para agujeros estándar y la deformación es una consideración de diseño: Rn =1.2 LctFu ≤ 2.4dtFu Para agujeros estándar y la deformación no es una consideración de diseño: Rn =1.5 LctFu ≤ 3.0dtFu Para agujeros alargados largos y con la ranura perpendicular a la dirección de la fuerza. Rn =1.0 LctFu ≤ 2.0dtFu

30. En la figura se ilustra la distancia Lc. (distancia entre pernos o borde en la dirección de la carga) La resistencia para el perno 1 se calcula con Lc medida al borde del perno 2 y para el perno 2 Lc medido al borde de la placa. Para calcular Lc se utilizara el tamaño real del agujero h = d + 1.6mm El calculo de la resistencia por aplastamiento puede simplificarse si utilizamos la relación Lc = 2d, siempre que gobierne el limite superior de 2.4dtFu Si Lc ≤ 2d, usar Rn =1.2 Lc t Fu Si Lc> 2d, usar Rn=2.4 d t Fu

31. CONEXIONES TIPO FRICCIÓN Y APLASTAMIENTO Al tensar los pernos por completo, las partes conectadas presentan la resistencia al deslizamiento, si la fuerza cortante es menor que la resistencia permisible la conexión se denomina tipo fricción. Si las superficies de contacto están galvanizadas, el factor de deslizamiento se reducirá a casi la mitad del valor. Las especificaciones AASHTO permiten la galvanización si las superficies así tratadas se rayan con cepillos de alambre o se someten a un sopleteado con arena después de la galvanización y antes del montaje. Las especificaciones ASTM permiten la galvanización de los pernos A325, pero no la de los A490. Existe el peligro de que este acero de alta resistencia se vuelva frágil por la posibilidad de que le penetre hidrógeno durante el proceso de galvanización. Si se logran condiciones especiales para aumentar la resistencia al deslizamiento el proyecto puede incrementar los valores usados aquí hasta alcanzar los dados por el Research Council on Structural Joints.

32. CONEXIONES MIXTAS En ocasiones los pernos se usan en combinación con soldaduras o remaches(cuando se añaden a conexiones viejas remachadas para permitir recibir mayores cargas) Pernos en combinación con soldadura. Si estamos haciendo alteraciones en una estructura existente que está conectada con pernos de aplastamiento o apretados sin holgura o bien con remaches, podemos suponer que cualquier deslizamiento que vaya a ocurrir, ya ha tenido lugar. Entonces, si estamos usando la soldadura en la alteración, diseñaremos esas soldaduras despreciando la fuerza que se producen por la carga muerta existente.

33. TRANSMISIÓN DE CARGA Y TIPOS DE CONEXIONES A continuación algunos de los tipos de conexiones empernadas sujetas a fuerza axial. Los conectores están apretados sin holgura por esta razón se encuentran a corte simple y aplastamiento, estos deben tener suficiente resistencia para soportar las fuerzas y los miembros conectados ser bastante fuertes para prevenir su desgarramiento por los conectores. Si se aprieta los pernos obteniendo una tensión confiable da como resultado una gran resistencia por fricción al deslizamiento, todo se resiste por fricción y los pernos no quedan sometidos a corte ni a aplastamiento.

34. CARGA Y TIPOS DE CONEXIONES Conexión traslapada Este tipo de conexión tiene el inconveniente de que el eje de gravedad de la fuerza en un miembro no es colineal con el eje de gravedad de la fuerza en el otro miembro. Se presenta un par que causa una flexión que no es de desearse en la conexión, por esta razón, la conexión traslapada, debe diseñarse con dos conectores por lo menos en cada línea paralela a la longitud del miembro para minimizar la posibilidad de una falla por flexión. Conexión a tope Una conexión a tope se forma cuando se conectan tres miembros. Tiene dos ventajas: - Los miembros se conectan de forma tal que la fuerza P se divide en dos partes. - Se obtiene condiciones de carga más simétrica y se elimina la condición de flexión anterior.

35. Conexión de plano doble Los pernos están sujetos a cortante simple y aplastamiento pero no se presenta el momento flexionante. En este tipo de conexión los pernos están sujetos a cortante simple en dos planos diferentes. En general las conexiones empernadas constan de conexiones a tope o traslapadasla o alguna combinación de estas, la practica comúnmente es considerar un cortante doble para el cálculo de la resistencia. Parece improbable que fallas de cortante puedan ocurrir simultáneamente en tres o más planos Deloitte

36. CONEXIONES EXCÉNTRICAS Conexión Excéntrica Empernada En una conexión excéntrica la resultante de las cargas no pasa por el centro de gravedad de los sujetadores, en un plano de simetría la distancia del centroide del área de corte de los sujetadores a la línea de acción de carga se llama excentricidad, aunque en la mayoría de casos esta es muy pequeña sin embargo se recomienda revisar En la figura podemos observar una conexión usada comúnmente para unir columnas a vigas, en este caso están dos conexiones presentes. Los sujetadores en el alma de la viga (figura b) están sometidos a una fuerza cortante y a un par que genera esfuerzos cortantes torsionantes. Los sujetadores en el patín de la columna (figura c) están sometidos a una reacción R desde el plano de los sujetadores, por lo que tiende a tensionar la parte superior de la conexión (tensión, cortante) y a comprimir la parte interior.

37. Conexión Excéntrica Empernada Solo Cortante La conexión de la ménsula de la columna que se muestra en la figura es un ejemplo de conexión empernada, aquí se puede observar que la conexión esta sometida a un cortante excéntrico. Existen dos enfoques para resolver este tipo de problemas: Análisis Elástico y el más exacto Análisis por Resistencia Ultima.

38. Análisis Elástico Al Analizar el área de los sujetadores y la carga aplicada fuera de su centroide podemos concluir que dicha carga excéntrica puede reemplazarse por una carga aplicada en el centroide + un par de fuerzas M = P/n. El esfuerzo cortante en cada sujetador: d = dist. del centroide al punto donde se calcula el esfuerzo J = momento polar de inercia del área respecto al centroide fv: perpendicular a d Si: J = ∑Ad2 = A∑d2 => Yla fuerza cortante en c/sujetador causada por el par es:

39. Análisis Elástico Es conveniente trabajar con los componentes x y y de las fuerzas para cada sujetador. Las componentes horizontal y vertical causadas por la excentricidad pueden encontrarse como sigue: El Origen del Sistema coordenado esta en el centroide del área cortante. ; La fuerza total en el sujetador es: Donde: Se suman las dos fuerzas cortantes vectorialmente para obtener P, una vez determinada la resultante máxima se elige el tamaño del sujetador, Si P, es una carga factorizada, entonces la fuerza p sobre el sujetador es la carga factorizada por ser resistida en cortante y aplastamiento, es decir, la resistencia de diseño requerida.:

40. Análisis por Resistencia Ultima El principal limitante en el análisis elástico es que la relación carga - deformación del sujetador es lineal y el supuesto de que el esfuerzo de fluencia no se excede. La fuerza R en un perno de deformación Δ es: La resistencia ultima se basa en los siguientes supuestos: -El grupo de sujetadores gira alrededor de un centro instantáneo. CI -La deformación de cada sujetador ≈ d. al CI. - La capacidad se alcanza con la resistencia ultima del sujetador mas alejado - Las partes conectadas permanecen rígidas

41. Conexiones a Momento En todas las conexiones de viga a columna y de viga a viga, hay en algún grado cierta restricción por momento, aún en las conexiones diseñadas como simples o libres de momento Las Especificaciones AISC definen dos clases de construcción Tipo FR – Totalmente restringida Este tipo de estructura tiene conexiones resistentes a momento, sin rotación relativa de los miembros. Si el pórtico se diseña como pórtico rígido, las conexiones deben diseñarse de manera correspondiente, es decir, como conexiones por momento. Tipo PR – Parcialmente restringida En este tipo de construcción el pórtico se diseña con base en una cantidad conocida de restricción, si se desprecia la restricción parcial, las vigas pueden tratarse como simplemente apoyadas, en general, las conexiones que transmiten menos del 20% de la capacidad del miembro se consideran simples, en general transmiten solo la fuerza de cortante.

42. ConexionesParcialmente Restringidas Si se emplea este concepto de estructuración simple se requiere que se cumpla: 1. Aunque las vigas no estén simplemente apoyadas, ellas deben ser capaces de soportar las cargas de gravedad como si ellas lo estuvieran. 2. Las conexiones y los miembros conectados (vigas y columnas) deben ser capaces de resistir los momentos por viento. 3. Las conexiones deben tener suficiente capacidad rotacional inelástica para que los sujetadores no queden sobrecargadas bajo la acción combinada de las cargas de gravedad y viento.

43. Como regla general, la mayor parte del momento transmitido es a través de los patines de la viga y la mayor parte de la capacidad por momento se desarrolla ahí. La conexión de placa se diseña para resistir solo cortante y ella se encarga de tomar la reacción de la viga. Las soldaduras de ranura de penetración completa conectan los patines de la viga a la columna y pueden transmitir un momento igual a la capacidad por momento de los patines de la viga. Esto constituye la mayor parte de la capacidad por momento de la viga.

44. ATIESADORES DE COLUMNAS Y OTROS REFUERZOS El momento transmitido en una conexión rígida de la viga a la columna toma forma de un par de fuerzas, la aplicación de estas fuerzas (Tensión y Compresión), pueden requerir refuerzo en la columna Ambas fuerzas son transmitidas al alma de la columna, un atiesador del tipo mostrado proporciona un anclaje al patín de la columna. La carga de tensión en la parte superior distorsiona el patín de la columna

45. Requisitos de Las especificaciones AISC Para evitar la falla por flexión local del patín de la columna la carga de tensión del patín de la viga no debe exceder: ØRn = Ø(6.25t2f Fyf) ØRn = Ø[(5k + N)Fyw tw] Para el estado límite de fluencia local del alma en compresión Para impedir el aplastamiento del alma, la carga de compresión se transmite a un solo patín ≥ d/2 ≤ d/2 El pandeo por compresión del alma debe investigarse cuando las cargas son transmitidas a ambos patines de la columna Cuando se requieran atiesadores transversales deberán estar apoyados o estar soldados al patín cargado para desarrollar la fuerza transmitida a los atiesadores Resistencia de diseño øRn

46. CONEXIONES CON PLACA DE EXTREMO El lado de tensión de la conexión es crítico; los pernos en el lado de compresión sirven, principalmente, para mantener la conexión bien alineada. Si el momento es reversible, el diseño para el lado de tensión se emplea en ambos lados

47. El procedimiento general es el siguiente: Determinar la fuerza en el patín de tensión de la viga. Seleccionar los pernos necesarios para resistir esta fuerza y disponerlos de manera simétrica respecto al patín de tensión Considerar una porción del patín de la viga y la placa adyacente para que actúen como un perfil T sometido a una carga de tensión aplicada a su alma. Seleccionar el ancho y el espesor del “patín” de esta T para satisfacer los requisitos de flexión Revisar el cortante en la placa. Diseñar las soldaduras.

48. CAPITULO VInspección y Control de Calidad INTRODUCCIÓN La calidad se define como un conjunto de propiedades y características de un producto, proceso o servicio que le confieren su aptitud para satisfacer las necesidades establecidas o implícitas. Mientras que el control de calidad es el proceso de regulación a través del cual se puede medir la calidad real, compararla con las normas o las especificaciones y actuar sobre la diferencia. Cualquier actividad de construcción debe estar acompañada de un control de calidad en sus dos vertientes: ElControl de Producción Interno de la empresa constructora, extendido a todos los procesos constructivos, suministradores, subcontratistas, etc. El Control de Recepción, que efectuado por un Organismo Externo Independiente, garantice al Propietario la consecución de unos estándares de calidad establecidos en el proyecto y en la Normativa de aplicación. • Control de calidad de la documentación de proyecto. • Control de calidad de los materiales. • Control de calidad de fabricación. • Control de calidad de montaje.

49. CONTROL DE CALIDAD DE FABRICACIÓN La calidad de cada proceso de fabricación se define en la documentación de taller y su control tiene por objetivo comprobar su coherencia con la especificada en la documentación general del proyecto (por ejemplo, que las tolerancias geométricas de cada dimensión respetan las generales, que la preparación de cada superficie será adecuada al posterior tratamiento o al rozamiento supuesto, etc.). Control de calidad de la documentación de taller: La documentación de fabricación, elaborada por el taller, deberá ser revisada y aprobada por la dirección facultativa de la obra. Se comprobará que la documentación consta, al menos, los siguientes documentos: • (A) Una memoria de fabricación que incluya: • 1. El cálculo de las tolerancias de fabricación de cada componente, los procedimientos de corte, de doblado. • 2. Los procedimientos de soldadura que deban emplearse, preparación de bordes, precalentamientos requeridos etc.

50. 3. El tratamiento de las superficies, distinguiendo entre aquellas que formarán parte de las uniones soldadas, las que constituirán las superficies de contacto en uniones empernadas por rozamiento o las destinadas a recibir algún tratamiento de protección. (B) Los planos de taller para cada elemento de la estructura y, en particular: • 1. El material de cada componente. • 2. La identificación de perfiles y otros productos. • 3. Las dimensiones y sus tolerancias. • 4. Los procedimientos de fabricación (tratamientos térmicos, mecanizados, forma de ejecución de los agujeros y de los acuerdos, etc.) y las herramientas a emplear. • 5. Las contraflechas. • 6. En el caso de uniones empernadas, los tipos, dimensiones forma de apriete de los pernos (especificando los parámetros correspondientes). • 7. En el caso de uniones soldadas, las dimensiones de los cordones, el tipo de preparación, el orden de ejecución, etc.