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On diciembre 27, 2021 by adminEste artículo considera las conexiones resistentes a momentos que se utilizan en el diseño de edificios de una y varias plantas, en los que se utilizan pórticos continuos.
El artículo analiza los tipos de uniones resistentes a momentos que se utilizan con mayor frecuencia. Se considera el uso de conexiones estándar para las conexiones viga-pilar y viga-viga y se presenta una visión general de los procedimientos de diseño, basados en el Eurocódigo 3. Se consideran tanto las conexiones atornilladas como las soldadas. También se presentan los empalmes de los pilares y las bases de los pilares.
Tipos de conexiones resistentes a los momentos
Las conexiones resistentes a los momentos se utilizan en edificios de varias plantas no arriostrados y en edificios de pórtico de una planta. Las uniones en pórticos de varias plantas suelen ser uniones atornilladas de placa extrema de profundidad total o uniones de placa extrema extendida. Cuando se requiere una conexión más profunda para proporcionar un brazo de palanca más grande para los pernos, se puede utilizar una conexión acanalada. Sin embargo, como se producirá una fabricación adicional, esta situación debería evitarse en la medida de lo posible.
Para las estructuras de pórtico, casi siempre se utilizan las uniones resistentes a los momentos atornilladas en el alero y en el vértice de un pórtico, ya que además de proporcionar una mayor resistencia a la conexión, la unión atornillada aumenta la resistencia del cabrio.
Las uniones resistentes a los momentos más utilizadas son las uniones atornilladas entre vigas y pilares; éstas se muestran en la figura siguiente.
-
Placa extrema de profundidad total
-
Placa extrema extendida
-
.
Placa extrema extendida reforzada
-
Viga lanzada
En lugar de conexiones atornilladas viga-pilara la columna, se pueden utilizar conexiones soldadas. Estas conexiones pueden proporcionar una continuidad de momento completa, pero son caras de producir, especialmente en la obra. Las uniones soldadas entre vigas y pilares pueden prepararse en el taller de fabricación con una unión atornillada dentro de la viga, en una posición de menor momento flector. Las uniones soldadas también se utilizan para la construcción de edificios en zonas sísmicas.
Otros tipos de uniones resistentes a momentos son:
- Empalmes en pilares y vigas, incluidas las uniones de vértice en pórticos, y
- Bases de pilares.
Un aspecto que no se trata en este artículo son las uniones soldadas entre perfiles huecos. Sin embargo, Tata Steel ofrece orientación sobre el diseño de las juntas soldadas para los perfiles huecos Celsius®355 y Hybox®355.
Clasificación de las juntas
El diseño de las juntas en las estructuras de acero en el Reino Unido está cubierto por la norma BS EN 1993-1-8 y su anexo nacional.
La norma BS EN 1993-1-8 exige que las juntas se clasifiquen por su rigidez (como rígidas, semirrígidas o nominalmente clavadas) o por su resistencia (como totalmente resistentes, parcialmente resistentes o nominalmente clavadas). La clasificación por rigidez es relevante para el análisis elástico de las estructuras, mientras que la clasificación por resistencia es para las estructuras analizadas plásticamente. La norma define los modelos de unión como simples, semicontinuos o continuos, en función de la rigidez y la resistencia. Las uniones resistentes a momentos suelen ser rígidas y de resistencia total o parcial, por lo que las uniones son continuas o semicontinuas.
En la mayoría de las situaciones, la intención del diseño sería que las juntas resistentes a los momentos fueran rígidas, y modeladas como tales en el análisis de la estructura. Si las juntas fueran de hecho semirrígidas, el comportamiento de la junta debería tenerse en cuenta en el análisis de la estructura, pero la AN del Reino Unido desaconseja este enfoque hasta que se adquiera experiencia con el método numérico de cálculo de la rigidez rotacional.
La cláusula 5.2.2.1(2) de la norma BS EN 1993-1-8 señala que una unión puede clasificarse sobre la base de pruebas experimentales, la experiencia de un rendimiento satisfactorio previo en casos similares o mediante cálculos basados en pruebas de ensayo.
El anexo nacional del Reino Unido ofrece más aclaraciones, y en NA.2.6 comenta que las conexiones diseñadas de acuerdo con SCI P207. (la versión BS 5950 del Libro Verde sobre uniones de momento) pueden clasificarse de acuerdo con las recomendaciones de dicha publicación.
SCI P207 se ha actualizado para tener en cuenta la norma BS EN 1993-1-8 y se ha reeditado como SCI P398.
Clasificación de uniones rígidas
Las uniones bien proporcionadas que siguen las recomendaciones de normalización dadas en SCI P398 y que se diseñan sólo para la resistencia pueden asumirse generalmente como rígidas para uniones en pórticos de una sola planta . Para pórticos no arriostrados de varias plantas, la rigidez rotacional es fundamental para determinar la estabilidad del pórtico. Por lo tanto, el diseñador debe evaluar la rigidez de las uniones (de acuerdo con la norma BS EN 1993-1-8) y tenerla en cuenta en el diseño de la estructura y en la evaluación de la estabilidad de la misma o, si se han asumido uniones rígidas en el análisis de la estructura, asegurarse de que el diseño de las uniones coincide con esta suposición. En el caso de una unión de placas extremas, se puede suponer que la unión es rígida si se cumplen los siguientes requisitos:
- Adoptar placas extremas relativamente gruesas y, potencialmente, un ala de pilar rígida
- La fuerza de corte del panel del alma del pilar no supera el 80% de la resistencia a cortante de diseño. Si esto no es posible, se debe utilizar un pilar más resistente o se debe proporcionar un refuerzo adecuado.
Cuando no se pueda asumir una unión rígida, se debe suponer que la unión es «semirrígida» y se debe tener en cuenta la flexibilidad de las uniones en la evaluación de la estabilidad de la estructura.
Costes
Las uniones resistentes a los momentos son invariablemente más caras de fabricar que las uniones simples (sólo a cortante). Aunque el coste del material de los componentes de la unión (las placas, los tornillos, etc.) puede no ser significativo, las uniones resistentes a momentos suelen implicar más soldadura que otras uniones. La soldadura es una operación costosa y también implica la inspección después de completar las soldaduras.
El refuerzo local añade más gastos: el aumento de la resistencia de los miembros principales debe considerarse siempre como una alternativa rentable. El refuerzo local suele dificultar las conexiones con el eje menor, lo que añade más costes.
Los refuerzos implican una gran cantidad de soldaduras y, por tanto, son caros. Cuando se utilizan para aumentar la resistencia del elemento, como en una viga de pórtico, su uso está justificado, pero las cartelas pueden ser una opción cara si se proporcionan sólo para hacer posible una conexión atornillada.
Conexiones estándar
Aunque no hay conexiones resistentes a momentos estándar, los principios de normalización siguen siendo importantes para la eficiencia estructural, la construcción rentable y la seguridad. En general, se recomiendan las siguientes orientaciones, al menos para el diseño inicial:
- M20 o M24 clase de propiedad 8.8 pernos, totalmente roscados
- Pernos a 90 o 100 mm de centros transversales («calibre»)
- Pernos a 90 mm de centros verticales («paso»)
- Accesorios S275 o S355 (placas extremas, placas de empalme y rigidizadores)
- Placas extremas de 20 mm con pernos M20; placas extremas de 25 mm con pernos M24.
Uniones atornilladas de viga a pilar
Las uniones atornilladas de placas extremas entre vigas y pilares de sección I o H, como se muestra en la figura siguiente, se diseñan utilizando el enfoque descrito en la norma BS EN 1993-1-8. Los empalmes de placas extremas atornilladas y las conexiones de vértice, que utilizan procedimientos de diseño similares, se tratan en la sección de empalmes.
Base de cálculo
La resistencia de una conexión de placa extrema atornillada es proporcionada por una combinación de fuerzas de tensión en los pernos adyacentes a una brida y fuerzas de compresión en el rodamiento en la otra brida. A menos que haya una fuerza axial en la viga, las fuerzas totales de tensión y compresión son iguales y opuestas. El cizallamiento vertical es resistido por los pernos en el cojinete y en el cizallamiento; normalmente se supone que la fuerza es resistida principalmente por los pernos adyacentes al ala de compresión. Estas fuerzas se ilustran en forma de diagrama en la figura de la derecha.
En el estado límite último, el centro de rotación se encuentra en el ala de compresión o cerca de ella y, para simplificar el diseño, se puede suponer que la resistencia a la compresión se concentra en el nivel del centro del ala.
La fila de tornillos más alejada del ala de compresión tenderá a atraer la mayor fuerza de tensión y la práctica de diseño en el pasado ha sido asumir una distribución «triangular» de las fuerzas, prorrateada a la distancia del ala inferior. Sin embargo, cuando el ala del pilar o la placa del extremo son lo suficientemente flexibles (según la definición de NA.2.7 de la NA del Reino Unido) como para lograr un comportamiento dúctil, pueden utilizarse las resistencias completas de las filas inferiores (esto se denomina a veces «distribución plástica de las fuerzas de las filas de pernos»).
- Distribución de fuerzas en los pernos
-
Distribución triangular
-
Distribución «plástica»
Método de diseño
El método de diseño completo para una conexión de placa extrema es necesariamente un procedimiento iterativo: se selecciona una configuración de pernos y, si es necesario, de rigidizadores; se evalúa la resistencia de dicha configuración; a continuación, se modifica la configuración para obtener una mayor resistencia o una mayor economía, según proceda; se vuelve a evaluar la configuración revisada, hasta alcanzar una solución satisfactoria.
| PASO 1 | Calcular las resistencias efectivas a la tensión de las filas de pernos. Esto implica calcular la resistencia de los pernos, la placa final, el ala del pilar, el alma de la viga y el alma del pilar. La resistencia efectiva de cualquier fila puede ser la de la fila aislada, o como parte de un grupo de filas, o puede estar limitada por una distribución «triangular» desde el nivel de la brida de compresión.
La conclusión de esta etapa es un conjunto de resistencias a la tensión, un valor para cada fila de pernos, y la suma de todas las filas de pernos para dar la resistencia total de la zona de tensión. |
| PASO 2 | Calcular las resistencias de la zona de compresión del alma del pilar, teniendo en cuenta el esfuerzo cortante en el alma del pilar, y del ala de la viga. |
| PASO 3 | Calcular la resistencia al corte del alma del pilar. |
| PASO 4 | Si la resistencia total a la tensión excede la resistencia a la compresión, (Paso 2) o la resistencia al corte del alma del pilar (Paso 3), calcule las resistencias efectivas a la tensión reducidas para las filas de pernos, cuando sea necesario para asegurar el equilibrio.
Calcule la resistencia al momento. Esta es la suma de los productos de la fuerza de la fila de pernos multiplicada por su respectivo brazo de palanca, calculado desde el centro de compresión. |
| PASO 5 | Calcular la resistencia al corte de las filas de pernos. La resistencia se toma como la suma de la resistencia a cortante completa de la fila (o filas) inferior de pernos (que se supone que no resisten la tensión) y el 28% de la resistencia a cortante de los pernos en la zona de tensión (suponiendo, de forma conservadora, que se utilizan completamente en tensión). |
| PASO 6 | Verificar la adecuación de cualquier rigidizador en la configuración. |
| PASO 7 | Verificar la adecuación de las soldaduras en la conexión. (Obsérvese que el tamaño de las soldaduras no es crítico en los Pasos anteriores).
Los componentes en compresión en apoyo directo sólo necesitan una soldadura nominal, a menos que deba considerarse la inversión de momentos. |
La comprobación de la resistencia de una unión de placa extrema soldada considerando cada uno de los componentes que la integran se ilustra en la figura de la derecha y en la tabla adjunta.
| Zona | Ref | Componente | Procedimiento |
|---|---|---|---|
| Tensión | a | Tensión del tornillo | Paso 1a |
| b | Flexión de la placa final | Paso 1a | |
| c | Flexión del ala del pilar flexión | Paso 1a | |
| d | Tensión del alma de la viga | Paso 1b | |
| Tensión del alma del pilar | Paso 1b | ||
| f | Soldadura de brida a placa final | Paso 7 | |
| g | Soldadura de alma a placa final | Paso 7 | |
| Corte horizontal | h | Corte del alma del pilar | Paso 3 |
| Compresión | j | Compresión del ala de la viga | Paso 2 |
| k | Soldadura del ala de la viga | Paso 7 | |
| I | Nervio del pilar | Paso 2 | |
| Corte vertical | m | Soldadura del alma a la placa final | Paso 7 |
| Corte de pernos | Paso 5 | ||
| Portar pernos (placa o brida) | Paso 5 |
Los cálculos correspondientes a los pasos de diseño expuestos anteriormente se describen ampliamente en el SCI P398 Sección 2.5.
Métodos de refuerzo
Una selección cuidadosa de los elementos durante el diseño evitará a menudo la necesidad de reforzar la unión, y dará lugar a una estructura más rentable. Sin embargo, a veces no hay alternativa al refuerzo de una o varias zonas de conexión. La gama de rigidizadores que pueden emplearse se muestra en las figuras siguientes.
El tipo de refuerzo debe elegirse de forma que no choque con otros componentes de la conexión. Esto suele ser un problema con los rigidizadores convencionales cuando las vigas secundarias se conectan al alma del pilar.
Por lo general, hay varias formas de reforzar cada zona y muchas de ellas pueden contribuir a superar una deficiencia en más de una zona, como se muestra en la siguiente tabla.
| Tipo de rigidizador de pilares | Deficiencia | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Viga en tensión | Brillo en rodamiento | Brillo en compresión | Brillo en cizalladura | |||
|
– | – | ||||
| – | – | – | ||||
| Placas de red suplementarias | – | – | – | |||
| Refuerzos diagonales (N & K) | – | – | – | |||
| Refuerzos Morris | – | – | – | |||
| Placas de refuerzo de las bridas | – | |||||
Uniones soldadas viga-pilarconexiones entre vigas y pilares
La intención de la construcción soldada en taller es garantizar que las conexiones principales entre vigas y pilares se realicen en un entorno de fábrica y puedan ser uniones rígidas de plena resistencia. Para conseguirlo, manteniendo el tamaño de las piezas lo suficientemente pequeño para su transporte, se sueldan a los pilares unos trozos cortos de la sección de la viga. La conexión del muñón con el resto de la viga se realiza normalmente con un empalme de placa de cubierta atornillada. Tenga en cuenta que los empalmes atornillados deben utilizar conjuntos de pernos precargados.
En la figura siguiente se muestra una disposición típica para un edificio de varias plantas.
Conexiones soldadas en fábrica
Una conexión típica soldada en fábrica, como se muestra en la figura de la derecha, consiste en un muñón de viga de sección corta soldado en fábrica a las bridas del pilar, y un muñón cónico soldado al perfil interior del pilar en el otro eje. Las secciones del muñón se preparan para ser atornilladas o soldadas con placas de recubrimiento generalmente en un lugar donde el momento de flexión se ha reducido.
Las ventajas de este enfoque son:
- Uniones de momento eficientes y de plena resistencia – toda la soldadura al pilar se realiza en condiciones controladas
- La pieza puede girarse para evitar o minimizar la soldadura posicional.
Las desventajas son:
- Más conexiones y, por tanto, mayores costes de fabricación
- Los muñones del «árbol de la columna» hacen que el componente sea difícil de manejar y transportar
- Los empalmes de las vigas tienen que atornillarse o soldarse en el aire a cierta distancia de la columna
- Las placas de empalme de las bridas y los pernos pueden interferir con algunos tipos de suelo, como las unidades prefabricadas o el entablado metálico.
Consideraciones prácticas
Las soldaduras de filete continuas son la opción habitual para la mayoría de las vigas pequeñas y medianas con bridas de hasta 17 mm de espesor. Sin embargo, muchos contratistas de obras de acero prefieren cambiar a las soldaduras a tope de penetración parcial con filetes superpuestos, o a las soldaduras a tope de penetración total, en lugar de utilizar soldaduras de filete de más de 12 mm.
Para ayudar a proporcionar un buen acceso para la soldadura durante la fabricación, los ejes de las columnas pueden montarse en manipuladores especiales y girarse para facilitar la soldadura en posición descendente a cada muñón.
Método de diseño
En pórticos estáticamente determinados, una conexión de resistencia parcial, adecuada para resistir el momento de diseño es satisfactoria.Si el pórtico es estáticamente indeterminado, las conexiones deben tener suficiente ductilidad para acomodar cualquier inexactitud en el momento de diseño que surja, por ejemplo, de las imperfecciones del pórtico o del asentamiento de los soportes. Para conseguirlo, las soldaduras de la conexión deben tener la máxima resistencia.
| PASO 1 | Calcular los esfuerzos de cálculo en las bridas de tracción y compresión de la viga. La presencia del alma puede despreciarse al determinar estas fuerzas. |
| PASO 2 | Calcular las resistencias en la zona de tracción y verificar su adecuación. Si, para un pilar no rigidizado, las resistencias son inadecuadas, determinar la resistencia para un pilar rigidizado y verificar su adecuación. Normalmente se necesitarán refuerzos en el ala del pilar. |
| PASO 3 | Calcular las resistencias en la zona de compresión y verificar su adecuación. Si, para un pilar no rigidizado, las resistencias son inadecuadas, determinar la resistencia para un pilar rigidizado y verificar su adecuación. |
| PASO 4 | Verificar la adecuación del panel del alma del pilar a cortante. Si el panel no rigidizado es inadecuado, puede ser rigidizado, como en el caso de una conexión de placa de extremo. |
| PASO 5 | Verificar la adecuación de las soldaduras a las bridas y al alma. |
La verificación de la resistencia de una unión soldada de viga a pilar considerando cada uno de los componentes que la integran se ilustra en la figura de la derecha y se relaciona en la tabla adjunta.
| Zona | Ref | Componente | Procedimiento |
|---|---|---|---|
| Tensión | a | Brida de viga | Paso 2 |
| b | Nervio de columna | Paso 2 | |
| Compresión | c | Brida de la viga | Paso 3 |
| d | Nervio de la columna | Paso 3 | |
| Corte horizontal | e | Corte del panel del alma del pilar | Paso 4 |
| Salvas | f, g | Soldaduras de brida | Paso 5 |
| h | Soldadura en red | Paso 5 |
Los cálculos correspondientes a los pasos de diseño expuestos anteriormente se describen ampliamente en la sección 3 del SCI P398.4.
Empalmes
El diseño de los empalmes de vigas y pilares entre secciones H o I sometidos a momento flector, fuerza axial y fuerza cortante transversal incluye los siguientes tipos de empalmes:
- Empalmes de placa de cubierta atornillada
- Empalmes de placa de extremo atornillada
- Empalmes soldados.
El diseño de empalmes de pilares atornillados que están sujetos a fuerzas de compresión predominantes se trata en el artículo de conexiones simples y con mayor detalle en el SCI P358 .
Empalmes de cubrejuntas atornillados
Detalles de conexión
Las disposiciones típicas de empalmes de cubrejuntas atornillados se muestran en la figura.
En un empalme de viga hay un pequeño espacio entre los dos extremos de la viga. Para secciones de viga pequeñas, pueden ser adecuadas las placas de cubierta simples para las alas y el alma. Para secciones transversales simétricas, normalmente se utiliza una disposición simétrica de placas de recubrimiento, independientemente de las magnitudes relativas de las fuerzas de diseño en las bridas.
Los empalmes de pilares pueden ser de tipo portante o no portante. La guía de diseño para los empalmes de columnas de tipo portante se da en SCI P358. Los empalmes de pilares no portantes pueden disponerse y diseñarse como los empalmes de vigas.
Base de diseño
Un empalme de viga (o un empalme de pilar no portante) resiste el momento de diseño coexistente, la fuerza axial y el cortante en la viga mediante una combinación de fuerzas de tracción y compresión en las placas de recubrimiento del ala y el cortante, la flexión y la fuerza axial en las placas de recubrimiento del alma.
Para lograr una clasificación de unión rígida, las conexiones deben diseñarse como conexiones resistentes al deslizamiento. Por lo general, sólo es necesario proporcionar resistencia al deslizamiento en el SLS (Categoría B según BS EN 1993-1-8, 3.4.1), aunque si se requiere una conexión rígida en el ULS, debe proporcionarse resistencia al deslizamiento en el ULS (conexión de Categoría C).
En las estructuras analizadas elásticamente, no se requiere que los empalmes de placas de cubierta atornilladas proporcionen toda la resistencia de la sección de la viga, sólo que proporcionen suficiente resistencia contra los momentos y fuerzas de diseño en la ubicación del empalme. Sin embargo, hay que tener en cuenta que cuando los empalmes están situados en un elemento alejado de una posición de coacción lateral, debe tenerse en cuenta un momento flector de cálculo sobre el eje menor de la sección, que representa efectos de segundo orden.
Rigidez y continuidad
Los empalmes deben tener una continuidad adecuada sobre ambos ejes. Por lo tanto, las placas de la brida deben ser, como mínimo, similares en anchura y grosor a las bridas de la viga, y deben extenderse por una distancia mínima igual a la anchura de la brida o 225 mm, a cada lado del empalme. Los requisitos mínimos de resistencia se indican en la norma BS EN 1993-1-8, cláusula 6.2.7.1 (13) y (14). Los proyectistas también deberían consultar la nota del SCI Advisory Desk AD393.
Método de diseño
El proceso de diseño de un empalme de vigas implica la elección de los tamaños de las placas de cubierta y la configuración de los pernos que proporcionarán una resistencia de diseño suficiente a la unión. El proceso tiene una serie de etapas distintas, que se describen a continuación.
| PASO 1 | Calcular las fuerzas de tracción y compresión de diseño en las dos bridas, debidas al momento flector y a la fuerza axial (si la hay) en la ubicación del empalme. Estas fuerzas pueden determinarse en base a una distribución de esfuerzos elásticos en la sección de la viga o, de forma conservadora, ignorando la contribución del alma.
Calcular las fuerzas de corte, las fuerzas axiales y el momento flector en las placas de recubrimiento del alma. El momento de flexión en las placas de recubrimiento es la parte del momento en toda la sección que soporta el alma (independientemente de cualquier redistribución conservadora a las bridas – véase BS EN 1993-1-8, 6.2.7.1(16)) más el momento debido a la excentricidad del grupo de pernos que resiste el cizallamiento desde la línea central del empalme. |
| PASO 2 | Determinar las resistencias de los pernos y verificar su adecuación, en las bridas y en el alma. |
| PASO 3 | Verificar la adecuación de la brida de tracción en el empalme y las placas de cubierta. |
| PASO 4 | Verificar la adecuación del ala de compresión en el empalme y las placas de cubierta. |
| PASO 5 | Asegurarse de que existe una resistencia mínima para la continuidad de la viga. |
Los pasos anteriores implican la determinación de los valores de resistencia de 11 componentes distintos de un empalme atornillado, como se ilustra en la figura de la derecha y se enumeran en la tabla adjunta.
| Zona | Ref | Componente | paso |
|---|---|---|---|
| Tensión | a | Placa(s) de cubierta de la brida | 3 |
| b | Perno cizalla | 2 | |
| c | Rodamiento del perno | 2 | |
| d | Brida | 3 | |
| Compresión | e | Brida | 4 |
| f | Placa(s) de cubierta de la brida | 4 | |
| g | Corte del perno | 2 | |
| h | Rodamiento del perno | 2 | |
| Corte | j | Placa(s) de cubierta de la web | 1 |
| k | Corte de pernos | 1 | |
| l | Rodamiento de pernos | 1 |
Los cálculos correspondientes a los pasos de diseño expuestos anteriormente se describen con detalle en la sección 4 del SCI P398.2.
Empalmes de placas extremas atornilladas
Detalles de conexión
Las conexiones de placas extremas atornilladas, como empalmes o como conexiones de vértice en pórticos, son efectivamente el lado de la viga de las conexiones viga-pilar, reflejadas para formar un par. Esta forma de conexión tiene la ventaja sobre el tipo de placa de cubierta de que no se requieren pernos precargados (y la consiguiente preparación necesaria de las superficies de contacto). Sin embargo, son menos rígidos que los detalles de empalme de la placa de cubierta.
El empalme de la «cartela del vértice del pórtico» se utiliza regularmente en los pórticos de una sola planta y se asume comúnmente como «rígido» a efectos del análisis global elástico.
Método de diseño
El método de diseño es esencialmente el descrito para las conexiones viga-pilar, omitiendo la evaluación de las resistencias del pilar. Los pasos relevantes y los cálculos correspondientes se describen en la sección 4.3 de la norma SCI P398.
Uniones de momento entre vigas
Detalles de la conexión
Las uniones entre vigas se realizan normalmente utilizando conexiones de placa final con pernos no precargados; los detalles típicos se muestran en la figura siguiente. Se pueden utilizar pernos no precargados cuando sólo hay placas extremas, pero cuando se utiliza también una placa de cubierta, se deben utilizar pernos precargados, para evitar el deslizamiento en el ULS.
- Empalmes típicos de viga a viga
-
-
-
Método de diseño
Cuando no hay placa de cubierta, se puede utilizar el método de diseño para los empalmes de placas extremas. Si se utiliza una placa de recubrimiento, debería diseñarse como para un empalme de placa de recubrimiento; puede suponerse, de forma conservadora, que los pernos de la placa final sólo soportan el esfuerzo cortante vertical.
La conexión entre la placa de recubrimiento y la viga de soporte suele ser sólo nominal, ya que el momento transferido en torsión a la viga de soporte es normalmente muy modesto.
Los pasos relevantes y los cálculos correspondientes se describen en el SCI P398 Sección 4.4.
Empalmes soldados
Detalles de conexión
Los empalmes de taller soldados se emplean a menudo para unir longitudes más cortas suministradas por las fábricas o los almacenistas. En estas circunstancias, las soldaduras se realizan invariablemente «a tope», soldando a tope las bridas y el alma. Pueden formarse pequeños agujeros en el alma para facilitar la soldadura de la brida.
Cuando las secciones que se van a unir no proceden del mismo «laminado» y, en consecuencia, varían ligeramente de tamaño debido a las tolerancias de laminación, se suele colocar una placa de división entre las dos secciones. Cuando se unen componentes de un tamaño de serie diferente por este método, se necesita un refuerzo del alma en la sección mayor (alineado con el reborde de la sección menor), o se puede proporcionar una cartela para que coincida con la profundidad del tamaño mayor.
Un empalme en el sitio puede hacerse con placas de cubierta soldadas en ángulo, como alternativa a un detalle soldado a tope. Se pueden proporcionar pernos en las placas de cubierta del alma para la conexión temporal durante el montaje.
Bases de diseño
Para los empalmes soldados, las bases generales de diseño son:
- Para pórticos estáticamente indeterminados, tanto si se diseñan de forma plástica como elástica, deberían proporcionarse soldaduras de resistencia total a las bridas y al alma
- En pórticos estáticamente determinados, los empalmes pueden diseñarse para resistir un momento de diseño que sea menor que la resistencia al momento del miembro, en cuyo caso:
- Las soldaduras de las bridas deberían diseñarse para resistir una fuerza igual al momento de cálculo dividido por la distancia entre los centros de las bridas.
- Las soldaduras del alma deben diseñarse para resistir el esfuerzo cortante de diseño.
- Si existe una fuerza axial, ésta debería repartirse entre las bridas y las soldaduras diseñadas para esta fuerza, además de la debida al momento de diseño.
El requisito de resistencia total para indeterminado es necesario para asegurar que un empalme es lo suficientemente fuerte como para acomodar cualquier inexactitud en el momento de diseño, que surja, por ejemplo, de las imperfecciones de la estructura, las aproximaciones de modelado o el asentamiento de los soportes.
Bases de pilares
En la figura de la izquierda se muestra un ejemplo de base de pilar capaz de transmitir el momento y la fuerza axial entre los miembros de acero y las subestructuras de hormigón en la base de los pilares. El ejemplo muestra una base de pilar con una placa base no rigidizada. Otras opciones disponibles son las conexiones de placa base rigidizada y las bases de pilares fundidas en bolsillos. Sin embargo, las conexiones de base rígida no se utilizan comúnmente debido a los costes de cimentación asociados.
Base de diseño
En términos de diseño, una conexión de base de columna es esencialmente una conexión de placa extrema atornillada con ciertas características especiales:
- Las fuerzas axiales son más importantes de lo que suele ser el caso en las conexiones de placas extremas.
- En compresión, la fuerza de diseño se distribuye sobre un área de contacto entre el acero y el hormigón que está determinada por la resistencia del hormigón y del mortero de relleno o lechada.
- En tensión, la fuerza se transmite mediante pernos de sujeción anclados en la subestructura de hormigón.
Como consecuencia, una placa base no rigidizada tiende a ser muy gruesa, en comparación con las placas extremas de las uniones entre vigas y pilares.
En la mayoría de los casos, el momento puede actuar en cualquier dirección y se eligen detalles simétricos. Sin embargo, puede haber circunstancias, por ejemplo, algunos pórticos, en los que los detalles asimétricos pueden ser apropiados.
La conexión normalmente deberá transmitir el corte horizontal, ya sea por fricción o a través de los pernos. No es razonable que el cizallamiento horizontal se distribuya uniformemente a todos los pernos que pasan por los orificios de paso de la placa base, a menos que se suelden placas de arandela sobre los pernos en la posición final. Si el cizallamiento horizontal es grande, puede ser más apropiado un muñón de cizallamiento soldado a la parte inferior de la placa base. En todos los casos, el rejuntado de la base es una operación crítica y exige una atención especial.
Método de diseño
El proceso de diseño requiere un enfoque iterativo en el que se seleccionan el tamaño de la placa base de prueba y la configuración de los pernos y, a continuación, se evalúan las resistencias al rango de fuerzas y momentos axiales combinados.Los pasos relevantes y los cálculos correspondientes se describen en la sección 5.5 de la norma SCI P398.
Clasificación de las uniones de las bases de los pilares
La rigidez de la unión de la base tiene generalmente mayor importancia en el comportamiento de la estructura que otras uniones de la misma. La mayoría de las placas base no rigidizadas son sustancialmente más rígidas que un detalle típico de placa final. El grosor de la placa base y la precompresión del pilar contribuyen a ello. Sin embargo, ninguna conexión de la base es más rígida que la cimentación y, a su vez, el suelo al que se transmite su momento. A menudo, esto será evidente mediante una inspección.
Lecturas adicionales
- Steel Designers’ Manual 7th Edition. Editores B Davison & G W Owens. The Steel Construction Institute 2012, Chapter 28
- Architectural Design in Steel – Trebilcock P and Lawson R M published by Spon, 2004
Resources
- SCI P358 Joints in Steel Construction – Simple Joints to Eurocode 3, 2014
- SCI P398 Joints in Steel Construction – Moment-resisting Joints to Eurocode 3, 2013
- National Structural Steelwork Specification (6th Edition), Publication No. 57/17, BCSA 2017
- Edificios de acero en Europa. Edificios de acero de una sola planta; Parte 11: Conexiones de momento.
- Diseño de uniones soldadas – Celsius®355 y Hybox®355, 2013, Tata Steel
Véase también
- Edificios de oficinas de varias plantas
- .edificios de oficinas de varias plantas
- Cuadros continuos
- Modelación y análisis
- Conexiones simples
- Cuadros de pórtico
- Fabricación
- Soldadura
- Construcción
- Perforación
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