CONEXIONES  

ARBOL DE CONEXIONES DEL AISC

CONEXIONES RIGIDAS ENTRE VIGAS Y COLUMNAS

SE HAN MANTENIDO LOS CONCEPTOS ESTABLECIDOS EN LA VERSIÓN ANTERIOR EN DONDE SE TOMARON EN CUENTA LOS ESTUDIOS E INVESTIGACIONES DERIVADOS DE LAS EXPERIENCIAS DERIVADAS DE LOS SISMOS DE NORTHRIDGE 1994 Y KOBE 1995.

COMO RESULTADO TAMBIÉN DE ESTAS EXPERIENCIAS SE DEFINIERON NUEVAS CONEXIONES PRECALIFICADAS

CONEXIÓN CON SOLDADURA A TOPE EN PATINES Y PLACA DE CORTANTE ATORNILLADA

FALLA DE UNA SOLDADURA A TOPE DE PENETRACION COMPLETA SISMO DE NORTHRIDGE 1994  

ANTECEDENTES   FALLAS  

CONSIDERACIONES ESPECIALES PARA CONEXIONES EN ZONAS SISMICAS  

PROPIEDADES DEL ACERO PARA DETERMINAR LA RESISTENCIA REQUERIDA EN CONEXIONES CUYO DISEÑO ESTA REGIDO POR COMBINACIONES QUE INCLUYEN SISMO Fye = Ry Fy

Ry = 1.5 para acero A-36 Ry = 1.1 para acero A-992

PLACAS DE CONTINUIDAD (ATIESADORES HORIZONTALES EN LA COLUMNA) CUANDO EL DISEÑO ESTÁ REGIDO POR UNA COMBINACIÓN DE CARGA QUE INCLUYE SISMO DEBEN COLOCARSE ATIESADORES HORIZONTALES A LOS LADOS DEL ALMA DE LA COLUMNA  

RELACION ENTRE LOS MOMENTOS DE VIGAS Y COLUMNAS EN PRESENCIA DE ACCIONES SÍSMICAS DEBE SATISFACERSE LA SIGUIENTE RELACIÓN ∑↑▒𝑴↑∗ ↓𝒑𝒄  /∑↑▒𝑴↑∗ ↓𝒑𝒗   >𝟏.𝟎        

∑↑▒𝑴↑∗ ↓𝒑𝒗    

SUMA  DE  LOS  MOMENTOS  EN  LA  VIGA,  O  VIGAS,  QUE  CONCURREN  EN  LA  JUNTA,  DETERMINADA  EN  LA  INTERSECCIÓN  DE  LOS  EJES  DE  VIGAS  Y  COLUMNAS;  SE  OBTIENE  SUMANDO  LAS  PROYECCIONES,  EN  EL  EJE  DE  LAS  COLUMNAS,  DE  LAS  RESISTENCIAS  NOMINALES  EN  FLEXIÓN  DE  LAS  VIGAS  EN  LOS  PUNTOS  EN  LOS  QUE  SE  FORMAN  LAS  ARTICULACIONES  PLÁSTICAS.      

∑↑▒𝑴↑∗ ↓𝒑𝒄  =∑↑▒(𝟏.𝟏 𝑹↓𝒚 𝑴↓𝒑𝒗 + 𝑴↓𝒗 )   

DONDE MV ES EL MOMENTO ADICIONAL QUE SE OBTIENE MULTIPLICANDO LA FUERZA CORTANTE EN LA ARTICULACIÓN PLÁSTICA POR LA DISTANCIA DE ÉSTA AL EJE DE LA COLUMNA

PUEDE TOMARSE ∑↑▒𝑴↑∗ ↓𝒑𝒄 =∑↑▒𝒁↓𝒄 (𝑭↓𝒚𝒄 − 𝑷↓𝒖𝒄 ∕𝑨↓𝒄  )    

NUEVAS CONEXIONES CALIFICADAS  

CONEXIONES PRECALIFICADAS

CONEXIÓN CON VIGAS DE SECCION REDUCIDA (HUESO DE PERRO)

CONEXIÓN ATORNILLADA CON PLACA EXTREMA

(ATIESADA Y SIN ATIESAR)

CONEXIÓN CON PATINES SOLDADOS SIN REFUERZO Y ALMA SOLDADA

CONEXIÓN CON PLACAS ATORNILLADAS A LOS

PATINES

CONEXIÓN CON MENSULAS TIPO KAISER ATORNILLADAS

CONEXIÓN CON VIGAS DE SECCION REDUCIDA  

PRUEBA DE LA CONEXIÓN (THOMAS M. MURRAY)

CONEXIÓN DE PLACA EXTREMA  

Configuraciones    básicas   Configuraciones  extendidas  

CONEXIÓN CON PATINES Y ALMA SOLDADOS

DETALLE DE LAS RANURAS  

PLACAS SOLDADAS A LOS PATINES ALMA ATORNILLADA    

CONEXIÓN CON PLACAS ATORNILLADAS A LOS PATINES  

CONEXIÓN CON MENSULAS TIPO KAISER ATORNILLADAS  

EJEMPLO  

EJEMPLO DE UNA CONEXIÓN DE MOMENTO Diseñar la conexión de viga a columna mostrada para las siguientes acciones: Vu = 19.2 ton

Mu = 35.0 t m

d  

0.6

TIPO AMBOS PATINES

3 PERNOS DE 2.2 @7.6(A-325)

PLACA 12.7x23x1.0

W457x74

W35

6x14

7

0.645°

EJEMPLO DE UNA CONEXIÓN DE MOMENTO P= 550 ton Parámetros geométricos de diseño

Viga W 45.7 x 74 kg/m ASTM A992 Fy = 3500 kg/cm² Fu = 4600 kgcm² Columna W 35.6 x 147 kg/m ASTM A992 Fy = 3500 kg/cm² Fu = 4600 kgcm² Placa ASTM A36 Fy = 2530 kg/cm² Fu = 4100 kgcm²

EJEMPLO DE UNA CONEXIÓN DE MOMENTO  Parámetros geométricos de diseño

a#esado  0.250  D  AMesado  

 Vu  =  40  ton  cortante  de  piso  

1.  TRABE  4  cm  

22.9  cm  

2.5  cm  

38.0  cm  

COLUMNA  1.89  cm  

39.5  cm  

3.02  cm  

4.55  cm  (diseño)  

15.3  

303  cm²   Zx

45.7 x 74

36.0 cm

1.23 cm

37.0 cm

1.98 cm

3.7 cm

29

188 cm²

45.7 cm

0.9 cm

19.0 cm

1.4 cm

51

94.8 cm² 94.8 cm² 1655 cm³

35.6 x 147

EJEMPLO DE UNA CONEXIÓN DE MOMENTO

CONEXIÓN DE LA VIGA A LA COLUMNA Patín de la viga al patín de la columna (CONEXIÓN CALIFICADA) Se soldará directamente con penetración completa empleando placas de respaldo En tales condiciones no hay nada que diseñar A cambio de esto si la estructura se ubica en zona de riesgo sísmico es necesario un detallado muy estricto en los cortes de la viga. (Ver figura siguiente)

DETALLADO DE LA CONEXION

EJEMPLO DE UNA CONEXIÓN DE MOMENTO Conexión del alma de la viga a la columna

Se usará una placa simple Se propone una placa de 23 x 12.7 x 1.0 cm De acero A36 y 3 tornillos de 7/8´´ A325-N

0.67.6 5.1

3.9

7.6

3.9

7.6

ESTADOS LIMITE A CONSIDERAR EN LA PLACA 1. Fluencia en cortante (placa) 2. Ruptura en cortante (placa) 3. Aplastamiento/desgarramiento 4. Bloque de cortante (placa) 5. Fractura del tornillo 6. Fractura de la soldadura

EJEMPLO DE UNA CONEXIÓN DE MOMENTO

EJEMPLO DE UNA CONEXIÓN DE MOMENTO Resistencia a cortante de los tornillos De la tabla 7.1 φrn = 11.1 ton (capacidad de un tornillo a cortante simple) Para 3 tornillos 33.3 ton > Vu = 19.2 ton Resistencia a aplastamiento de los tornillos (3) Distancia vertical al borde : 3.9 cm (al centro del agujero) Distancia desde el borde: 3.9 – 2.38/2 = 2.7 cm φrn = φ 1.2 lc t Fu ≤ φ 2.4 dt Fu 0.75(1.2)(2.7)(0.95)(4100) = 9460 kg 0.75(2.4)(2.2)(0.95)(4100) = 15420 kg La resistencia por aplastamiento es mayor que Vu Fluencia en cortante de la placa φ = 1.00 φRn = φ0.60 Fy Ag = 1 x 0.60 x 2530 x 23 x 0.95 = 33170 kg = 33.2 ton >19.2

CAPACIDAD DE TORNILLOS A CORTANTE

EJEMPLO DE UNA CONEXIÓN DE MOMENTO Ruptura por cortante en la placa Longitud total de agujeros: 3 agujeros de 2.5 cm = 7.5 cm ; Anv = (23- 7.5) x 1.0 = 15.5 cm² φ= 0.75 φRn = φ 0.60 Fu Anv = 0.75 x 0.60 x 4100 x 15.5 = = 28600 kg = 28.6 ton > 19.2 Bloque de cortante φRn = φ Ubs Fu Ant +min (0.60 Fy Agv, φ 0.60 Fu Anv) Sustituyendo los valores correspondientes se obtiene φRn = 31.9 ton > 19.2 cumple Soldadura Capacidad de un cordón de 0.6 x 23 long. = 663 x 23 = 15250 kg Para 2 cordones 30.5 ton

EJEMPLO DE UNA CONEXIÓN DE MOMENTO                                                              Resumen  

 Estados límite Fluencia por cortante = 33.2 ton Ruptura por cortante = 28.6 ton Aplastamiento ΦVn = 70.3 ton Bloque de cortante 31.9 ton Fractura en los tornillos = 33.3 TODOS LOS VALORES SON MAYORES DE Vu = 19.2 ton

EJEMPLO DE UNA CONEXIÓN DE MOMENTO CONCEPTOS ADICIONALES DE LA COLUMNA

COLUMNA W 24 X103 Mu = 145 tm Cu = Tu = 145 / 0.598 = 242 ton

59.8  59.8  

242  ton  

242  ton  

242  ton  

242  ton  

40  ton  

a) Flexión del patín de la columna ΦRn = 0.9( 6.25 tf ² Fy) = 0.9 (6.25 x 3.02² x 3500) = 179600 kg = 180 ton < Tu = 242 ton Se requieren atiesadores en 1 y en 3 b) Fluencia del alma ΦRn = 0.9( 5k + N) Fy tw k = distancia del borde exterior del patín al punto donde inicia la parte recta del alma N = longitud de aplastamiento (espesor del patín) tw = espesor del alma ΦRn = 1.0( 5 x 4.55 + 2.5) 3500 x 1.89) = 167000 kg = 167 ton < 242 Se requieren

EJEMPLO DE UNA CONEXIÓN DE MOMENTO CONCEPTOS ADICIONALES EN LA COLUMNA  

c) Aplastamiento del alma de la columna ΦRn = 0.75( 0.80) tw ² [1+ 3 ( N/d)(tw/tf)  ↑𝟏.𝟓 ]√EFyw tf/tw Resolviendo para la columna W 24x 103 ΦRn = 251200 kg = 251.2 ton > 242 o.k.

EJEMPLO DE UNA CONEXIÓN DE MOMENTO CONCEPTOS ADICIONALES EN LA COLUMNA

EJEMPLO DE UNA CONEXIÓN DE MOMENTO CONCEPTOS ADICIONALES EN LA COLUMNA Diseño de los atiesadores

242  –  min    =75  ton  

180  

167   242  -­‐  167      =75  ton  

AMesador  1-­‐2  

75  +  75  =150  ton  

EJEMPLO DE UNA CONEXIÓN DE MOMENTO CONCEPTOS ADICIONALES EN LA COLUMNA  Diseño de los atiesadores

Atiesador 1 - 2 Lado de tensión : Ast = 75000 / (0.9 x 2530) = 32.9 cm²75/2 Lado de compresión : Ast = 75000 / (0.85 x 2530) = 34.9 cm² Placa de 5/8´´ x 6´´ A = 2 (15.2 – 1.9) (1.59) = 42.3 cm²> Ast ok Soldadura Se propone un cordón de 3/8´´ en ambos lados Cap. de la soldadura 13.3 x 2 x 2 x 6 x 0.250 = 79.8 ton ok

75/2  75/2  

75  ton  

EJEMPLO DE UNA CONEXIÓN DE MOMENTO RESUMEN  

PLANTA   ELEVACION   ELEVACION  

CONEXIÓN VIGA-COLUMNA CON VIGAS EN DOS DIRECCIONES  

  Estados límite: Fractura de los tornillos por tensión Resistencia a flexión de la placa extrema Soldadura del patín de tensión Soldadura del alma Cortante en el tornillo del lado de compresión

CONEXIONES DE MOMENTO CON PLACA EXTREMA

PARA EL DISEÑO DE ESTAS CONEXIONES ES CONVENIENTE RECURRIR A AYUDAS DE DISEÑO COMO LAS CONTENIDAS EN LA GUIA 16 DEL AISC EN ESTE DOCUMENTO APARECEN FORMULAS QUE FACILITAN EL PROCESO