software libre para el diseÑo de conexiones metalicas de

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SOFTWARE LIBRE PARA EL DISEÑO DE CONEXIONES METALICAS DE ACUERDO CON LA NSR-10

JUAN FRANCISCO ACUÑA TORRES

HAROLD ANDRE SOTELO OJEDA

PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA

FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL

BOGOTÁ D.C

2014

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SOFTWARE LIBRE PARA EL DISEÑO DE CONEXIONES METALICAS DE ACUERDO CON LA NSR-10

JUAN FRANCISCO ACUÑA TORRES

HAROLD ANDRE SOTELO OJEDA

TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR POR EL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL

DIRECTOR

Ing. JESÚS DANIEL VILLALBA MORALES, D. Sc.

PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA

FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL

BOGOTÁ D.C

2014

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AGRADECIMIENTOS

Le agradecemos a nuestro director Jesús Villalba por el apoyo, orientación y asesoría durante el desarrollo del trabajo de grado.

A nuestras familias y familiares por estar a nuestro lado en el transcurrir de la carrera para llegar a ser Ingenieros Civiles.

A la Pontificia Universidad Javeriana por brindar espacios adecuados para el desarrollo profesional y humano de toda la comunidad.

Agradecemos a nuestros compañeros, docentes y profesionales que nos acompañaron en la formación.

En general a todas las personas que con su conocimiento y su voz de aliento hicieron que culmináramos nuestro pregrado acertadamente.

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TABLA DE FIGURAS

Fig. 1 Esquema END PLATE....................................................................................... 32 Fig. 2 Diagrama de equilibrio resistencia de los pernos. ........................................ 33 Fig. 3 Diagrama de equilibrio aleta de viga ............................................................... 33 Fig. 4 Casos Bloque de Cortante (Tomado de AISC Design v14.0) ........................ 39 Fig. 5 WUF-W conexión a momento (Tomado de AISC 358-10 CHAPTER 8) ......... 46 Fig. 6 Detalle de la geometría del orificio de soldadura (AISC 358-10 Sección 6.10.1.2) ........................................................................................................................ 49 Fig. 7 Conexión alma de la viga (Tomado de AISC 358-10 (Sect 8.6)) .................... 49 Fig. 8 Conexión del alma de la viga (Tomado de AISC 358-10 Sect 8.6) ................ 51 Fig. 9 Esquema Conexión Placa Gusset ................................................................... 53 Fig. 10 Tipos de análisis (Tomado de: AISC-T-DG01 Fig.1)..................................... 57 Fig. 11 (a) Resultante de Esfuerzos bajo la placa (Tomado de AISC-T-DG01 Fig.10) ...................................................................................................................................... 59 Fig. 12 (b) Caso General (Tomado de AISC-T-DG01 Fig. 10) ................................... 59 Fig. 13 (c) Distribución de esfuerzos (Tomado de AISC-T-DG01 Fig.10)................ 59 Fig. 14 Pequeñas excentricidades. (Tomado de AISC-T-DG01 Fig. 11).................. 60 Fig. 15 Excentricidad Moderada (AISC-T-DG01 Moderate Eccentricity)................. 61 Fig. 16 Tipos de Pernos (Tomado de AISC-T-DG01) ................................................ 64 Fig. 17 Pantalla de inicio Software............................................................................. 68 Fig. 18 Menú de Conexiones a Diseñar ..................................................................... 69 Fig. 19. Ventana de Elección de Método de Entrada ................................................ 71 Fig. 20. Ventana de Datos de Entrada Componentes.............................................. 71 Fig. 21. Ventana Datos de entrada sección a............................................................ 72 Fig. 22. Imagen Esquemática de Datos de Entrada sección b. ............................... 73 Fig. 23. Ventana Guardar Valores y Crear Reporte .................................................. 74 Fig. 24. Guardar Valores en Archivo de Texto .......................................................... 76 Fig. 25. Ventana de Datos Importados ...................................................................... 77 Fig. 26. Datos Importados .......................................................................................... 77 Fig. 27 Creación informe en Word. ............................................................................ 81 Fig. 28 Edición en Photoshop .................................................................................... 81 Fig. 29. Informe Creado en Formato PDF .................................................................. 82 Fig. 30 Carpeta de destino de Python 2.7 ................................................................. 83 Fig. 31 Ubicación en la carpeta Python ..................................................................... 84 Fig. 32 Ejecución archivo "setup.py" ........................................................................ 84 Fig. 33 Ejecutable en el Escritorio. ............................................................................ 85 Fig. 34 Grafico Acotación Placa Extremo. ................................................................ 86 Fig. 35 Informe END PLATE pág. 1 ............................................................................ 87 Fig. 36 Informe END PLATE pág. 2 ............................................................................ 88 Fig. 37 Informe END PLATE pág. 3 ............................................................................ 89 Fig. 38 Informe END PLATE pág. 4 ............................................................................ 90 Fig. 39 Informe END PLATE pág. 5 ............................................................................ 91 Fig. 40 Informe END PLATE pág. 6 ............................................................................ 92 Fig. 41 Informe END PLATE pág. 7 ............................................................................ 93 Fig. 42Grafico Acotación Placa Pernada................................................................... 94 Fig. 43 Informe BOLTED FLANGE PLATE pág. 1 ..................................................... 95

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Fig. 44 Informe BOLTED FLANGE PLATE pág. 2 ..................................................... 96 Fig. 45 Informe BOLTED FLANGE PLATE pag. 3 ..................................................... 97 Fig. 46 Informe BOLTED FLANGE PLATE pag.4 ...................................................... 98 Fig. 47 Informe BOLTED FLANGE PLATE pág. 5 ..................................................... 99 Fig. 48 Informe BOLTED FLANGE PLATE pág. 6 ................................................... 100 Fig. 49 Informe BOLTED FLANGE PLATE pág. 7 ................................................... 101 Fig. 50 Informe BOLTED FLANGE PLATE pág. 8 ................................................... 102 Fig. 51 Informe BOLTED FLANGE PLATE pág. 9 ................................................... 103 Fig. 52 Informe BOLTED FLANGE PLATE pág. 10 ................................................. 104 Fig. 53 Informe WELDED pág. 1 ............................................................................... 106 Fig. 54 Informe WELDED pag.2 ................................................................................ 107 Fig. 55 Informe WELDED pág. 3 ............................................................................... 108 Fig. 56 Informe WELDED pag.4 ................................................................................ 109 Fig. 57 Informe WELDED pag.5 ................................................................................ 110 Fig. 58 Informe WELDED pág. 6 ............................................................................... 111 Fig. 59 Informe WELDED pág. 7 ............................................................................... 112 Fig. 60 Grafico Acotación Placa Gusset.................................................................. 113 Fig. 61 Informe GUSSET pag.1................................................................................. 114 Fig. 62 Informe GUSSET pág. 2................................................................................ 115 Fig. 63 Informe GUSSET pág. 3................................................................................ 116 Fig. 64 Informe GUSSET pág. 4................................................................................ 117 Fig. 65 Informe GUSSET pág. 5................................................................................ 118 Fig. 66 Informe GUSSET pág. 6................................................................................ 119 Fig. 67 Informe GUSSET pág. 7................................................................................ 120 Fig. 68 Informe GUSSET pág. 8................................................................................ 121 Fig. 69 Informe GUSSET pág. 9................................................................................ 122 Fig. 70 Informe GUSSET pág. 10.............................................................................. 123 Fig. 71 Informe BASE PLATE pág. 1 ........................................................................ 125 Fig. 72 Informe BASE PLATE pág. 2 ........................................................................ 126 Fig. 73 Informe BASE PLATE pág. 3 ........................................................................ 127 Fig. 74 Informe BASE PLATE pag.4 ......................................................................... 128 Fig. 75 Informe BASE PLATE pág. 5 ........................................................................ 129 Fig. 76 Informe BASE PLATE pag.6 ......................................................................... 130 Fig. 77 Error división por cero ................................................................................. 133 Fig. 78 Error al ingresar variable ............................................................................. 134 Fig. 79 Error reporte abierto ..................................................................................... 134 Fig. 80 Error al elegir el archivo .txt......................................................................... 134

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TABLAS DE CUADROS

Tabla 1 Distancia de borde y embebida (Tomado de AISC-T-DG01) ...................... 65

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TABLA DE CONTENIDO

1 RESUMEN.............................................................................................................. 10

2 INTRODUCCIÓN .................................................................................................... 11

2.1. OBJETIVOS ..................................................................................................... 11

2.1.1. GENERAL ................................................................................................. 11

2.1.2. ESPECIFICOS .......................................................................................... 11

2.2. ORGANIZACIÓN DEL DOCUMENTO ............................................................. 12

3 MARCO TEÓRICO ................................................................................................. 13

3.1. SOFTWARE LIBRE ......................................................................................... 13

3.2. PYTHON .......................................................................................................... 14

3.2.1. Librerías de Python. .................................................................................. 15

3.3. APLICACIONES EN LA INGENIERIA.............................................................. 15

3.4. NSR-10 ............................................................................................................ 16

3.4.1. Proceso de Diseño. ................................................................................... 16

3.4.2. Materiales. ................................................................................................. 16

3.4.3. Tensión...................................................................................................... 18

3.4.4. Compresión. .............................................................................................. 19

3.4.5. Conexiones................................................................................................ 20

4 DISEÑO DE CONEXIONES METÁLICAS ............................................................. 26

4.1. EXTENDED END PLATE................................................................................. 26

4.1.1. General...................................................................................................... 26

4.1.2. Límites – Precalificados............................................................................. 26

4.1.3. Detalles de Conexión ................................................................................ 28

4.1.4. Procedimiento de Diseño........................................................................... 29

4.2. BOLTED FLANGE PLATE ............................................................................... 37

4.2.1. General...................................................................................................... 37

4.2.2. Sistema...................................................................................................... 37

4.2.3. Detalles de Conexión ................................................................................ 37

4.2.4. Proceso de Diseño .................................................................................... 37

4.3. WELDED UNREINFORCED FLANGE PLATE-WELDED ................................ 46

4.3.1. General...................................................................................................... 46

4.3.2. Sistemas.................................................................................................... 46

4.3.3. Límites de precalificación. ......................................................................... 46

4.3.4. Procedimiento de diseño ........................................................................... 51

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4.4. GUSSET PLATE .............................................................................................. 53

4.4.1. General...................................................................................................... 53

4.4.2. Límites ....................................................................................................... 54

4.4.3. Proceso de Diseño .................................................................................... 54

4.5. BASE PLATE ................................................................................................... 57

4.5.1. General:..................................................................................................... 57

4.5.2. Variaciones diferentes del método elástico. .............................................. 58

4.5.3. Diseño de la pequeña y excentricidades moderadas. ............................... 60

4.5.4. Diseño para grandes excentricidades. ...................................................... 61

4.5.5. Procedimiento de diseño según la American Institute of Steel Construction (AISC)-DG01-column base plate. ........................................................................... 62

5 IMPLEMENTACIÓN ............................................................................................... 67

5.1. PROCESO DE PROGRAMACIÓN .................................................................. 67

5.2. INICIO DE PROGRAMA .................................................................................. 67

5.3. ELECCIÓN DE LA CONEXIÓN ....................................................................... 69

5.4. MÉTODO DE ENTRADA DE DATOS .............................................................. 70

5.5. INSERTAR DE DATOS.................................................................................... 71

5.5.1. Creación de la Ventana (Función “Toplevel”): ........................................... 72

5.5.2. Nombres de las variables. ......................................................................... 72

5.5.3. Espacio de entrada de valor: ..................................................................... 73

5.5.4. Imagen esquemática: ................................................................................ 73

5.6. GUARDAR VALORES DE VARIABLE ............................................................. 74

5.6.1. Guardar Valores en Archivo de Texto ....................................................... 74

5.7. IMPORTAR DATOS ......................................................................................... 75

5.7.1. Lectura del archivo de texto:...................................................................... 76

5.7.2. Asignación de los valores del archivo de texto a las variables requeridas: 76

5.7.3. Ventana con los datos ya leídos de un archivo .txt.................................... 76

5.8. PROGRAMACIÓN DE DISEÑO....................................................................... 78

5.8.1. Cambio de unidades de variable en concordancia al Marco Teórico ........ 78

5.8.2. Procesamiento de variables con ecuaciones............................................. 78

5.8.3. Comparaciones por medio de condicionales ............................................. 79

5.8.4. Resultados................................................................................................. 79

5.8.5. Cambio de unidades de resultados en concordancia a unidades de entrada 79

5.9. INFORME DE RESULTADOS ......................................................................... 80

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5.10. EJECUTABLE............................................................................................... 83

6 EJEMPLOS DE APLICACIÓN ............................................................................... 86

6.1. END PLATE ..................................................................................................... 86

6.2. BOLTED FLANGE PLATE ............................................................................... 94

6.3. WELDED UNREINFORCED FLANGE........................................................... 105

6.4. GUSSET PLATE ............................................................................................ 113

6.5. BASE PLATE ................................................................................................. 124

7 LIMITACIONES .................................................................................................... 131

7.1. LIMITACIONES TÉCNICAS........................................................................... 131

7.1.1. End Plate ................................................................................................. 131

7.1.2. Bolted Flange Plate ................................................................................. 131

7.1.3. Welded Unreinforced Flange-Welded...................................................... 132

7.1.4. Gusset Flange Plate ................................................................................ 132

7.1.5. Base Plate ............................................................................................... 132

7.2. LIMITACIONES DE INTERFAZ ..................................................................... 133

7.2.1. Casos Puntuales: .................................................................................... 133

8 CONCLUSIONES ................................................................................................. 135

9 BIBLIOGRAFIA.................................................................................................... 136

10 ANEXOS ........................................................................................................... 138

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1 RESUMEN El trabajo de grado que se desarrolla a continuación, es un trabajo el cual surge como una ayuda didáctica que busca complementar y abordar una temática de ingeniería civil, y a mayor profundidad el de las estructuras metálicas. Ya que en el ámbito académico de las estructuras metálicas se cuenta con unas bases sólidas para el desarrollo de todo el comportamiento porticado de las mismas, pero se evidencia que las bases teóricas con respecto a las conexiones de los elementos estructurales no lo son. Para solventar la problemática que se vive en las industrias manufactureras de estructuras metálicas, donde se evidencian errores en el diseño de las conexiones metálicas, hemos elaborado un trabajo de grado enfocado esencialmente en el desarrollo de un software libre para el diseño de conexiones metálicas de acuerdo a la NSR-10. La idea de este software es brindar un apoyo a futuro a la asignatura que se ofrece en el énfasis de estructuras de la universidad y brindando la posibilidad de una complementación del software.

Para generar el software se hizo una revisión bibliográfica de las exigencias que la Norma Sismo Resistente del 2010 establece para las estructuras metálicas enfocadas a las conexiones metálicas. Luego de tener claro los aspectos que la NSR-10 contempla para las conexiones metálicas, se procede a estudiar normas y/o manuales que detallen el diseño de las conexiones planteadas en el anteproyecto.

Para el desarrollo adecuado del software se contempló el programador Python 2.7 el cual brinda las herramientas adecuadas para permitir que el usuario del software pueda indicar los datos de entrada, y evaluarlos para dar una respuesta del comportamiento, aciertos y/o desaciertos que la conexión presenta.

En el desarrollo del trabajo de grado se presenta la metodología de programación utilizada para el desarrollo adecuado del análisis interno diseño como la programación de la interfaz del programa.

El software que se desarrolló se contempló como una herramienta de uso libre, para brindar la posibilidad que se complemente tanto en la profundización de las conexiones existentes como en la implementación de nuevas conexiones.

La concepción del proyecto parte de querer dar una solución a una problemática puntual en la academia de la ingeniería civil para construir profesionales, capaces de implementar nuevas tecnologías flexibles, que contribuyan con una solución.

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2 INTRODUCCIÓN Las estructuras para el humano han sido de gran importancia para el desarrollo de la civilización. La ingeniería civil por medio de la ingeniería estructural realiza su aporte por medio de la construcción. Como principios de la ingeniería esta diseñar estructuras que busquen la mayor seguridad, economía y que cumpla los requerimientos funcionales y estéticos dentro de un contexto específico. De acuerdo a estos tres aspectos el ingeniero debe estar en capacidad de resolver los problemas que se pueden presentan a lo largo del diseño de las obras. La capacidad de solución viene ligada al conocimiento y el constante estudio alrededor de una disciplina, en este caso alrededor de la “Ingeniería Estructural”.

El diseño estructural se comienza a realizar después de un diseño previo de una estructura con unas características específicas (dimensiones, materiales, lugar de construcción, clima, altura, medio ambiente, etc.) Se especifica el tipo de estructura que se quiere realizar después de hacer un estudio de optimización y viabilidad del proyecto con varias alternativas. El diseño estructural debe incluir la distribución de miembros y conexiones, con las respectivas características descritas por medio de gráficos, notas, planos, esquemas, etc.

La elección de los miembros a utilizar se debe realizar con respecto a la función que deben cumplir. Para esto se debe conocer el comportamiento de cada uno de los miembros existentes para darles un uso correcto. El correcto uso de cada uno de los miembros se establece de acuerdo al desempeño que tienen con respecto a las fuerzas actuantes (tensión, compresión, flexión, torsión y corte) al igual que la interacción entre momentos y fuerzas. Después de conocer los elementos correctos para la estructura, se debe definir el tipo de conexión.

Como objeto de este trabajo de grado nos enfocamos en los fundamentos específicos del diseño de 5 tipos de conexión en estructura metálica, y en la programación para el desarrollo de estas.

2.1. OBJETIVOS 2.1.1. GENERAL

Elaborar un software libre para el diseño de conexiones metálicas en estructuras

de tipo armadura y tipo pórtico, como herramienta de apoyo para el estudio de estructuras metálicas.

2.1.2. ESPECIFICOS

Desarrollar una plataforma que permita al usuario introducir los

datos de la conexión a diseñar.

Programar el diseño de conexiones tipo atornillada y soldada basándose en la NSR-10.

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Generar un reporte al usuario del comportamiento de la conexión diseñada.

2.2. ORGANIZACIÓN DEL DOCUMENTO

Capítulo 1 - RESUMEN: Recuento de la finalidad y desarrollo del trabajo de grado.

Capítulo 2 - INTRODUCCIÓN:

Panorama de la problemática principal y objetivos a lograr.

Capítulo 3 - MARCO TEÓRICO: Se presenta la teoría en la que se fundamenta el trabajo de grado. Esto incluye las especificaciones generales de diseño presentada en la NSR-10 y la descripción de las herramientas de programación a utilizar, así como la implementación de estas herramientas en otras ramas de la ingeniería civil.

Capítulo 4 - DISEÑO DE CONEXIONES METALICAS:

Para cada una de las cinco conexiones a tratar se incluye el diseño detallado.

Capítulo 5 - IMPLEMENTACIÓN: Se describe detalladamente como se llevó a cabo la programación para desarrollar el software CONMET NSR10 v1.0

Capítulo 6 - EJEMPLOS DE APLICACION:

Se plantean ejemplos de conexiones a diseñar y se muestran los informes que genera el software luego de ejecutar los valores de entrada.

Capítulo 7 - LIMITACIONES:

Se listan las limitantes tanto teóricas como de interfaz del software.

Capítulo 8 - CONCLUSIONES: Se mencionan las conclusiones con base a los objetivos planteados y la elaboración del software.

Capítulo 9 - BIBLIOGRAFÍA:

Se cita la bibliografía utilizada para el desarrollo del trabajo de grado.

Capítulo 10 - ANEXOS: Se mencionan documentos e informes anexos.

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3 MARCO TEÓRICO La evolución de la construcción alrededor de la estructura metálica ha sido de gran importancia a nivel mundial por las características que este material brinda. La estructura metálica tiene ventajas sobresalientes con respecto a las estructuras de hormigón armado. (Rojas, 2008) Algunas de las ventajas que la estructura tiene son: su producción industrial permite que su control de calidad se realice en fábrica (prefabricada), permite conocer mejor los esfuerzos en las fibras interiores, tiene una respuesta flexible a acciones sísmicas, las técnicas de análisis son más cercanas al comportamiento real de la estructura y tiene una mayor resistencia por cm2 (Romero, 1994). La construcción al ir de la mano de la arquitecturas se ve inmersa en la inclusión de nuevos materiales, nuevas formas y así en nuevos métodos constructivos. La estructura metálica se ha convertido en una técnica de innovación, no solo por ser una material diferente si no también por las formas que éste permite construir y los procesos constructivos que éste incluye. El uso de este tipo de estructuras en Colombia ha evolucionado y en la última década ha aumentado, pero no se ha logrado explotar todas las ventajas que ésta trae. Las ventajas del uso de la estructura metálica permitirían un avance significante en la construcción Colombiana. El desarrollo de investigación y de estudio alrededor de las estructuras metálicas se ha visto afectada por ideas falsas de estas aludiendo a los supuestos sobrecostos que estas tienen (Rojas, 2008), caso contrario como la que se le da a la estructura de hormigón armado (Romero, 1994).

Para el estudio de esta área de las estructuras se requiere de una capacidad de análisis y conocimiento de mayor profundidad y para esto es necesario el uso de nuevas herramientas para agilizar procedimientos. (Badoo, 2008) (Abidelah, 2011); En búsqueda de esa agilización y del acompañamiento al aprendizaje de nuevas metodologías, se busca la adaptación de la tecnología actual para desarrollar nuevas herramientas a modo de software libre. Esta adaptación se convierte en un proceso muy útil y de gran importancia, que sirve para fortalecer esos vacíos que existen en las distintas disciplinas. A nivel mundial existen varios software de diseño de conexiones metálicas disponibles en el mercado, la mayoría de estas son exclusivas y/o con licencias.

3.1. SOFTWARE LIBRE El uso de software libre es una herramienta poco utilizada a nivel nacional, debido al poco tiempo que lleva ésta en el mercado nacional de la ingeniería civil y hasta ahora se está empezando a desarrollar. En el mercado se pueden encontrar diferentes programas que facilitan realizar cálculos y diseños pero estos tienen el problema de ser de difícil adquisición, lo que dificulta el desarrollo de esta herramienta y su difusión. A nivel nacional, no existe software libre que diseñe conexiones, ni a nivel académico los suficientes recursos destinados para adquirir software comercial que tienen licencias que serían de gran utilidad. Una de las características de este software existentes es que son programas donde la mayoría de estos no se dejan modificar para aplicaciones más específicas. Lo que se desconoce acerca del software libre es que tienen la posibilidad de contar con licencia GNU (General PublicLicense/Licencia Pública

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General), para convertirlos en software libre, de fácil acceso y adquisición, lo que haría de la práctica académica y profesional una actividad más completa.

La herramienta a modo de software libre permite agilizar tiempo en el análisis y en el diseño de estructuras metálicas, como también hace del estudio algo más lúdico y de mayor comprensión (fundation, 2014). En el caso de las conexiones metálicas permite realizar verificaciones y análisis del funcionamiento de las conexiones de manera rápida. Debido a esta situación se quiere crear una herramienta de apoyo al estudio de las estructuras metálicas, haciendo uso de nuevas tecnologías que se adaptan a las necesidades. Para esto se desarrollará un software libre, capaz de complementar el conocimiento del usuario. Esto con el objetivo de reducir el tiempo dedicado a los comprobación del comportamiento de las conexiones diseñadas, sin dejar a un lado la capacidad crítica del ingeniero, al estar enfrentado a una problemática de diseño. Y dejando en pie gran cantidad de herramientas sustentando la importancia académica y profesional, lograr una posible futura materia dedicada a las conexiones metálicas a nivel pregrado o postgrado (Bonaccorsi, 2003).

3.2. PYTHON Python es un lenguaje de programación que consiste en diversas estructuras de datos orientada a objetos presentando una solución simple pero eficaz. Python cuenta con facilidad guiones y aplicaciones en muchas áreas y permite su implementación en varias plataformas (Ocampo, 2014).

“El intérprete de Python y la extensa biblioteca estándar están disponible libremente, en forma de fuentes o ejecutables, para las plataformas más importantes en la sede web de Python http://www.python.org, y se pueden distribuir libremente” (Ocampo, 2014) (fundation, 2014) (Lutz, 2013).

Para el desarrollo del trabajo de grado nos enfocamos en que el lenguaje computacional utilizado en la realización del software libre, cumpliera con las cualidades amigables para el desarrollo e implementación a futuro del mismo. Para esto se optó por utilizar Python 2.7 como lenguaje programador, en la plataforma Eclipse, siendo esta facilitadora de la elaboración y edición del código (fundation, 2014).

Una de las ventajas de utilizar este lenguaje es la gran acogida que ha tenido en la comunidad computacional, por lo tanto se tiene un gran acceso a la solución de conflictos que se puedan presentar en el desarrollo del trabajo de grado. Para la parte gráfica se usó Tkinter el cual es una herramienta de la biblioteca gráfica Tcl/Tk para el lenguaje de programación Python. Se considera un estándar para la interfaz gráfica de usuario (GUI) para Python y es el que viene por defecto con la instalación para Microsoft Windows (Grayson, 2000) (fundation, 2014).

http://www.python.org/

http://es.wikipedia.org/wiki/Binding

http://es.wikipedia.org/wiki/Biblioteca_(inform%C3%A1tica)

http://es.wikipedia.org/wiki/Tcl/Tk

http://es.wikipedia.org/wiki/Lenguaje_de_programaci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Lenguaje_de_programaci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Interfaz_gr%C3%A1fica_de_usuario



http://es.wikipedia.org/wiki/Microsoft_Windows

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3.2.1. Librerías de Python. Existen librerías en Python para el manejo de gráficos, números, módulos, estructuras de texto, para comprimir, directorios de acceso, tipos de datos, etc. (Wagstaff, 2013) (fundation, 2014) (Grayson, 2000).

Dentro de estas categorías existen módulos los cuales se encargan de una función en especial. Dentro de nuestro software se utilizaron algunos de los módulos que a continuación se muestran (Grayson, 2000) (Wagstaff, 2013).

Buit-in Funtions: El intérprete de Python tiene una serie de funciones y tipos construidos en él que siempre están disponibles para la construcción de condicionales y funciones.

Numeric and Mathematical Modules: Los módulos descritos en este capítulo proporcionan funciones numéricas y relacionadas con las matemáticas y tipos de datos. El módulo de números define una jerarquía abstracta de tipos numéricos. Los módulos de math y cmath contienen diversas funciones matemáticas de punto flotante y números complejos. El módulo decimal apoya representaciones exactas de números decimales, utilizando la aritmética de precisión arbitraria.

Custom Python Interpreters: Los módulos que se describen en este capítulo permiten interfaces de redacción similares a intérprete interactivo de Python. Si se quiere un intérprete en Python que soporte alguna característica especial además del lenguaje Python base, se debe buscar en el módulo de código respectivo.

Multimedia Services: Los módulos que se describen en este capítulo implementan diversos algoritmos o interfaces que son útiles principalmente para aplicaciones multimedia. Están disponibles a discreción de la instalación. (Grayson, 2000) (Wagstaff, 2013)

3.3. APLICACIONES EN LA INGENIERIA Haciendo un recuento de los software libre que complementa la Ingeniería Civil podemos encontrar diversidad de software, los cuales sirven para resolver de forma general casos de aplicación. Los software encontrados están enfocados a temas como: Hidráulica de canales, cálculo de tuberías, conversión de unidades, solución de sistemas estáticos, análisis matricial, entre otros.

Por ejemplo el software SOFTWARE COLUMBIA realiza un análisis de pórticos de n pisos con n luces, teniendo como datos de entrada luces, alturas, rigideces, y dando como resultado fuerzas y momentos en los elementos (SEDNA, 2013).

Existe de igual forma software para el cálculo de esfuerzos en armaduras metálicas, isostáticas e hiperestáticas, como lo es el SOFTWARE GALILEO que determina los esfuerzos en cada barra y realiza un informe el cual se puede imprimir (SEDNA, 2013).

Existen otros más puntuales como lo es el software para el cálculo de esfuerzos en arcos biarticulados con un cálculo de una estructura parabólica llamado SOFTWARE THALES (SEDNA, 2013).

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Al igual que un sin número de software que despejan problemas estáticos, sumatorias de fuerzas, cálculos de centro de gravedad y momentos de inercia de secciones formadas con la combinación de figuras planas y secciones formadas con perfiles doble T, Z, U y otros.

El software libre tiene gran desarrollo alrededor de la ingeniería civil, y por lo tanto se consideró de gran ayuda la elaboración del software planteado.

3.4. NSR-10 La información presentada está basada en el Capítulo F de la NSR-10.

3.4.1. Proceso de Diseño.

El diseño de estructuras metálicas no está definido como una guía paso a paso, pero debe incluir el estudio de las solicitaciones requeridas para garantizar el buen funcionamiento de la conexión (AIS.NSR-10, 2010).

3.4.1.1. Elección de Conexión.

Las conexiones se eligen de acuerdo a la función que requieren cumplir, aspectos funcionales, como de aspectos económicos, estéticos y de servicio. Para realizar la elección existente algunas preguntas que se deben realizar para así llegar a la elección correcta.

¿Conexiones rígidas, semirrígidas, articuladas? ¿Se utilizaran, pórticos rígidos o estructuras arriostradas? ¿Cuál es la magnitud, distribución y frecuencia de cargas en los elementos? ¿Existen variaciones de temperatura? ¿De qué magnitud son los asentamientos? ¿Qué tipo de suelo soportara la estructura? ¿Qué disponibilidad de servicios se van a presentar? (Clement, 2011)

Como estas preguntas se pueden presentar muchas más, y entre más a fondo se conozco sobre las características de la estructura a diseñar, mejor conexión se va a elegir. (Clement, 2011)

3.4.2. Materiales.

El acero fue descubierto de forma improvisada en el momento que se le añadió carbono al hierro hace más de 5000 años. A mediados del siglo XIX se comenzaron a realizar los primeros procesos industrializados de producción de acero, pero hasta finales del siglo XX se comenzó a industrializar el proceso de formación de los aceros estructurales. En un principio se utilizaban únicamente para obras de gran magnitud como puentes y edificios altos. Con el paso del tiempo se ha incluido varios tipos de acero en la normativa de construcción de los diferentes países. En el caso de Colombia, el Instituto Colombiano de Normas Técnicas (Icontec) es la entidad encargada de la codificación de la norma NTC (Norma Técnica Colombiana). (Clement, 2011)

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3.4.2.1. Acero de bajo carbono.

El acero presenta dos ventajas frente a otros materiales como la madera, el concreto armado, la mampostería, etc. Una de ella es la ductilidad que presenta el material y la segunda es la alta resistencia que puede llegar a tener frente a los diferentes esfuerzos actuantes. El acero tiene una propiedad de gran importancia que es su distribución interna, la cual le da una resistencia igual tanto en tensión como a compresión.

Para estudiar el comportamiento del acero se presenta la curva de Esfuerzo vs deformación del acero.

La grafica se divide en tres zonas principalmente. La primera zona, llamada la zona elástica se caracteriza porque la relación entre carga y deformación se mantiene de forma lineal. La segunda zona, llamada la zona plástica se caracteriza por deformaciones amplias sin incrementos en el esfuerzo. La tercera y última zona, llamada zona de endurecimiento por deformación se caracteriza por un aumento en la deformación debido al incremento en el esfuerzo. La relación de deformación unitaria que se presenta en la zona de endurecimiento por deformación es de diez a veinte veces mayor que la correspondiente a la zona elástica. (Clement, 2011)

3.4.2.2. Acero Estructural.

La NSR-10, en el capítulo F.2.1.5, especifica diferentes tipos de acero para uso estructural. Es por esto que se presenta la tabla con las especificaciones de esos aceros, donde se observan las propiedades de cada uno de ellos (Designación según la NTC y la ASTM, el esfuerzo de fluencia según el espesor, y el tipo de acero del que se compone.) (AIS.NSR-10, 2010)

En el capítulo F.2.2.4 de la NSR-10 se explica las propiedades de los miembros y los límites de la relación ancho espesor según el esfuerzo al que se somete el elemento. (Ver tablas F.2.2.4-1a, F.2.2.4-1b. De la NSR-10)

3.4.2.3. Perfiles Estructurales.

Los miembros que componen las estructuras metálicas pueden ser laminados o ensamblados. Los laminados son una única pieza, mientras los ensamblados son perfiles que se componen de varias piezas unidas por soldadura, remaches o pernos. (Clement, 2011)

3.4.2.4. Otros Materiales.

En el diseño y la construcción de estructuras metálicas se requiere conocer las propiedades de los materiales de otros elementos que componen la estructura como cables, fundición y forja, pernos, arandelas y tuercas, metal de aporte de la soldadura, conectores de cortante. (Clement, 2011)

18

3.4.3. Tensión El estado de tensión se presenta cuando existe una carga aplicada axialmente sobre un extremo, en el centroide de la sección (AIS.NSR-10, 2010).

3.4.3.1. Áreas Sección Transversal.

La sección transversal tiene tres consideraciones cuando se existen esfuerzos de tensión:

Área Bruta: área total de la sección transversal del miembro

Área Neta: área bruta menos el área de las perforaciones realizadas en la sección para pernos o remaches. (Clement, 2011)

�� = �� − ∑ �́ ∗

�

Ec. 1 (Clement,2010)

Dónde:

t= espesor de la placa mm

d´= diámetro modificado del hueco mm (3.2mm mas del diámetro nominal del perno). (NSR10, F.2.2.4.3.2)

An= Área Neta mm²

Ag=Área gruesa mm²

En el caso de existir hueco con espaciamiento variables el área neta se calculará de la siguiente manera:

�2

�� = �� − ∑(�́ ∗ �) + ∑ ( 4�

) ∗ � Ec. 2 (Clement,2010)

Dónde:

s= paso, distancia entre huecos medida en la dirección de carga, mm

g= gramil, distancia entre huecos medida perpendicularmente, mm

Área Neta Efectiva: En el caso de presentarse concentración de esfuerzos y rezago de cortante que disminuyen la capacidad de conexión, el área neta efectiva se calcula con la siguiente formula: (Clement, 2011)

�� ∗= �� ∗ � Ec.3 (Clement,2010)

Dónde:

U es el factor de rezago (NSR 10, tabla F.2.4.3.1)

Para platinas de empalme con perforaciones el área neta efectiva An* no debe ser mayor a 0.85*Ag (F.2.10.4.1b).

19

3.4.3.2. Resistencia de Diseño.

La resistencia de diseño de elementos sometidos a tensión pura se calcula teniendo en cuenta dos criterios.

Estado Límite de Fluencia: controla el alargamiento excesivo en el miembro

𝜑 = 0.9

�� = 𝐹� ∗ ��

Ec. 4

(Clement,2010)

Estado Límite de Rotura: la relación del efecto de la plastificación que se presenta en la sección neta diseñando con Fu o en la sección bruta con Fy, es despreciable (Clement, 2011)

𝜑 = 0.75

�� = 𝐹� ∗ ��

Ec. 5

(Clement,2010)

Dónde:

Φ = factor de resistencia

Rn = Resistencia nominal (kN)

Fy = Esfuerzo mínimo especificado de fluencia del material (Mpa)

Fu = Resistencia a la tensión mínima especificada (Mpa)

3.4.3.3. Esbeltez.

La NSR-10 no establece límites de esbeltez pero sí se recomienda que el factor K*l/r sea menor a 300, para reducir deformaciones debido al peso propio.

3.4.4. Compresión.

El estado de compresión se presenta cuando existe una carga aplicada axialmente sobre un extremo, en el centroide de la sección (AIS.NSR-10, 2010).

3.4.4.1. Resistencia de Diseño.

La resistencia de diseño de elementos sometidos a compresión pura se calcula de la siguiente manera:

𝑃� = 𝐹�� ∗ �� Ec.6 (NSR-10)

Dónde:

Fcr=Esfuerzo de pandeo por flexión (Mpa)

Ag= Área del acero (mm²)

20

3.4.5. Conexiones. La estructura metálica se diseña para que funcione como un conjunto, para esto se requiere conectar los diferentes miembros que en un principio se encuentran separados. Para esto se requiere especificar el tipo de unión que se va a utilizar (AIS.NSR-10, 2010).

3.4.5.1. Uniones remachadas

Las uniones remachadas presentan la ventaja de construir juntas rígidas. Es por esto que su uso era muy frecuente. La tecnología ha permitido el desarrollo alrededor de la soldadura y de pernos de alta resistencia que conjuntos permiten alcanzar mayor rigidez a un menor costo, lo que ha hecho desde ahí menos frecuente el uso de las uniones remachadas. (Takeuchi, 2002)

Los remaches son elementos de acero dúctil, de sección circular, que cuentan con una cabeza en cada extremo la cual se coloca una vez se instala el remache. Su instalación se ve afectada por la manipulación de maquinaria para colocar las cabezas en obra. (Takeuchi, 2002)

El diseño de este tipo de unión no se especifica a continuación, ya que su uso hoy en día es mínimo, pero su comportamiento es muy similar al de las uniones empernadas. (Takeuchi, 2002)

3.4.5.2. Uniones Empernadas

Las uniones empernadas hoy en día son las más utilizadas por su economía. Los pernos están compuestos por un vástago roscado en parte de su longitud, donde recibe una tuerca y un cabezal de forma hexagonal. Las uniones empernadas pueden ser de dos tipos, diferenciándose por la forma de transmisión de cargas.

Uniones por aplastamiento

Uniones por deslizamiento crítico

Los pernos que se utilizan en las conexiones empernadas deben estar incluidos en una de las tres calidades: A307, A325 y A490 según la ASTM. En Colombia los pernos se clasifican de acuerdo a la norma SAE como Grado 2, Grado 5 y Grado 8, los cuales tiene resistencia similar a los ASTM A307, A325 y A490, pero no tienen las mismas dimensiones. (Takeuchi, 2002)

3.4.5.3. Uniones por Aplastamiento

Las uniones por aplastamiento, también conocidas como uniones a cortante no requieren ser apretados por torque, ya que la fricción de los elementos conectados se desprecia. Al ser sometidas a una carga en la dirección de los ejes de los miembros conectados, los pernos entran en contacto con la

21

superficie del miembro generando aplastamiento y fuerzas de cortante en la sección transversal de los pernos. (Takeuchi, 2002)

El diseño de las uniones empernadas debe incluir el análisis de los siguientes aspectos: tensión en el elemento conectado, cortante en los pernos, aplastamiento, desgarramiento, tensión y cortante, bloque de cortante, se debe tener el valor mínimo de tensión de instalación para pernos (NSR-10, F.2.10.3- 2). (Takeuchi, 2002)

3.4.5.4. Pernos en tensión

La NSR-10 establece que la resistencia a tensión de un perno está dada por:

� = 𝜑�� = 𝜑 ∗ 𝐹�� ∗ �� Ec. 7 (NSR-10)

Dónde:

Φ = factor de resistencia, 0.75

Fnt = resistencia nominal a la tensión (NSR-10, F.2.10.3-2) (Mpa)

Ab = área nominal del vástago sin roscas (mm2)

3.4.5.5. Pernos en cortante

La NSR-10 establece que la resistencia a cortante de un perno está dada por:

� = 𝜑�� = 𝜑 ∗ 𝐹�� ∗ �� Ec. 8 (NSR-10)

Dónde:


Fnv = capacidad de cortante (NSR-10, F.2.10.3-2) (Mpa)


3.4.5.6. Pernos a tensión y cortante

En el caso de que la conexión empernada esté sometida a esfuerzos de tensión y de cortante, se debe verificar que el esfuerzo combinado no supere la resistencia del material. Para ese caso la resistencia de diseño del perno se establece con la siguiente fórmula:

𝜑�� = 𝜑 ∗ 𝐹´�� ∗ �� Ec. 9 (NSR-10)

Dónde:


F´nt = resistencia nominal a la tensión modificada por cortante (Mpa). (Ecuación F.2.10.3-3, NSR-10)


22

𝐹´�� = 1.3𝐹��

−

𝐹��

𝜑𝐹�� ≤ 𝐹�� Ec. 10 (NSR-10)

3.4.5.7. Aplastamiento.

La resistencia al aplastamiento está determinada por:

Tamaño de la perforación (Estándar, alargadas, agrandadas, poco

alargadas)

Deformación aceptable.

Distancia entre perforaciones y borde: la resistencia aumenta a medida

que la distancia del borde aumenta. La distancia entre centros de perforaciones no podrá ser menor a 2 2/3 veces el diámetro nominal del perno. Se recomienda una distancia mínima de 3 veces el diámetro. Las distancias máximas entre perforaciones se observan en la NSR-10, F2.10.3.3 al igual que las distancias mínimas en la Tabla F.2.10.3-4.

La resistencia de diseño se establece a partir de las siguientes

ecuaciones:

Perforación estándar, agrandada o poco alargada (independiente de la dirección de aplicación de la carga), perforación alargada (aplicación de carga paralela al sentido de alargamiento)

Teniendo en cuenta la deformación

�� = 1.2 ∗ �� ∗ � ∗ 𝐹� ≤ 2.4 ∗ � ∗ � ∗ 𝐹� Ec. 11 (NSR-10)

Sin tener en cuenta la deformación

�� = 1.5 ∗ �� ∗ � ∗ 𝐹� ≤ 3.0 ∗ � ∗ � ∗ 𝐹� Ec. 12 (NSR-10)

Perforación alargada (aplicación de carga perpendicular al alargamiento)

Teniendo en cuenta la deformación

�� = 1.0 ∗ �� ∗ � ∗ 𝐹� ≤ 2.0 ∗ � ∗ � ∗ 𝐹� Ec. 13 (NSR-10)

Dónde:


Lc = Distancia libre en la dirección de la fuerza, entre el borde de la perforación considerada y el borde de una perforación vecina o el borde del material (mm)

d = diámetro del perno (mm)

23

Fu = resistencia a la tensión mínima del elementado conectado (Mpa)

24

t = espesor de la pared crítica conectada (mm)

3.4.5.8. Bloque de Cortante.

El bloque de cortante existe cuando en un plano del miembro conectado existe esfuerzos de cortante y en el plano perpendicular existen esfuerzos de tensión. La resistencia de diseño se halla por medio de la suma de resistencias, de acuerdo a la combinación de estados de esfuerzos que se presente. La resistencia de diseño es:

𝜑�� = Ø ∗ 0.6 ∗ 𝐹� ∗ �� + Ø ∗ �� ∗ 𝐹� ∗ �� Ec. 14 (NSR-10)

Se debe comprobar que:

Ø = 0.75

0.6 ∗ 𝐹� ∗ �� + �� ∗ 𝐹� ∗

�� ≤ 0.6 ∗ 𝐹� ∗ �� + �� ∗ 𝐹� ∗

��

Ec. 15 (NSR-10)

Dónde:

Agv = área bruta solicitada por cortante (mm2)

Anv = área neta solicitada por cortante (mm2)

Ant = área neta solicitada por tensión (mm2)

Si el esfuerzo de tensión es uniforme Ubs=1, en el caso de no ser uniforme Ubs=0.5

3.4.5.9. Uniones Soldadas

La soldadura consiste en la conexión de dos elementos por medio de un metal fundido. Para generar la soldadura se utiliza un alambre o varilla de un material específico, denominado metal de aporte, el cual se funde a altas temperaturas y se coloca en el lugar de conexión. El material de los miembros a conectar se denomina metales base, los cuales se funden y se mezclan con el metal de aporte. En el momento que se enfrían los materiales se consolida una unión rígida.

Las ventajas de las uniones soldadas son:

Mayor Simplicidad en el detallado

Menor peso en los elementos

Menor Costo

Menor espacio de ocupación

25

Facilidad de reforzamiento y reparación de estructuras

26

Las desventajas de las uniones soldadas son:

La aplicación de la soldadura requiere de estrictos controles de calidad

Se producen esfuerzos residuales en el enfriamiento de la soldadura que pueden modificar el comportamiento estructural de los miembros

3.4.5.10. Procedimiento para soldar

Las soldaduras deben cumplir con las provisiones del Código de Soldadura Estructural de la Sociedad Americana de Soldadura.

El procedimiento de arco eléctrico es el único procedimiento utilizado para soldadura de elementos estructurales. Consiste en fundir una barra del metal de aporte formando un arco eléctrico por cortocircuito entre la barra y los elementos que se sueldan. Se debe minimizar la creación de poros dentro de la soldadura para no disminuir a resistencia de la soldadura. Existen cuatro procesos para realizar la soldadura de arco eléctrico. (AIS.NSR-10, 2010)

Electrodo Revestido SMAW

Arco Sumergido SAW

Arco protegido con gas GMAW

Alambre con núcleo fundente FCAW

3.4.5.11. Tipos y Posiciones de Soldadura

Existen tres tipos de soldadura acanalada, filete, tapón o ranura. Y las posibles posiciones de aplicación de soldadura son plana, horizontal, vertical, sobre cabeza. (AIS.NSR-10, 2010)

3.4.5.12. Simbología

La simbología de la soldadura fue establecida por la American Welding Society (AWS). Crearon la simbología para representar las características de la soldadura requerida en una conexión. Esta simbología fue incluida en el Código Colombiano de Soldaduras (AIS.NSR-10, 2010)

3.4.5.13. Diseño de la Soldadura

Soldaduras Acanaladas

Las soldaduras acanaladas de penetración completa pueden tener la misma resistencia de los elementos que se requieran conectar. Para obtener la resistencia de diseño se debe ser estricto en el biselado de las piezas que se van a unir.

27

Soldaduras de Filete

La resistencia de diseño de este tipo de soldadura es igual al producto de la garganta efectiva (t), por la longitud del cordón, y por la resistencia de diseño.

En el caso de diseñar soldadura, donde las caras forman 90°, entonces:

� = 0.707 ∗ � Ec. 16 (NSR-10)

Los electrodos se representan con la letra E, seguida de 4 dígitos, donde los primeros dos corresponde a la resistencia del material en Ksi, y los otros dos corresponde a cierta condición que se debe cumplir (posición, polaridad de la corriente, etc.). En los planos de diseño las soldaduras se denotan con los últimos dos dígitos como XX, ya que los otros dos dígitos no afectan en el diseño.

Para el diseño se requiere tener en cuenta la longitud del cordón, el tamaño del cordón y el tipo de electrodo. La resistencia de diseño de la soldadura de filete se halla de la siguiente manera:

𝜑�� = 𝜑 ∗ �� ∗ 𝐹� = 𝜑 ∗ 0.707� ∗ 𝑙 ∗ 0.6 ∗ 𝐹�� Ec. 17 (NSR-10)

Dónde:

D = el tamaño de la soldadura (mm)

l = longitud del cordón (mm)

Fexx = resistencia de la soldadura (MPa)

Φ = factor de resistencia 0.75

La resistencia de una soldadura de 1mm de tamaño y de 1 mm de longitud tiene se calcula:

𝜑�� = 0.318 ∗ 𝐹�� Ec. 18 (NSR-10 )

Los tamaños mínimos de soldadura se presentan en la NSR-10, Tabla F.2.10.2-4, al igual que otras limitantes como tamaños máximos de soldadura se encuentran en el numeral F.2.10.2.2 de la NSR-10.

28

4 DISEÑO DE CONEXIONES METÁLICAS

4.1. EXTENDED END PLATE 4.1.1. General

La conexión placa de extremo está conformada por la soldadura de la viga a la placa de extremo y esta es pernada a la columna. Las 3 configuraciones de conexiones de placa de extremo se incluyen en el diseño de acuerdo a la norma AISC Seismic Provisions.

El comportamiento de esta conexión depende de los esfuerzos resistentes de sus diferentes componentes (resistencia a flexión de la viga, resistencia a flexión de la placa de extremo, resistencia a flexión de la columna en la zona panel, ruptura de los pernos por tensión, ruptura de los pernos por cortante o la resistencia de las diferentes soldaduras.

Las conexiones de placa de extremo son utilizadas en conexiones resistentes a momento (SMF) y en conexiones de resistencia a momento intermedio (IMF). (AISC- Guide4., 2012) (AISC358-10, 2014)

4.1.2. Límites – Precalificados

4.1.2.1. Limitantes de la Viga

La viga debe cumplir lo siguientes aspectos:

La viga debe ser armada o soldadas de perfil en I, cumpliendo con los aspectos requeridos mencionados en la sección 2.3 de AISC 358-10.

D debe cumplir con los rangos establecidos en la tabla 6.1.

No tiene limitantes en cuanto al peso/unidad de longitud.

El espesor del alma debe cumplir con los rangos establecidos en la tabla

6.1

Para sistemas SMF la relación de palmo contra profundidad debe ser

mayor a 7.

Para sistemas IMF la relación de palmo contra profundidad debe ser

mayor a 5

La relación ancho-espesor del alma con la placa de la zona panel debe

cumplir los requerimientos establecidos AISC Seismic Provisions.

29

En caso de usar brazos laterales debe cumplir con lo establecido en el AISC Seismic Provisions.

La zona protegida debe ser calculada de la siguiente forma:

El menor entre: D de la viga y 3*bf

4.1.2.2. Límites de la Columna

La columna debe cumplir con los siguientes aspectos:

La placa de extremo debe ser conectada a la aleta de la columna.

El perfil de la columna debe ser como máximo un W36.

No tiene limitantes de peso sobre unidad de longitud.

No tiene limitante en cuanto al espesor de la aleta.

La relación entre el ancho y el espesor del aleta con el espesor de la placa deben cumplir con los requerimientos de la AISC Seismic Provisions.

4.1.2.3. Limites relación Columna-Viga

Relación de las medidas Columna-Viga deben cumplir los siguientes aspectos:

La zona de fluencia debe cumplir los requerimientos establecidos en la AISC Seismic Provisions.

La relación de momento Viga-Columna debe cumplir con los requerimientos de la AISC Sismic Provisions.

4.1.2.4. Placas de Continuidad

Las placas de continuidad en caso de ser utilizadas deben satisfacer lo siguiente:

La necesidad de las placas de continuidad será establecida de acuerdo al numeral 6.10 de AISC 358-10

Debe cumplir lo establecido en el numeral 6.10 de AISC 6.10.

Las placas de continuidad deben estar soldadas a la columna

satisfaciendo los requerimientos de la AISC Seismic Provisions.

4.1.2.5. Pernos

Los pernos deben cumplir con los requerimientos del capítulo 4 de AISC 358-10.

30

4.1.3. Detalles de Conexión

4.1.3.1. Espaciamiento entre pernos

El valor máximo para el espaciamiento horizontal entre pernos es igual al ancho de la aleta de la viga.

4.1.3.2. Distribución de Pernos en la Placa

La distancia mínima para la distancia entre la viga y los pernos es del diámetro del perno más 1/2 de pulgada para pernos hasta de 1 pulgada. Para pernos de mayor diámetro la distancia debe ser de un diámetro más ¾ de pulgada como mínimo.

La distancia mínima entre filas de pernos debe ser de 8/3 el diámetro del perno.

4.1.3.3. Espesor Placa de Extremo

El espesor de la placa de extremo debe ser mayor o igual a espesor de la aleta de la viga. El grosor efectivo de la placa no debe ser mayor al grosor de la aleta de la viga más una pulgada.

4.1.3.4. Atiesador de Placa de Extremo

La longitud mínima del atiesador está determinado por:

hst Lst =

tan30° Ec. 19

Donde hst es la altura desde la parte exterior de la aleta de la viga hasta el borde superior de la placa de extremo.

4.1.3.5. Cuñas

El uso de las cuñas debe hacerse siguiendo las especificaciones de RCSC Specifications

4.1.3.6. Detalles de Soldadura

Las soldaduras deben cumplir con los siguientes aspectos:

No se permite el uso de huecos de acceso

La Soldadura de la aleta de la viga a la placa de extremo debe ser CJP

(Complete Joint Penetration). La raíz de la soldadura debe estar al lado de la aleta de la viga. La cara superior de la aleta debe tener un cordón de 5/16 pulgadas de soldadura.

La soldadura del alma a la placa de extremo puede ser de cordón de CJP.

En caso de utilizar de cordón debe estar diseñada para soportar toda la

31

tensión generada en la cara interior de la aleta hasta 6 pulgadas después de la última fila de pernos.

En caso de utilizar atiesadores se debe utilizar soldadura CJP.

4.1.4. Procedimiento de Diseño

4.1.4.1. Especificaciones de la Columna- Perfil W

Las características geométricas del perfil de la columna necesarias para el diseño realizar son: (AISCManual, 2005)

twc = Espesor del alma (mm)

Bfc = Ancho de la aleta (mm)

Dc = Altura columna (mm)

tfc = Espesor de la aleta (mm)

Fyc = Esfuerzo mínimo especificado de fluencia del material (Mpa)

Fuc = Resistencia a la tensión mínima especificada (Mpa)

4.1.4.2. Especificaciones de la Viga – Perfil W

Las características geométricas y las características de material de la viga especificadas en la AISC Manual deben ser determinadas. (AISCManual, 2005)

twb = Espesor del alma (mm)

Bfb =Ancho de la aleta (mm)

Db = Altura de la viga (mm)

tfb = Espesor de la aleta (mm)

Sx =Módulo Plástico (mm³)

Fyb = Esfuerzo mínimo especificado de fluencia del material (Mpa)

Fub = Resistencia a la tensión mínima especificada (Mpa)

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4.1.4.3. Longitud de la zona protegida

Para determinar la longitud de la zona protegida de la viga se debe elegir el menor valor entre la altura de la viga y 3 veces el valor del ancho de la aleta de la viga. (AISC360-10, 2010)

4.1.4.4. Localización de la Rótula Plástica

La longitud Lp es la distancia desde la cara de la columna al sitio de la formación de la articulación plástica. Esta longitud es el menor valor entre 0.5*Db y 3*Bfc según la AISC 358-10. (AISC358-10, 2014)

4.1.4.5. Placa de Extremo

Las características geométricas y las características de material de la placa de extremo deben ser especificadas. Las características de los materiales se encuentran determinadas en la NSR-10. (AISC358-10, 2014)

tp = Espesor de Placa (mm)

bp= Ancho de Placa (mm)

g = Espaciamiento entre Pernos (mm)

pf1 = Distancia de Fila Externa de Pernos a Aleta de Viga

pf0 = Distancia de Fila Interna de Pernos a Aleta de Viga

Fyp= Esfuerzo mínimo especificado de fluencia del material de la placa (Mpa)

Fup = Resistencia a la tensión mínima especificada del material de la

placa (Mpa)

Se requiere hacer el cálculo de otras propiedades geométricas de la conexión. (ASCE/SEI7-10, 2010)

h0 = Db + pfo − tfb

2

Ec. 20. (ASCE/SEI 7)

Dónde:

h1 = Db − pfi − tfb −

tfb

2

Ec. 21.

ho = Distancia desde el centro de la aleta hasta la línea exterior de pernos (mm)

hi = Distancia desde el centro de la aleta hasta la línea i de pernos (mm)

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4.1.4.6. Esfuerzos Actuantes

Los esfuerzos producidos por la carga muerta y la carga viva en la conexión se calculan de acuerdo a la AISC 358-10 como se muestra a continuación. (AISC358-10, 2014)

El cortante actuante

�� = 1.2 ∗ �� + 1.6 ∗ ��

El momento actuante

�� = 1.2 ∗ �� + 1.6 ∗ M�

Dónde

CM = Cortante producido por Carga Muerta (kN)

CV = Cortantes producido por Carga Viva (kN)

MM = Momento producido por Carga Muerta (Mpa)

MV = Momento producido por Carga Viva (Mpa)

4.1.4.7. Diámetro de Pernos

Ec. 22 (AISC 358- 10)

Ec. 23 (AISC 358-

10)

Determinar el diámetro mínimo requerido se encuentra igualando el momento mayorado en la cara de la columna y el momento resistente de los pernos sin considerar esfuerzos por palanca. (AISC358-10, 2014)

dperno minimo = √ 2 ∗ Mu

Ec. 24. (AISC

π ∗ ∅n ∗ Ft ∗ (ho + hi)

358-10 )

Dónde

Øn = 0.75

Ft = Esfuerzo resistente a tensión de los pernos - AISC Specification Tabla J3.2 (Mpa)

Mu = Momento actuante en la cara de la columna (Mpa)

4.1.4.8. Espesor de Placa de Extremo (tp)

El espesor de la placa de extremo, de acuerdo a la AISC Design Guide 4 debe tener un espesor mínimo dependiendo de la distribución de los pernos con respecto a la viga como se muestra en la Fig. 1 Esquema END PLATE. (AISC- Guide4., 2012) (Pardo, DISEÑO DE CONEXIONES PARA SISTEMAS DE RESISTENCIA SISMICO CON PLACA DE EXTREMO DE 4 PERNOS)

34

Fig. 1 Esquema END PLATE

1 s =

2 √bp ∗ g

Si pfi > s, entonces, pfi = s

Yp = bp 1 ∗ [h1 ∗ (

1 + ) + h0 ∗ (

1 1 2 ) − ] + ∗ h1 ∗ (pfi + s) Ec. 24 (AISC 358-

10)

2 pfi s

pf0 2 g

π ∗ (db)2 Pt = ( )

4

Mnp = 2 ∗ Pt ∗ (h0 + h1)

Espesor mínimo de placa.

Ec. 25. (AISC - Design Guide 4) Ec. 26 (AISC -

Design Guide 4)

1.11 ∗ Ø ∗ Mnp tp = √

∅d ∗ Fyp ∗ Yp

El momento nominal resistente de la placa Fig. 2 Diagrama de equilibrio resistencia de los pernos.

Ec. 27. (AISC - Design Guide 4)

Dónde:

∅��𝑙 =

∅b = 0.9

∅� ∗ 𝐹�� ∗ ��2 ∗

��

1.11

Ec. 28. (AISC -

Design Guide 4)

Yp = Línea de tensión de la placa de extremo (mm)

Ød =0.9

35

Fig. 2 Diagrama de equilibrio resistencia de los pernos.

4.1.4.9. Fuerza Actuante sobre la Aleta de la Viga

La fuerza actuante en la aleta de la viga según la AISC 358-10 debe ser calculada de acuerdo al diagrama de equilibrio mostrado en la Fig. 3 Diagrama de equilibrio aleta de viga. (Pardo, Estructuras Metalicas 2 Segun AISC 2010. Vol.2, 2010)

Dónde:

Ffu =

Mf

dv − tfv

Ec. 29. (AISC 358- 10 )

Ffu = Fuerza actuante sobre la aleta de la viga

Fig. 3 Diagrama de equilibrio aleta de viga

36

4.1.4.10. Estado límite de Fluencia al Corte en la Placa de Extremo

Verificación de la Resistencia de Fluencia al Corte en la placa de extremo. Se debe cumplir la siguiente condición. (Pardo, DISEÑO DE CONEXIONES PARA SISTEMAS DE RESISTENCIA SISMICO CON PLACA DE EXTREMO DE 4

PERNOS)

Ffu

2 < ∅d ∗ 0.6 ∗ Fyp ∗ bp ∗ tp

Ec. 30. ( AISC 358-

10)

4.1.4.11. Estado Límite de Rotura a Corte en la Placa de Extremo

Verificación de la Resistencia de rotura al corte de la placa de extremo. Se debe cumplir la siguiente condición:

Ffu

2 < ∅n ∗ 0.6 ∗ Fup ∗ An

Ec. 31. ( AISC 358- 10)

An = tp − (bp − 2 ∗ (∅perno + 3mm)

Ec. 32. ( NSR-10 )

Dónde:

Ffu = Fuerza actuante sobre la aleta de la viga (N)

Fup = Resistencia a la tensión mínima especificada del material de la placa (Mpa)

An = Área neta de la placa de extremo (mm2)

Øperno = Diámetro de pernos (mm)

4.1.4.12. Resistencia de Rotura al Corte de los Pernos y Estado Límite de Aplastamiento de los Pernos y Desgarre de la Placa de Extremo

La sumatoria de resistencia de los pernos de acuerdo a la ASIC 358-10 debe ser mayor al cortante último actuante en la conexión. (Pardo, DISEÑO DE CONEXIONES PARA SISTEMAS DE RESISTENCIA SISMICO CON PLACA DE EXTREMO DE 4 PERNOS)

Vu < ∅ ∗ Rn = ∅n ∗ nb ∗ Fv ∗ Ab Ec. 33. ( AISC 358- 10)

Dónde:

Vu = Cortante en extremo de la viga (kN)

Rn = Resistencia nominal a cortante (N)

nb = Número de pernos a comprensión

Fv = Resistencia nominal a cortante de los pernos (Mpa)

Ab = Área bruta de pernos (mm²)

37

Verificar el estado límite de aplastamiento de los pernos y desgarre de la placa de extremo, considerando la deformación del agujero del perno por cargas de servicio. (AISCManual, 2005)

Resistencia de pernos

∅ ∗ Rn = npernos ∗ Ørn

Resistencia de pernos por capacidad de placa

∅ ∗ Rn = cappla ∗ espesor

Resistencia de pernos por capacidad de columna.

∅ ∗ Rn = capcol ∗ tfc

Ec. 34. (AISC 358- 10)

Ec. 35. (AISC 358-

10) Ec. 36 (AISC 358-

10)

Dónde

Ørn = Resistencia al Corte de Pernos (AISC Manual (kN/mm)

cappla = Capacidad de Pernos Placa (AISC Manual) (kN/mm)

capcol = Capacidad de Pernos Columa (AISC Manual) (kN/mm)

4.1.4.13. Soldadura entre el Alma de la Viga y la Placa de Extremo

Verificar el tamaño de la soldadura entre el alma de la viga y la placa de extremo. (AISCManual, 2005)

La garganta de la soldadura debe tener un espesor mínimo de:

Dmin = Ø ∗ Fy ∗ tw

2 ∗ 1.5 ∗ 1.392 ∗ espesor

Ec. 37

Donde

Fw =Resistencia nominal de la soldadura (Mpa)

D = Tamaño de soldadura (pulgadas/16)

Fexx = Resistencia de la soldadura (Mpa)

Rn = Resistencia nominal de soldadura por unidad de longitud (Mpa/mm)

Verificar el tamaño de la soldadura entre el alma de la viga y la placa de extremo de acuerdo a la longitud mínima de soldadura.

d lmin =

− tfv

2

Ec. 38. (AISC 360-

10)

La garganta de la soldadura debe tener un espesor mínimo de:

Ec. 39. ( AISC

38

Donde

Dmin =

Vu

2 ∗ 1.392 ∗ lmin

Specifications )

l =Distancia mínima de Soldadura (mm)

4.1.4.14. Análisis de Elementos Conectados con soldadura por Rotura entre alma viga y placa extremo.

El espesor mínimo para el alma de la viga es: (AISCManual, 2005)

tmin = 6.19 ∗ D

Fu

Ec. 40. ( AISC 360- 10)

El espesor mínimo de la placa de extremo es:

3.09 ∗ D tmin = Fu

Ec. 41. (AISC 360-

10)

4.1.4.15. Tamaño de soldadura conexión entre aleta de viga y placa

El tamaño mínimo requerido para la soldadura de unión de la aleta de la viga y la placa es: (AISCManual, 2005)

l = 2 ∗ Bfv − twv

La garganta de la soldadura debe tener un espesor mínimo de

Ec. 42. (AISC

Manual 360-10 )

Dmin = Vu

2 ∗ 1.392 ∗ l

Ec. 43. (AISC Specifications)

4.1.4.16. Análisis de Elementos Conectados con Soldadura por Rotura en la aleta de la viga.1q

El espesor mínimo de la placa de extremo es: (AISC360-10, 2010)

3.09 ∗ D tmin = Fu

Ec. 44. (AISC

360-10)

39

4.2. BOLTED FLANGE PLATE 4.2.1. General

La conexión de placa pernada consiste en placas soldadas a la aleta de la columna y pernadas a cada una de las aletas de la viga. La placa superior y la inferior deben ser de las mismas características y misma geometría. La soldadura de la placa con la aleta de la viga debe ser de penetración total, y los pernos utilizados deben ser de alta resistencia. El alma de la viga se conecta a la aleta de columna por medio de una placa simple, soldada en la unión a la columna y pernada a la viga. (AISC358-10, 2014).

4.2.2. Sistema

La conexión de placa pernada es utilizada para conexiones tipo Special Momement Frame (SMF) e Intermediate Moment Frame (IMF). (AISC358-10, 2014)

4.2.3. Detalles de Conexión

El material de la placa debe cumplir con algunas de las siguientes

especificaciones: ASTM A36/A36M o A572/a572M Grade 50.

La soldadura a utilizar en la placa pernada debe ser tipo CJP y se debe

considerar de demanda crítica.

La placa simple debe tener soldadura tipo CJP o PJP en ambos lados o de filete

a ambos lados.

Los pernos deben ir distribuidos de forma simétrica con el eje de la viga, y se

deben utilizar únicamente dos filas de pernos.

La longitud desde la primera fila de pernos hasta la última de la placa pernada,

no debe ser mayor a la altura de la viga.

El tamaño máximo de perno a utilizar es de 28mm.

Los pernos deben ser de alguno de los tres materiales ASTM A490, A490M o ASTM F2280

4.2.4. Proceso de Diseño

4.2.4.1. Resistencia a flexión de la Viga

Verificación de la Resistencia a Flexión de la viga según la AISC Specifications

(AISC360-10, 2010).

Afg = bf ∗ tf

Afn = Afg − 2(dh + 3mm) ∗ tf

Ec. 45. (AISC Specification)

40

Fy/Fu

Fu ∗ Afn

Yt ∗ Fy ∗ Afg

Fu ∗ Afn

Ec. 46.

Ec. 47.

Ec. 48.

Ec. 49.

Mn = Afg

∗ Sx o

Ec. 50. (AISC

Specification)

Mn =

Yt ∗ Fy ∗ Afn

Afg

φb = 0.9

φb ∗ Mn

∗ Sx



Dónde:

Afg = Área bruta de aleta de viga (mm²)

bf = Ancho de aleta de viga (mm)

tf = Espesor de aleta de viga (mm)

dh = Diametro de hueco de perforación de perno (mm)

Fy = Esfuerzo mínimo especificado de fluencia del material de la columna (Mpa)

Fu = Resistencia a la tensión mínima especificada del material de la placa (Mpa)

Afn= Área neta de aleta de viga (mm²)

Mn = Momento nominal resistente a flexión (kN*m)

4.2.4.2. Diseño de Placa Simple en Alma de Viga

La placa simple se conecta por medio de soldadura a la aleta de la columna y por medio de pernos al alma de la viga. El diseño se muestra a continuación. (AISC360-10, 2010)

Verificación de la resistencia de los pernos a esfuerzos de cortante :

φ ∗ rn

Distancia Vertical al Borde de la placa:

Lc = ved − (3mm)/2

Resistencia de Pernos

Ec. 53. (AISC 360-10)

Ec. 54. (AISC

360-10)

φ = 0.75

φrn = φ ∗ 1.2 ∗ lc ∗ t ∗ Fu ≤ φ ∗ 2.4 ∗ d ∗ t ∗ Fu

Ec. 55. (AISC 358-10)

Ec. 56. (AISC

41

Coeficiente de Excentricidad de Carga

Cmin = Ru/ φrn

Resistencia de fluencia a Corte

φ = 1.00

φ ∗ Rn = φ ∗ 0.6 ∗ Fy ∗ Agv

Resistencia de Rotura a Corte

φ ∗ Rn = φ ∗ 0.6 ∗ Fu ∗ Anv

358-10) Ec. 57.(AISC Specification) Ec. 58. (AISC

360-10) Ec. 59. (AISC Specification) Ec. 60. (AISC

360-10)

Dónde:

lc =Distancia entre perforaciones o distancia entre perforación y borde de placa de extremo (mm)


d = Diámetro de perno (mm)

tp = Espesor de placa de extremo (mm)

Cmin = Coeficiente de excentricidad de carga en los pernos

Agv = Área gruesa de placa simple (mm2)

Agn =Área neta de placa simple (mm2)

Ru = Fuerza de Cortante actuante en extremo de viga (N)

4.2.4.3. Bloque de Cortante a Rotura

Para la verificación de la resistencia del bloque de cortante se analizan 3 casos, los cuales se muestran en la Fig. 4 Casos Bloque de Cortante (Tomado de AISC Design v14.0).

Fig. 4 Casos Bloque de Cortante (Tomado de AISC Design v14.0)

Resistencia de Rotura a Tensión

φRn = φUbsFu Ant + min (φ0.60Fy Agv , φ0.60Fu Anv )φ ∗ rn

Ubs = 1.00

Ec. 61. (AISC

360-10)

42

ΦUbsFuAnt

Resistencia de Fluencia a Corte

φ0.60FyAgv

Resistencia de Rotura a Corte

φ0.60FuAnv

Ec. 62. (AISC

360-10) Ec. 63. (AISC

360-10) Ec. 64. (AISC

360-10)

Dónde:




Ubs = Coeficiente por concentración de esfuerzos

4.2.4.4. Resistencia de Soldadura entre Placa Simple y Aleta de Columna

Verificar el tamaño de la soldadura entre la placa simple y la aleta de la columna.

La Resistencia de la soldadura es:

φRn = 1.392Dl(2)

Ec. 65. (AISC 360-10)

Dónde:

D = el tamaño de la soldadura (mm)


Φ = factor de Resistencia 0.75

4.2.4.5. Espesor de Placa Simple

El espesor mínimo que debe tener la placa simple es: (AISC360-10, 2010)

tmin = (0.6 ∗ Fexx ∗ ( √2

) ∗ (D/16))/(0.6 ∗ Fu) 2

Ec. 66. (AISC 360-10)

Dónde:

tmin = Espesor mínimo de placa (mm)

43

Fexx = Resistencia de soldadura (Mpa)

4.2.4.6. Número de Pernos

La verificación del número de pernos utilizados para asumir la fuerza actuante depende de la resistencia de cada uno de los pernos. (AISC358-10, 2014)

Puf = Mu/db

El número mínimo de pernos que se requieren:

φ ∗ rn

nmin = Puf/(φ ∗ rn)

Ec. 67. (AISC

358-10) Ec. 68. (AISC

360-10) Ec. 69. (AISC 360-10 y AISC

358-10)

Dónde:

Mu = Momento de diseño (kN*mm)

Puf = Fuerza actuante sobre la aleta de la viga (kN)

nmin = Número mínimo de pernos a utilizar

rn = Resistencia nominal a tensión de pernos (Mpa)

4.2.4.7. Resistencia de Fluencia de Placa Pernada a Tensión

Verificar la resistencia de fluencia de la placa pernada, donde se considera el área gruesa como el área de trabajo. (AISC360-10, 2010)

Rn = Fy Ag

La fuerza actuante sobre la placa pernada es:

Mu Puf = d + tp


La resistencia de la placa es:

φ = 0.9

φ ∗ Rn

Dónde:

Rn = Resistencia nominal a tensión de placa (mm2)

Ag = Área bruta de placa (mm2)

Fy = Esfuerzo mínimo especificado de fluencia del material de la placa (Mpa)

44

4.2.4.8. Resistencia a Rotura de Placa Pernada a Corte

Verificar la resistencia de rotura de la placa pernada, donde se considera el área neta efectiva como el área de trabajo. (AISC360-10, 2010)

El área neta sometida a corte es:

Ae = An

An = [B − 2 (dh +

La resistencia de la placa es:

1 )] ∗ tp 16


φ = 0.75

φRn = φ ∗ Fu ∗ Ae


Dónde:

Ae = Área efectiva neta de placa (mm2)

An = Área neta de placa (mm2)

B = ancho de placa (mm)

dh = diámetro de perforación (mm)

tp = Espesor de placa (mm)


4.2.4.9. Bloque de Cortante a Rotura de Placa Pernada

Analizar el bloque de cortante para la placa pernada. (AISC360-10, 2010)


Ubs = 1.00

La resistencia de rotura a tensión:

ΦUbsFuAnt

La resistencia de fluencia a corte:

φ0.60FyAgv

La resistencia de rotura a corte:

φ0.60FuAnv

Ec. 73.(AISC- Specification) Ec. 74. (AISC

360-10) Ec. 75. (AISC

360-10) Ec. 76. (AISC

360-10)

45

Dónde:

Agv = área bruta solicitada por cortante (mm²)

Anv = área neta solicitada por cortante (mm²)

Ant = área neta solicitada por tensión (mm²)




4.2.4.10. Bloque de Cortante a Rotura de la Aleta de la Viga

Analizar el bloque de cortante para la aleta de la viga. (AISC360-10, 2010)


Ubs = 1.00

La resistencia de rotura a tensión:

ΦUbsFuAnt

La resistencia de fluencia a corte:

φ0.60FyAgv

La resistencia de rotura a corte:

φ0.60FuAnv

Ec 77.(AISC Specification) Ec. 78. (AISC

360-10) Ec. 79. (AISC

360-10) Ec. 80 (AISC

360-10)

Dónde:





Fu = Resistencia a la tensión mínima especificada del material de la viga (Mpa)

Fy = Esfuerzo mínimo especificado de fluencia del material de la viga (Mpa)

4.2.4.11. Soldadura entre Placa Pernada y Columna

Verificar la soldadura entre el alma de la viga y la placa de extremo. (AISC360-

10, 2010)

Dmin = Pu/(2 ∗ 1.5 ∗ 1.392 ∗ l) Ec. 81. (AISC 360- 10 )

46

Dónde:

Dmin = Tamaño mínimo de la soldadura (mm)

Puf = Fuerza actuante sobre la aleta de la viga (N)


4.2.4.12. Espesor de Aleta de Columna

El espesor mínimo para el aleta de la columna es: (AISC360-10, 2010)

tmin = (3.09 ∗ D)/(2 ∗ 1.5 ∗ 1.392 ∗ l) Ec. 82. (AISC 360- 10)

Dónde:

tmin = Espesor mínimo de aleta de columna (mm)

D = Tamaño de la soldadura (mm)


4.2.4.13. Resistencia a Compresión

(KL)/r

Fcr = Fy

φ = 0.9

φPn = φ ∗ Fy ∗ Ag

Ec. 83. (AISC Specification) Ec. 84. (AISC Specification) Ec. 85. (AISC Specification)

Dónde:

K = Constantes AISC Specification

L = Longitud de Apoyo (mm)

Fcr = el esfuerzo critico (MPa)

Fy = Esfuerzo mínimo especificado de fluencia del material de la viga (Mpa)

Ag = Área bruta a compresión de viga (mm2)

4.2.4.14. Resistencia Pandeo Local de la Aleta de Columna

Verificar la resistencia al pandeo local de la aleta de la columna. En caso de no cumplir con la resistencia requerida se requiere utilizar placas de continuidad. (AISC360-10, 2010)

47

10tf

Rn = 6.25 ∗ Fyf ∗ tf^2

φ = 0.9

φRn

Ec. 86. (AISC Specification) Ec. 87. (AISC Specification)

Dónde:

Fy = Esfuerzo mínimo especificado de fluencia del material de la columna (Mpa)

Rn = resistencia nominal al pandeo local de la columna (N)

4.2.4.15. Resistencia de Fluencia Local del Alma de Columna

Verificar la resistencia de fluencia al pandeo local de la columna. En caso de no cumplir con la resistencia requerida se requiere utilizar placas de continuidad. (AISC360-10, 2010)

φRn = 2 ∗ (φR1) + lb(φR2) Ec. 88. (AISC 360-10 )

Dónde:

R1 = Constante R1 (kN)

Lb = Longitud de apoyo (mm)


Rn = Resistencia de Fluencia Local del Alma de Columna (kN)

4.2.4.16. Arrugamiento del Alma

Verificar la resistencia al arrugamiento local del alma de la columna. En caso de no cumplir con la resistencia requerida se requiere utilizar placas de continuidad. (AISC360-10, 2010)

φRn = 2 ∗ (φR3) + lb(φR4) Ec. 89. (AISC 360-10)

Dónde:



Rn = Resistencia de Fluencia Local del Alma de Columna (kN)

48

4.3. WELDED UNREINFORCED FLANGE PLATE-WELDED 4.3.1. General.

En la welded unreinforced flange plate-welded, la rotación inelástica se desarrolla principalmente al ceder del alma en la región adyacente a la cara de la columna. La ruptura de conexión se controla a través de los requisitos que se detallan especialmente asociados con las soldaduras que une las aletas de la viga a la aleta de la columna, las soldaduras que unen el alma de la viga al aleta de la columna, y la forma y el acabado de los orificios de acceso de soldadura. Una visión de conjunto de la conexión se muestra en Fig. 5 WUF-W conexión a momento (Tomado de AISC 358- 10 CHAPTER 8). (AISC358-10, 2014) (AIS.NSR-10, 2010) (Zambrano, 2008).

Fig. 5 WUF-W conexión a momento (Tomado de AISC 358-10 CHAPTER 8)

4.3.2. Sistemas.

Conexiones momento WUF-W están precalificados para su uso en un marco especial a momento (SMF) y el marco a momento intermedio (IMF) y los sistemas dentro de los límites de estas disposiciones. (AISC358-10, 2014). Todas las formulas y condicionales que a continuación se muestran están dados en la AISC 358-10.

4.3.3. Límites de precalificación.

4.3.3.1. Limitaciones de la viga:

Las vigas deberán cumplir las siguientes limitaciones: (AISC358-10, 2014)

Se deben usar vigas las cuales cumplan con los requerimientos AISC, Ya

sean perfil en I o W.

49

La profundidad de la viga está limitada a un máximo de W36 (W920) para perfiles laminados. La profundidad de secciones armadas no excederá la profundidad permitida para laminados de formas de ala ancha.

El peso de la viga está limitado a un máximo de 150 libras / pie (224 kg / m).

El espesor de la aleta de la viga está limitado a un máximo de 1 pulg. (25 mm).

Relación de Luz libre / Altura a profundidad de la viga se limita de la siguiente manera:

Para los sistemas de SMF, 7 o más.

Para los sistemas del IMF, 5 o más.

El ancho y el espesor para las aletas y alma de la viga se ajustarán a los requisitos de las disposiciones sísmicas de AISC.

Arrostramiento lateral de vigas se facilitará la siguiente manera:

Arrostramiento lateral de vigas se ajustará a los requisitos de las disposiciones sísmicas de AISC. Para satisfacer los requisitos de las disposiciones sísmicas de AISC donde se requiera arrostramiento lateral en platinas de plástico, este soporte lateral adicional se proporciona en la parte superior e inferiores de las aletas de la viga, y se encuentra a una distancia de d para 1.5d de la faz de la columna. (AISC358-10, 2014)

Excepción: Para ambos SMF y los sistemas de IMF, donde el haz soporta una losa estructural de hormigón que está conectada a lo largo de la luz de la viga entre las zonas protegidas con conectores de corte soldadas espaciadas a un máximo de 12 in (300 mm) en el centro, la parte superior y la parte inferior. En este caso no se requiere arrostramiento lateral. (AISC358-10, 2014)

La zona protegida se compone de la porción del haz entre la cara de la columna y una profundidad de haz distancia uno, d, desde la cara de la columna. (AISC358-10, 2014)

4.3.3.2. Limitaciones de columna:

Columnas deberán cumplir las siguientes limitaciones: (AISC358-10, 2014)

Las columnas deberán ser cualquiera de los perfiles laminados o secciones urbanizadas permitidos en la Sección 2.3 del AISC 358-10.

La viga se conecta a la brida de la columna.

Laminado de profundidad de la columna forma se limitará a un máximo de

W36 (W920). La profundidad de las columnas de ala ancha urbanizadas no excederá de perfiles laminados.

50

Columnas cruciformes con bridas no tendrán una anchura o profundidad mayor que la profundidad permitida para perfiles laminados. Columnas de caja urbanizadas no tendrán una anchura o profundidad superior a 24 pulg. (610 mm). Columnas de ala ancha en caja no tendrán una anchura o profundidad superior a 24 pulg. (610 mm) en caso de participar en pórticos ortogonales. (AISC358-10, 2014)

No hay límite en el peso por metro de columnas.

No hay requisitos adicionales para espesor de la brida.

El ancho y el espesor para las aletas y alma de columnas se ajustarán a

los requisitos de las disposiciones sísmicas de AISC.

Arrostramiento lateral de las columnas se ajustará a los requisitos de las disposiciones sísmicas de AISC.

4.3.3.3. Limitaciones de relación columna-viga:

Conexiones viga-columna se ajustarán a las siguientes limitaciones: (AISC358- 10, 2014)

Las zonas de panel se ajustarán a los requisitos de las disposiciones sísmicas de AISC.

4.3.3.4. Soldadura del ala de la viga a la columna:

Las aletas de la conexión de la viga con la columna deberán cumplir las siguientes limitaciones:

Aletas de las vigas se conectan a las bridas de columna utilizando CJP soldaduras de ranura. Las soldaduras de las aletas de la viga se ajustarán a los requisitos de la demanda de soldaduras críticas en las provisiones sísmicas de AISC. (AISC358-10, 2014)

La geometría del orificio de acceso de soldadura debe cumplir con los

requisitos de AWS D1.8 / D1.8M Sección 6.10.1.2 de la AISC 358-10 y se detalla en los requisitos de calidad de soldadura orificio de acceso se ajustarán a los requisitos de AWS D1.8 cómo se evidencia en la Fig. 6 Detalle de la geometría del orificio de soldadura (AISC 358-10 Sección 6.10.1.2). (AISC358-10, 2014)

51

Fig. 6 Detalle de la geometría del orificio de soldadura (AISC 358-10 Sección 6.10.1.2)

4.3.3.5. Limitaciones de la conexión de la platina al alma de la viga.

Los datos generales de la brida de conexión alma a la columna viga se muestran en la Fig. 7 Conexión alma de la viga (Tomado de AISC 358-10 (Sect 8.6)). (AISC358-10, 2014)

Fig. 7 Conexión alma de la viga (Tomado de AISC 358-10 (Sect 8.6))

4.3.3.6. La conexión del alma de la viga deberá cumplir las siguientes limitaciones:

Una conexión de cizallamiento de una sola placa deberá estar provista de un

espesor igual al menos a la del alma de la viga. La altura de la placa solo permitirá un cuarto de entrada. (6 mm) mínimo a (12 mm) máximo solapamiento con el orificio de acceso de soldadura en la parte superior y la parte inferior como se muestra en la Fig. 8 Conexión del alma de la viga

52

(Tomado de AISC 358-10 Sect 8.6). El ancho se extenderá 2 in. (50 mm) como mínimo más allá del extremo del agujero de acceso de soldadura. (AISC358-10, 2014)

La conexión de cizallamiento de una sola placa se suelda a la brida de la

columna. La resistencia al cizallamiento de diseño de las soldaduras deberá ser al menos hp*tp*(0.6RyFyp), donde hp se define como la longitud de la placa, como se muestra en la Fig. 7 Conexión alma de la viga (Tomado de AISC 358-10 (Sect 8.6)), y tp es el espesor de la placa. (AISC358-10, 2014)

La conexión de cizallamiento de una sola placa deberá estar conectado al alma de la viga con soldaduras en ángulo, como se muestra en las Fig. 7 Conexión alma de la viga (Tomado de AISC 358-10 (Sect 8.6)) y Fig. 8 Conexión del alma de la viga (Tomado de AISC 358-10 Sect 8.6). El tamaño de la soldadura de filete será igual al espesor de la placa única menos 1/16 pulg. (2 mm). Las soldaduras de filete se extenderán a lo largo de las porciones superior e inferior inclinados de la placa única, y a lo largo de la longitud de la placa única vertical, como se muestra en las figuras 8.2 y 8.3. Los cordones de soldadura en las partes superior e inferior inclinadas de la placa solo se dará por concluido al menos 1/2 pulg. (12 mm), pero no más de 1 pulg. (25 mm) desde el borde del orificio de acceso de soldadura, como se muestra en la Fig. 8 Conexión del alma de la viga (Tomado de AISC 358-10 Sect 8.6). (AISC358-10, 2014)

Los tornillos de montaje en los agujeros estándar o ranuras horizontales

cortos están permitidos según sea necesario.

Se dispondrá de una ranura de soldadura CJP entre el alma de la viga y la brida de la columna. Esta soldadura se facilitará toda la longitud de la banda entre los agujeros de acceso de soldadura, y se ajustará a los requisitos de la demanda de soldaduras críticas en las provisiones sísmicas de AISC y AWS D1.8 / D1.8M. No se requieren pestañas de soldadura. (AISC358-10, 2014)

Las lengüetas de soldadura, si se utilizan, deben ser retiradas después de la soldadura de acuerdo con los requisitos de la AISC. Cuando no se utilizan lengüetas de soldadura, el uso de soldadura en cascada termina dentro, se permitirá la ranura de soldadura en un ángulo máximo de 45 °. Ensayos no destructivos (END) de los extremos de soldadura en cascada no se necesita realizar como se evidencia en la Fig 8. (AISC358-10, 2014)

53

Fig. 8 Conexión del alma de la viga (Tomado de AISC 358-10 Sect 8.6)

4.3.4. Procedimiento de diseño

Calcular el momento máximo probable en la rótula plástica, MPR, de conformidad con la AISC Sección 2.4.3. El valor de Ze se tomará como igual a Zx de la sección de la viga y el valor de la Cpr, se considerará igual a 1,4. (AISC358-10, 2014)

�� = 𝐹� + 𝐹�

2 ∗ 𝐹�

Ec. 90

�� = �� ∗ �� ∗ �� ∗ 𝐹�

Dónde:

Fy=Tensión a fluencia del acero (Tf/cm2)

Fu=Tensión de ruptura del acero (Tf/cm2)

Ze=Modulo plástico efectivo de la sección (cm3)

Ry=Coeficiente calidad del acero utilizado.

54

El valor Cpr de 1.4 para conexiones momento WUF-W se basa en datos experimentales que muestran un alto grado de endurecimiento por deformación. (AISC358-10, 2014)

Se entenderá que el lugar de articulación plástica para ser la cara de la columna.

�ℎ = ��

+ 2 2

Ec. 91

Dónde:

dc=Altura de la columna (cm)

db=Altura de la viga (cm)

Calcular la fuerza de cizallamiento, Vh, en la ubicación de la rótula plástica en cada extremo de la luz de la viga. La fuerza de corte en las posiciones de las bisagras de plástico se determinará a partir de un diagrama de cuerpo libre de la parte de la viga entre las bisagras de plástico. Este cálculo asumirá el momento en cada rótula plástica es Mpr e incluirá cargas gravitatorias que actúan sobre la viga. (AISC358-10, 2014)

Verificar limitaciones relaciones columna-viga.

Para SMF, la resistencia al corte requerido de la zona de panel, por las provisiones sísmicas de AISC, se determinará a partir de la suma de los momentos máximos probables en la cara de la columna. El momento máximo probable en la cara de la columna se tomará como Mpr, calculado por el paso anterior. (AISC358-10, 2014)

Compruebe la resistencia al corte diseño de la viga:

La resistencia al cizallamiento requerida, Vu, de la viga se toma igual al mayor de los dos valores de Vh calculadas en cada extremo de la viga en el paso anterior. (AISC358-10, 2014)

Compruebe placa continuidad columna. Si cualquiera de los condicionales que a continuación se muestra se cumple, es ideal poner placas de continuidad.

�� <

6

𝐹�� ∗

��

Ec. 92

�� < 0.4√1.8 ∗ �� ∗

�� ∗

𝐹�� ∗ ��

55

Dónde:

tfc= Espesor del alma de la columna (cm)

tf= Espesor del alma de la viga (cm)

Ryc= Coeficiente calidad del acero utilizado de la columna.

Ryb= Coeficiente calidad del acero utilizado de la viga.

4.4. GUSSET PLATE 4.4.1. General

NOTA: A CONTINUACION SE DESARROLLA UN EJEMPLO DE APLICACIÓN ANALIZANDO EXCLUSIVAMENTE LA TENSIÓN Y COMPRESIÓN DE LOS ELEMENTOS.

La conexión de platina de union es una conexión tipo cercha diseñada para recibir los esfuerzos de varios elementos en un solo punto. Los elementos que llegan a un mismo punto se unen a las placas gusset por medio de pernos. La conexión está conformada por las dos placas que unen todos los elementos como se evidencia en la Fig. 9 Esquema Conexión Placa Gusset. (Ibrahim, 2008)

Fig. 9 Esquema Conexión Placa Gusset

Para este documento se partió de una conexión que une 5 elementos distribuidos como muestra la figura Fig. 9 Esquema Conexión Placa Gusset. Dos elementos horizontales, un elemento vertical y dos elementos a 45°. Los elementos se encuentran sometidos a fuerzas axiales a los ejes principales de los elementos generando esfuerzos de compresión o tensión y de corte en la conexión. (Ibrahim, 2008)

En el diseño que se realiza se asume que todos los pernos de los diferentes elementos son del mismo material y del mismo diámetro. (Ibrahim, 2008)

56

4.4.2. Límites

4.4.2.1. Viga

La viga debe cumplir con los requerimientos de la sección 2.3 de la AISC 358-10

La altura de la Viga debe ser menor a W36 para perfiles tanto armados

como laminados

La viga debe tener un peso menor a 224 kg/m.

El espesor máximo para la aleta de la viga es de 25mm

La relación ancho espesor entre alma y aletas debe cumplir con los

requerimientos establecidos en la AISC Sesmic Provisions

La zona protegida consiste en las placas y las aletas de la viga hasta la

última línea de pernos.

4.4.2.2. Columna

La columna debe cumplir con los requerimientos de la sección 2.3 de la AISC 358-10

La altura de la Viga debe ser menor a W36 para perfiles tanto armados

como laminados

La relación ancho espesor entre alma y aletas debe cumplir con los requerimientos establecidos en la AISC Sesmic Provisions.

4.4.2.3. Relación Viga y Columna

La zona panel debe cumplir con los requerimientos establecidos en la AISC Seismic Provisions

La relación de momentos debe cumplir con los requerimientos de la AISC

Seismic Provisions. 4.4.3. Proceso de Diseño

4.4.3.1. Resistencia de los Elementos

El diseño de cada uno de los miembros que componen la conexión está sujeto al estado de esfuerzos en el que se encuentra. En este documento se considera el caso donde cada uno de los miembros está sometido a una carga en el sentido de los ejes

57

longitudinales de los elementos, generando dos posibles estados: Compresión y Tensión. (Ibrahim, 2008)

Resistencia a Cortante de Perno φRn = φ ∗ F ∗ m ∗ Ar Ec. 93. (FHWA

Bridge Design

Guide)

Resistencia de Rotura a Corte de Pernos

Distancia entre Perforaciones = A − (dh +

1

1 ) > 2d 16

Ec. 94. (FHWA Bridge Design Guide)Ec. 95

Ec. 96. (FHWA

Distancia a Extremo = L − 0.5 ∗ (dh +

) > 2d 16

Bridge Design

Guide)

φbb ∗ Rn = φbb ∗ 1.2 ∗ Lc ∗ t ∗ Fu

Pr = φRn ∗ número de pernos

Ec. 97. (FHWA Bridge Design

Guide) Ec. 98. (FHWA Bridge Design

Guide)

4.4.3.2. Resistencia de Tensión de Placa Gusset

Resistencia de Fluencia

Resistencia de Rotura

Pr = φy ∗ Fy ∗ Ag Ec. 99. (FHWA Bridge Design

Guide)

Pr = φy ∗ Fu ∗ An ∗ U Ec. 100. (FHWA

Bridge Design Guide)

Resistencia del Bloque de Cortante

Si Atn ≥ 0.58 ∗ Avn entonces Rr

= 0.85 ∗ (0.58 ∗ Fy ∗ Avg + Fy ∗ Atn)

Si Atn < 0.58 ∗ Avn entonces Rr

= 0.85 ∗ (0.58 ∗ Fy ∗ Avn + Fy ∗ Atg)



Guide)

Dónde:


Agt = área bruta solicitada por tensión (mm2)


Atn = área neta solicitada por tensión (mm2)


58


La resistencia de la placa a corte se determina para todos los elementos, teniendo en cuenta la dirección en la que se ejerce la carga (Vertical u Horizontal). Se debe verificar que la carga a la que se encuentra sometida la placa sea menor a la resistencia nominal.

4.4.3.3. Resistencia de Compresión de Placa Gusset

La resistencia de la placa a compresión se determina para cada uno de los elementos que se encuentran a compresión. Se debe verificar que la carga a la que se encuentra sometido el elemento sea menor a la Resistencia nominal. (Ibrahim, 2008)

�� = √ 𝐼�

Ec. 103. (FHWA

l =

KLc

r

��

L1 + L2 + L3

3

2 ∗ π2 ∗ E < √ Fy




Guide)

Fy KLc 2 Ec. 106. (FHWA

Fcr = [1 − 4 ∗ π2 ∗ E

∗ ( r

) ]


Pu = 0.85 ∗ Ag ∗ Fcr


Guide)

4.4.3.4. Resistencia Vertical a Corte

Resistencia de Fluencia

Vr = 0.58 ∗ Fy ∗ Ag ∗ Ω Ec. 108. (FHWA


Resistencia de Rotura

Vr = 0.85 ∗ 0.58 ∗ Fu ∗ An Ec. 109. (FHWA


Dónde:

Ag = área bruta solicitada por cortante (mm2)

An = área neta solicitada por cortante (mm2)


59


4.4.3.5. Resistencia Horizontal a Corte

Resistencia de Fluencia Vr = 0.58 ∗ Fy ∗ Ag ∗ Ω Ec. 110. (FHWA

Bridge Design

Guide)

Resistencia de Rotura Vr = 0.85 ∗ 0.58 ∗ Fu ∗ An Ec. 111. (FHWA

Bridge Design

Guide)

Dónde:




Fy = Esfuerzo mínimo especificado de fluencia del material de la placa (Mpa) (Ibrahim, 2008)

4.5. BASE PLATE 4.5.1. General:

Para el diseño de la conexión placa base se considera según el “American Institute Of Steel Construction (AISC)-DG01-Column Base Plate” diferentes tipos de procedimiento según las cargas de demanda que solicite la base, por lo cual propone diferentes parámetros de diseño según estas cargas; ya sea solo una carga axial (a), Una carga axial más un momento inherente en la base (b), o una carga axial más una carga cortante en la base (c) (ver Fig. 10 Tipos de análisis (Tomado de: AISC-T-DG01 Fig.1)) (AISC-T-DG01, 2003).

Fig. 10 Tipos de análisis (Tomado de: AISC-T-DG01 Fig.1)

60

Para la aplicación en este trabajo de grado se fundamentó especialmente en la Base Plate con carga axial más momento (b).

Tornillos de anclaje para la tensión:

El diseño de los pernos de anclaje no se define en los códigos presentes y especificaciones para la construcción de acero y por lo tanto dejan a discreción del ingeniero. Información de diseño es disponible y se ha basado en el trabajo desarrollado por el American Concrete Institute para estructuras nucleares (ACI 1978, 1983) (AISC-T-DG01, 2003).

Comportamiento General:

Como se señaló en la revisión de la literatura, existen dos enfoques generales para el diseño de placas base sujetos a una carga axial más un momento. Una se basa en el comportamiento elástico y el otro se basa en la capacidad última. El primero se cubre generalmente en los textos y referencias de diseño que se ocupan de las placas de base sujetos a momentos. El segundo ha sido referido en los textos como un medio para determinar el factor real de la seguridad contra el colapso (AISC-T-DG01, 2003).

4.5.2. Variaciones diferentes del método elástico.

Uno de ellos implica el supuesto de que la distribución de los esfuerzos de apoyo a la compresión resultante en la base de hormigón está directamente bajo el ala comprimida columna. Esto se muestra en la Fig. 11 (a) Resultante de Esfuerzos bajo la placa (Tomado de AISC-T-DG01 Fig.10). El área de soporte resultante es generalmente grande, que se extiende hasta las proximidades del perno de anclaje. Si esto ocurre, es poco probable que el perno de anclaje sea eficaz. Este método es limitado y no ampliamente aplicable. La segunda variación implica la suposición de que en la unión entre la placa y las secciones planas de cimentación de hormigón permanezca plano (Blodgett 1966, McGuire 1968). La distribución de la tensión se muestra en la Fig. 12 (b) Caso General (Tomado de AISC-T-DG01 Fig. 10), y la distribución de la deformación se muestra en la Fig. 13 (c) Distribución de esfuerzos (Tomado de AISC-T-DG01 Fig.10). La distribución de la deformación es lineal, y el resultado es que la tensión en el perno de anclaje depende de la distribución de la deformación en el área de rodamiento. Esto no es coherente con el comportamiento real, ya que no hay razón para suponer que la placa de hormigón y la placa permanecen en contacto por todas partes y que la deformación vertical de la placa es lineal en el lado de tensión (AISC-T-DG01, 2003).

61

Fig. 11 (a) Resultante de Esfuerzos bajo la placa (Tomado de AISC-T-DG01 Fig.10)

Fig. 12 (b) Caso General (Tomado de AISC-T-DG01 Fig. 10)

Fig. 13 (c) Distribución de esfuerzos (Tomado de AISC-T-DG01 Fig.10)

El diseño está relacionado con la excentricidad “e” equivalente, igual al momento M dividido por la fuerza axial P. El momento y la fuerza axial se reemplazan por una fuerza axial equivalente a una distancia “e” del centro de la columna. Para las pequeñas excentricidades, la fuerza axial equivalente es resistida por la placa exclusivamente. Para excentricidades más grandes, es necesario utilizar un perno de anclaje. Es necesario asumir dimensiones de la placa para determinar si se necesita un tornillo de anclaje (AISC-T-DG01, 2003).

62

4.5.3. Diseño de la pequeña y excentricidades moderadas.

Si la excentricidad “e” equivalente es igual o menor que N / 6, el cojinete de compresión existe en todas partes. Esta distribución lineal de la tensión de compresión del cojinete se muestra en la Fig. 14 Pequeñas excentricidades.. Los esfuerzos de rodadura se calculan como si la placa representa la sección transversal de una viga. En los bordes de la placa que son;

Fig. 14 Pequeñas excentricidades. (Tomado de AISC-T-DG01 Fig. 11)

Donde B y N son las dimensiones de la placa;

� � = 2

Ec. 112

Donde:

N= Dimensión mayor de la placa (in)

Y I es el momento de inercia.

𝐼 = ��3

12

Ec. 113

La tensión máxima f1 no debe superar el estrés de carga admisible Fp determinada a partir de la AISC Specification (1989). En e = N / 6, f2 es igual a 0 para la limitando caso de este modelo (AISC-T-DG01, 2003).

Si la excentricidad e es equivalente entre N / 6 y N / 2 (moderada), el cojinete se produce sólo sobre una parte de la placa, que se muestra en la Fig. 15 Excentricidad Moderada (AISC-T-DG01 Moderate Eccentricity). Para el equilibrio, la resultante de la distribución de la tensión de cojinete triangular debe ser igual a la carga axial y situado a una distancia e del centro de la placa. Por lo tanto la tensión máxima es entonces:

63

2𝑃 �1 = ��

Ec. 114

Donde A es la distancia sobre la cual se produce cojinete, determinado a partir de:

Dónde:

� � = 3( 2

− �)

Ec. 115

N= Dimensión mayor de la placa (in)

Es claro que el rango de aplicabilidad de este modelo de excentricidad moderada es

� � ≤ � ≤ 6 2

Ec. 116

Fig. 15 Excentricidad Moderada (AISC-T-DG01 Moderate Eccentricity)

4.5.4. Diseño para grandes excentricidades.

Cuando la excentricidad efectiva es grande, es necesario el uso de uno o más pernos de anclaje para resistir el componente de tracción resultante del momento. Esto se muestra en la Fig. 12 (b) Caso General (Tomado de AISC-T- DG01 Fig. 10).

Para un tamaño de placa elegido de manera que la tensión de cojinete resultante no exceda el valor máximo de la especificación, las incógnitas son la magnitud de la fuerza de perno de anclaje T y la longitud de apoyo A. La tensión máxima de cojinete se supone igual al valor permisible (AISC-T-DG01, 2003).

Dos ecuaciones de equilibrio se utilizan entonces para determinar las incógnitas. La suma de las fuerzas de los rendimientos:

64

Dónde:

� + 𝑃 =

��

2

� (�́ − ) 3

Ec. 117

fb= Máximo esfuerzo (ksi)

N´= Distancia del borde a T (in)

A= Distancia en donde está el cojín de esfuerzos (in)

Y la suma de momentos respecto a los rendimientos de fuerza perno resultante:

��

Dónde:

𝑃�́ + � = 2

Ec. 118

A’ = Distancia entre el perno de anclaje y el centro de la columna. (in)

La segunda ecuación da la distancia rodamiento A:

�́ ± √�́2 − 4( �𝑝 �

)(𝑃�́ + �) � =

6 �𝑝 � 3

Ec. 119

Dónde:

�́ = �𝑝 ��́

2

Ec. 120

La primera ecuación da entonces la fuerza resultante T en el perno o pernos de anclaje:

�𝑝 �� = 2

− 𝑃 Ec. 121

4.5.5. Procedimiento de diseño según la American Institute of Steel Construction (AISC)-DG01-column base plate.

Determine la tensión máxima de carga admisible:

𝐹� = 0.35�� √�2/�1 ≤ 0

65

.7��

Ec. 122

66

Dónde:

�2 = Área de concreto debajo de la placa (𝑖�2 )

�1 = Área de la placa (𝑖�2 )

Elija un tamaño de la placa de prueba, N por B (AISC-T-DG01, 2003).

Determinar el equivalente excentricidad, e = M / P, y la tensión máxima de cojinete de la carga. Si esta tensión es aceptable si se compara con la permitida, vaya al siguiente paso; de lo contrario volverá al paso anterior (AISC-T-DG01, 2003).

Determinar el espesor de la placa, sobre la base de la distribución de tensiones de apoyo elástico, utilizando la sección crítica según se determine para placas cargadas axialmente y lo siguiente:

�𝑝 = √ 6�𝑝𝑙

𝐹𝐵

Ec. 123

Donde:

Mpl= Momento para un 1 in (2.54cm). Del lado ancho

FB= Fuerza de tensión admisible, igual a:

𝐹𝐵 = 0.75𝐹𝑦 Ec. 124

4.5.5.1. Diseño de pernos de anclaje para la tensión.

Comportamiento General.

Se necesitan pernos de anclaje para todas las placas base. En primer lugar se utilizan para anclar de forma segura todas las placas para evitar el vuelco columna durante la construcción. También son necesarios cuando la placa está sujeta a grandes momentos de diseño o levantamiento (AISC-T-DG01, 2003).

Hay dos tipos generales de los pernos de anclaje, emitidos en el lugar y los pernos perforados. Los pernos perforados se colocan después de la puesta de hormigón. No se utilizan normalmente para la base placas y su diseño se rige por las especificaciones del fabricante, con información adicional en el guideby Cannon, Godfrey y Moreadith (1981).

Los diferentes tipos de pernos colados en el lugar se muestran en Fig. 16 Tipos de Pernos (Tomado de AISC-T-DG01). Estos se hacen generalmente de

67

cualquiera varilla. La varilla de gancho comúnmente utilizado está hecho de una forma redonda y se muestra en Fig. 16 Tipos de Pernos (Tomado de AISC-T- DG01)(a) (AISC-T-DG01, 2003).

La carga de tracción es resistida a través de bonos desarrollado a lo largo de la longitud y por el gancho. Varillas lisas no siempre forman unión fiable sin embargo, debido al aceite, etc. Aquellos con ganchos pueden fallar enderezando y sacando del hormigón. A menos que se tomen precauciones con varillas de gancho para asegurar el anclaje adecuado, la barra de gancho se debe utilizar sólo para columnas cargadas axialmente, donde no se requiere el desarrollo de cualquier fijeza en la base, excepto durante la colocación de la misma (AISC-T- DG01, 2003).

Un anclaje mayor se forma cuando se utilizan pernos o varillas con rosca y una tuerca, como se muestra en Fig. 16 Tipos de Pernos (Tomado de AISC-T- DG01)(b), (c). Marsh y Burdette han señalado que la cabeza del perno o una simple tuerca es todo lo que es necesario. El anclaje se desarrolla a continuación, al llevar en la cabeza o tuerca. Sólo es necesario prever la profundidad de empotramiento adecuada y la distancia al borde. El mecanismo de falla es el nido de un cono de hormigón que irradia hacia el exterior de la cabeza del tornillo o tuerca. El uso de una arandela o placa sólo se extiende el cono y no añade significativamente al potencial de anclaje. De hecho, la distancia al borde podría ser reducida por éstos, lo que lleva al fracaso antes. Pernos con cabeza no son comunes para largas longitudes y diámetros requeridos para placas de base, el diseñador generalmente debe especificar la varilla con extremos roscados y la provisión de una tuerca para el anclaje, como se muestra en la Fig. 16 Tipos de Pernos (Tomado de AISC-T-DG01)(c). La tuerca inferior debe estar soldado a la varilla para que la varilla no se enciende cuando se aprieta la tuerca superior (AISC-T-DG01, 2003).

Fig. 16 Tipos de Pernos (Tomado de AISC-T-DG01)

68

4.5.5.2. Mínimo perno longitudes y distancias de borde.

Shipp y Haninger (1983) han presentado unas pautas mínimas de empotramiento perno y la distancia al borde, adoptado de ACI 349. Estos se presentan para su uso en el diseño de los pernos de anclaje para la tensión como en la siguiente Tabla 1 Distancia de borde y embebida (Tomado de AISC- T-DG01):

Tipo de material del

perno. Mínima longitud

embebida. Mínima distancia desde

el borde.

A307, A36 12 d 5 d > 4 in

A325, A449 17 d 7 d > 4 in

Tabla 1 Distancia de borde y embebida (Tomado de AISC-T-DG01)

Donde d es el diámetro nominal del perno o varilla. El uso de las longitudes de empotramiento anteriores son conservadores. La distancia mínima del borde es necesaria para prevenir blow-out. El fracaso asociado con este implica el desarrollo de una superficie de falla cónica entre el anclaje y el borde del hormigón, similar a la retirada de un cono de hormigón debido a la tensión directa. La distancia mínima del borde es una consideración importante que determina el ancho del pedestal (AISC-T-DG01, 2003).

4.5.5.3. Diseño de pernos y varillas con una tuerca.

Determinar el tamaño bruto perno en base al esfuerzo permitido de tracción, igual a 0,33 x Fu

� �� = 0.33𝐹�

Ec. 125

Donde T es la fuerza de tracción del perno requerida.

Determinar la superficie proyectada requerida:

� �� = 2√�́� Ec. 126

Esto se basa en un factor asumido de seguridad igual a 2,0, con f´c en psi, T en libras.

Determine la longitud de los pernos requerida y la distancia al borde del concreto de esta superficie proyectada. Como una simplificación para un solo

69

anclaje no cerca de un borde pedestal, si el área de la tuerca se descuenta, la longitud es igual al radio de la superficie proyectada: (AISC-T-DG01, 2003)

��

�� = √

3.14 Ec. 127

Dónde:

L= Longitud de pernos requerida (in)

Si el cono se cruza el lado del pedestal, el área proyectada debe reducirse en consecuencia. También es necesaria la modificación cuando se usa más de un perno. Además, la longitud del perno y la distancia al borde no deben ser más pequeños que los valores de la tabla anterior. Cuando se usa un solo perno y cuando el cono no intersecta con el área de la superficie proyectada, la longitud mínima de la mesa gobernará. El requisito de la distancia al borde debe ser considerado cuando se establecen las dimensiones del pedestal; por lo general impide el uso de pedestales igual en tamaño a la placa (AISC- T-DG01, 2003).

70

5 IMPLEMENTACIÓN El software realizado (CONMET NSR-10 v1.0) está diseñado para cumplir con los objetivos planteados. En el CD anexo se encuentra un manual de instalación del mismo.

5.1. PROCESO DE PROGRAMACIÓN La programación se realizó de acuerdo a la realización simultánea de varias actividades:

Búsqueda de la información indicada para el diseño de cada una de las conexiones.

Aprendizaje básico de la programación en el lenguaje Python por cuenta propia

de los autores.

Realización del diseño de cada una de las conexiones por medio de la

programación.

Programación de los métodos de entrada de datos, acompañado de estudio del

lenguaje.

Programación de la creación del Informe, acompañado de estudio del lenguaje

Ajustar el programa (Títulos, tipo de letra, ubicación de textos, ubicación de imágenes, edición de imágenes)

La programación se realizó utilizando el lenguaje Python (Versión 2.7). Se utilizó Eclipse como plataforma para trabajar la programación. Todos los aspectos gráficos del programa son códigos importados del módulo llamado Tkinter. (Grayson, 2000) (fundation, 2014) (Lutz, 2013)

Para la descripción del proceso de programación se presentaran las funciones principales para el caso de una única conexión.

5.2. INICIO DE PROGRAMA El programa inicia con una ventana de presentación del software libre (CONMET NSR- 10 v1.0). Para esto se programa utilizando el módulo Tkinter para la creación de la ventana, importando el comando “Canvas” y “Button” para la creación de un botón que

permite continuar. (fundation, 2014) (Grayson, 2000)

El código utilizado fue:

La ventana de inicio se llama “inicio” y lleva el título de “DISENO DE CONEXIONES

METALICAS”

71

inicio= Tk()

inicio.title("DISENO DE CONEXIONES METALICAS")

Se llamó una imagen en la ubicación "C:\Users\User1\Downloads\9.gif" del ordenador, y se le asignó esa dirección a una variable llamada “can”. Por medio de la función “Photoimage” se guardó la imagen de la pantalla principal (ver Fig. 17 Pantalla de inicio Software.)

can="C:\Users\User1\Documents\Francisco\Tesis\IMAGENES GIF\Portada.gif"

can=PhotoImage(file=can)

Fig. 17 Pantalla de inicio Software

Se utilizó la función “Canvas” para definir un espacio para ubicar imagines de unas dimensiones especificas (canvas_width x canvas_height). El espacio determinado para la imagen se cargó en la ventana “inicio” y se ubicó por medio del comando “pack()”.Se creó la imagen, estableciendo como parámetros de entrada el punto de inicio del espacio creado, y la imagen que se desea cargar.

canvas_width = 1350 canvas_height =600

canvas = Canvas(inicio, width=canvas_width, height=canvas_height)

canvas.pack()

canvas.create_image(0,0, anchor=NW, image=can)

72

Se creó un botón por medio del comando Button, con los siguientes parámetros de entrada:

Ventana de ubicación: inicio

Texto del Botón: Aceptar y Continuar

Comando que realizara el botón después de ser activado: continuar

Color del Fondo: gray Ubicación del botón y tamaño: BOTTOM -FILLX Button(inicio,text="Aceptar y Continuar",command=continuar, bg="gray").pack(side=BOTTOM,fill=X)

5.3. ELECCIÓN DE LA CONEXIÓN Después de la pantalla de inicio, se definió la función “continuar”, función que realiza el botón “Aceptar y Continuar” en la ventana de inicio. (Ver Fig. 18 Menú de Conexiones a Diseñar)

Fig. 18 Menú de Conexiones a Diseñar

def continuar():

La función “continuar” realiza las siguientes tareas:

Cerrar la ventana de inicio - “inicio”

inicio.withdraw()

Crear una nueva ventana llamada “mGui”, de unas dimensiones de (1350x400 pixeles) y con título de “Diseño Conexiones Metálicas”

mGui=Toplevel()

mGui.geometry("1350x400")

mGui.title("Diseno Conexiones Metálicas")

Crear el título de la Ventana:

73

Label (mGui,text="TIPO DE CONEXION",bg="gray",font=('Arial', 14, 'bold',

'italic')).pack(side=TOP)

Crear un botón con una imagen de cada una de las conexiones. Llamando la imagen de igual forma que se hizo en la página de inicio. Se crea un recuadro llamado “a” por medio de la función “Frame” en la ventana “mGui”. Luego se llama el botón con los mismos datos de entrada a los botones de la página de inicio, añadiéndole la imagen como fondo al botón. Los datos de entrada están en la ventana a (recuadro “a”), color de fondo (“gray”), y el tipo de letra ('Arial', 12, 'bold', 'italic') y la posición (centrada (.pack).

weld="C:\Users\User1\Documents\Francisco\Tesis\welded.gif" welde=PhotoImage(file=weld, width=260, height=300) a=Frame(mGui)

Button(a,text="Bolted Flange Plate",command=bolted, image=gusse, bg="gray").pack(side=TOP)

Label(a,text="Bolted Flange Plate", bg="gray",font=('Arial', 12, 'bold', 'italic')).pack(side=BOTTOM)

a.pack(side= LEFT)

5.4. MÉTODO DE ENTRADA DE DATOS Luego de elegir la conexión deseada se debe decidir de qué forma se van a insertar los valores de las variables (importándolos de un archivo existente o insertándolos uno a uno).

Creación de la ventana por medio de la función “TopLevel” como se explicó en la ventana de elección de conexión.

datos=Toplevel() datos.geometry("600x200") datos.title("Diseno Conexiones Metalicas")

Texto preguntando el método de entrada por medio de la función “Label”

Label(datos,text= " Elija el metodo de Entrada de Datos").pack(side=TOP)

Botones de Importar e Insertar datos. (Función “Button”) (Ver Fig. 19. Ventana de Elección de Método de Entrada.)

Button(datos,text="Importar Datos",command=importardatos,bg="gray") .pack(fill=X) Button(datos,text="Insertar Datos",command=insertardatos,bg="gray") .pack(fill=X)

74

Fig. 19. Ventana de Elección de Método de Entrada

5.5. INSERTAR DE DATOS El método de entrada de datos está compuesto por 2 secciones principales: características del dato a introducir (Nombre, abreviación dentro del programa y unidades) y la casilla de entrada del valor (por defecto la variable inicia con valor 0) y una imagen esquemática que guía al usuario a conocer el significado de algunos datos.

Los datos insertados se encuentran divididos por ventana de acuerdo a los elementos que se involucran en la conexión (columna, viga, placas, detalles de conexión o esfuerzos actuantes) (ver Fig. 20. Ventana de Datos de Entrada Componentes.)

Fig. 20. Ventana de Datos de Entrada Componentes.

75

5.5.1. Creación de la Ventana (Función “Toplevel”): A continuación mostramos el código en donde se especifica cómo se crea la ventana para cada conexión en donde se pueden ingresar los datos (ventana a) y tiene una imagen esquemática de referencia (ventana b), que más adelante se especifica su funcionamiento.

dat=Toplevel()

dat.title("BOLTED FLANGE PLATE")

Label (dat,text="Datos de Entrada-Viga y Columna") .pack(side=TOP,fill=X)

5.5.2. Nombres de las variables. Se genera un recuadro llamado “a” utilizando la función “Frame” que contiene el texto que indica la variable a la cual se le debe asignar un valor y las unidades en las que se debe insertar el valor como se evidencia en la Fig. 21. Ventana Datos de entrada sección a.

a=Frame(dat)

Label (a,text="Ancho de Aleta (Bfv)").grid(row=2,column=0)

Fig. 21. Ventana Datos de entrada sección a.

76

5.5.3. Espacio de entrada de valor: Al lado de cada uno de los nombres de la variable se generó un espacio de entrada con valor inicial de “0”, por medio de la función “Entry”. El espacio de entrada requiere de los siguientes parámetros: ventana donde se muestra (c), variable que asume el valor insertado “Bfv”, y posición de la ventana de entrada.

c=Frame(dat) Bfv=StringVar(c) Entry(c,textvariable=Bfv).grid(row=2,column=1) c.pack(side=LEFT)

5.5.4. Imagen esquemática: La imagen se creó utilizando la función “Label” con uno de sus parámetros especificando la imagen que llevara de fondo “pla6”, la cual fue definida al comienzo del programa por medio de la función “Photoimage”, explicada con anterioridad. En cada una de las ventanas de insertar datos se creó un botón para continuar con el diseño de la conexión por medio de la función “Button” como se muestra en la Fig. 22. Imagen Esquemática de Datos de Entrada sección b.

Fig. 22. Imagen Esquemática de Datos de Entrada sección b.

77

b=Frame(dat)

Label(b,text="Bolted Flange Plate",image=pla6, bg="gray").pack(side=TOP)

Button(b,text="Siguiente",command=datplasim,bg="gray").pack(side=BOTTOM,fill=X)

b.pack(side=RIGHT)

5.6. GUARDAR VALORES DE VARIABLE Al finalizar la entrada de los valores de las variables el programa realiza la organización de las variables.

Vector de variables por elemento del perfil:

viga =[]

columna = []

Manejo de Variables para que queden como número y no como texto:

Bfvtext=Bfv.get()

Bfvnum = float(Bfvtext)

viga.append(Bfvtext)

5.6.1. Guardar Valores en Archivo de Texto

En el caso de insertar los datos, el programa da la posibilidad de guardar en un archivo de texto .txt, en la Fig. 23. Ventana Guardar Valores y Crear Reporte se muestra como en el software da la opción de guardar.

Fig. 23. Ventana Guardar Valores y Crear Reporte

text= [("Text Document","*.txt")]

78

path=tkFileDialog.asksaveasfilename(title="Guardar Archivo",filetypes=text)

f=open(path,"w")

o=0

z=len(viga)

while o < z:

f.write(viga[o])

f.write("\n")

o=o+1

o1=0

z1=len(columna)

while o1 < z1:

f.write(columna[o1])

f.write("\n")

o1=o1+1

f.close()

5.7. IMPORTAR DATOS La opción de importar datos parte del hecho que ya existe un archivo de texto (formato .txt) donde con anterioridad se habían guardado los valores de las variables requeridas para una de las conexiones que se incluyen en este programa. Las variables deben ser guardas en un orden específico.

Abrir archivo de texto para lectura únicamente.

text= [("TEXT files","*.txt")]

path=tkFileDialog.askopenfilename(title="Abrir Imagen",filetypes=text)

f=open(path)

79

Fig. 24. Guardar Valores en Archivo de Texto

5.7.1. Lectura del archivo de texto:

Se hace la lectura del archivo texto con el siguiente código:

viga = [] columna = []

i = 0

for linea in f:

if i<9:

else:

i=i+1 f.close()

x=float(linea) viga.append(x)

if i<14:

x=float(linea)

columna.append(x)

5.7.2. Asignación de los valores del archivo de texto a las variables requeridas: Se asignan a las variables una posición del archivo .txt que se está leyendo.

Bfvnum = float(viga[0])

5.7.3. Ventana con los datos ya leídos de un archivo .txt Se muestra como al importar los datos quedan puestos en su respectiva casilla como en la Fig. 25. Ventana de Datos Importados y Fig. 26. Datos Importados

80

Fig. 25. Ventana de Datos Importados

dat=Toplevel() dat.title("BOLTED FLANGE PLATE")

Label (dat,text="Datos de Entrada-Viga y Columna").pack(side=TOP,fill=X)

a=Frame(dat)

Label (a,text="Ancho de Aleta (Bfv)").grid(row=2,column=0)

a.pack(side=LEFT)

c=Frame(dat)

Bfv=StringVar(c)

Entry(c,textvariable=Bfv).grid(row=2,column=1)

c.pack(side=LEFT)

Fig. 26. Datos Importados

b=Frame(dat) Label(b,text="Bolted Flange Plate",image=pla6, bg="gray").pack(side=TOP)

Button(b,text="Siguiente",command=datplasim,bg="gray").pack(side=BOTTOM,fill=X)

b.pack(side=RIGHT)

81

5.8. PROGRAMACIÓN DE DISEÑO A continuación se dará un panorama de como se hizo la programación del diseño de las conexiones en sus aspectos secuenciales.

5.8.1. Cambio de unidades de variable en concordancia al Marco Teórico

Debido a que las unidades con las cuales el usuario ingreso las variables en el programa no siempre concuerdan con las trabajadas en los cálculos de programación, se debe antes de ceñirse al proceso de diseño que dice el marco teórico, cambiar las unidades para así intrínsecamente en el programa poderlas manejar.

A continuación mostramos como en la programación damos cambio a algunas de estas variables.

dhv2num=dhv2num1/25.456 ved2num=ved2num1/25.456 diap2num=diap2num1/25.456 Fexx2num=Fexx2num1/6.8947 phi6Rnpernum=phi6Rnpernum1/4.448*25.456

Algunas de estas de mm a in; Otras de KN a kips; Otras de Mpa a ksi. 5.8.2. Procesamiento de variables con ecuaciones

Luego de tener las variables en el sistema de unidades americano, procedemos a obtener los resultados ceñidos al marco teórico descrito anteriormente, para así evidenciar el comportamiento de la conexión.

Mostraremos algunas operaciones matemáticas hechas en el desarrollo de esta conexión.

Afgv = Bfvnum*Tfvnum Afnv = Afgv-2*(dhvnum+0.0625)*Tfvnum

x = Fyvnum/Fuvnum

FuAfnv = Fuvnum*Afnv

YtFyAfgv = Ytv*Fyvnum*Afgv

Mn1=FuAfnv*Sxvnum/Afgv

Mn2 =YtFyAfgv*Sxvnum/Afgv

phib = 0.9

MNV = Mn*phib

phi1Rn1 = phi1*1.2*lc*espnum*Fupnum

phi1Rn2 = phi1*2.4*diapnum*espnum*Fupnum

longpernos = Numpnum*(dhvnum+0.0625)

Anvp = espnum*(longpnum-longpernos)

tmin = (0.6*Fexxnum*(math.sqrt(2)/2)*((Dnum)))/(0.6*Fucnum)

El modulo “math” permite un sin número de operaciones matemáticas por ejemplo “math.sqrt” (raíz cuadrada), de igual forma la facilidad para programar nuevas variable es grande en el caso de “phib = 9” dentro de la misma programación de ecuaciones.

82

5.8.3. Comparaciones por medio de condicionales Luego de tener las variables que en paso anterior se hallaron se pasa a comparar por medio de condicionales si nuestra conexión cumple con los requerimientos de la NSR- 10 y por supuesto de la AISC.

Algunos ejemplos de condicionales:

if phi4Rn1 < phi4Rn2:

phi4Rn=phi4Rn1

else:

phi4Rn=phi4Rn2

if (((3*Tfvnum)-13)<d3num<((3*Tfvnum)+13)):

resp8="OK”

else:

resp8="Revisar "

Estos son algunos condicionales que se tuvieron en cuenta para el proceso de chequeo para cumplimiento de la norma.

5.8.4. Resultados

Luego de tener los resultados de esos condicionales se procedió a analizar valores que se debían informar, como espesores de placa, resistencia de soldaduras, resistencia de pernos, espesores de soldaduras, entre otros.

FB=(0.75*Fyt) Mpl=((Pc*m*m/2)+((f1-Pc)*m*m*0.67/2))

tp=(math.sqrt((6*Mpl)/FB))

dp=2*math.sqrt(Ag/3.14)

Apsf=T/(2*math.sqrt(fct))

L=(math.sqrt(Apsf/3.14))

5.8.5. Cambio de unidades de resultados en concordancia a unidades de entrada

Para culminar ya que el usuario ingreso los datos de entrada en unidades de m, mm, KN, MPa. Es necesario que el informe este en las mismas unidades por concordancia del software.

f11=round((f1*4.45),2) f22=round((f2*4.45),2) T1=round((T*4.45),2) Fp1=round((Fp*6.89),2) val1=round((compa1*6.89),2) tp1=round((tp*25.4),2) L1=round((Le*25.4),2)

Por practicidad se redondeó el valor a dos decimales por medio de la función “round((),2)”.

83

5.9. INFORME DE RESULTADOS Para la creación de los informes se utilizó la biblioteca ReportLab, encargada de generar el informe. Se realizó la descarga de la biblioteca, la cual contiene una carpeta con todos los comandos. Esta carpeta debe ser guardada en la carpeta de Python27, la misma carpeta donde se guarda el ejecutable. Una vez descargada y ubicada la carpeta es posible crear el archivo “.pdf”.

El Código utilizado para generar el pdf es:

from reportlab.pdfgen.canvas import Canvas

def pdf():

from reportlab.lib.units import inch

c.drawImage("C:\Users\User1\Documents\Francisco\Tesis\IMAGENES

JPG\BOL1.jpg",0,0, width=8.5*inch, height=11.69*inch)

c.setFont("Helvetica", 8)

c.drawCentredString(5.3*inch, y*inch, " %s" %Bfvnum)

c.showPage()

c = Canvas("INFORME RESULTADOS BOLTED.pdf")

pdf(c)

c.save()

El código parte de la importación de la biblioteca Reportlab, la cual contiene el comando “Canvas”. El comando Canvas es el encargado de generar un archivo “.pdf”

con el nombre que se desee. Para este ejemplo se le dio el nombre de “INFORME RESULTADOS BOLTED.pdf”

Se creó una función llamada “pdf” encargada de elaborar el contenido del documento. La función “pdf” utiliza un comando de la biblioteca de reportlab llamada drawImage, la cual permite el ingreso de una imagen en formato JPG.

Para la realización de los informes se realizó el siguiente procedimiento:

Diseñar un formato en Word Office para cada una de las conexiones y se guardó en formato PDF desde Word como en la Fig. 27 Creación informe en Word.

84

Fig. 27 Creación informe en Word.

Editar el Formato creado en Photoshop y guardarlo como JPG, del tamaño

requerido (ver Fig. 28 Edición en Photoshop).

Fig. 28 Edición en Photoshop Cargar el formato en JPG en el informe. c.drawImage("C:\Users\User1\Documents\Francisco\Tesis\IMAGENES JPG\BOL1.jpg",0,0, width=8.5*inch, height=11.69*inch)

85

La imagen cargada se utilizó como fondo y se sobrepuso la información adicional, como son los valores de entrada y los resultados del análisis realizado, se crea el informe como se ve en la Fig. 29. Informe Creado en Formato PDF .

c = Canvas("INFORME RESULTADOS GUSSET.pdf")

pdf(c)

c.showPage()

c.save()

def pdf(c):

from reportlab.lib.units import inch

c.drawImage("C:\Users\User1\Documents\Francisco\Tesis

\Gusset\Imagenes\G1.jpg",0,0, width=8.27*inch, height=11.69*inch)

c.drawCentredString(1.6*inch, 6.1*inch, "%s" %phibbRn1)





Fig. 29. Informe Creado en Formato PDF

86

5.10. EJECUTABLE Para crear el programa en un formato ejecutable (.exe) se requirió la descarga de la biblioteca llamada Py2Exe, la cual se encarga de generar el Ejecutable del código realizado en Python (.py). Para esto se necesitó la creación de un archivo llamado “setup.py”

El archivo setup.py contiene el siguiente código: from distutils.core import setup import py2exe

setup(console=["conmetNSR10.py"])

El código mostrado se centra en llamar el código del programa, que en este caso se llama: “conmetNSR10.py”. Para esto se requiere importar la biblioteca py2exe, la cual contiene un archivo llamado disutils.core, encargado de crear el ejecutable.

Los dos archivos, “setup.py” y “conmetNSR10.py” deben estar ubicados en la carpeta donde se encuentra el ejecutable de Python en el ordenador, (ver Fig. 30 Carpeta de destino de Python 2.7 y Fig. 31 Ubicación en la carpeta Python).

Fig. 30 Carpeta de destino de Python 2.7

87

Fig. 31 Ubicación en la carpeta Python

Para finalizar la creación se requiere ejecutar el archivo “setup.py” desde el Command Prompt del ordenador, llamando a la biblioteca py2exe. Como se muestra en la Fig. 32 Ejecución archivo "setup.py".

Fig. 32 Ejecución archivo "setup.py"

El ejecutable creado queda ubicado en la carpeta “dist”, ubicada en la carpeta de Python27 mencionada anteriormente.

88

Se creó un icono para el programa y se le añadió a un acceso directo del ejecutable creado, (ver Fig. 33 Ejecutable en el Escritorio.)

Fig. 33 Ejecutable en el Escritorio.

89

6 EJEMPLOS DE APLICACIÓN

6.1. END PLATE Ejemplo tomado del documento Design Examples v14.0

Diseñar una conexión de placa de extremo de 4 pernos sin el uso de atiesadores, donde se conecte una viga W18x50 de ASTM A992 y una columna W14x99 de ASTM A992. Las fuerzas actuantes en la conexión son un cortante de 42 kips y un momento de 252 kip-ft. Se deben utilizar pernos ASTM A325-N y soldadura de 70ksi. La placa de extremo es de ASTM A36. Como se muestra en la Fig. 34 Grafico Acotación Placa Extremo.

Fig. 34 Grafico Acotación Placa Extremo.

Siguiendo el análisis contemplado en el marco teórico para esta conexión, el software pudo determinar con respecto a esta conexión el siguiente informe de resultados, y dando muestra de los datos de entrada.

90

Diseño de Conexiones Metálicas de acuerdo a la NSR-10

INFORME DE RESULTADOS DISEÑO

DE CONEXIÓN -END PLATE

SE ASUMIÓ QUE LOS DATOS UTILIZADOS EN EL SOFTWARE EL USUARIO LOS

CONTEMPLO REALES Y COMERCIALES.

INFORME DE RESULTADOS

Viga

Ancho Aleta (Bfv) 190.92 mm

Espesor Aleta (Tfv) 14.51 mm Espesor de Alma (Tw) 14.51 mm

Altura (dv) 458.21 mm

Resistencia Fluencia (Fyv) 344.74 Mpa

Resistencia Rotura (Fuv) 448.16 Mpa

Módulo Plástico (Sxv) 1466466.84 mm3

Columna


Espesor Aleta (tfc) 19.86 mm

Espesor Alma (twc) 361.48 mm

Altura (de) 344.74 mm

Resistencia Fluencia (Fyc) 448.16 Mpa

Resistencia Rotura (Fue) Mpa

Placa

Resistencia Fluencia (Fyp) 248.21 Mpa

Resistencia Rotura (Fup) 399.89 Mpa

Espesor Placa (esp) 25.46 mm

Longitud Placa (longp) 190.92 mm

ig 101.82 mm

IPfO 38.18 mm

lpf1 38.18 mm

Resistencia a tension (comptt) 18.17 N/mm

Resistencia a Corte por Rotura (compcu) 20.45 N/mm

Garganta 1 (D) 0.25 mm

Garqanta 2 (D2) 0.19 mm

Garqanta 3 (D2) 0.38 mm

Diametro Perno (dp) 25.46 mm

Resistencia Pernos (Fntp) 620.52 Mpa

Número Pernos (Nump) 4.0 un

Resistencia Nominal Perno (phiRnper) 189363 72 N/mm

Esfuerzos Actuantes

Cortante Carqa Muerta (CM) 31.14 KN

Cortante Carga Viva(CV) 93.41 KN

Momento Carga Muerta (CM) 56.94 KN

Momento Carga Viva (MV) 170.83 KN


Pontificia Universidad Javeriana Juan Francisco Acuña T- Harold Andre Sotelo

Fig. 35/nforme END PLATE pág. 1

91

-


DISEÑO DE CONEXIÓN -END PLATE



DANDO RESPUESTA A LAS CARGAS DEMANDADAS Y PERFILES ESCOGIDOS

COMO RESPUESTA DE LAS MISMAS; EL COMPORTAMIENTO DE LA CONEXIÓN

ES LA SIGUIENTE PARA CADA ÍTEM A EVALUAR:

A

V

Pso do

lsc -1-- jll , .. Pto

1-- jll --- tlb

p_,. Pli

> d tic l p

+r---- -

e

Ilustración l.Características Geométricas - Tomada de AISC-358-10

Resultados

1. Esfuerzos Actuantes- ASIC/SEI 7

o Cortante

Vu = 1.2 *CM+ 1.6 * CV = 186.82 [kN]

o Momento

Mu = 1.2 *MM + 1.6 * MV = 341.66 [kN * mm]



Fig. 36/nforme END PLATE pág . 2

92

TABLE 6.2 Summary of Four-Bolt Extended

Unstiffened End-Piate Yield Une Mechanism Parameter

End-Piate Geometry

and Yield Une Pattem

Bolt Force Model

b,.

g 1- d,

¡-- == p..,

-:·. --. p,

r.,

S ' -

11,

--

1 .....

"--1,

• •

,...--- - 2P,

r!-- 2P,

¿ M..,

l

End-Piate

2 p, s p., 2g

S = jii;g Note:11 Pfi> S, use Pfi= S.

2

= =

2. Diámetro de Pernos-AISC Specifications J

tfb hO=Db+pfo----z= 489.14

. tfb

hl Db - pft - tfb - - 398.26 2

0 = 0.75

[mm)

[mm]

o Diámetro mínimo de perno

dperno minimo = 2 * Mf 23.03 [mm]

n * Q)n * Ft * (ho + hi) OK

3. Espesor de placa de extremo- Design Guide 4

• • ,

Y p=bp-[11,e

+ 1 )+1\,( 1 ) - 1J+2-[h,(p, + s)]

Ilustración 2. Geometría de Conexión- Tomada de AISC 358-10

Diseño de Conexiones Metálicas de acuerdo a la NSR-10 Pontificia Universidad Javeriana

Juan Francisco Acuña T- Harold Andre Sotelo


93

[ kN ]

=


1

s=-.Jbp*g= 2

69.71 [mm]

Sipfi>s, entonces, pfi =S

Y p=-bp* [h1* (-1.+-1) +hO* (-

1- ) - 1] +-2* h1 * (pfi+s)=

3560.13

[mm]

2 pfL S pfO 2 g

Tr * db2

Pt = Fnt*--- 4

314.43 [k N]

Mnp = 2 * P t * (hO + h1) =

6681.69

[kN *m]

(1) = 0.75

o Espesor mínimo de placa de extremo

. .. 1.11*0*Mnp

tp platma mLnLmo = n.d F y ..,¡ * YP * P

OK

24.22 [mm]

o La fuerza de diseño para la placa de extremo es:

Q)b = 0.9

Q)b * Fyp * tp2 * Yp Q)Mpl = l.ll =

4. Fuerza sobre aleta de vida

5534.69 [kN *m]

Mf

Ffu = Db- tfb 771.74 [kN ]

5. Resistencia de corte a fluencia sobre la placa de extremo-AISC Design

Guide 4

Ffu < Q)d * 0.6 * Fyp * bp * tp = 648.55 OK 2

6. Cortante a rotura sobre la placa de extremo-AISC Design Guide 4

An = t -* (bp - 2 * (Q)perno + 3mm) = 3564.04

Ff u - - < Q)n * 0.6 * Fup * An 638.54 [kN] OK

2




91

Dm

3 77

=


7. Resistencia de pernos a corte- AISC Design Guide 4

o Resistencia de pernos

Vu < 0 * Rn

0 * Rn = npernos * 0rn = 282.91 [ k N] OK

o Pernos de placa de extremo:

0 * Rn = cappla *espesor = 462.64 [k N]

o Pernos de columna:

0 * Rn = capcol * tfc 405.96 [kN ]

8. Tamaño de garganta de soldadura entre viga y placa de extremo (Alma de

Viga)

o El tamaño mínimo de soldadura entre la placa de extremo y la zona

sometida a tensión en la placa es de:

. 0 * Fy * tw * espesor tn ..,-----:-=----,--,--,-------''------

2 * 1.5 * 1.392 * es pesor

3.77 [in/16]

OK

9. Tamaño de soldadura para reacción de extremo- AISC Manual Capítulo 8

d l = 2 - tfv = 214.59 [mm]

Vu Dmin = =

2 * 1.392 * l ·

[in/16] OK

10. Análisis de Elementos Conectados con soldadura por Rotura-AISC Manual

Capítulo 9

o El espesor mínimo para la viga:

6. 19 * D

tmin = Fu 4.34

[mm] OK

o El espesor mínimo de placa es:

3.09 * D

tmin = Fu

= 110.48 [mm] OK

11. Tamaño de soldadura conexión entre aleta de viga y placa -AISC Manual

Capítulo 8




92


l = 2 * Bfv- twv = 5462.6 [mm]

Dmin = ---Vu

-- 2 * 1.392 * l

5.67 [D iesciseisavos] OK

12.Análisis de Elementos Conectados con soldadura por Rotura- AISC Manual

Capítulo 9

o El espesor mínimo de placa es:

3.09 * D tmin=---

Fu 7.69 [mm] OK

13.Recomendaciones

TABLE 6.1 Parametric Limitati ons on

Prequalification Four-Bolt Unetiffened

(4E)

Fo. Bolt Stiffened

C4ESI

Eight-Bol t Stiffened (SESI

Parameter

Maximum in. <mm)

Min_imum

in.(mm) MalCimum

in. (mm>

Míni mum

in. (mm) M.aximum

in. <mm)

Minimum

in.(mm)

lct ., {19) .,.(10) .. (19) .,.(10) 1 (25) .,..(14)

br, 9'1• (235) 6{152) 9 (229) 6 (152) 12'1•(311) 7'1•{190)

d 55 (1400) 133/•(349) 24{610) 133/ (949) 36 (914) 18 (457)

lp 2' 1• (57) 'h (13) 1'hP8) 1h(13) 2 12 (64) .. (19)

Óp 1()"/.(273) 7 {178) 10'1• (273) 7 (176) 15 P81) 9 (229)

g 6 (152) 4 {102) 6(152} 31 /• (83) 6{152) 5 {127)

Plf,Po. 4112 (114) 11h p6) 5'1• (140) ,.,.{44) 2 (51) ,.,.(41)

Pr> - - - - 3'1•(95) 3'1> (89)

b¡,width of be:un fbnqa,in.(mm)

bp width of en,;.p!Jlte,11\.(mm)

d depth olconne<:1ng be<>m. in.(mm)

9 horizontal di!rulnC8 between b<ihB in.(mm) p, vertical d between theinner ond outer row of bolla in on SES oonnection.

in.(mm)

p, = vertic:ll diatlnea from !he maida of a beam tanaion fl:J1'98 to tha ne::uest inside bott

row. in. tmm)

pr. verncaldi trom lhe outaide ola b8om "'""""' flange to me ne!lf831outside bob

row. in.(mm}

r¡, thicl<nesa of beam flonge.in.(mm)

1p thicl<nesa of end-pi:Ue, in.(mm)

Ilustración 3 límites Geométricos -Tomada de AISC 358-10



Fig. 40 Informe END PLATE pág. 6

93

\

/

"O

Diseño de Conexiones Metálicas de acuerdo a la NSR-1O

ANEXOS

Twv o tmo

PLACA DE EXTREMO

o o e ,

o o

ESFUERZOSACTu

o <P., o

o o

:t o o " f long 2:CJ

"-:!:

CV MV

lp_c¡ 1

luz;


Pontificia Universidad Javeriana


Fig. 41 Informe END PLATE pág. 7

94

6.2. BOLTED FLANGE PLATE Ejemplo tomado del documento Design Examples v14.0

Diseñar una conexión de placa de extremo de 4 pernos sin el uso de atiesadores, donde se conecte una viga W18x50 de ASTM A992 y una columna W14x99 de ASTM A992. Las fuerzas actuantes en la conexión son un cortante por carga muerta de 7.0 kips, un cortante por carga viva de 21 kips, un momento producido por carga muerta de 42 kips-ft y un momento por carga viva de 126 kip-ft. Se deben utilizar pernos de 7/8” ASTM A325-N y soldadura de 70ksi. La placa de extremo es de ASTM A36. Se debe revisar si se requieren atiesadores.

Fig. 42Grafico Acotación Placa Pernada


95

Datos Columna


Espesor Aleta (tfc) 19.86 mm

Altura (de) 361.48 mm

Resi tencia Fluencia (Fyc) 34•.74 Mpa

Resistencia Rotura (Fue) Mpa

Constante R(lR ) 37231 kN

Constante R2 (R2) 1nRno kN

Constante R3 (R3) kN

Constante R4 (R4) kN



DISEÑO DE CONEXIÓN- BOLTED FLANGE PLATE



Datos de Entrada

VARIBALE VALOR 1 UNIDAD

Datos Viga


Espesor Aleta (Tfv) 14.51 mm

Altura (dv) 458.21 mm

Resistencia Fluencia (Fyv) 344.74 Mpa

Resistencia Rotura (Fuv) 448.16 Mpa

Módulo Plástico Sxv (Sxv) 1466466.84 mm'

Resistencia a tensión (comptt4) 10.64 N/mm

Resistencia de Rotura a Corte(compcu4) 40.37 N/mm

Resistencia de Fluencia a Corte (compcy4) 34.42 N/mm

""""

"d"O"R"?'

Datos Placa Simple

Resistencia Fluencia (Fyp) 248.21 Mpa

Resistencia Rotura (Fup) 399.89 Mpa

Espesor Placa (esp) 9.67 mm

Longitud Placa (Longp) 229.1 mm

Resistencia a tensión (comptt) N/mm

Resistencia de Rotura a Corte(compcu) 21.14 N/mm

Resistencia de Fluencia a Corte {compcy) ?? RO N/mm

Datos Conexión Placa Simple

Diámetro de perforación (dhv) 458.21 mm

Distancia verticala borde de placa (ved) 38.18 mm

Diámetro perno(dai p) 22.27 mm

Número de Pernos (Nump) 3.0 un

Resistencia de pernos a Corte (phi2Rn) "07 N/mm

Coeficiente de Excentricidad de Carga (C) 223 Factor de Uniformidad de Esfuerzos (Ubs) 1n




Fig. 43 Informe BOLTED FLANGE PLATE pág. 1

96

Placa Pernada Resistencia Fluencia Fyp2 ?4A ?1 Mpa Resistencia Rotura Fup2 'aaRa Mpa Espesor Placa esp2 mm Longitud Placa (Longp2 mm Capacidad viga (capv) KN/mm/perno Capacidad placa (cappla) KN/mm/perno Resistencia a tensión (comptt2} O J

N/mm Resistencia de Rotura a Corte(compcu2) N/mm Resistencia de Fluencia a Corte (compcy2) <•. N/mm Constante K (k) o1.•o

Distancia L (1) 065 mm

50.91 Conexión Placa Simple Diametro de peñoración dhv2 LO.OO mm Distancia Vertical (ved2) 38.18 mm Diámetro de Perno (diap2) 22.27 mm Número de Pernos (Nump2) 8.0 un

Resistencia de pernos a Corte (phi6Rnper) 4.25 N/mm Coeficiente de Excentricidad de Carga (c2) 00 Factor de Uniformidad de Esfuer2os Ubs2


VARIBALE 1 VALOR UNIDAD Soldadura Placa Simple Garganta(D) 1 025 mm Resistencia de Soldadura (Fexx) 1 482.63 Mpa

1

Soldadura Placa Pernada

Garganta D2 0.38 mm Resistencia de Soldadura (Fexx2) 1 482.63 Mpa 1

1 Esfuerzos Actuantes sobre Conexion

Momento Actuante en la Rótula Plástica (Muv 341.66 kN-m J Cortante Actuante en la Rótula Plástica Vuv 186.82 kN



Juan Francisco Acuña T- Harold Andre Sote!o

Fig. 44/nforme BOLTED FLANGE PLATE pág. 2

97



DISEÑO DE CONEXIÓN -BOLTED FLANGE PLATE

SE ASUMIÓ QUE LOS DATOS UTILIZADOS EN EL SOFTWARE EL USUARIO LOS CONTEMPLO

REALES Y COMERCIALES.

DANDO RESPUESTA A LAS CARGAS DEMANDADAS Y PERFILES ESCOGIDOS COMO

RESPUESTA DE LAS MISMAS;EL COMPORTAMIENTO DE LA CONEXIÓN ES LA SIGUIENTE PARA

CADA ÍTEM A EVALUAR:

Sh1ms. if requrec!

Continuity and doubler ¡plates as required

Single-plate vveb

connection Shims,ir requre<:!

Resultados

Ilustración 1 Esquema Conexión- Tomada de AISC 358-10

1. Resistencia a Flexión de la Viga - AISC Specification F

o El área gruesa de la aleta de la viga es:

Afg = bf * tf = 2770.23

o El área gruesa de la aleta de la viga es:

Afn=Afg-2(dh+

1 in)*tf= 2031.5

16



Fig. 45/nforme BOLTED FLANGE PLATE pag. 3

98


Fy -= Fu 12.24

[un]

Fu* Afn = 906.44 [kN]

Yt * Fy * Af g = 950_ 81 [kNJ

o El momento nominal resistente de la viga es:

Fu * Afn Mn = *SX =

Afg 479.84

o

[kN * m]

Yt * Fy * Af g Mn = *SX =

Afg 503.32

[kN *m]

o El momento resistente de diseño para la viga utilizando un es de:

<pb * Mn = 430.9

[ kN * m] OK

2. Placa Simple en Alma de Viga- AISC Specification J

o La resistencia de los pernos a esfuerzos de cortante es de:

<p * rn = 24.3

[kN /perno ]

o La distancia vertical al borde de la placa es de:

lcv = ved - 0.5 * dh = 26.25 [mm]

o La resistencia de los pernos:

<p = 0.75

<prn = <p * 1.2 * le * t * Fu :::; <p * 2.4 * d * t * Fu =

90.99

[k N]

o El coeficiente mínimo de excentricidad de carga es:

Cmin = Ru j <prn = 2.05

[un ] OK

o La resistencia a fluencia a cortante de la placa es de:

<p = 1.00

<p * Rn = <p * 0.6 * Fy * Agv = 328.6

o La resistencia de rotura a cortante de la placa:

[kN] OK

<p * Rn = <p * 0.6 * Fu * Anv = [k N] 264.7 OK



Fig. 46/nforme BOLTED FLANGE PLATE pag.4

99

=


3. Bloque de Cortante a Rotura-AISC Specification J4

<p Rn = <pUbsFu Ant + min (<p0.60Fy Agv ,<p0.60Fu Anv )<p * rn

o La resistencia de rotura a tensión es de:

Ubs = 1.00

<pUbsFuAnt = 110.38 [kN]

o La resistencia de fluencia a corte es de: OK

<p0.60FyAgv = 221.44 [ kN ]

o La resistencia a rotura a corte es de:

<p0.60FuAnv = 204.54[kN]

4. Resistencia de Soldadura entre placa simple y columna AISC Manual

Capítulo 8

o La resistencia de la soldadura es de:

<pRn = 1.392Dl(2) = 448

_ 12

[kN ] OK

5. Espesor mínimo de placa - AISC Manual Capitulo 9

o El espero mínimo de la placa simple con relación a la soldadura utilizada

es de:

4.85 [mm] OK

6. Número mínimo de pernos- AISC Manual Tabla 7

o La fuerza a la que se encuentra sometida la conexión es de: 747.3

Puf= Mu/d = [ k N ]

o El número mínimo de pernos que se debe utilizar es de:

108.1 <p * rn [ kNjperno]

Puf nmin =-- =

<pr n 6.91 [un] OK

7. Resistencia a fluencia de placa pernada

Specifications J.4

sometida a tensión - AISC

o La fuerza actuante es de:

Rn = Fy Ag 840.71[kN]



Fig. 47 /nforme BOLTED FLANGE PLATE pág . 5

100

1 )

.


Puf = Mu

= [kN] d+tp 717.41

<p = 0.9

<p * Rn = 756.64 [ kN] OK

8. Resistencia a rotura de placa pernada sometida a tensión- AISC

Specifications J.4

o El área efectiva es de:

Ae = An

An = [B - 2 (dh + 1

] * tp = 2430.03 6

o La Resistencia a rotura es de:

<p = 0.75

q:>Rn = <p * Fu * Ae = 725.62

[kN] OK

9. Bloque de Cortante a Rotura (Placa Pernada) - AISC Specifications J.4

<pRn = <pUbsFu Ant + min (<p0.60Fy Agv ,<p0.60Fu Anv )cp * rn


Ubs = 1.00

<PUbsFuAnt = 1134 35

o La resistencia de fluencia a corte es de:

[k N]

OK

<p0.60FyAgv = 290.26 [kN]


<p0.60FuAnv = 1134.35 [kN] OK

10.Bloque de Cortante a Rotura (Viga)- AISC Specifications J.4

<pRn = <pUbsFu Ant + min(<p0.60Fy Agv,<p0.60Fu Anv) cp * r


Ubs = 1.00




Fig. 48/nforme BOLTED FLANGE PLATE pág . 6

101


<!>UbsFuAnt = 308_ 84 [kN]

o La resistencia de fluencia a corte es de:

<p0.60FyAgv = 999.03 [kN ]


<p0.60FuAnv =

1171.45

[k N] OK

11.Tamaño mínimo de soldadura entre placa pernada y columna-AISC Manual

Capítulo 8

o El tamaño de garganta mínimo de soldadura es de:

Puf Dmin = = 5 52 [in/16] OK

2 * 1.5 * 1.392 * l .

12.Espesor mínimo de aleta de columna-AISC Manual Capítulo 9

o El Espesor mínimo de la aleta de la columna es de:

3.09 * D tmin = =

2 * 1.5 * 1.392 * l 6.68 [mm]

OK

13.Resistencia a Compresión)- AISC Specifications J.4

o Resistencia a compresión de la viga:

<p = 0.9

r

r - tp

3.42 [un]

[un]

-- - o.38

Fy = Fcr

<pPn = <p * Fy * Ag =J56.64 [k N] OK

14.Pandeo Local de la Aleta de la Columna- AISC Specifications J.10

lOtf = 145.1 [mm]

Rn = 6.25 * Fyf * tf l\ 2 = 845.72 [kN]

<p = 0.9



Fig. 49 /nforme BOLTED FLANGE PLATE pág. 7

102


<pRn = 761.15 [kN] OK

15.Fiuencia Local del Alma de Columna- AISC Specifications J.10

<pRn = 2 * (<pRl) + lb(<pR2) = 825.74 [kN]

OK

16.Arrugamiento del Alma- AISC Specifications J.10

<pRn = 2 * (<pR3) + lb(<pR4) = 1035.59 [kN]

OK




Fig. 50 Informe BOLTED FLANGE PLATE pág. 8

103


ANEXOS

GEOMETRIA PERFILES

z ::E ::::1 .o..J

""' twc

(.)

PLACA SIMPLE

1

L

/

o

o

o iil-'------'




Fig. 51/nforme BOLTED FLANGE PLATE pág. 9

104

1


PLACA PERNADA

ANEXOS

o Q o o %_,

o o o o

111 111 :11± 11 11

".",

ESFUERZOS ACTUANTES

lp

j) 1




Fig. 52 /nforme BOLTED FLANGE PLATE pág . 10

105

6.3. WELDED UNREINFORCED FLANGE Como ejemplo de aplicación para la placa soldada se utilizó una viga de perfil W18x50 la cual llega a una columna de perfil W14x99, las cargas a las cuales está sometida la conexión son un momento de 200 KN*m y un cortante de 40 KN a una distancia Sh rotula plástica, la placa de conexión tiene un espesor de 8 mm y altura dp de 80 mm, todos los aceros inherentes a la conexión tienen Fy de 248 Mpa y Fu de 400 MPa.

Para el detalle de la perforación de acceso de la soldadura, la longitud efectiva es del mismo espesor Tfv de la viga, la distancia d2 establecida es de 14 mm y d3 de 36.25 mm; Con un Rm de 11 mm.


106



DISEÑO DE CONEXIÓN- WELDED UNREINFORCED FLANGE-WELDED WEB

(WUF-W) MOMENT CONNECTION.

SE ASUMIÓ QUE LOS DATOS INSERTADOS EN EL SOFTWARE EL USUARIO LOS


DATOS DE ENTRADA

VARIABLE VALOR UNIDADES VARIABLE VALOR UNIDADES

DATOS DE ENTRADA VIGA PLACA DE CORTE

Ancho de Aleta Bfv 190.0 mm Espesor de l a placa twp 8.0 mm

Espesor de Aleta Tf 14.5 mm Ancho de l a placa dp 80.0 mm

Altura de la Viga dv 457.0 mm Resistencia de Fluencia Fyp 248.2 Mpa

Resistencia de Fluencia Fyv 248.2

Mpa Resi stencia de Rotura Fup 400.0

Mpa

Resistencia de Rotura Fuv 400.0

MPa DATOS DE CARGA

Modulo elastico efectivo en Sh 1457.0

cm"3 Momento en la rotula plastica M 200.0

KNm

Longitud libre de la viga 4000.0 mm Cortante en la rotula plastica V 40.0 KN

Modulo plastico efectivo en Sh

1655.0 cmA3 DETALLE PERFORACION DE ACCESO

DATOS DE ENTRADA COLUMNA Largo equivalente le

14.5 mm

Ancho de Aleta Bfc 370.0 mm Distancia 2 d2 14.0 mm

Espesor de Aleta tfc 19.8 mm Radio minimo Rm 11.0 mm

Espesor de Alma twc 12.3 mm Distancia 3 d3 36.25 mm

Altura de IPE Columna de 360.0 mm

Resistencia de Fluencia Fyc 248.2 MPa

Resistencia de Rotura Fue 400.0 MPa

Factor de resistencia esperada del acero Ryc 1.0 ---------




Fig. 53/nforme WELDED pág. 1

107



DISEÑO DE CONEXIÓN- WELDED UNREINFORCED FLANGE-WELDED WEB

(WUF-W) MOMENT CONNECTION.




RESPUESTA DE LAS MISMAS;EL COMPORTAMIENTO DE LA CONEXIÓN ES LA

SIGUIENTE PARA CADA ÍTEM A EVALUAR:

RESULTADOS

l. VIGAS

a. Haciendo referencia a la altura máxima permitida en la viga (dv) por

la AISC 358-10 se evidencia:

dv = W36 y alturas menores

dv (mm) = 457.0

RESULTADO: La altura de la viga esta en el rango permitido.

b. La relación Luz Libre (LI) de la viga con la altura de la misma (dv)

basados en la AISC 358-10:

Luz libre

dv ?: 7

Luz libre

dv

8.75



Fig. 54/nforme WELDED pag.2

108


RESULTADO: Relacion longitud libre y altura cumple.

c. La AISC 358-10 restringe el espesor de las alas a ser menor que una

pulgada:

tf ::::; 1"

tf (mm) = 14.5

RESPUESTA: Espesor de Alas permitido.

d. Especificaciones de Acero Permitido A572, Grado 50, A992, A913

Grado 50/575.

2. COLUMNAS

a. En columnas los perfiles permitidos para esta conexiones

precalificadas son Wl2, W14 por lo cual la columna escogida:

OK

b. Especificaciones de Acero Permitido A572, Grado 50, A913 Grado 50

y 65,A992.

3. RELACION VIGA/COLUMNA

Las conexiones resistentes a momento deberán ser diseñadas para que la fluencia

por corte de la zona panel se inicie al mismo tiempo que la fluencia por flexión de

los elementos de la viga o que toda la disipación de energía se desarrolle en la

viga.




109


Calculando el espesor en la zona panel:

1

Cy = Zbe

Cpr * Sbe

Cy = 0.67

h- db Cy * Me * h

t =------------------ ---------- 0.9 * 0.6 * Fyc * Ryc * de * (db - tfb)

t (mm)= 7.2

RESULTADO: El espesor de la zona de panel es adecuado.

4. DETALLE DE CONEXIÓN

a. La soldadura establecida entre la placa de corte y el alma de la viga

según la AISC 358-10 propone un 1/16" menos al espesor de la placa

de corte.

1 Sapc = tp- ,.

16

Sapc (mm) = 6.42

b. Placa de continuidad de acuerdo a la sección:

Si tfc no cumple alguno de los siguientes condicionales se requiere

placa de continuidad.

}.;> tfc < bf 6

Fyb•Ryb

}.;> tf c < 0.4 1.8 * bf * tf * :: .:: F yc•Ryc



Fig. 56/nforme WELDED pag4

110


bf _ (mm)= 31.67 6

0.4 1.8 * bf * tf * Fyb•Ryb (mm)= 28.17

Fyc•Ryc

tfc (mm) = 19.8

RESULTADO: Se requiere placa de continuidad.

5. PARAMETROS SOLDADURA DE LAS ALAS DE LA VIGA (AISC 358-10}

Se recomienda el uso de soldaduras de acuerdo a las especificaciones y calidad

E70 para uniones entre aceros de calidad ASTM A36, A572, Grados 42 y 50, A913

Grado 50 y A992. Soldaduras de empalmes de columna de acero ASTM A913,

Grado 65 deberán ser ejecutadas con un metal de una resistencia mínima a la

tracción de 80[Ksi]. los puntos críticos soldados del sistema sismo resistente tales

como: Las soldaduras entre el ala de la viga y la columna, soldaduras de las placas

de corte, empalmes de columnas y similares, deberán ser hechos con un metal de

soldadura que posea una dureza según CVN de 20 pies-libras a los OºF y 40 pies

libras a los 70ºF (FEMA-350, 2000), para impedir la propagación de las fracturas

causadas por imperfecciones de las conexiones.



Fig. 57/nforme WELDED pag .5

111


6. PERFORACIONES DE ACCESO A SOLDADURA

Para el detalle del acceso de soldadura se especifica lo siguiente:

1 a. Le= Largo equivalente a Tvf o - pulgada (13 mm).

2

OK

b. d2 = 3/4 tbf a tbf, mínimo 5/4 +- 1/4 (19 mm + - 6 mm).

OK

c. Rm =Radio mínimo 3/8 (10 mm).

OK




112

-

..

o

o -

.o

. 1- 3

Th

tfc Rc:tula

Plastlca

o


d. d3 = 3 tbf +- Yz pulgada (+-13 mm).

OK

7. ANEXOS.

de ---i

.1.

r v

/t

s_

op_

e\L

/

T

/ o

o dv

tfc

.-.5 Th 1 Rc:tula 1 u - Pla ca

( 1 1

T 1

(!h)

1



Fig. 59 /nforme WELDED pág. 7

113

6.4. GUSSET PLATE Ejemplo tomado del documento Gusset Plate Resistance in Accordance with the Load and Resistance Factor Rating Method (LRFD)

Revisar el diseño de la conexión que se plantea a continuación:

Dos placas de espesor de 7/8” en ASTM A36, conectan 5 elementos distribuidos como se muestra en la Fig. 60 Grafico Acotación Placa Gusset. Los pernos que se deben utilizar son de 1” ASTM A502. El porcentaje de carga transmitida a la conexión es el 57%, el otro 43% es asumido por las conexiones laterales.

Configuración de la conexión:

Fig. 60 Grafico Acotación Placa Gusset


114

Elemento 2

Carga Muerta (Dc2) 3233.84 KN

Carga Viento (Dw2) 280.24 KN

Carga Viva (LLIM2) 1899.38 KN

Distancia a borde exterior (distex2} ¡55 mm

Número de espaciamientos eje y (numes2) 5.0 un

Espaciamiento eje y (es2) 89.1 mm

Número de espaciamientos eje

x(numesa2) 8.0

un

Espaciamei nto eje x (esa2) 101.82

mm

Distancia a union de ejes (distin2) 18.6875 mm

Distancia a borde lateral(distla2) 44.55 mm

Distancia L1 (l12) 0.0 mm


Distancia L3 (L32) 0.0 mm

Elemento 4

Carga Muerta (Dc4) -1664.73 KN

Carga Viento (Dw4) -142.34 KN

Carga Viva (LLIM4) -158356 KN

Distancia a borde exterior (distex4) 44.55 mm

Número de espaciamientos eje y (numes4)

5.0

un

Espaciamiento eje y (es4) 89.1 mm


x(numesa4) 8.0

un

Espaciamiento eje x (esa4) 10182

mm

Distancia a union de ejes (distin4} 475.71

mm



Distancia l2 (L24) 475.71 mm

Distancia 3 (l34) 0.0 mm


INFORME DE RESULTADOS DISEÑO DE

CONEXIÓN- GUSSET PLATE



Datos de Entrada

Elemento 1

Carga Muerta (Del) 6712.33 KN

Carga Viento (Dwl) 582.71 KN

Carga Viva (Ll!Ml) 2722.3 KN

Distancia a borde exterior (dis texl)

47 73 mm

Número de espaciamientos eje y

(numesl)

7.0

un

Espaciamiento eje y (esl) 98.64 mm


x(numesal} 9.0

un

Espaciamiento eje x (esal} 120.92 mm

Distancia a union de ejes (distinl) 140.Q1 mm

Distancia a borde lateral(distla)l 60.46 mm

Distancia L1 (lll) 0.0 mm



Elemento 3

Carga Muerta ( Dc3) ·1263.29 KN

Carga Viento (Dc3) -111.2 KN

Carga Viva (LLIM3) -983 05 KN

Distancia a borde exterior (dis tex3) 44.55 mm


(numes3)

3.0

un

Espaciamiento eje y (es3} 98.64 mm


x(numesa3) 8.0

un

Espaciamiento eje x {esa3} 108 19

mm

Distancia a union de ejes (distin3) 318.2

mm


Distancia L1(Ll3) 318.2 mm



Diseño de Conexiones Metálicas de acuerdo a la NSR-1O Pontificia Universidad Javeriana


Fig. 61 Informe GUSSET pag. 1

115

ElementoS

Ca rga Muerta (DeS)

9647.6 KN

Carga Viento (OwS)

""'n< KN

Ca rga Viva (LLIMS)

4240.85

KN

Distancia a borde exterior (distexS) 47.63 mm


(numesS) 7.0

un

Espaciamiento eje y (esS) 98.43 mm


x(numesaS) 9.0

un

Espaciamiento eje x (esaS) 120.65

mm

Distancia a unión de ejes {distinS) 9647.6

mm

Distancia a borde lateral(distlaS) 60.33 mm

Distancia Ll ( LlS) 0.0 mm

Distancia L2 ( L25) 0.0 mm



Placa Gusset

Espesor (espesor)

22.23 mm

Díametro de Pernos (diamp) ?< mm

Porcenatjde Carga Transmitido (porc)

0.57

%

Longitud Total Horizontal (mm) 1974.85 mm

Longitud Total Vertical (mm)

2406.65

mm

Resistencia de Fluencia (Fy) 5.22 Mpa

Resistencia de Rotura (Fu)

8.41 Mpa

Resistencia de Pernos (Fperno) 4.64

Mpa



Fig . 62/nforme GUSSET pág. 2

116


INFORME DE RESULTADOS DISEÑO DE

CONEXIÓN - GUSSET PLATE



DANDO RESPUESTA A LAS CARGAS DEMANDADAS Y PERFILES ESCOGIDOS

COMO RESPUESTA DE LAS MISMAS; EL COMPORTAMIENTO DE LA CONEXIÓN

ES LA SIGUIENTE PARA CADA ÍTEM A EVALUAR:

RESULTADOS

• Resistencia a Fuerzas a Axiales al eje de los elementos

Ubicación Resistencia

Pernos Esfuerzos Axiales de una Placa

Menor

resistencia

axial

[KN]

Elemento

Corte

[KN]

Fluencia a

Tensión

[KN]

Rotura a

Tensión

[KN]

Bloque de

Cortante

[KN]

Compresión

[KN]

1 187.28 151.02 170.77 140.44 0.0 140.44

2 126.41 151.74 180.28 134.01 0.0 126.41

3 64.27 0.0 0.0 0.0 135.79 64.27

4 126.41 0.0 0.0 0.0 143.62 126.41

5 187.28 151.02 170.77 140.44 0.0 140.44

• Resistance of Fasteners

• Resistencia a Cortante de un perno

<pRn = <p * F * m * Ar

• Resistencia Pernos a Cortante

1 Distancia entre Perfor aciones= A - (d h + ) > 2d

16

1 Di stancia a Extremo = L - 0.5 * (dh + ) > 2d

16

<pbb * Rn = <p bb * 1.2 * Le * t * Fu

Pr = <pRn * Número de pernos

• Placa a Tensión

• Fluencia a tension

Pr = <py * Fy * A9



Fig . 63 /nforme GUSSET pág. 3

117


• Rotura a Tension

/

,'

- -·-·-· ------ ¡+ 1

-+1 ++-+

1 +

1 1 * -!-" + +

+1 ++ -ti

-- ----- -·-·-·- -

-¡+ + ++rt ++- +-+--R

:+ + + + + + + ++ + + + +-ti

Ilustración l. Sección Neta a Tensión- Tomada de FHWA Bridge Design Guidance No.1

Pr = <py *Fu* An *U

• Bloque de Cortante

t /

---+ -· ·- ·-·-·..'.,+...¡+ +++++ ' +'

Tension Plane

Ilustración 2.Bloque de Cortante-Tomada de FHWA Bridge Design Guidance No.1

Si Atn ;:::: 0.58 * Avn entonces Rr = 0.85 * (0.58 * F y * Avg + Fy * Atn)

Si Atn < 0.58 * Avn entonces Rr = 0.85 * (0.58 * Fy * Avn + Fy * Atg)

Dónde:

Avg =área bruta solicitada por cortante (mm2)




118

.·.· •.•.•.•.•..•. .·· ·

; ............. • • • • .. • • •••1

;••• + + ++ ••+ •

--<

Fy (KLc )


Atg =área bruta solicitada por tensión (mm2)

Avn = área neta solicitada por cortante (mm2)

Atn =área neta solicitada por tensión (mm2)

Fu= Resistencia a la tensión mínima especificada del material de la placa (Mpa)

Fy =Esfuerzo minimo especificado de fluencia del material de la placa (Mpa)

• Placa a ComprP-!';ión r-·--·-··

.·...8

.....

.......·.•................. ...

.. . ..+l!l • '91

·•

.. + i ii ••¡.

.•.·•1

1•

•• •••

::;.::· :::: i,):.:::::::. : ...•..*.-!.: ...!: .!......---. ·- --·_ . . .-: --

•..+ .•.•.........+.•i·•.+.•.........•

Ilustración 3. Distancias de longitud trabajando a compresión -Tomada deFHWA Bridge Design Guidance No.1

rs = {!i_ :49

Ll + L2 + L3 1 =-----

3

KLc J2*rr 2

* E r Fy

2

F cr = 1- * -- ]

[ 4 * rr 2 *E r

Pu = 0.85 * Ag * Fcr




119


• Gusset Plates Subject to Vertical Shear

• Gross Section Yielding Resistance

Vr = 0.58 * Fy * Ag * fl

• Net Section Fracture Resistance

Vr = 0.85 * 0.58 * Fu * An

Dónde:



Fu = Resistencia a la tensión mínima especificada del material de la

placa (Mpa)

Fy = Esfuerzo mínimo especificado de fluencia del material de la placa

(Mpa)

• Resistencia a Corte de la Placa

Orientación

Resistencia a Corte Menor resistencia a Corte

[KN] Fluencia a Corte

[KN] Rotura a Corte

[KN]

Vertical 4442 0 7083 46 44420

Horizontal 4442.0 7083.46 4442.0

• Gross Section Yielding Resistance




120


Ilustración 4.Sección gruesa a Corte- Tomada de FHWA Bridge Design Guidance No.1

Vr = 0.58 * Fy * Ag * f1

• Net Section Fracture Resistan e

/

1 1

Ilustración S Sección Neta tomada de FHWA Bridge Design Guidance No.1

Vr = 0.85 * 0.58 * Fu * An

Dónde:





121



Fu = Resistencia a la tensión mínima especificada del material de la

placa (Mpa)

Fy = Esfuerzo mínimo especificado de fluencia del material de la

placa (Mpa)

• Desempeño de la Conexión

Factor de Seguridad de los elementos sometidos a cargas axiales

Elemento

1.25DC+

1.50 DW LL+IM Menor Resistencia

Axial

Factor de

Diseño

Factor de

Operación (KN) (KN) (KN)

1 2640.38 775 86 6035.0 25 3.24

2 2231.33 949.69 5433.64 1.93 2.5

3 872. 96 491.52 3622.43 3.2 4.14

4 1140.96 791.78 5433.64 3.1 4.02

5 3794.97 1208.15 6035.0 1.06 1.37

Factor de Seguridad de Diseño de los elementos sometidos corte

Orientación

1.25DC+1. 50DW

LL+IM Menor Resistencia a

Corte

Factor de

Diseño

Factor de

Operación (KN) (KN) [KN)

Vertical 1785.06 759.75 3997.8 1.66 2.16

Horizontal 2023 37 1044 88 3997 8 108 1.4




122

\

)

1

o lo LL,•I.M

•

o

o

1


ANEXOS

ELEMENTO 1

1 w k

\

dist X OQOOOOOO D

.W

.

O Ó O O O O 2_57dosún - ..

esa

\ 1

ELEMENTO 2 DC

DW

/

o o

o 0 o

0 o o 0 o

"-:

·0 o

00000000

00000000

ELEMENTO 3....- - -

f- 0- o o o

oc DW

1..

f !_

o o o o

--o rO

¡¡

000 000




Fig . 69 /nforme GUSSET pág. 9

123

o '

o o

o

(


ANEXOS

----- ./+

o o o o

o o o o

o o O G

o o o o /

ót;

00000000

00000000

ELEMENTO 5

1 \

ELEMENTO 3-




Fig. 70 Informe GUSSET pág. 10

124

6.5. BASE PLATE Para una placa base la cual tiene una relación base de concreto - placa de acero de 4, la base de concreto con un f´c de 21 Mpa, con una placa base de acero cuadrada de 0.36m de un acero A-36, presenta un momento de 54.2 KNm y una carga de 267 KN, con un Fy de 248.2 MPa, y una resistencia a la tracción de los pernos de Fu = 400 MPa.

Llega a esta placa base una columna con una altura de 0.66 in y un h de 0.82 in.


125



DE CONEXIÓN -BASE PLATE



DATOS DE ENTRADA

VARIABLE

VALOR

UNIDADES

PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

Esfuerzo de fluencia del acero Fy 248.2

MPa

Esfuerzo de compre sion del concreto f ' c 20.68

MPa

Resistencia a la traccion de los pernos Fu 400.0

MPa

PROPIEDADES DE LA COLUMNA

Area de la seccion de la columna A 1.0

m"2

Dimension del perfil IPE d 0.2

m

Dimension del perfiiiPE h 0.25

m

PROPIEDADES DE LOS PERNOS

Si es (A307 o A36) ..., 1;Si es (A325 o A449) ..., 2

1 o -----------

CARGAS

Cargas P

266.69

KN

Momento M

54.25

KN*m

PARAMETROS DE DISEÑO

Dimension mayor de la placa N

0.36

m

Dimension menor de la placa B 0.36

m

Area de concreto en la base de la placa A2 0.51

m"2



Fig. 71/nforme BASE PLATE pág. 1

126



DE CONEXIÓN -BASE PLATE




RESPUESTA DE LAS MISMAS;EL COMPORTAMIENTO DE LA CONEXIÓN ES LA

SIGUIENTE PARA CADA ÍTEM A EVALUAR:

RESULTADOS

l. EXCENTRICIDAD

Dados los parámetros se evaluó la excentricidad para determinar el

procedimiento según la 11

Steel Design Guide Series-Column Base Plates".

o Pequeña excentricidad:

M N

e=-<- P-6

N

c= - 2

P Me

fu = BN ± --

o Moderada excentricidad:

N N

-6<- e <

2-

N

A = 3(-- e ) 2



Fig. 72 Informe BASE PLATE pág. 2

127


2P

AB

o Alta excentricidad:

N

e>2

f' ± .Jrz- 4( )(PA' +M)

A= [pB

3

[pAB T=---P

2

Obteniendo como resultado:

M

e=-¡;= 0.2

Excentricidad Alta

Distancia donde se desarrolla la carga:

A (m) = 0.12

Mínimos y máximo de carga:

fl(KN) = 9.58

f2 (KN) = 0.0



Fig. 73 Informe BASE PLATE pág. 3

128


Tensión a suplir por pernos.

T(KN)= 61.49

2. TENSION MAXIMA DE CARGA ADMISIBLE.

Comparación de carga admisible según la "Steel Design Guide Series-Column

Base PIates".

Fp = 0.3Sfc.JAziA1 ::; 0.7fc


Fp = 14.83

0.7fc= 14.95

RESULTADO: la tension de carga admisible es Fp

3. ESPESOR DE LA PLACA.

F8 = 0.75Fy

tp(mm) = 38.76



Fig. 74/nforme BASE PLATE pag.4

129


4. AREA DEL PERNO.

Nota: Si no se requieren pernos ya que T=O,d por seguridad seria 4/5 in.

T

Ag = 0.33 Fu

Ag (mm2) = 465.83

S. LONGITUD EMBEBIDA DEL PERNO.

Apsf

T

- z *-./T=

e

L = JApsf h 3.14

Este valor es comparado según la ACI 349 con la siguiente tabla y se debe

escoger el valor mayor por seguridad.

Tipo de Material del

perno.

Mínima longitud

Embebida

Mínima distancia del

borde.

A307, A36 12 d S d > 4 in

A325,A449 17 d 7 d > 4 in


Lh (mm)= 7424.98

Teniendo en cuenta la tabla anterior y el valor del diametro del perno

la distancia del borde se considera (mm) =3093.74



Fig. 75/nforme BASE PLATE pág. 5

130


6. ANEXOS.

&111ADCCENTl\IQD.-D

MOOEII..-DADCCENTl\IQD.-D

ALTADCCENTl\IQO"'

N/2 se

T



Fig. 76/nforme BASE PLATE pag .6

131

7 LIMITACIONES El programa realizado cumple con los objetivos enunciados en el numeral, pero cuenta con limitaciones tanto técnicas como de interfaz del usuario.

7.1. LIMITACIONES TÉCNICAS 7.1.1. End Plate

No se consideran los esfuerzos de palanca que se pueden generar en el perno.

Se asume que en los pernos que se encuentran a compresión son los

encargados de asumir en las fuerzas de cortante.

No se realizó la verificación de la resistencia del alma de la columna. En caso

de no cumplir, se requieren placas de continuidad.

No se realizó la verificación de la resistencia al arrugamiento local del alma de

la columna.

No se realizó la verificación de la Resistencia al pandeo local del alma de la columna. En caso no de no cumplir, se requieren placas de continuidad.

7.1.2. Bolted Flange Plate

El programa no considera las posible reducciones de resistencia a flexión de la

viga. Consideraciones que se encuentran en el Capítulo F de la AISC Specifications.

La soldadura entre la placa pernada y la aleta de la columna se asume que

recibe la fuerza perpendicular a la soldadura, haciendo θ=90 y 1.0 + 0.5� − ��1.5(��) = 1.5

Para la revisión del pandeo local en la aleta de la columna y la fluencia local del

alma de la columna, el programa parte de la consideración que la concentración de esfuerzos, punto donde se ejercen las fuerzas está ubicado a una distancia mayor de la altura de la viga.

No se consideró el uso de atiesadores para el diseño de la conexión.

En caso de existir otra viga conectada a la aleta contraria de la columna se

requiere hacer la revisión de Compresión del alma (AISC Specification Section J10.6).

132

7.1.3. Welded Unreinforced Flange-Welded

Tiene limitaciones en las dimensiones ya que la conexión es precalificada.

No se especifica al detalle cómo se deben proveer bien los pernos para que se

ponga la viga mientras se suelda el alma de la misma.

Todo el diseño se remite a la norma, y con respecto a la soldadura que se debe

hacer en el alma de la viga, la AISC se remite a recomendaciones pero no limita su diseño a uno en especial, dejando a criterio del ingeniero la soldadura a usar.

También con respecto a la soldadura de las alas de la viga se hacen unas

recomendaciones, y un ancho para el cordón de soldadura, pero no se va al detalle de la resistencia de la misma.

7.1.4. Gusset Flange Plate

El diseño de esta conexión considera que los elementos se encuentran

sometidos a cargas axiales al eje de estos mismos, sin considerar ningún tipo de momento actuante en la conexión. La configuración de la conexión se ve reducida a la de descrita en el numeral 53. El programa es ajeno al tipo de perfil que se está conectado, ya que se realiza únicamente el diseño de la placa. El programa considera que todos los pernos utilizados son del mismo diámetro y material.

Para completar el diseño de este tipo de conexión, es necesario actualizar la

programación, de tal forma que otros de los datos de entrada sean: el material de los pernos de cada una de las conexiones de los diferentes elementos, el diámetro de dichos pernos y la cantidad y la posición de cada uno de los elementos. Las verificaciones de los diferentes elementos conectados deben ser tenidas en cuenta a la hora del diseño de este tipo de conexión, las cuales dependen del tipo de perfil.

7.1.5. Base Plate

Existen muchas ecuaciones las cuales no están muy definidas por lo tanto hay

ambigüedad en cifrar los valores.

No se específica cuando las excentricidades de la conexión son menores cual es

el procedimiento adecuado para determinar el diámetro de los pernos y la distancia a borde que se debe dejar, así como la longitud adecuada de los pernos.

133

7.2. LIMITACIONES DE INTERFAZ El usuario debe introducir los datos uno a uno de los elementos que conecta. Se sugiere realizar la programación de las bases de datos de los perfiles y sus características geométricas y mecánicas para facilitar el ingreso de los datos de entrada.

El programa no cuenta con un mecanismo de dibujo CAD, que permita esquematizar la conexión y observar la geometría que se plantea.

La dirección donde se guardan los informes de resultados siempre será la misma. Los informes son guardados en la carpeta donde se encuentra guardado el archivo “.py”. El programa no cuenta con el código que permite elegir la ruta donde se desea guardar el archivo dentro del ordenador. El nombre de los informes siempre será el mismo, se ira reemplazando el informe cada vez que se realice uno.

El programa no cuenta con una programación de aviso de error en la introducción de los datos.

7.2.1. Casos Puntuales:

Si el usuario introduce el valor de una variable que es utilizada como

denominador, o como un factor de multiplicación dentro de un denominador, se generará error. El programa mostrará el aviso de que no se puede seguir ejecutando el código porque existe una división por 0. (Ver Fig. 77 Error división por cero.)

Fig. 77 Error división por cero

Si el usuario introduce el valor de una variable como un símbolo o letra, el

programa lo va tomar como un “String” y no podrá realizar los cálculos requeridos ya que no es posible hacer operaciones entre variables de carácter “String” con variables tipo “Float” o “Int”. (Ver Fig. 78 Error al ingresar variable.)

134

Fig. 78 Error al ingresar variable

Si el usuario tiene un informe de resultados de una de las conexiones abierto y

nuevamente desea realizar un informe del mismo tipo de conexión, el programa mostrara el error que es imposible abrir el archivo que se quiere guardar. (Ver Fig. 79 Error reporte abierto.)

Fig. 79 Error reporte abierto

Si el usuario al importar los datos elige una archivo de texto que no corresponde a la cantidad de datos que solicita el diseño de la conexión, el programa se bloqueará muestra un error, enunciando que el archivo no tiene las dimensiones adecuadas. (Ver Fig. 80 Error al elegir el archivo .txt.)

Fig. 80 Error al elegir el archivo .txt

135

8 CONCLUSIONES La elaboración del software libre para el diseño de conexiones metálicas en estructuras de tipo armadura y tipo pórtico se logró realizar, dejando una herramienta de apoyo para el estudio de conexiones metálicas. Se desarrolló una plataforma que permite la entrada de los datos requeridos para el diseño de las diferentes conexiones, de tal forma que el usuario tenga la menor cantidad de problemas con la inserción de estos.

El diseño de conexiones pernadas y soldadas se realizó utilizando el lenguaje Python 2.7, con la ayuda del módulo Math, siguiendo la NSR-10. El resultado de la programación y el informe de resultados se realizaron utilizando la biblioteca Reportlab, encargada de la creación de un archivo PDF; Esta biblioteca debe estar instalada en el PC que va a ejecutar el software para que se genere el reporte. El informe de resultados muestra cada uno de los cálculos requeridos en el diseño de la conexión elegida. En los casos requeridos se muestra si el aspecto analizado cumple con la norma o debe ser verificado.

Aunque se desconocía tanto el programador Python como el lenguaje de este, se logró llevar a cabo el código que nos llevó a generar un software libre el cual se espera se siga implementando en la academia.

Aunque se encontraron limitantes tanto de programación como teóricas, se supieron manejar para poder llevar a cabo los objetivos específicos, el software está en la capacidad de procesar todos los datos con la salvedad que el usuario tenga criterio ingenieril para ingresarlos.

Se necesita que el usuario realice la instalación de Python 2.7 en su equipo y se instale la carpeta llamada CONMET NSR10 v.1.0 en el Disco Local C de su PC para poder ejecutar el programa; Ya que es la forma más eficaz de ejecutar el mismo.

La implementación de software libre como herramienta de aprendizaje es ideal para que la comunidad estudiantil tenga un medio para corroborar lo aprendido en catedra y tener la posibilidad de personalizar estos software para alcanzar mejores resultados a los obtenidos en versiones anteriores.

Es necesario que se cree una necesidad de investigar y complementar este tipo de herramientas desde la universidad, para que trabajos de grado como este pueda llegar a estandartes altos y se implemente cada vez más el software al punto de ocupar un lugar importante en el énfasis de estructuras de pregrado y asignaturas de posgrado.

136

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138

10 ANEXOS

ANEXO 1. EJEMPLOS DE APLICACIÓN

ANEXO 2. ANTEPROYECTO