ASPECTOS FUNDAMENTALES DE LAS CONEXIONES DE ACERO ESTRUCTURAL M.I. Héctor Soto Rodríguez Director General CRDIC hectorsotomor@gmail.com Morelia, Mich. 13 de junio de 2022 OBJETIVOS Presentar el ESTADO DEL ARTE del diseño estructural de las conexiones de acero: 1.Factores que influyen en su diseño estructural 2.Criterios generales, tipos y clasificación de las conexiones 3.Ventajas de las conexiones atornilladas versus las soldadas 4.Requisitos generales y sísmicos Comportamiento y diseño estructural TEMARIO 1.DEFINICIONES 2. PARTES AFECTADAS DE UNA CONEXIÓN 3.IMPORTANCIA 4.FUNCIÓN 5.UNIVERSO DE LAS CONEXIONES 6.RESPONSABILIDAD EN EL DISEÑO 7. REQUISITOS GENERALES Y SÍSMICOS 8.CLASIFICACIÓN AISC CRÉDITOS-PRESENTACIÓN REFERENCIAS PRINCIPALES INTRODUCCIÓN “Las estructuras se comportan como están construidas no como fueron diseñadas”(Ing. Eduardo Torroja Miret, 1899-1961, máximo especialista en construcción de estructuras de concreto reforzado, España) INTRODUCCIÓN “El diseño de las conexiones estructurales trabe columna de acero es, al mismo tiempo, un arte y una ciencia” ING. OSCAR DE BUEN LÓPEZ DE HEREDIA Director General Colinas de Buen y Premio Nacional de Ingeniería Civil por el CICM INTRODUCCIÓN Las estructuras y conexiones trabe columna de edificios de acero deben concebirse, analizarse, diseñarse, detallarse, y construirse con gran cuidado, especialmente en zonas sísmicas para garantizar el comportamiento satisfactorio y la economía de un edificio de acero” (Héctor Soto Rodríguez). INTRODUCCIÓN INTRODUCCIÓN En el diseño estructural de un edificio de acero, uno de los principales problemas que debe resolver el ingeniero estructurista en las etapas tempranas del proyecto es seleccionar los tipos de conexiones más convenientes en la estructura: Conexiones atornilladas, soldadas o una combinación de ambas. Este problema debe tenerlo en mente, ya que el costo de las conexiones es significativo. INTRODUCCIÓN PROBLEMAS PARTICULARES 1.CONEXIONES ATORNILLADAS Reducción de la resistencia de la conexión por la presencia de agujeros en placas y elementos de conexión (Del orden del 20%) Grandes concentraciones de esfuerzos en agujeros para tornillos Desgarramiento y desprendiemiento del material 2. CONEXIONES SOLDADAS Presencia de los esfuerzos residuales en el acero y en la fabricación de las estructuras metálicas Soldabilidad Compatibilidad metal base y de aportación PROBLEMAS PARTICULARES PROBLEMAS PARTICULARES PROBLEMAS PARTICULARES PROBLEMAS PARTICULARES PROBLEMAS PARTICULARES PROBLEMAS PARTICULARES Las enseñanzas de los sismos intensos y moderados ocurridos alrededor del mundo : Ciudad de México (19 de septiembre de 1985 y 2017), Northridge, Cal, 17 de enero de 1994, Kobe, Japón, 1995, Chile 2010 y Nueva Zelanda, 2011 incrementaron sustancialmente los conocimientos sobre el comportamiento de las estructuras y conexiones de acero. Muchas experiencias de estos temblores se plasmaron en las nuevas NTC-DCEA-CDMX-2020. PROBLEMAS PARTICULARES PROBLEMAS PARTICULARES PROBLEMAS PARTICULARES Un problema muy grave que evidenciaron los sismos indicados fue la Falla Frágil, que ocasionó daños severos en miles de conexiones soldadas trabe columna en California, Estados Unidos y Kobe, Japón. Esto obligó a que dichos países incluyeran disposiciones de diseño más estrictas para estructuras en las que su diseño queda regido por combinaciones de carga que incluyen sismo. El tema de la soldadura, por ejemplo, contiene requisitos especiales para evitar fallas de carácter frágil; se conocen los factores que propician este modo de falla y se dan recomendaciones para evitarla. PROBLEMAS COMUNES FALLA FRÁGIL RECORDATORIO: El modo de falla dúctil es por Fluencia (Deformación plástica ilimitada: deseable). El modo de falla frágil es por fractura (falla indeseable del acero o de los sujetadores, soldadura por ruptura instantánea o repentina) CRITERIOS DE DISEÑO DAÑOS SISMOS 1994 Y 1995 DAÑOS CONEXIONES SISMO DE NORTHRIDGE, 1994 Reforzar las conexiones trabe columna de un edificio de acero dañadas severamente por sismos de magnitud moderada, es corregir tarde y a mayor costo lo que debió hacerse antes y durante de cada una de las etapas de diseño y ejecución de dichas uniones”. “ Héctor Soto Rodríguez REFUERZO CONEXIONES NORTHRIDGE, 1994 ELECCIÓN CONEXIÓN ¿Cuáles miembros estructurales se van a conectar y como se efectuará su unión? ¿Qué tipo de conexión es la más factible, eficiente y económica? Soldada, atornillada o una combinación de éstas? ¿Cómo se propone una conexión eficiente, segura, fácil de fabricar y montar y que al mismo tiempo resulte económica? ELECCIÓN CONEXIÓN Las conexiones son una parte extremadamente importante de la configuración final que adopta una estructura de acero y que definen su comportamiento real bajo sismos moderados o fuertes. DEFINICIONES DEFINICIONES 1.Tablero del alma de la columna (cortante) 2.Conexión 3.Junta (Sujetadores: soldaduras y tornillos ASTM DEFINICIONES CONEXIÓN Conjunto de piezas que unen cada miembro estructural a la junta: placas o ángulos por patines o alma, soldaduras y tornillos de alta resistencia ASTM A325 o A490. JUNTA Zona completa de intersección de los miembros estructurales. Parte de la columna, incluyendo atiesadores y placas de refuerzo del alma, cuando los haya, que queda comprendida entre los planos horizontales que pasan por los bordes superior e inferior de la viga de mayor peralte. DEFINICIONES Vínculos estructurales entre miembros o piezas de acero estructural. DEFINICIONES DEFINICIONES TIPOS DE CONEXIONES Las conexiones de acero pueden ser: 1. Atornilladas en taller y en la obra (Criterio japones) 2. Soldadas en taller y atornilladas en campo 3. Totalmente soldadas en la obra (Inconvenientes) TIPOS DE CONEXIONES 1.Conexiones atornilladas en taller y en obra TIPOS DE CONEXIONES 2. Soldadas en taller y atornilladas en obra 3. Completamente soldadas en obra COMPORTAMIENTO El comportamiento de las conexiones trabe columna es muy complejo y en muchos casos es imposible describirlo en términos de fórmulas simples. Por esta razón, las fórmulas que se establecen en las normas de diseño requieren modificaciones para que sean consistentes con los resultados de las pruebas de laboratorio o con la simulación analítica de la unión. COMPORTAMIENTO SÍSMICO COMPORTAMIENTO SÍSMICO EJERCICIO-EVALUACIÓN CUALITATIVA CONEXIÓN ELECCIÓN CONEXIÓN Como sabemos, la manera de conectar piezas de acero estructural en un edificio de acero depende de numerosos factores: 1. Tipo de edificio (urbano o industrial) 2. Ubicación (Zona sísmica, de moderada o baja sismicidad) 3. Sistema estructural propuesto 4. Condiciones del sitio y facilidades 5. Magnitud de las solicitaciones 6. Disponibilidad comercial, tipos, tamaños y forma de los perfiles que se van a unir (secciones abiertas, semiabiertas o cerradas) y secciones laminadas o hechas con placas soldadas). ELECCIÓN CONEXIÓN ELECCIÓN CONEXIÓN 7. Tipo de conexión propuesta (atornillada o soldada): precalificada o No precalificada 8. Clasificación de las conexiones: simples o flexibles (a cortante), a momento (rígidas) o semírrigidas 9. Criterios y experiencia profesional del ingeniero 10. Infraestructura del taller de fabricación de estructuras metálicas (equipo y calidad de la mano de obra disponible) 11. Constructibilidad (las conexiones deben ser eficientes, seguras, sencillas, precisas geométricamente y razonablemente económicas) 12. Tiempo de ejecución de la obra (conexiones atornilladas versus soldadas) ELECCIÓN CONEXIÓN CONEXIÓN DE TRABES T-1 A COLUMNA OC CONEXIÓN RÍGIDA (CONX-1) CONEXIÓN DE LARGUEROS L-1 A TRABE T-1 CONEXIÓN A CORTANTE Desde el punto de vista de fabricación la conexión trabe columna (CONX-1) de la izquierda resulta más económica que la equivalente con placas extremas de la siguiente lámina (CONX-2), en vista de que no tiene muchas soldaduras de penetración completa. ELECCIÓN CONEXIÓN CONEXIÓN DE TRABES T-1 A COLUMNA OC CONEXIÓN RÍGIDA (CONX-2) En la etapa de montaje la conexión que se muestra (CONX-2) es mejor, ya que es más sencilla por el número mínimo de tornillos que la hacen más económica. Consecuentemente se propone esta conexión que agiliza el montaje. Solamente se debe revisar la necesidad de colocar diafragmas interiores o un refuerzo exterior (anillo tipo “placa galleta”). PARTES AFECTADAS EN CONEXIONES TRABE COLUMNA PARTES AFECTADAS CONEXIONES 1. MIEMBROS CONECTADOS-PARTES AFECTADAS: - Almas de vigas principales o secundarias - Patines y almas de columnas. 2. ELEMENTOS DE UNIÓN: - Atiesadores (placas de continuidad horizontales en la columna) - Placas - Ángulos - Ménsulas 3. CONECTORES (SUJETADORES): - Soldaduras: Filete, penetración (parcial o completa), tapón y de ranura. - Tornillos de alta resistencia ASTM (NMX-H). 50 CONEXIONES TRABE COLUMNA PARTES AFECTADAS DE UNA CONEXIÓN PARTES AFECTADAS: Patín columna y alma de la trabe PARTES AFECTADAS: Patines y almas de columna y trabe 52 52 CONEXIÓN SIMPLE TRABE-COLUMNA PARTES AFECTADAS: PATIN DE COLUMNA Y ALMA DE LA TRABE 53 53 CONEXIÓN SIMPLE TRABE-COLUMNA IMPORTANCIA DE LAS CONEXIONES IMPORTANCIA 1.Son partes extremadamente importantes de una estructura. Transmiten las acciones calculadas en los miembros estructurales que ligan(momentos flexionantes, fuerzas cortantes y fuerzas normales),satisfaciendo al mismo tiempo, las condiciones de continuidad y restricción supuestas en el análisis de la estructura. Las conexiones logran que todos los miembros de una estructura trabajen en conjunto. 2. Es evidente que la seguridad estructural de un edificio depende de que el diseño de las conexiones sea correcto. 3. Representan un costo importante de la estructura. 4. Deben ser sencillas, eficientes, fáciles de hacer en taller y en campo y razonablemente económicas. 5. Deben ser más resistentes que los elementos que unen. IMPORTANCIA IMPORTANCIA IMPORTANCIA Las conexiones representan los puntos medulares de una estructura de acero. Si una estructura o una conexión trabe columna está mal diseñada, su capacidad de rotación será inadecuada y consecuentemente el comportamiento general de la estructura durante sismos intensos no será dúctil; eventualmente habrá daños severos en la estructura. IMPORTANCIA 5000 5000 Brittle Brittle Fracture Fracture at at Bottom Bottom Flange Flange Weld Weld (kN-m) Moment (kN-m) Bending Bending Moment 4000 4000 3000 3000 M Mpp X X 2000 2000 1000 1000 0 0 -1000 -1000 -2000 -2000 M Mpp -3000 -3000 -4000 -4000 -5000 -5000 -0.03 -0.03 -0.02 -0.02 -0.01 -0.01 0 0 0.01 0.01 Plastic Plastic Rotation Rotation (rad) (rad) 0.02 0.02 0.03 0.03 IMPORTANCIA IMPORTANCIA IMPORTANCIA IMPORTANCIA Los detalles de las conexiones gobiernan frecuentemente el diseño de los miembros estructurales, por lo que las uniones son uno de los criterios más importantes en la elección del tipo de perfil adecuado (la magnitud de las fuerzas que ha de resistir un elemento estructural y la mayor o menor dificultad con que puede unirse al resto de la estructura). IMPORTANCIA IMPORTANCIA De nada sirve efectuar un diseño engorroso de cada uno de los miembros estructurales de un edificio de acero con apego a normas y especificaciones estrictas y restrictivas, si se tiene un descuido en el detallado y fabricación de las diversas conexiones. IMPORTANCIA El diseño de las conexiones trabe-columna para condiciones sísmicas no se hace ahora para las fuerzas obtenidas en el análisis estructural, sino para las resistencias nominales de los miembros de la estructura, con lo cual se evita que las uniones fallen antes de presentarse las deformaciones inelásticas necesarias. IMPORTANCIA IMPORTANCIA Las trabes diseñadas como miembros de ductilidad alta se restringirán contra el pandeo lateral por flexotorsión por medio de contraventeo lateral suficiente para que puedan desarrollar deformaciones plásticas importantes y conservar el momento plástico. IMPORTANCIA Los tipos de conexiones varían de un país a otro dependiendo de la disponibilidad y costo de materiales, tipos de sujetadores, prácticas constructivas, costo de la mano de obra, zona sísmica o asísmica, etc. IMPORTANCIA IMPORTANCIA REQUISITO FUNDAMENTAL DE ESTRUCTURAS Y CONEXIONES DE ACERO: DISEÑO DÚCTIL 73 FUNCIÓN DE LAS CONEXIONES FUNCIÓN Conexión Función Trabe-columna Precalificada AISC Formar marcos rígidos ortogonales que constituyen la estructura dúctil del edificio Viga secundaria a trabe Crear los sistemas de piso compuestos acero concreto para proporcionar espacios horizontales en un edificio Empalme de viga o columna Formar un elemento de mayor dimensión. Puede ser atornillado o soldado Diagonal de contraventeo Dotar resistencia y rigidez lateral a la estructura para restringir los desplazamientos laterales inducidos por sismo Placa base de columnas Transmitir las cargas gravitacionales y accidentales a una cimentación adecuada de concreto reforzado Los contraventeos pueden ser ligeros o pesados de acuerdo con la magnitud de las acciones que transmiten FUNCIÓN FUNCIÓN FUNCIÓN UNIVERSO UNIVERSO Debido a la amplia variedad de las conexiones de edificios de acero y en vista de la diversidad de detalles que se deben resolver, es necesario que el diseñador tenga conocimientos profundos sobre su comportamiento, especialmente en zonas sísmicas. No hay otro tipo de estructura en edificios urbanos que permita proponer un número infinito de conexiones entre piezas estructurales. UNIVERSO Los tipos de conexiones varían de un país a otro dependiendo de materiales, tipos de sujetadores, prácticas constructivas, costos, etc UNIVERSO Los tipos de conexiones de acero estructural que se presentan en la práctica profesional son extremadamente numerosos, dependen de los factores mencionados anteriormente. Por ello, el diseño de las conexiones es realmente más interesante y laborioso que el diseño de los miembros estructurales, ya que en esta etapa el diseñador debe aplicar su experiencia práctica, criterio ingenieril, algo de arte y ciencia. UNIVERSO TEKLA contiene numerosas conexiones que se pueden detallar cuidadosamente antes de fabricarlas para evitar errores UNIVERSO UNIVERSO UNIVERSO UNIVERSO UNIVERSO UNIVERSO UNIVERSO UNIVERSO UNIVERSO CONEXIONES TRABE COLUMNA CONEXIONES TRABE COLUMNA CONEXIONES TRABE COLUMNA CONEXIONES TRABE COLUMNA CONEXIONES TRABE COLUMNA CONEXIONES TRABE COLUMNA CONEXIONES TRABE COLUMNA UNIVERSO RESPONSABILIDAD RESPONSABILIDAD En México, el diseñador de la estructura debe concebir y diseñar las conexiones trabe columna más convenientes en cada caso particular, con base en las características generales del edificio: uso, cargas, zona sísmica, claros a salvar, altura del edificio, etc. En esta etapa de diseño, su experiencia profesional, criterio ingenieril y los aspectos económicos asociados a la seguridad estructural de las conexiones, son fundamentales. RESPONSABILIDAD RESPONSABILIDAD En Estados Unidos es común que el diseñador de la estructura de acero proporcione únicamente los elementos mecánicos que cada conexión debe resistir dejando el diseño de la misma al fabricante de estructuras metálicas. RESPONSABILIDAD REQUISTOS GENERALES Y SÍSMICOS REQUISITOS GENERALES 1.SENCILLEZ Y EFICIENCIA Mientras más sencilla sea una conexión se reducen los puntos críticos que atentan contra su seguridad estructural durante sismos intensos 2.ECONOMÍA El costo de las conexiones representa un porcentaje alto del de la estructura, por lo que la conexión propuesta debe ser razonablemente económica. REQUISITOS GENERALES 3. PRECISIÓN GEOMETRICA Las holguras típicas para el montaje de la estructura deben ser adecuadas para evitar hacer ajustes en campo. 4. CONTINUIDAD El empleo de estructuras y conexiones rígidas trabe columna asegura la redundancia y ductilidad durante sismos intensos. REQUISITOS GEOMÉTRICOS REQUISITOS GENERALES PROTECCIÓN CONTRA EL INTEMPERISMO Las conexiones deben protegerse contra los efectos del medio ambiente. Esto puede ser un problema grave en zonas litorales o costeras REQUISITOS GENERALES ECONOMÍA…. Deben evitarse uniones difíciles de realizar, caras, poco eficientes y sin apariencia grata REQUISITOS SÍSMICOS REQUISITOS SÍSMICOS Es sabido por todos diseñadores que las estructuras de acero ubicadas en zonas sísmicas deben tener una elevada capacidad de deformación plástica (ductilidad). Ahora el diseño de la estructura y de sus conexiones es por DUCTILIDAD Las conexiones deben tener las siguientes propiedades para reducir la respuesta de la estructura bajo sismos intensos: RESISTENCIA RIGIDEZ DUCTILIDAD REQUISITOS SÍSMICOS REQUISITOS SÍSMICOS REQUISITOS SÍSMICOS Las articulaciones plásticas deben formarse en los extremos de las trabes y no en las columnas para evitar entrepisos suaves o endebles. Filosofía de columna fuerte-trabe débil REQUISITOS SÍSMICOS Se considera que las trabes que tienen deformaciones plásticas importantes y desarrollan un MOMENTO MÁXIMO PROBABLE cuando se desarrollan las articulaciones plásticas. Mpr = Cpr Ry Fy Ze REQUISITOS SÍSMICOS REQUISITOS SÍSMICOS REQUISITOS SÍSMICOS Se considera que las soldaduras de penetración completa, entre los patines de trabes y columna y las de las placas de continuidad son SOLDADURAS DE DEMANDA CRÍTICA. Las SDC son aquellas que resisten las acciones sísmicas y que requieren metal de aportación con propiedades particulares y condiciones especiales de colocación e inspección. REQUISITOS SÍSMICOS REQUISITOS SÍSMICOS Zonas protegidas viga de sección reducida (Reduced Beam Section, RBS) Partes de miembros estructurales que resisten las acciones sísmicas que se espera que se comporten inelásticamente durante varios sismos importantes. Deben indicarse en los planos estructurales y en las piezas fabricadas. 1.No soldar conectores de cortante 2.No hacer perforaciones, no atornillar, ni soldar. 3.No ligar ningún componente no-estructural, (instalaciones, ductos u otros). 4. Se permiten puntos de soldadura para fijar losacero 5. No hacer empalmes de ningún tipo, en trabes o en cubreplacas de vigas. REQUISITOS SÍSMICOS REQUISITOS SÍSMICOS Agujeros de acceso para soldar ACCESIBILIDAD ACCESIBILIDAD ACCESIBILIDAD 131 ACCESIBILIDAD ACCESIBILIDAD 133 133 ACCESIBILIDAD Cortesía: NSMP Dr. Hiro Futamura Nippon Steel Sumikin Metal Products CONEXIÓNES TÍPICAS JAPÓN FP BCF Welded CONEXIÓNES TÍPICAS JAPÓN CONEXIONES MEXICO Cortesía: Iso Ingeniería, Ing. Héctor Santana Pantaleón CONEXIONES MEXICO ACCESIBILIDAD ACCESIBILIDAD ACCESIBILIDAD ACCESIBILIDAD CONSTRUCTIBILIDAD (FERNANDO GONZÁLEZ ROSER, GRUPO BAYSA) Tres principios de la constructibilidad: Diseño eficiente de la conexión = Menor costo Simplicidad = Economía Menor número de piezas= Gran economía EL MENOR PESO DE LAS CONEXIONES NO SIEMPRE CONDUCE A UN MENOR COSTO ECONOMÍA ECONOMÍA ECONOMÍA CONEXIONES TRABE COLUMNA FABRICACIÓN CONEXIONES ATORNILLADAS VERSUS SOLDADAS Una conexión atornillada significa una unión de gran precisión y calidad en su detallado y fabricación. Las conexiones soldadas se realizan bajo condiciones ambientales que ameritan un control de calidad estricto. Las conexiones atornilladas son más caras que las soldadas; se invierte más en su fabricación, pero su rapidez constructiva se compensa con creces en el montaje. CONEXIONES ATORNILLADAS VERSUS SOLDADAS CONEXIONES ATORNILLADAS VERSUS SOLDADAS CONEXIÓN ARMADURA-COLUMNA CAJÓN El uso de placas extremas extendidas (“end plates”), permite una solución relativamente simple y rápida en campo. La columna se fabrica en taller con “muñones soldados ” en sus cuatro lados, de manera que las armaduras se conectan en campo por medio de tornillos ASTM A325 a través de las placas provistas de taller en sus extremos. CONEXIONES ATORNILLADAS VERSUS SOLDADAS CONEXIÓN CONTRAVENTEO ARMADURA-COLUMNA CAJÓN La conexión se conceptualiza con placas extremas extendidas (“end plates”). La columna se fabrica en taller con “muñones soldados ” en ambos lados, de manera que las armaduras y las diagonales de contraventeo se conectan en campo por medio de tornillos ASTM A325 a través de las placas extremas que se sueldan en taller en las armaduras y en los contraventeos. Concepto Conexiones Atornilladas Soldadas Tolerancias en la fabricación y montaje D F Costo de materia prima D F Costo de mano de obra F D Costo de fabricación D F Costo de control de calidad F D Tiempo de montaje F D Condiciones climáticas F D Comportamiento sísmico F F Apariencia D F Notas: Las conexiones soldadas se realizan bajo condiciones ambientales que ameritan un control de calidad estricto. COMPARACIÓN CONEXIONES COMPARACIÓN CONEXIONES CLASIFICACIÓN CLASIFICACIÓN CLASIFICACIÓN El comportamiento de una conexión trabe columna se representa adecuadamente por medio de su relación Momento-Rotación. La rotación es entre la viga y la columna TIPOS CONEXIONES (según su rigidez) TIPOS CONEXIONES (según su resistencia) TIPOS CONEXIONES (según su ductilidad) CLASIFICACIÓN En el diseño convencional de una estructura de acero, las conexiones se consideran de los siguientes tipos: 1. COMPLETAMENTE RESTRINGIDAS (CONEXIXONES RIGIDAS) Fully-Restrained, FR, en inglés (Moment Connections) 2. PARCIALMENTE RESTRINGIDAS (CONEXIONES SEMIRRIGIDAS) Partially-Restrained, PR, en inglés 2. SIMPLES (FLEXIBLES) Simple Connections, SC, en inglés CLASIFICACIÓN CLASIFICACIÓN CONEXIONES RÍGIDAS. No hay rotaciones relativas entre los extremos de los miembros estructurales unidos. En esta conexión, el momento flexionante en el extremo de la trabe se transfiere integramente a la columna. CONEXIONES RÍGIDAS. No hay rotaciones relativas entre los extremos de los miembros estructurales unidos. En esta conexión, el momento flexionante en el extremo de la trabe se transfiere integramente a la columna. TIPOS DE CONEXIONES CLASIFICACIÓN CONEXIONES SEMIRRÍGIDAS Son aquellas que tienen capacidad de transmitir entre el 25 y 90 % del momento de empotramiento perfecto de la viga conectada a un apoyo totalmente rígido. Es difícil definir las características de resistencia y capacidad de rotación de las conexiones semirrígidas. Requieren un tiempo para su análisis y diseño, por ello su uso en la práctica mexicana no ha sido muy difundido. CLASIFICACIÓN CONEXIONES Las conexiones flexibles (A) tienen cierta rigidez, pero se suponen que son libres de girar. Esta conexión afecta solamente al alma de la trabe. Las conexiones parcialmente restringidas a momento (B, D y C ) se diseñan como semirrigidas. Las conexiones totalmente restringidas (D y E) se diseñan a momento. Afectan los patines y el alma de la viga CLASIFICACIÓN CONEXIONES ARTICULADAS Las rotaciones son libres, no hay transmisión de momentos flexionantes de la trabe a la columna. La suposición anterior no se cumple rigurosamente, pues las conexiones reales siempre poseen una determinada rigidez. CLASIFICACIÓN CONEXIONES SIMPLES Y SEMIRRIGIDAS Conexiones simples y semirrigidas TIPOS CONEXIONES TIPO CONEXIONES TIPOS CONEXIONES TIPOS CONEXIONES CLASIFICACIÓN CONEXIONES CLASIFICACIÓN CONEXIONES CLASIFICACIÓN CONEXIONES RESPUESTA CONEXIONES El comportamiento de una conexión se define por medio de la curva Momento-Rotación que permite determinar su rigidez, resistencia y ductilidad. RESPUESTA CONEXIONES RESPUESTA CONEXIONES Mn= momento máximo resistente de la conexión Ki= rigidez inicial . No representa adecuadamente la respuesta se la conexión en condiciones de servicio. RESPUESTA CONEXIONES RESPUESTA CONEXIONES Mn= momento máximo que soporta la conexión Ki= rigidez inicial . No representa adecuadamente la respuesta se la conexión en condiciones de servicio Ks= rigidez secante Θu= capacidad de rotación disponible Θs= capacidad de rotación en condiciones de servicio Θn= capacidad de rotación máxima CONEXIONES SEMIRRIGIDAS La resistencia máxima de una viga apoyada en ambos extremos se alcanza cuando se convierte en un mecanismo con articulaciones plásticas. Si los apoyos son libres, basta una articulación, que aparece en el centro del claro cuando la carga es uniforme (figura 1). Si la viga está empotrada en los dos extremos, las articulaciones son tres, en el centro y en los apoyos (figura 2). En el primer caso, el momento plástico de la viga para que se forme el mecanismo es el isostático máximo, Mpv = wuL2/8. No se requiere capacidad de rotación. En el segundo caso, el mecanismo exige que se igualen los momentos en los apoyos y en el centro. El momento plástico necesario se reduce a la mitad, Mpv = wuL2/16. CONEXIONES SEMIRRIGIDAS Las secciones de los dos extremos deben tener capacidad de rotación necesaria para que se redistribuyan los momentos sin que disminuya la resistencia. Cuando las conexiones son semirrígidas, el comportamiento es parecido al del segundo caso, y el mecanismo de colapso es semejante, pero los momentos en los apoyos no son el plástico de la viga, sino los máximos que resisten las conexiones, (Mu)conex. El momento plástico necesario en la viga, menor que si los apoyos fueran articulaciones perfectas (figura 3). CONEXIONES SEMIRRIGIDAS Las conexiones semirrígidas deben tener la capacidad de rotación necesaria para mantener u resistencia hasta que se forme el mecanismo (figura 3). Para diseñar plásticamente una viga con conexiones semirrígidas se necesita conocer la resistencia última y la capacidad de rotación de la conexión. No se requiere la curva momento-rotación completa, pues no importa cómo se alcanza la resistencia máxima, si se puede demostrar que la conexión tiene la capacidad de rotación necesaria para llegar a ella. CONEXIONES SEMIRRIGIDAS 1. Comportamiento No lineal 2. Requieren el uso de programas de computadora que no son de uso práctico 3. Su comportamiento durante la descarga no está muy bien documentado, y es muy distinto al comportamiento durante la carga. CONEXIONES SEMIRRÍGIDAS MODELOS CONEXIONES SEMIRRIGIDAS 1. Polinomial de Frye y Morris 2. Exponencial modificado de Kishi y Chen 3. Tres parámetros de Richard y Abbot, modificado por Chen y Kishi 4. Tres parámetros modificado por Christopher CLASIFICACIÓN CONEXIONES PLANOS DE TALLER Para facilitar la fabricación de una estructura de acero en taller y para evitar errores geométricos, en tamaños de piezas, gruesos de placas, o en las características, posiciones de las diversas soldaduras es importante elaborar planos de taller, de detalle o de fabricación. PLANOS TALLER DISEÑO ESTRUCTURAL Leh= 44.5 LP 120x380x10 mm 40 4 @ 75 = 300 L = 380 40 a= 75 IR610x113.2 W24x76 Vu= 40.0 t 6 IR254x166.8 6 Tornillos A325-N(NMXH-124-N) de 22.21 mm(7/8 in) de diámetro W10x112 Soldadura: E70XX INVOLUCRADOS OBRAS ACERO
