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CONEXIONES GENERALIDADES La resistencia y seguridad de una
estructura pueden depender en forma directa de las conexiones que
unen los elementos principales. Estas conexiones deben mostrarse en
forma clara y con detalles en los planos estructurales. Existen
varias formas de hacer uniones estructurales:
Remaches
Pernos
Pasadores
Soldadura
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2
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CONEXIONES SOLDADAS Introduccin Se pueden obtener conexiones
confiables y econmicas con una eleccin correcta del material y de
la tcnica de soldadura y una buena mano de obra. Las primeras
aplicaciones se hicieron en taller, bajo condiciones controladas y,
al obtener una mayor experiencia, se aplic el mtodo en el campo.
Hiptesis de clculo 1. Las soldaduras se consideran elementos
homogneos, isotrpicos y elsticos. 2. Las partes conectadas por las
soldaduras son rgidas y, por lo tanto se
desprecian sus deformaciones. 3. Solo se consideran esfuerzos
(nominales) debidos a las carga externas, se
desprecia los esfuerzos residuales.
PROCEDIMIENTO PARA EL CALCULO DE ESFUERZOS EN CONEXIONES
SOLDADAS
1. Dibujar la seccin transversal efectiva de la soldadura. 2.
Determinar el centroide de esta seccin efectiva y establecer un
sistema de
ejes ortogonales a travs de l. Cuando se presentan esfuerzos
normales al plano de las soldaduras, debe usarse los ejes
principales de la seccin.
3. Determinar las solicitaciones ( Fuerzas y momentos ) que
actan sobre la conexin soldada, segn las componentes x,y,z
4. El esfuerzo en la soldadura debido a una sola componente de
carga, puede calcularse (en cualquier punto de la conexin) por
medio de frmulas convencionales como ms adelante se sealan.
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NOMENCLATURA:
fx , fy son los esfuerzos cortantes fz es el esfuerzo normal
Elemento de soldadura dA
Fig. Componentes de esfuerzo en un elemento de soldadura
Esfuerzo debido a Px , Py , Pz
A
Pf xx
' A
Pf
y
y '
A
Pf zz
'
Esfuerzo debido a momentos flectores Mx , My , Mz
yI
Mf
z
zx '' x
I
Mf
z
zy '' ''
yxz
x y
MMf y x
I I
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COMPONENTES RESULTANTES DE LOS ESFUERZOS ( con la convencin de
signos)
'''
xxx fff '''
yyy fff '''
zzz fff
Para soldadura filete, se determina la mxima fuerza resultante
por unidad de longitud f y se considera arbitrariamente a sta como
una fuerza de corte que acta en la seccin de la garganta.
222
zyx ffff
CALCULO DE SOLDADURA FILETE Se caracteriza por su forma
triangular y por lo comn tiene sus dos lados iguales. a = espesor
del filete tamao de la soldadura t = garganta, altura del menor
tringulo issceles inscrito
Si e 6mm a e Si e > 6 a 1.6 e
Se debe cumplir P adm L 0.707 a
P/L f adm 0.707 a
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Todas las cargas que actan sobre la soldadura de filete se
consideran como fuerzas cortantes independientes de su direccin
real. Se considera a la garganta de la soldadura como seccin
crtica. NOTA: Si todos los cordones de una soldadura son iguales,
el clculo se realiza considerando a los cordones como elementos
lineales. Otras materias a considerar:
Propiedades de soldaduras lineales
Tensiones admisibles
Detalle de conexiones soldadas en un marco, en una armadura y en
una trabe (Pg.256) Diseo de estructuras de acero. BRESLER
Conexiones soldadas tpicas para edificios (pg. 260)
Conexin de viga a columna (pg. 277)
ANALISIS DE CONEXIONES TIPOS
CONEXIONES CENTRADAS
CONEXIONES CON EXCENTRICIDAD EN EL PLANO DE LA SOLDADURA
CONEXIONES CON EXCENTRICIDAD FUERA DEL PLANO DE LA SOLDAURA
APLICACIONES
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EJEMPLO DE UNIONES Verificacin de tensiones en conexiones
soldadas
Tensiones admisibles en conexiones de filete
0.4 ff F Tensiones admisibles [T / cm2]
(en soldadura E60 xx E70 xx) A 37 24 Es 1.0 A 42 27 Es 1.1
A 52 34 Es 1.4
1 CONEXIONES CENTRADAS Determinar las longitudes L1 y L2 de
soldadura requerida para resistir la carga mxima admisible del
perfil y encontrar el espesor del Gusset.
2
( ) 1 /adm solF t cm P=13.5 ton a=6 mm
Solucin:
2 t2 = 0.62 0.6
0.6 0.7072
t x ; t es la parte ms dbil de la unin
Longitud L requerida: ( ) 0.707adm solP a L
13.531.8 32
0.707 0.6 1.0L cm
x x
Por equilibrio: P = P1 + P2 1 ( ) 10.707adm solP a L 2 ( )
20.707adm solP a L
Entonces :
1 2L L L
-
8
A continuacin se hace una distribucin balanceada de las
longitudes L1 y L2 tomando momento con respecto al eje del
perfil.
2 1P x P b x luego 2 1L x L b x
Resolviendo: 1
LxL
b
2
L b xL
b
En nuestro caso: 132 2.26
98
Lx xL cm
b 2 1 23L L L cm
Si se decide soldar el extremo del perfil tomando momentos
estticos con respecto a los puntos A y B respectivamente:
0AM 2
12
bLb Lx
0BM 2
22
bL b L b x
12
Lx bL
b
2
2
L b x bL
b
Para este caso reemplazando los valores L1 = 5 cm L2 = 19 cm
Para el clculo del espesor del Gusset: e >= 0.707 a e = 0.707 x
6 = 4.2 mm Por lo tanto usar e = 5 mm En resumen:
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9
Nota: La capacidad de la soldadura debe guardar relacin con el
espesor de las planchas para evitar concentraciones de fatigas . a)
b) c)
( ) ( )adm PL dm soldF e F t 2
at
1000
1400 2
ae N (N= N cord. Sold.)
0.505e a N
En caso de cizalle es peor, pues la resistencia al cizalle es
menor que la de traccin.
1000
1100 2
ae N (cizalle simple)
0.643e a ; 1.286e a (cizalle doble)
Casos: a) e >= 1.01a b) e >= 0.643a c) e >= 1.286a
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2.- CONEXIN CON EXCENTRICIDAD EN EL PLANO DE LA CONEXIN
Verificar la conexin indicada. Acero A 37 24 ES . Solucin: Primero
calculamos centro de gravedad de la soldadura
22 15 / 23.75
60
xx cm
Calculamos el momento de inercia polar de la soldadura
3 2 410.56 30 2 15 15 504012
xI x x cm
22 3 410.56 30 3.75 2 15 15 7.5 3.75 790
12yI x cm
45830P x yI I I cm ( zI )
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Si trasladamos la fuerza al punto cg. tenemos: P = 7.5 T M =
7.5(40 3.75) = 272 T cm Se producen los siguientes esfuerzos:
Una fatiga de torsin producida por el momento :m c
P
Mf d
I
y una producida por la fuerza P: c
Pf
A
Para calcular fm tomamos el r mximo, que en este caso es el
punto 4:
2 215 15 3.75 18.8r cm
15
0.8018.8
sen 11.25
cos 0.6018.8
2272 18.8
0.876 /5830
m
xf t cm
27.5 0.223 /33.6
cf t cm
Para obtener el esfuerzo resultante se suman vectorialmente
mediante una proyeccin:
xf = 0.876 x 0.80 = 0.70 T / cm2
yf = 0.876 x 0.60 + 0.22 = 0.75 T / cm2
2 2 2 21.025 / 1.0 /x yf f f t cm t cm
Si no se requiere usar un calculo muy ajustado usamos a = 10
cm
21.025 8 0.825 /10
xf t cm
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3.-CONEXIN CON EXCENTRICIDAD FUERA DEL PLANO DE LA SOLDADURA
Verificar la soldadura indicada. Caractersticas de la seccin: t
= 0.7 x 0.6 = 0.42 cm
A = 2 x 0.42 x 20 = 16.8 cm2
Solucion: Calculamos el momento de inercia con respecto al eje
x:
3 412 0.42 20 56012
xI x x x cm 2 312 0.42 20
6xW x x x cm
Anlisis punto 4
22 25
0.895 /56
m
x
M xf t cm
W
22
0.118 /16.8
c
Pf t cm
A
2 2 20.118 0.895 0.903 /f t cm
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UNION VIGA-COLUMNA PARA SOPORTAR ESFUERZOS DE CORTE Y
MOMENTO
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SIMBOLOS BASICOS DE SOLDADURA
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CONEXIN CON EXCENTRICIDAD EN EL PLANO DE LA CONEXIN Verificar el
tamao de la soldadura para el estado de carga indicado (considerar
la soldadura como elemento lineal) Tensin adm soldadura = 1 t/cm2
Solicitacin P= 7 ton Propiedades geomtricas de la soldadura b=15cm
h=15 cm 2 45A b h cm
7.52
hy cm
2
52
bx cm
b h
3 231968.75
12 2x
h bhI cm
3 432 1125
3 2y
b bI cm
b h
33093.75Z X YI I I cm
Solicitaciones c/r ejes c.g.
7xP ton 7yP ton 0zP
0xM 0yM 87.5zM tcm
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Ecuaciones que se deben aplicar: Esfuerzo debido a Px , Py ,
Pz
A
Pf xx
' A
Pf
y
y '
A
Pf zz
'
Esfuerzo debido a momentos flectores Mx , My , Mz
yI
Mf
z
zx '' x
I
Mf
z
zy '' ''
yxz
x y
MMf y x
I I
Componentes resultantes de los esfuerzos ( con la convencin de
signos)
'''
xxx fff '''
yyy fff '''
zzz fff
222
zyx ffff
Resumen:
Nudo xf t/cm yf t/cm zf t/cm /f t cm a mm
1 0.37 0.01 0.0 0.4 5.2
2 0.37 0.44 0.0 0.6 8.1
3 -0.06 0.01 0.0 0.1 0.8
4 -0.06 0.44 0.0 0.4 6.3
2 2 2 0.707x y z admP
f f f f aL