Comportamiento sismorresistente de conexiones tipo empalme en vigas de acero como variante de conexiones precalificadas viga columna tipo Flange Plate por Bitonti Setaro, Giovanni : Bakhos, Antonio se encuentra bajo una Licencia Creative Commons Atribución-NoComercial-CompartirIgual 3.0 Unported. REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA CARACAS, ESTADO MIRANDA UNIVERSIDAD NUEVA ESPARTA ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL TESIS II COMPORTAMIENTO SISMORRESISTENTE DE CONEXIONES TIPO EMPALME EN VIGA DE ACERO COMO VARIANTE DE CONEXIÓN PRECALIFICADA VIGA-COLUMNA TIPO FLANGE PLATE Tutor: Ing. Sigfrido Loges C.I.: V-11.310.481 C.I.V.: 112.28 Proyecto de Tesis Presentado por: Br. BAKHOS, Antonio C.I.: V- 19.242.863 Br. BITONTI, Giovanni C.I.: V- 18.557.675
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COMPORTAMIENTO SISMORRESISTENTE DE CONEXIONES TIPO …
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Comportamiento sismorresistente de conexiones tipo empalme en vigas de acero como variante de conexiones
precalificadas viga columna tipo Flange Plate por Bitonti Setaro, Giovanni : Bakhos, Antonio se encuentra bajo una
Los electrodos a emplear para soldaduras de arco, están normalizados por la
American WeldingSociety AWS. Al producirse el arco, la fusión del extremo
del electrodo constituye el metal de aporte depositado, el cual debe elegirse
con características similares a las del metal base. Esta condición se
denomina compatibilidad de los electrodos.
Se dispone en el mercado de una variedad de electrodos para poder hacer
un ajuste apropiado de las propiedades y características resistentes del
metal de aporte, en relación con el metal base.
El sistema de numeración de electrodos, los clasifica así:
Figura # 17 Simbología de Soldaduras
(Fuente: AISC Guía de Diseño 21, Conexiones Soldadas )
No todos los aceros ofrecen la misma facilidad de ser soldados. Debe
recordarse que los aceros con alto contenido de carbono son más difíciles de
soldar, por lo cual la técnica de la ejecución, la calidad del metal de aporte, el
espesor depositado en cada pase, y la velocidad de enfriamiento deben ser
cuidadosamente controlados.
Durante la ejecución de la soldadura, deben sujetarse fuertemente las piezas
a unir, con pernos o pernos, para evitar cualquier deslizamiento.
Cuando se sueldan metales tratados térmicamente, deben tomarse
especiales precauciones, debido a que el metal adyacente a la soldadura
pierde los efectos del tratamiento previo, por lo cual en estos casos, es
preferible soldar previamente y luego realizar los tratamientos térmicos o las
aleaciones deseadas. Los aceros inoxidables requieren consideraciones
especiales para ser soldados.
2.2.8 Conexiones Precalificadas.
Con el objeto de evitar las fallas en las conexiones viga-columna observadas
en el terremoto de Northridge (ocurrido en California, USA, en 1994), las
especificaciones sísmicas vigentes requieren el uso de “conexiones
precalificadas” en pórticos no arriostrados sismorresistentes. Se entiende
como tal aquellas conexiones que han sido validadas en forma experimental,
ya sea como parte del proyecto que se desarrolla o bien en ensayos previos
que se encuentran debidamente documentados. El proceso de
precalificación implica que:
(Fuente: Prof. Arnaldo Gutiérrez. MANUAL DE PROYECTO ESTRUCTURA
DE ACERO)
Existe suficiente información experimental y analítica para asegurar
que la conexión presenta adecuada capacidad de deformación
plástica.
Se dispone de modelos racionales para predecir la resistencia
asociada a los distintos modos de falla y la capacidad de
deformación, a partir de las propiedades geométricas y mecánicas
de los elementos componentes.
Los datos existentes permiten evaluar estadísticamente la
confiabilidad de la conexión.
Como resultado del proceso de precalificación, el ingeniero estructural
dispone de criterios y pautas para diseñar la conexión. Adicionalmente, para
cada tipo de conexión se indican el campo de aplicación y limitaciones para
su uso, tales como dimensiones máximas de vigas y columnas, tipos de
soldaduras, características del acero, etc.
(Fuente: Prof. Arnaldo Gutiérrez. MANUAL DE PROYECTO ESTRUCTURA
DE ACERO
2.2.8.1Criterios de Empalmes para Conexiones Precalificadas.
2.2.8.1.1Empalmes para Viga.
Los empalmes en viga se realizan para los siguientes casos:
Vigas de gran luz, simplemente apoyadas que no se pueden
transportar por la longitud total.
Vigas continuas con apoyos intermedios, colocados a igual nivel de
las vigas de carga.
Vigas formadas por perfiles de diferentes alturas.
Los empalmes en vigas se clasifican como empalmes de taller o de
campo.Los empalmes de taller se producen durante la fabricación del
miembro en el taller. Los empalmes de campo se utilizan cuando las
longitudes del miembro son limitadas, por causa al transporte de estos
dichos miembros.
En la fig. # 18 se muestra un empalme atornillado en campo. A las
planchas de empalme rectangular se solapan alrededor de la junta y se
emperna las planchas al alma de la viga con el fin de transferir la carga. Este
tipo de empalmes suele nombrarse como empalma alma-patín. En los
empalmes empernados, el alma y los patines se empalman en el mismo
lugar. Se utiliza mucho, una sola plancha de empalme sometida a corte en
cada patín es suficiente. En el caso de los perfiles grandes puede que se
necesite planchas de empalmes mas pesados en ambos lados de los patines
para disminuir el número de pernos.
(Fuente: Estructura de acero: comportamiento y LRFD, S. Vinnakota)
Figura # 18 Empalme en ala y alma de viga
(Fuente: Curso de Ingenieros estructurales Asociados)
En el año 1990 Kulak y Green presentaron un método para saber la
capacidad última de los empalmes alma-alas empernadas. Utilizan las
ecuaciones de equilibrio estático y usan la verdadera carga cortante contra la
respuesta de la deformación por corte de pernos. Con este método una viga
simple que tiene un empalme en alma de la viga empernada que se localiza
en la sección Lo, donde está presente tanto el tensión cortante (V0) como el
momento (Mo), se muestra en la figura #19. La fuerza en los pernos gira
alrededor de un centro instantáneo, L, como se muestra en esta figura. Se
pueden expresar las siguientes tres ecuaciones de equilibrio:
∑ ∑ (
∑ ∑ (
∑ ∑ [ ( ) ( )]
(
La ecuación 1 se compensa de manera automática porque no hay
cargas horizontales externas presentes. La ecuación 2 se satisface cuando la
suma de los componentes verticales de las fuerzas de pernos es igual al
cortante V0 que actúa en la sección. La ecuación 3 identificada manera en
que el momento transferido a través del empalme compartido entre los
pernos en el empalme del alma y aquellos en el empalme del patín. En estas
ecuaciones, se tiene que:
(Fuente: Estructura de acero: comportamiento y LRFD, S. Vinnakota)
= Fuerza resultante en el perno i.
= Componente horizontal de la fuerza de los pernos .
= Componente vertical de la fuerza de los pernos .
N = número de pernos en un lado del empalme del alma.
= Cortante de la viga en la línea del empalme.
= Momento de la viga en la línea del empalme.
= Distancia entre los centroides en las placas de empalme del patín
superior e inferior.
= Fuerzas en los pernos superiores e inferiores del patín en un lado
de la línea de empalme.
= Distancia del centro de línea del empalme al centroide del grupo
de pernos en un lado de la línea de empalme (excentricidad de la fuerza
cortante).
= Distancia del centroide de un grupo de pernos a su centro
instantáneo de rotación.
(Fuente: Estructura de acero: comportamiento y LRFD, S. Vinnakota)
Figura # 19 Modelo analítico de un empalme de viga alma patín.
(Fuente: Estructura de acero: comportamiento y LRFD, S. Vinnakota)
2.2.9 Tipos de Juntas.
Existen cuatro tipos básicos de juntas soldadas. Los tipos de juntas
dependen de varios factores como el tamaño y forma de los miembros que
forman la junta, el tipo de carga. Los cuatro tipos de juntas son los
siguientes: a tope, a solape, en dobles planos y múltiples.
2.2.9.1 Juntas a Tope.
Son aquellas juntas con planchas de enlace simétricamente ubicadas
a ambos lados de los miembros a conectar. Unas de las ventajas de este tipo
de unión es que aquí los pernos trabajan a cortante doble y aplastamiento,
por lo cual se necesita la mitad de los pernos que trabajan a corte simple
2.2.9.2 Juntas a Solape.
En este tipo de juntas, los bordes de las chapas, no requieren
preparación mecánica ya que los mismos van superpuestos. El ancho de la
solapa dependerá del espesor de la chapa. Este tipo de unión presenta el
inconveniente que los ejes donde actúan las fuerzas en ambos miembros no
son coincidentes, por lo cual se producen tensión segundarios de flexión que
no son tomados en cuenta en el análisis. Este tipo de junta no es muy
utilizado en miembros principales.
2.2.9.3 Juntas a Doble Plano.
Es el caso donde las filas de pernos trabajan a cortante simple y
aplastamiento, pero en dos planos diferentes, en ausencia de flexión.
(Fuente: Diseño de Estructuras metálica, María Fratelli)
2.2.9.4 Juntas Múltiples.
Los tipos de juntas más utilizados son la de solape y a tope. Sin
embargo, pueden presentarse en la práctica otros tipos de uniones, cuando
se debe conectar un mayor número de planchas.
En este tipo de junta los pernos están sometidos a cortante múltiple,
con conectores trabajando a corte en cuatro o más planos diferentes. En
estos casos es usual no tomar en cuenta el corte más de los planos, ya que
resulta improbable que la falla ocurra en los pernos en tres o más planos
simultáneamente.
(Fuente: Diseño de Estructuras metálica, María Fratelli)
Figura # 20 Juntas a Solape
(Fuente: Diseño de Estructuras metálica, María Fratelli)
Figura # 21 Juntas a tope
(Fuente: Diseño de Estructuras metálica, María Fratelli)
Figura # 22 Juntas a doble plano
(Fuente: Diseño de Estructuras metálica, María Fratelli)
Figura # 23 Junta Múltiples
(Fuente: Diseño de Estructuras metálica, María Fratelli)
2.2.10 Falla en las Uniones con Conectores Mecánicos
El agotamiento de la resistencia de una conexión se puede producir por:
Falla en los conectores:
A) Falla por tracción.
B) Falla por corte.
C) Falla por aplastamiento.
Falta en los miembros conectados:
A) Aplastamiento de las plancha.
B) Desgarramiento del material.
C) Falla por tracción en el área gruesa.
D) Falla por tracción en el área neta.
E) Fallas por bloque de corte.
2.2.10.1 Falla en los Conectores.
2.2.10.1.1 Falla por Tracción en los Pernos.
El enfriamiento de los remaches luego de su colación, así como el
apriete de los pernos, origina fuerzas de pretracción en los medios de unión.
Si a las cargas exteriores de tracción sobre los conectores se suman
las fuerzas iníciales y se supera la resistencia al agotamiento a tracción, se
origina la falla por tracción en el conector.
Las tensiones adicionales debido a las cargas exteriores aplicadas, son
generalmente reducidas y no se llega a exceder el límite de resistencia.
(Fuente: Diseño de Estructuras metálica, María Fratelli)
Por lo tanto, las pre-tracciones en los pernos no reducen su
resistencia a tracción. En algunos casos es importante tomar en cuenta la
acción de palanca que aumenta la magnitud de las cargas de tracción en los
conectores.
Figura # 24 Conectores tradicionales
(Fuente: Diseño de Estructuras Metálicas, María Fratelli)
La acción de la palanca se origina porque las fuerzas P no se aplican
directamente sobre los pernos, sino a través de ángulos de conexión, estos
pueden sufrir deformaciones por flexión que modifican la distribución de las
tensiones por aplastamiento. Debido a estas tensiones aparecen fuerzas de
palanca Q que se suman a las fuerzas F de tracción en cada conector y
estas fuerzas dan como resultado las fuerzas T.
T= F+Q
Si existe simetría:
Siendo n el número de pernos solicitados a tracción.
Para valorar la magnitud de Q existen las siguientes relaciones
empíricas:
Para pernos A 325:
[
]
Para pernos A 490:
[
]
Figura # 25 Falla por cortes en los conectores
(Fuente: Diseño de Estructuras Metálicas, María Fratelli)
Los bordes externos de la conexión se comportan como volados de
longitud a, en cuyo extremo se halla aplicada la fuerza Q. Por lo tanto, el ala
de T flexa según un diagrama de momentos donde y son momentos
máximos de signos opuesto, donde el mayor de estos controla el diseño.
Los momentos críticos deben verificarse para que no superen la
capacidad flexional del ala que se analiza. Por lo tanto, la distancia a debe
cumplir:
{
(Fuente: Diseño de Estructuras metálica, María Fratelli)
2.10.1.2 Falla por Corte en los Pernos.
Esta falla se produce cuando el desplazamiento entre las planchas
origina elevadas tensiones por corte en uno o más planos del conector.
Figura # 26 Falla por cortes en los conectores
(Fuente: Diseño de Estructuras Metálicas, María Fratelli)
2.10.1.3 Falla por Aplastamiento de los Conectores.
Este tipo de falla tiene solo una posibilidad de ocurrencia, debido a
que el acero de los pernos o remaches es de calidad superior al de las
planchas que conectan y el confinamiento dentro de las perforaciones
incrementa su ductilidad.
(Fuente: Diseño de Estructuras metálica, María Fratelli)
Figura # 27 Falla por aplastamiento de los pernos
(Fuente: Diseño de Estructuras Metálicas, María Fratelli)
2.2.10.2 Falla en los Miembros Conectados.
2.2.10.2.1 Falla por Aplastamiento de las Planchas.
Se produce del resultado de la compresión del vástago del conector
contra las paredes de la perforación. Debido al desplazamiento de las
planchas, comienza gradualmente a aumentar el tamaño del agujero,
aumentando su diámetro en la dirección de la fuerza aplicada. Esta falla es
usual en miembros en estado de agotamiento resistente. Esto se reflejo en el
programa en la fig. # 42, 44, 45, 47
(Fuente: Diseño de Estructuras metálica, María Fratelli)
Figura # 28 Falla por aplastamiento de las planchas
(Fuente: Diseño de Estructuras Metálicas, María Fratelli)
2.2.10.2.2 Falla por Desgarramiento del Material.
Este tipo de falla ocurre cuando la distancia de la perforación al borde
cargado es insuficiente. Para evitar esta falla deben respetarse las distancias
mínimas para los bordes cizallados.
(Fuente: Diseño de Estructuras metálica, María Fratelli)
Figura # 29 Falla por desgarramiento del material
(Fuente: Diseño de Estructuras Metálicas, María Fratelli)
2.2.10.2.3 Falla por Tracción en el Área Gruesa.
Las estructuras metálicas generalmente fallan en sus conexiones, por
lo tanto, el diseño de las mismas debe prever que su resistencia sea igual o
mayor que la de los miembros que conectan. Esta falla por tracción en el
área gruesa no es muy usual, ocurre con mayor frecuencia cuando el ancho
de las planchas disminuye. . Esto se reflejo en el programa en la fig. # 42, 43,
44 y 45
(Fuente: Diseño de Estructuras metálica, María Fratelli)
Figura # 30 Falla por tracción en el área gruesa
(Fuente: Diseño de Estructuras Metálicas, María Fratelli)
2.2.10.2.4 Falla por Tracción en el Área Neta.
Se define por área neta el área resultante de la sección transversal
definida por una trayectoria recta o quebrada que atraviesa una o más
perforaciones, y de la cual se resta el área de esos agujeros.
En la sección de un miembro traccionado aumentan las tensiones por la
presencia de una perforación, aun cuando en ella se haya colocado un
conector ajustado. Esto se debe a la relación del área sobre la cual se debe
distribuir la carga.
(Fuente: Diseño de Estructuras metálica, María Fratelli)
Figura # 31 Falla por tracción en el área neta
(Fuente: Diseño de Estructuras Metálicas, María Fratelli)
2.2.11 Bloque de Corte.
El bloque de corte debe revisarse cuando se diseñan:
• Conexiones de miembros en tensión.
• Placas de nudo de armaduras que reciben diagonales o montantes en
tensión.
• Otros miembros estructurales en los que puede presentarse este estado
límite.
(Fuente: COVENIN – MINDUR 1618-98 estructuras de acero para
edificaciones)
Figura # 32 Superficie de ruptura y tensiones combinadas.
(Fuente: COVENIN – MINDUR 1618-98 ESTRUCTURAS DE ACERO PARA
EDIFICACIONES)
Figura # 33 Resistencia a la Ruptura.
(Fuente: COVENIN – MINDUR 1618-98 ESTRUCTURAS DE ACERO PARA
EDIFICACIONES)
La Norma ANSI/AISC 360-05 actualiza la Norma COVENIN 1618- 98.
La nueva fórmula para el cálculo del bloque de corte del AISC 360-05, con
Ø = 0.75, es:
Con Ubs=1.0 cuando la distribución de las tensiones de tracción es similar,
como sucede en angulares empernados o soldados, y vigas destajadas con
una sola hilera de pernos.
Con Ubs=0.5 cuando la distribución de tensiones de tracción no es similar,
como sucede en las vigas destajadas con dos o más hileras de pernos.
(Fuente: COVENIN – MINDUR 1618-98 estructuras de acero para
edificaciones)
Figura # 34 Fenómeno de Bloque de Corte.
(Fuente: Norma COVENIN 1618-1998)
Figura # 35 Distribuciones de Tensiones por Bloque de Corte.
(Fuente: J4.2 AISC 360-05)
La Figura # 34 de la Norma COVENIN 1618-98, ilustrar el fenómeno de
bloque de corte, y la Figura 37 del AISC, define las variables para el cálculo
del bloque de corte, a saber:
- Área de Corte, Av=bt
- Área de tracción, At=st
- Área neta de Corte, Anv
[ ( )
]
Donde, 2.5 es, nv, el número de agujeros en el plano de corte.
- Área neta de tracción, Ant
[ ( )
]
Donde, ½ es nt, que es el número de agujeros en el plano de tracción.
En el cálculo de las secciones netas del bloque de corte deben
explorarse diferentes rutas, tal como se indica a continuación para los planos
en la sección neta efectiva y por bloque de corte:
Figura # 36 Trayectorias posibles para falla de Bloque de Corte
(Fuente: AISC 360-05)
Figura # 37 Variable para el cálculo del bloque de corte.
(Fuente: J4.3 AISC 360-05)
2.2.12 Sección de Whitmore.
Considerada en el Manual AISC. La distribución de tensiones en los
extremos de los miembros conectados a una cartela es compleja. El método
de Whitmore supone que las fuerzas se distribuyen uniformemente en un
área definida por el trapecio que se forma al proyectar desde la primera fila
de los conectores, en línea recta a 30º que a su vez se intercepta por la recta
que pasa por la última fila de los conectores, tal como se muestra en la
siguiente figura:
Figura # 38 Ancho para una plancha soldada (a) y para una plancha
empernada (b)
(Fuente: G3-A AISC 2010)
El ancho de Whitmore se puede calcular utilizando las siguientes fórmulas
para las conexiones soldadas y empernadas, respectivamente:
√ (Para miembros soldados)
√ (Para miembros empernados)
Donde:
Ancho de la cartela al final de la soldadura de refuerzo
establecido mediante el método de Whitmore.
Longitud de la soldadura que conecta al miembro.
Longitud del empernado que conecta al miembro.
Distancia entre líneas de soldaduras o entre líneas empernadas.
Esta falla se verifica en el programa, en la fig. # 46 y 48
2.2.13.1 Área Total y Área Neta.
El área de la sección transversal total, A, en un punto cualquiera de un
miembro se determinará sumando las áreas obtenidas al multiplicar el
espesor y el ancho de cada uno de los elementos componentes, debiéndose
medir los anchos perpendicularmente al eje del miembro. En los perfiles
angulares el ancho total es igual a la suma de los anchos de los dos lados
menos el espesor.
Cuando una conexión de miembros en tracción existen pernos o remaches,
es posible que la falla pueda notarse según la trayectoria de esta, pudiendo
ser recta o quebrada, cada una de las cuales define un área neta.
1) Perpendicular:
2) Zig-Zag:
(Fuente: diseño de estructuras metálicas, maría fratelli)
3) En diagonal:
Al calcular las áreas netas de los elementos en tracción y corte, los diámetros
de los agujeros, se considerarán 2 mm mayores que la dimensión nominal
del agujero ó 3 mm mayores que el diámetro nominal del perno.
( ) ∑
Siendo:
An, el área neta.
m, el número de agujeros de la trayectoria de falla considerada
n, es el número de tramos transversales a la trayectoria
s y g, el paso y el gramil de cada tramo transversal
(Fuente: diseño de estructuras metálicas, maría fratelli)
El área neta crítica será el menor valor de las áreas netas obtenidas según la
fórmula antes planteada. Sin embargo, el área neta crítica nunca se tomará
mayor que el 85% del área gruesa de la sección transversal. Por lo tanto
debe cumplirse:
Si en una conexión un miembro está en tracción, el área neta crítica
resulta muy pequeña, las tensiones que se encuentran en el miembro
traccionado aumentarían su valor. En este caso se aconseja disminuir el
número de pernos que se tenga en el perfil, aumentando el diámetro de
estos, variando el espacio entre ellos y cambiando su distribución.
Se debe recordar que el área neta trabaja solo en miembros a
tracción. Cuando los miembros están comprimidos, se basa el diseño en área
total, siempre y cuando esté en todas las perforaciones un perno o remache.
Las áreas netas que se definen por trayectorias perpendiculares al eje
del miembro, solo son capaces de resistir tensiones por tracción. En cambio,
las áreas netas definidas por trayectorias diagonales o en zig-zag son
capaces de soportar tanto las tensiones por tracción como los de corte, esto
permite una mayor resistencia a las fallas y un mejor soporte de la carga
axial.
Se ha demostrado que cuando los espacios s, son muy largos, hay
muchas posibilidades de que el área neta crítica no sea de una trayectoria
diagonal o zig-zag. En cambio, cuando los agujeros están alineados en
hileras perpendicularmente al eje del miembro, y en las hileras exteriores hay
un número de perforaciones de igual o mayor número a las demás hileras
esta trayectoria se definiría como área neta crítica.
(Fuente: diseño de estructuras metálicas, maría fratelli)
2.2.13.2 Área neta efectiva
El Área neta efectiva de un miembro se obtiene multiplicando el valor del
área neta An, con un coeficiente de reducción :
Ct depende del tipo y forma de los elementos conectados, de las
características de la conexión y del número de conectores que se
encuentran.
Miembro Traccionado Número mínimo de conectores por fila
Ct
a) Todos los elementos de la sección transversal están conectados para resistir la carga. b) Empalmes empernados y placas de cartela.
1 1
c) Perfiles I unión a las alas bf/d ≥ 2/3. d) I cortada de estos perfiles.
3 0,9
e) Perfiles I que no cumple las condiciones c) y I cortadas de estos perfiles. f) Secciones armadas, conectadas con segmentos no conectados fuera del plano de carga.
3 0,85
g) Todos los puntos anteriores exceptuando los dos primeros
2 0,75
Tabla 6 Valores Ct determinando Ane
(Fuente: Seismic Provisions for Structural Steel Buildings AISC 340-05)
2.2.14 Especificaciones Sísmicas para Edificios de Acero Estructural del
AISC 341-05.
2.2.14.1 Ámbito.
Las normas Sísmicas para Edificaciones Estructurales de Acero (AISC
341-05), representarán el diseño, la fabricación, la rigidez de miembros
estructurales de acero, conexiones en los sistemas resistentes a cargas
sísmicas (SLRS) y los empalmes en columnas que no son parte de los
SLRS.
Estas Disposiciones aplicarán cuando el coeficiente de modificación
sísmico de respuesta, R, es tomado mayor a 3, a pesar de la Categoría de
diseño sísmico. Cuando el coeficiente de modificación sísmico de respuesta,
R, es tomada como 3 ó menor, la estructura no requiere satisfacer estas
disposiciones, a menos que sea específicamente requerido por el código de
construcción aplicable.
2.2.14.2 Los Dibujos estructurales del Diseño y Especificaciones.
Los diseños estructurales y las especificaciones mostrarán el trabajo a
ser realizado, e incluye artículos necesarios por las Especificaciones y lo
presentado:
La designación del sistema resistente a cargas sísmicas (SLRS).
La designación de los miembros y las conexiones que forman parte
del SLRS.
Configuración de las conexiones.
Especificaciones y materiales de las conexiones.
Ubicación de las soldaras críticas obligatorias.
Ubicaciones y las dimensiones de las zonas protegidas.
Ubicaciones donde las placas de refuerzo sean detalladas para incluir
la rotación inelástica.
Requisitos de Soldadura.
Estas Disposiciones deben ser consistentes con el Código de la
norma, en caso de conexiones y aplicaciones específicas para los cuales no
se detalla dentro de la norma, si tal condición existe, los documentos de
contrato deben incluir los requisitos apropiados para esas aplicaciones. Los
requisitos de pernos diferentes a aquellos en la guía de diseño de las
Conexiones Estructurales (RCSC) Especificación para juntas Estructurales
utilizando pernos ASTM A325 o A490.
2.2.14.4 Gráficos del Taller
Los gráficos del taller deberán incluir las siguientes especificaciones
según sea aplicable:
Designación de los miembros y las conexiones que formen parte del
SLRS.
Especificaciones de materiales de la conexión.
Las ubicaciones de la soldadura de taller.
Ubicaciones y las dimensiones de zonas protegidas.
Es posible que existan conexiones específicas para las cuales no
exista el detallado. Si tal condición existe, los dibujos del taller deberán incluir
los requisitos apropiados para esa condición. Estos pueden incluir la
fabricación de pernos y agujero más allá de los permitidos por la norma, los
requisitos de pernos, diferente a aquellos en la Especificación RCSC para
Juntas estructurales, utilizan Pernos ASTM A325 ó A490.
2.2.14.5 Gráficos de Erección.
Los gráficos de Erección deberán incluir las siguientes
especificaciones según sea aplicable:
Designación de los miembros y las conexiones que forman parte del
SLRS.
Especificación de material y tamaño de las conexiones de Campo
Ubicaciones de demanda critica de soldaduras de campo.
Ubicaciones y dimensiones de zonas protegidas.
Ubicaciones de pernos pre-tensionados
Los requisitos de soldadura de campo.
Es posible que haya conexiones específicas para las cuales no exista
estas disposiciones. Si tal condición existiera, los gráficos de erección deben
incluir requisitos apropiados para esa aplicación. Estos pueden ser requisitos
de pernos diferentes a aquellos en la Especificación de RCSC para Juntas
estructurales que Utilizan pernos ASTM A325 o A490.
2.2.14.6 Materiales
2.2.14.6.1 Las Especificaciones de Materiales
El acero estructural utilizado en el SLRS cumplirán con las siguientes
Especificaciones: A36/A36M, A53/A53M, A500 (Grado B ó C), A501,
A529/A529M, A572/A572M [Grado 42 (290), 50 (345) ó 55 (380)],
A588/A588M, A913/A913M [Gradúe 50 (345), 60 (415) ó 65 (450)],
A992/A992M, ó HSLAS A1011 Grado 55 (380).
El acero estructural utilizado para las placas base de las columnas
deberá cumplir con las especificaciones anteriores de ASTM ó Grado de
ASTM A283/A283M D.
Esta sección sólo cubre propiedades de los materiales para el acero
estructural utilizado en SLRS u aquellas incluidas en la definición del acero
estructural ofrecido para la Sección 2.1 del Código de AISC de Norma. Otros
aceros, como cables para reforzado permanente, no está incluido.
2.2.14.6.2 Propiedades de los Materiales para la Determinación de
las Tensiones en los Miembros y las Conexiones.
Cuando sea necesario en estas Disposiciones, la fuerza necesaria de
un elemento (un miembro o una conexión) será determinado por la fuerza de
rendimiento esperado, RyFy, de un miembro adyacente, donde Fy es el
esfuerzo mínimo de fluencia especificado del grado de acero para ser
utilizado en los miembros adyacentes y Ry es el cociente de la tensión de
fluencia para el mínimo rendimiento especificado de dicho material.
La fuerza disponible del elemento, R y para LRFD y Rŋ/Ώ para ASD,
será igual a o mayor a la resistencia requerida, donde Rn es la resistencia
nominal de la conexión. La resistencia a la traccion, RtFu, y la tensión de
fluencia esperada, RyFy, son permitidos a ser utilizados en vez de Fu y Fy,
respectivamente, en determinar la resistencia nominal, Rn, de ruptura y
rendimiento de estados límites dentro del mismo miembro para el cual está
determinada la resistencia requerida.
En varios casos un miembro, o en un estado de límite de conexión
dentro de ese miembro, requiere ser diseñado para las resistencias
correspondientes a aquella esperada en el mismo miembro. Tales casos
incluyen estados de límite de fractura de refuerzo (ruptura de Bloque de
Corte y fractura neta de sección en el refuerzo en SCBF), el diseño de la viga
fuera del vínculo EBF, etc. En tales casos es permitido utilizar la resistencia
del material esperado en la determinación de la resistencia disponible de
miembro.
Los valores de Ry y Rt son expresado en la siguiente tabla los
determinan los estados límites del miembro, determinando las resistencias
requeridas.
Valores Ry y Rt para los Diferentes tipos de Miembros
Aplicación Ry Rt Barras y formas en caliente, estructurales
ASTM A36/A36M 1.5 1.2
ASTM A572/572M Grado 42 (90) 1.3 1.1
ASTM A572/572M Grado 50 (345) ó 55 (380) 1.1 1.1
ASTM A572/572M Grado 50 (345) ó 60 (415) ó 65 (450) ASTM A588/588M , ASTM A992/A922M, A1011 HSLAS Grado 55 (80)
ASTM A529 Grado 50 (345) 1.2 1.2
ASTM A529 Grado 55 (380) 1.1 1.2
Sección hueca, estructural (HSS):
ASTM A500 (grado B ó C), ASTM A501 1.4 1.3
Tuberías:
ASTM A36/A36M 1.3 1.2
ASTM A572/A572M Grado 50 (345), 1.1 1.2
ASTM A588/A588M
Tabla 7 Valores Ry y Rt para los Diferentes tipos de Miembros
(Fuente: Seismic Provisions for Structural Steel Buildings AISC 340-05)
2.2.15 Conexiones, Juntas y Abrazaderas
2.2.15.1 Ámbito.
Las Conexiones, juntas y abrazaderas que forman parte del sistema
de resistencia de carga sísmica (SLRS), deberán cumplir con los requisitos
de esta Sección.
El diseño de las conexiones para un miembro que forma parte de las
SLR se configura de tal manera que un estado de límite dúctil, ya sea en la
conexión o en el miembro es controlado por el diseño.
Un ejemplo de un estado de límite dúctil es la tensión al rendimiento.
No es permisible el diseño de las conexiones de los miembros que forman
parte de las SLRS tales que el estado límite de resistencia se rige por los
estados límites no-dúctil o frágiles, como fracturas, ya sea en la conexión o el
miembro.
2.2.15.2 Uniones Empernadas.
Todos los pernos deberán ser pernos o tornillos pre-tensados de alta
resistencia y deberán cumplir los requisitos de deslizamiento crítico y
superficies de contacto.
Los Pernos se instalan en agujeros estándar o agrandados
perpendiculares a la carga aplicada. Para las abrazaderas diagonales de
agujeros de gran tamaño se permitirá cuando la conexión se ha diseñado
como una unión de deslizamiento crítico, y el agujero de gran tamaño en una
sola capa. Los diferentes tipos de agujeros se permite si ha sido diseñado
en las conexiones Precalificadas de momento especial e intermedio como en
las aplicaciones sísmicas (ANSI / AISC 358).
La resistencia al corte disponible de las uniones empernado con
agujeros estándar se calcula para uniones tipo aplastamiento, salvo que la
capacidad de resistencia nominal a agujeros de los tornillos no debe ser
mayor a 2.4dtFu.
La conexione de plancha final, los momentos son evaluados para la
resistencia al deslizamiento o con un coeficiente de deslizamiento menor que
el de Clase A superficie de contacto.
Los tornillos, pernos y soldaduras no deberán estar diseñados para
compartir la fuerza en una articulación o la misma fuerza componente de una
conexión.
Un grupo de miembros, como una fuerza axial de abrazadera, debe
ser resistente a la conexión en su totalidad por un tipo de unión (en otras
palabras, ya sea en su totalidad por pernos o en su totalidad por las
soldaduras). Una conexión en la que los pernos deben resistir a una fuerza
que es normal a la fuerza de resistencia de las soldaduras, tales como una
conexión de momento en dónde los bordes soldados transmiten la flexión y
una malla con pernos transmite el corte, no se debe considerar para
compartir la fuerza.
2.2.15.3 Zona Protegida.
Las zonas protegidas están designadas por las siguientes normativas
ANSI/AISC 358:
Dentro de la zona protegida, las discontinuidades creadas por
operaciones de fabricación o erección, como soldaduras, sujetadores
de erección, enganche aire-arco u corte térmico, serán reparados
según sea necesario por el ingeniero.
Los agregados soldados, atornillados, fachadas externas, las
divisiones, trabajo de conducto u otra construcción no será colocada
dentro de la zona protegida.
Fuera de la zona protegida, los cálculos basados sobre el momento
esperado serán hechos para demostrar la adecuación del miembro de la
sección neta, cuando los conectores que penetran al miembro son
utilizados.
2.2.16 La clasificación de Secciones para Anclaje.
2.2.16.1 Compacto.
Cuando sea necesario por estas disposiciones, los miembros de
SLRS tendrán rebordes conectados continuamente a la malla y las
proporciones de ancho-espesor de sus elementos de compresión no
excederán las proporciones limitadas de ancho-espesor.
2.2.16.2 Sísmicamente Compacto.
Cuando las Disposiciones lo requieran, los miembros de SLRS
deberán tener rebordes conectados continuamente a la malla y las
proporciones de ancho-espesor de sus elementos de compresión no
excederán las proporciones limitadas del ancho-espesor.
2.2.17 Zonas Protegidas en Conexiones Viga-Columna.
La región en cada extremo de la viga está sujeta a la tensión inelástica
que deberá estar designada como una zona protegida. La extensión de la
zona protegida será designada en ANSI/AISC 358, o como de otro modo
determinado en una preclasificación de conexión.
Las zonas de anclaje plásticas al final de las vigas SMF deberán ser
tratadas como zonas protegidas. El plástico que ancla las zonas deberá ser
establecido como parte de un programa de preclasificación o requisito para la
conexión. En general, las conexiones no-reforzadas, la zona protegida se
extenderá de la cara de la columna a la mitad de la profundidad de la viga
más allá del punto plástico.
2.2.18 Limitaciones en Rebordes de Vigas.
Los cambios abruptos en el área del borde de la viga no están
permitidos en las regiones de rótulas plásticas. La configuración será
consistente con la conexión precalificada en ANSI/AISC 358, o como
determinado de otra manera en conexión de preclasificación.
2.2.19 Requisitos CVN de Sección Pesada.
Los requisitos de especificación para la dureza de las uniones de
corte caliente con el grosor de borde con un ascendente a 2 pulgadas
(50 mm) y elementos de placa con el espesor de más o igual a 2 pulgadas
(50 mm) en aplicaciones de tensión. En las Disposiciones, este requisito
excede al tendido para cubrir:
Las formas en que forman parte de SLRS con el espesor de
reborde más que o igual a ½ pulgada (38 mm).
Elementos de placa con el espesor de más que o igual a 2
pulgadas (50 mm) que forman parte de, como los rebordes de
material urbanizado de vigas y conexión sujeto al esfuerzo
inelástico bajo la carga sísmica. Porque formas más pequeñas
y las placas más delgadas son generalmente sujetos a la
reducción cruzada durante el proceso de verificación que
resultara de la dureza del nudo que podría exceder el antes
indicado (Cattan, 1995) los requisitos específicos no están
incluidos en el mismo.
Los requisitos de esta sección no pueden ser necesarios para
miembros que resisten cargas sólo accidentales. Por ejemplo, un diseñador
quizás incluya a un miembro en SLRS para desarrollar una ruta de carga
más robusto, pero el miembro experimentará sólo un nivel insignificante de
demanda Sísmica. Un ejemplo de tal miembro quizás incluya una viga de
transferencia con placas gruesas donde su diseño es dominado por su
demanda de carga de gravedad. Sería contradictorio con la intención de esta
sección si el diseñador pudo excluir arbitrariamente a un miembro con cargas
sísmicas insignificantes de SLRS que de otro modo mejorarían el
desempeño sísmico del edificio para evitar los requisitos de la dureza en esta
sección.
Los requisitos de la Especificación denotaron que todavía aplicaría en
este caso. Para las Formas-W, el área de dureza reducida de corte ha sido
documentada en una región limitada de la malla inmediatamente adyacente
al reborde como ilustrado en la Figura # 39. Las recomendaciones
publicadas por AISC (AISC, 1997a) fueron seguidos por una serie de la
industria proyectos patrocinados de investigación (Kaufmann, Metrovich y
Pense, 2001; Uang y la Ji, 2001; Kaufmann y el Pescador, 2001; Lee, el
Algodón, Dexter, Hajjar, El y Ojard, 2002; Bartlett, Jelinek, Schmidt, Dexter,
Graeser y Galambos, 2001). Esta investigación corrobora generalmente
conclusiones iniciales de AISC y las recomendaciones.
Las investigaciones tempranas de fracturas de conexión con el sismo
de Northridge de 1994, identificaron varias fracturas que al ser corregido fue
el resultado de fuerza inadecuada del espesor del material de reborde de
columna. Como resultado, siguiendo inmediatamente el sismo de Northridge,
varias recomendaciones fueron promulgadas que sugirió limitando el valor de
demanda de énfasis de dureza en los rebordes de columna a asegurar que el
espesor y las juntas que no iniciaron en los rebordes de columna.
Este estado del límite a menudo controló el diseño general de estas
conexiones.
Figura # 39 K área.
(Fuente: Seismic Provisions for Structural Steel Buildings AISC 341-05)
. Esto se reflejo en el detallado de la conexión en la fig. # 56
2.2.20 Juntas / Uniones Empernadas.
El potencial total de la carga del diseño y la posibilidad de deformaciones
inelásticas de los miembros y / o partes relacionadas requiere que los
tornillos o pernos pretensados utilizados en uniones empernadas en las
SLRS. Sin embargo, los movimientos sísmicos son tales que el deslizamiento
no puede y no debe ser impedido en todos los casos, incluso con conexiones
de deslizamiento crítico. En consecuencia, las disposiciones llamadas para
uniones empernadas a ser proporcionadas como pretensados las
articulaciones que soportan, pero con superficies de contacto preparadas
como para la clase A o mejores conexiones de deslizamiento crítico. Es
decir, las uniones empernadas puede ser proporcionadas con las fuerzas
disponibles para rodamientos de conexión, siempre que las superficies de
contacto estén todavía dispuestas a ofrecer un mínimo coeficiente de
deslizamiento, μ = 0,35.
El resultado importe nominal de la resistencia al deslizamiento será
minimizar los daños a unos más moderados en casos de eventos sísmicos.
Este requisito está destinado a juntas donde la superficie de contacto es
principalmente sometida a corte. Cuando la superficie de contacto está sujeto
principalmente a tracción o compresión, por ejemplo, en un momento de
conexión final atornillada la placa, la exigencia en la preparación de las
superficies de contacto puede ser relajada.
Para evitar deformaciones excesivas de las uniones empernadas
debido al deslizamiento entre las capas conectadas en caso de terremotos,
el uso de los agujeros en uniones o juntas apernadas en el SLRS se limita a
los agujeros estándar y hoyos cortos con ranura en la dirección de la ranura
perpendicular a la línea de fuerza.
El diseño de las conexiones con llave de gran tamaño agujeros como
de deslizamiento crítico proporcionará tolerancia adicional para las
conexiones de campo, sin embargo, debe permanecer como antideslizantes
para los eventos más sísmicas. Si los tornillos han resbalado en los agujeros
de gran tamaño en una situación extrema, las conexiones todavía debe
comportarse similares a las conexiones de la rigidez total.
Para tornillos de gran diámetro, la cantidad de deslizamiento también
puede ser minimizado mediante la limitación del tamaño del agujero del
perno a un máximo de 3/16 pulgada mayor que el diámetro del perno, en
lugar del rango permitido por la Especificación. Al utilizar los agujeros de
gran tamaño con pernos de deslizamiento crítico, el efecto de capacidad de
deslizamiento reducido de tornillos en los agujeros de gran tamaño debe ser
considerado. La reducción de los resultados de la pretensión de una carga
de deslizamiento inferior estática, sino el comportamiento global de las
conexiones con los agujeros de gran tamaño ha demostrado ser similares a
los de agujeros estándar.
Debido a la posibilidad de la carga y la posibilidad de deformaciones
inelásticas en la conexión de la plancha, los tornillos pueden superar sus
resistencias, deslizarse debajo de importantes cargas sísmicas. Estas
disposiciones han sido modificadas para prohibir pernos de compartir una
fuerza común con soldaduras en todas las situaciones.
2.3 Terminología Básica.
2.3.1 Acero estructural.
En las estructuras metálicas, aplicase a todo miembro o elemento que se
designa así en los documentos del contrato y/o es necesario para la
resistencia y la estabilidad de la estructura.
2.3.2 AISC.
"American Institute of Steel Construction" (Instituto Americano de la
Construcción de Acero).
2.3.3 Perfiles.
Elementos utilizados en la fabricación de estructuras metálicas
obtenidos mediante laminado en caliente de lingotes de hierro. Tiene
diferentes formas tales como, I, H, U, T, L, entre otros. Los perfiles L son
llamados ángulos.
(Arnaldo Gutiérrez (1982). Manual de proyectos de estructuras de acero
segunda edición).
2.3.4 Alma del Perfil I.
Elemento del perfil que se encuentra en sentido vertical, parte esencial
para la resistencia a la hora de utilizar perfile de acero como vigas.
2.3.5 Ala de Perfil I.
Se le llama alas a las partes horizontales arriba donde se apoza la
carga en caso de utilizar el perfil como columna
2.3.5 Ala de Perfil I.
Se le llama alas a las partes horizontales arriba donde se apoza la
carga en caso de utilizar el perfil como columna
2.3.6 Capacidad Resistente.
Carga máxima que se alcanza cuando se ha formado un número
suficiente de zonas cedentes a fin de permitir que la estructura se deforme
plásticamente sin incremento de carga adicional. La capacidad resistente se
obtiene con el área de acero cuyo detalle aparece indicado en los planos.
2.3.7 Carga Admisible.
Carga que induce la tensión máxima admisible o permitida calculada
en la sección crítica
2.3.8 Carga de Agotamiento.
Carga que conduce al estado límite de agotamiento resistente
2.3.9 Carga Axial.
Fuerza que actúa a lo largo del eje longitudinal de un miembro
estructural aplicada al centroide de la sección transversal del mismo
produciendo un tensión uniforme. También llamada carga axial.
2.3.10 Carga Máxima.
Carga límite plástica o de estabilidad.
2.3.11 Carga de Pandeo.
Carga para la cual un miembro comprimido perfectamente recto
adopta una posición deformada
2.3.12 Carga de Servicio.
Carga que probabilísticamente se espera ocurra durante la vida útil de
la edificación debida a su ocupación y uso habitual.
2.3.13 Cedencia.
Primera tensión aplicada a un material para la cual ocurre un
incremento en las deformaciones sin un aumento de las tensiones. También
se llama tensión cedente. Condición caracterizada por la plastificación de por
lo menos la región más solicitada del sistema resistente a sismos, tal como la
formación de la primera rótula plástica en un componente importante del
mismo.
2.3.14 Columna.
Miembro estructural utilizado principalmente para soportar la carga
axial de compresión acompañada o no de momentos flectores, y que tiene
una altura de por lo menos 3 veces su menor dimensión lateral.
2.3.15 Compresión.
Es la resultante de las tensiones o presiones que existe dentro de un
sólido deformable o medio continuo, caracterizada porque tiende a una
reducción de volumen o un acortamiento en determinada dirección.
2.3.17 COVENIN.
Comisión Venezolana de Normas Industriales.
2.3.18 Ductilidad.
En general, capacidad de deformación una vez rebasado el límite de
proporcionalidad. En Ingeniería Sísmica, capacidad que poseen los
componentes de un sistema estructural de hacer incursiones alternantes en
el dominio inelástico, sin pérdida apreciable de su capacidad resistente.
2.3.20 Tensión.
Puede ser definido como la fuerza interna por unidad de área de una sección
de unión. Estas tensiones pueden ser de traccion o compresión dependiendo
de sus tendencias a alargar o acortar el material sobre el cual actúa.
(Russel C. Hibbeler (2004). Mecánica vectorial para ingenieros (Estática,
decima edición)).
2.3.21 Tensión Admisible.
Tal como se utiliza en el diseño mediante tensiones admisibles, es la
tensión máxima que se permite bajo cargas de servicio o de utilización
previstas.
2.3.22 Viga.
Miembro estructural en el cual puede considerarse que las tensiones
internas en cualquier sección transversal.
2.3.23 Perno.
Es una pieza metálica larga de sección constante cilíndrica,
normalmente hecha de acero o hierro.
2.3.24 Tracción.
Tensión a que está sometido un cuerpo por la aplicación de dos
fuerzas que actúan en sentido opuesto, y tienden a estirarlo.
2.3.25 Nodo (Viga-Columna)
Se le llama nodo al punto de unión entre viga y columna puede ser
tanto de acero como de columna
2.4 Sistema de Variable
Para el desarrollo del presente trabajo, se elaboro un sistema de
cuadro de variables, que contiene los objetivos específicos, las variables de
dichos objetivos, las dimensiones, los indicadores, la forma medición, las
técnicas de recolección de datos y los instrumentos de recolecciones de
dichos datos. El presenté cuadro de variables se muestra en la siguiente
pagina.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
VARIABLES DIMENSIONES INDICADORES MEDICIÓN TÉCNICAS DE
RECOLECCIÓN DE DATOS
INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE
DATOS
Realizar una hoja de cálculo,
en Microsoft Excel, para el
análisis y diseño de
conexiones tipo empalme en
vigas de acero como variante de conexión precalificada viga-columna tipo (flange plate), de acuerdo a criterios
establecidos en las Guías AISC 360-10 y 341-
10
Resistencia sísmica y de carga de la
conexión tipo empalme en viga de acero
según la norma AISC
360-10 Y 341-05
En las plancha en
conexión tipo empalme en
viga.
En los pernos en
conexión tipo empalme en
viga.
En los perfiles en
conexión tipo empalme en
viga.
Carga portante por Kg/ml
Nivel de diseño ND3°
Norma AISC 360-10 Y 341-
05
A través de una hoja de cálculo
en Microsoft Excel
Representación tabular a través de la computadora
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
VARIABLES DIMENSIONES INDICADORES MEDICIÓN TÉCNICAS DE
RECOLECCIÓN DE DATOS
INSTRUMENTOS DE
RECOLECCIÓN DE DATOS
Realizar el estudio
detallado de una conexión tipo empalme de vigas de acero como
variante de la conexión criterios
establecidos en las Guías AISC 360-10 y 341-10
Conexión
sismorresistente tipo empalme en vigas de acero.
Dimensiones de perfil.
Ton y .
Norma AISC 360-10 y 341-05
A través de una hoja de cálculo en Microsoft Excel
Representación tabular a través de
la computadora
Tipos de pernos.
Ton y .
Tipos de agujeros y separaciones entre ellas.
mm.
Tipo de plancha
.
CAPITULO III:
MARCO METODOLÓGICO
CAPITULO III: MARCO METODOLÓGICO
3.1 Diseño de la Investigación.
La investigación a realizar es de tipo Experimental, en relación a las
características del diseño del estudio y de los objetivos a los que se desea
llegar. Como fundamento se tiene que esta se desarrolla y abarca un tema
determinado y específico. Por lo que este tipo de investigación permite
establecer y relacionar los valores que toman las variables en el estudio.
En cuanto a los diseños Experimentales, Fidias Arias comenta,
“…proceso que consiste en someter a un objeto o grupo de individuos a
determinadas condiciones o estímulos (variable independiente), para
observar los efectos que se producen (variable dependiente)” (p. 28).
Por otra parte Stracuzzi y Martins comentan, “…el diseño experimental es
aquel según el cual el investigador manipula una variable experimental no
comprobada, bajo condiciones estrictamente controladas, su objetivo es
describir de qué modo y por qué causa se produce o puede producirse un
fenómeno” (p. 95).
3.2 Población y Muestra.
En la presente investigación se tomó como Población, a todo el campo
de conexiones.
Las siguientes muestras correspondieron al estudio de las Conexiones
tipo empalme en vigas de acero, como variante de conexión precalificada
Viga- Columna tipo Flange Plate bajo comportamiento sísmico.
3.3 Técnicas e Instrumentos de Recolección de Datos.
En función del tipo de información a conseguir, se obtuvieron reducir
las técnicas e instrumentos de recolección de datos empleados en el
desarrollo de la investigación.
En el presente trabajo se emplearon datos obtenidos del contacto
directo (datos primarios) y aquellos recogidos con anterioridad por otros
investigadores (datos secundarios). Se eligió como la observación científica
como técnica para la recolección de datos primarios, ya que permitió obtener
estos datos, necesarios para la investigación, sin intermediación alguna que
incluyera cierto grado de subjetividad.
Carlos Sabino define la observación científica como: “…el uso sistemático de
nuestros sentidos en la búsqueda de datos que se necesitan para resolver un
problema de investigación” (p. 55).
3.4 Técnicas de Procesamiento y Análisis de Datos.
Al finalizar el trabajo de la recolección de datos, se obtuvo una gran cantidad
de información, por lo cual, por si sola, no hubiera permitido alcanzar
objetivos si previamente no se hubiera aplicado sobre la hoja de Excel. Esta
gran cantidad de información se pudo introducir en el análisis cuantitativo
que serían todos los datos numéricos, por otra parte el análisis cualitativo
que contemplaría la información verbal de un modo general y el análisis de
esta información.
Para la elaboración de esta hoja de cálculo en Microsoft Excel los datos de
tipo numérico se ordenaron y luego se implantó la información siguiendo los
puntos de la Norma AISC 360-10 y la Guía 341-05, obteniendo de esta
manera resultados exactos.
CAPITULO IV:
ANÁLISIS Y PRESENTACIÓN DE RESULTADOS
CAPITULO IV: Procedimiento de Cálculo
4.1 Procedimientos para el Cálculo del Empalme en Vigas.
1. Solicitaciones de Diseño
Por ser la continuación de un miembro se diseñara al 100% de la
capacidad a flexión y corte de la sección transversal.
(Fuente: AISC 360-10)
Fuerza axial de diseño en alas
(Fuente: AISC 360-10)
(Fuente: AISC 360-10)
Donde Øv=1 y Cv=1
2. Planchas en las alas
2.1 Pernos
2.1.1 Por Corte
Buscar el valor de en la de diseño por corte de la norma covenin
1618-98, página 94.
2.1.2 Separación entre pernos y distancia a los bordes
Según el artículo 22.4 y 22.5 COVENIN 1618-98 (AISC 360-10, J3.3
Y J3.5), usando la tabla “distancias mínimas al borde y separación mínima
entre los cortes del agujero”
2.1.3 Chequeo por aplastamiento
Cuando la deformación en el agujero del perno sometido a
solicitaciones de servicio es una consideración de diseño:
Para los pernos del borde exterior :
Según b3-b AISC 360-10:
Para los pernos interiores:
Se toma el de menor valor.
Resistencia al aplastamiento:
Si
Entonces ( ) ( )
2.2 Dimensiones de las planchas sobre las alas.
2.2.1Espesor por ruptura en el área neta de la plancha:
Anchura de la plancha, bp
bf sería la altura del ala
Se usara
( )
Tomamos en cuenta que
Entonces
2.2.2 Espesor por cedencia en el área total según AISC 360-10.
2.2.3 Espesor por aplastamiento, considerando la deformación de los
agujeros de los pernos como variable del diseño:
Pernos exteriores:
Se toma el de menor valor
Pernos interiores:
Se toma el de menor valor
Resistencia al aplastamiento:
2.3 Dimensiones de las planchas en las entradas de las alas.
2.3.1 Espesor por rotura en el área neta de la plancha:
( )
Donde el valor de bpi consiste en el cálculo para la posición de las planchas
debajo de las alas respetando la sección soldada en taller.
Para el cálculo de , hay que tener presente que son cuatros planchas por
esta razón se dividirá entre cuatro ( 4 ).
, entonces
2.3.2 Espesor por cedencia de área total:
2.3.3 Espesor por aplastamiento:
Considerando la deformación de los agujeros de los pernos como variable
del diseño:
Pernos exteriores:
( )
Se toma el de menor valor.
( )
Pernos exteriores:
( )
Se toma el de menor valor.
( )
Resistencia al aplastamiento:
( ) ( )
2.4 Para Verificar si se produce una falla por corte, se usará el
procedimiento según el AISC 360-10, J4.3:
2.4.1 Ala de la viga:
( )
( )
( )
2.4.2 Planchas sobre las alas:
( )
( )
Se toma el de menor valor.
( )
El valor final se divide entre dos (T/2).
3. Planchas en Alma de la Viga.
3.1 Pernos.
3.1.1 Por corte.
Buscar el valor de en la de diseño por corte de la norma covenin 1618-
98, página 94.
( )
3.1.2 Separación entre Pernos y Distancia a los Bordes.
La máxima altura para colocar planchas es:
( )
3.1.3 Por Aplastamiento.
Considerando la deformación de los agujeros como variables de diseño:
Pernos del borde exterior:
( )
Se toma el de menor valor.
( )
Pernos interiores:
( )
Se toma el de menor valor.
( )
Resistencia al aplastamiento:
( ) ( )
3.2 Verificación de la disposición de los pernos excéntrico sobre el
grupo de pernos:
m= cantidad de planos de corte.
3.3 Dimensiones de la plancha del alma.
Calculamos el espesor requerido de la plancha del alma para completar el
detallado.
3.3.1 Espesor por rotura en el área neta de la plancha.
( )
3.3.2 Espesor por Cedencia en el Área Total:
3.3.3 Espesor por Aplastamiento:
Considerando la deformación de los agujeros de los pernos como variable de
diseño.
Pernos exteriores:
( )
Se toma el de menor valor.
( )
Pernos interiores:
( )
Se toma el de menor valor.
( )
Resistencia al aplastamiento:
( ) ( )
3.4 Verificación por Bloque de Corte:
Se usará el artículo J4.3 del AISC 360-10:
Esto no aplica para el alma de la viga pero si a la plancha de
empalme.
( )
[( ) ]
[( ) ]
( )
Se toma el de menor valor.
( )
.
4.2 Ejemplo de Conexión tipo Empalme en Viga (Excel)
Figura # 40 Hoja de Cálculo
(Fuente: Elaboración Propia)
Fig. 41 Hoja de Cálculo
(Fuente: Elaboración Propia)
Figura # 42 Hoja de Cálculo
(Fuente: Elaboración Propia)
Figura # 43 Hoja de Cálculo
(Fuente: Elaboración Propia)
Figura # 44 Hoja de Cálculo
(Fuente: Elaboración Propia)
Figura # 45 Hoja de Cálculo
(Fuente: Elaboración Propia)
Figura # 46 Hoja de Cálculo
(Fuente: Elaboración Propia)
Figura # 47 Hoja de Cálculo
(Fuente: Elaboración Propia)
Figura # 48 Hoja de Cálculo
(Fuente: Elaboración Propia)
Figura # 49 Hoja de Cálculo
(Fuente: Elaboración Propia)
Figura # 50 Hoja de Cálculo
(Fuente: Elaboración Propia)
4.3 Detallado de la Conexión Tipo Empalme en Vigas
Se reflejará en imágenes los resultados que arrojó la hoja de cálculo para la
conexión tipo empalme en vigas.
Figura # 51 Conexión tipo Empalme en viga
(Fuente: Autocad 3D, elaboración propia)
Figura # 52 Perfiles de Acero
(Fuente: Autocad 3D, elaboración propia)
En la figura # 52 se pueden ver los perfiles de acero IPE 300 que se
utilizaron para componer la viga, para el empalme calculado.
Figura # 53 Agujeros Utilizados en el Empalme
(Fuente: Autocad 3D, elaboración propia)
En la figura # 53 se utilizaron agujeros estándar ya que no se deseaba
permitir deslizamiento de los pernos, así formando un empalme más rígido.
Figura # 54 Planchas Superiores y Planchas Inferiores del Empalme en Viga (Fuente: Autocad 3D, elaboración propia)
Figura # 55 Planchas Superiores y Planchas Inferiores del Empalme en Viga (Fuente: Autocad 3D, elaboración propia)
En la figura # 55 se puede ver las planchas del empalme las cuales van a
unir los perfiles IPE 300. Estas planchas van en las partes superiores e
inferiores de las alas de las vigas. Las planchas de mayor magnitud tienen un
espesor de 10 mm, un ancho de 110 mm un gramil de 80 mm con una
separación de pernos exteriores de 15 mm y con una separación de pernos
interiores de 30 mm. Las planchas de menor magnitud tienen un espesor de
10 mm, un ancho de 80 mm.
Se usará un perno A325 con rosca de tamaño 5/8”, en las alas se usarán 8
pernos en cada perfil para así unir las planchas al perfil.
Figura # 56 Planchas en Alma de las Vigas
(Fuente: Autocad 3D, elaboración propia)
En la figura # 56 se puede ver la plancha que va empernada en el alma de la
viga. Esta plancha tiene 260 mm de ancho la separación entre los pernos
exteriores será de 30 mm y la separación de los pernos interiores será de 70
mm. La holgura entre los perfiles es de 10 mm, esto es la separación de perfil
a perfil.
CAPITULO V:
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
CAPITULO V: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
5.1 CONCLUSIONES
Del presente trabajo de investigación se obtuvieron resultados, con los
cuales se llegó a una serie de conclusiones. Las conclusiones resultado del
presente trabajo son las siguientes:
Hemos determinado que desplazar la conexión precalificada situada
en el nodo y convertirlo en un empalme en viga, facilita su instalación
y a la vez disminuye posibles errores que pueden ser provocadas por
la mayor dificultad en la instalación de estas conexiones en nodos.
Es necesario seguir el procedimiento establecido en las guías de
diseño y Normas de acero estructural, ya que son el resultado de una
serie de ensayos y de aprendizajes en terremotos sucedidos a lo largo
del mundo. Con estos procedimientos, se garantiza que las
conexiones tienen suficiente ductilidad y resistencia, y que el nivel de
empotramiento real es similar al considerado en el análisis de la
estructura.
Se deben detallar correctamente todos los tipos de conexiones
existentes en un proyecto estructural, de manera tal que la labor de
fabricación y posterior ensamblaje será realizada conforme a lo
establecido en los planos del proyecto estructural, con lo cual las
condiciones de análisis no serán modificadas.
La hoja de cálculo realizada en Microsoft Excel incluye el tipo de
conexión tipo empalme en viga según la guía de diseño AISC 341-05
y AISC 360-10, sirviendo por lo tanto como ayuda para verificar el
predimensionado establecido en la fase inicial del proyecto estructural.
Estos procedimientos de análisis y diseño son perfectamente
programables en una hoja de cálculo o programa por computadora, ya
que se basan en la revisión de diversos estados límites, resultados de
la aplicación de diversas fórmulas que modifican sus valores de
acuerdo a las características de los perfiles a conectar.
5.2 RECOMENDACIONES
Una vez alcanzadas las conclusiones de este trabajo de investigación, se
obtuvieron las recomendaciones finales, las cuales se indican a continuación:
Es importante en Venezuela no solo tomar en cuenta las Normas
venezolanas establecidas por la ley sino también ampliar los
procedimientos indicados con aquellos establecidos en las guías de
diseño del Instituto Americano de la Construcción en Acero (AISC,
American Institute of Steel Construction), ya que se encuentran mucho
más actualizadas que las Normas venezolanas. Es importante
destacar que en nuestro país no existen organismos encargados de
actualizar las normativas existentes en el sector de la construcción,
con la periodicidad que otros países, como por ejemplo, los Estados
Unidos de América, por medio, entre otros, del AISC. Por esta razón,
debemos emplear los procedimientos normativos establecidos por
este instituto y adecuarlos a las condiciones existentes en Venezuela,
para poder mantener el curso de las actualizaciones y mejoras
estructurales más modernas.
El comportamiento de una estructura de acero depende
fundamentalmente del tipo de conexiones empleadas y de la ejecución
correcta de las mismas, de acuerdo a los lineamientos establecidos en
los planos de proyecto. Existen ciertos pasos a partir del cálculo y
análisis estructurales provenientes del uso de un programa de
computación cualquiera estructural. Entre esos pasos se encuentra la
labor de la fabricación y el replanteo, respetando las tolerancias
constructivas, los tipos de materiales, elementos estructurales, etc.
Por ello, es imprescindible que exista una ingeniería de inspección
que garantice que la estructura será construida con todos las
indicaciones de los planos del proyecto, con lo cual el comportamiento
sismorresistente de dicha estructura será similar a aquél idealizado en
el programa de computadora.
Se debe tratar en lo posible, tener el menor número de conexiones
diferentes en todo proyecto estructural, con lo cual la labor de
fabricación y replanteo resultará con un rendimiento mucho mayor que
si se incluyen numerosos tipos diferentes de conexiones, que en vez
de tener un impacto positivo en la economía de la estructura puede
más bien aumentar los costos finales.
Se recomienda continuar realizando trabajos de grados con otros tipos
de conexiones establecidas en las diferentes guías de diseño y esto
permitirá generar una mayor cantidad y variedad de investigaciones
para comparar resultados e información.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Specification for Structural Joints Using High-Strength Bolts
December 31, 2009
AISC 341-05
Seismic Design Manual
AISC 360-10
Specification for Structural Steel Buildings
AISC Steel Design Guide 17
Higth Strength Bolts
Norma de Acero COVENIN - Mindur 1618-98
Estructuras de Acero para Edificaciones
Gutiérrez A., Arnaldo
Manual de Proyectos de Estructuras de Acero
SIDOR, Caracas. 1982
Gutiérrez A., Arnaldo
Catálogos de Productos y Tablas de Diseño
SIDETUR, Caracas 2005.
Ing. Maria Graciela Fratelli
Proyectos Estructurales De Acero
GUTIÉRREZ A., Arnaldo
Apuntes de Proyectos de Estructuras de Acero, UCAB
Semestre Octubre 2004 - Febrero 2005
Mc CORMACK, Jack C.
Diseño de Estructuras de Acero Método LRFD
Ediciones Alfaomega, S.A. de C.V., 1990
AISC 358-10
Prequalified Connections for Special and Intermediate Steel
Moment Frames for Seismic Applications
Sriramula Vinnkota, 2006
Estructuras de acero: comportamiento y LRFD
Segunda Edición.
Ingeniero Civil, Ph.D. Francisco Javier Crisafulli
Diseño sismorresistente de construcciones de acero