Uniones y Conexiones en Estructuras de Acero

UNIONES Y CONEXIONES EN ESTRUCTURAS DE ACERO Las estructuras de acero se clasifican principalmente en función de su rado de riide!" son #$sicamente tres% 

Cone&iones simples o de corte'



Cone&iones semi(r)idas *+R,'



Cone&iones r)idas *-R,'

-iura .'( Cone&iones T)picas'/CITA T)picas'/CITATION 0a12 3p 2 3n 3l 4156 7 *inl8 l8ss conn connec ectition on,, la com# com#in inac ació ión n de elem elemen ento toss estr estruc uctu tura rale less 9 Conexión *in elemen elementos tos de unión unión para para transm transmiti itirr fuer!a fuer!ass entre entre dos o m$s miem#ros miem#ros *AISC *AISC 2:1;41.1" traducción oficial al espa

#ordes" 9 >ue inclu9e las planc?as" anulares" pernos" remac?es 9 soldaduras empleados' Se clasifican en =untas sold/ CITATION 0a12 3l 4156 7adas 9 =untas empernadas 9 por nodo *inl8s connection assem#l9" assem#l9" node,' Las cone&iones se Clasifican por%    

rados de riide!' los medios de unión *soldados o apernados,' las solicitaciones' luar de la e=ecución% en O#ra o en Taller'

-iura 4'( Cone&ión de momento momento en pórticos/CITA pórticos/CITATION @EN.4 3p . 3n 3l 4156 7 Todas las aria#les mencionadas son releantes en la toma de decisión del pro9ecto *an$lisis" diseuipamiento local 9 muc?os otros laros de enumerar' enumerar' Otra clasificación e&istente tam#i8n es dada por el luar de unión%      

Bia con columna' Bia con ia' Columna con columna' Columna con fundación'  Arriostramientos' Tu#ulares'

CONEXIONES BIA‐COLU@NA

Las cone&iones entre las ias 9 las columnas son una de las cone&iones m$s frecuentes en las estructuras de acero 9 conce#irlas 9 dise
CONEXIONES DE CORTE  Las cone&iones de corte son mu9 utili!adas en las estructuras de acero' Se pueden materiali!ar conectando sólo al alma del miem#ro soportado" de=ando las alas no conectadas' Las cone&iones de asiento son las nicas >ue conectan a las alas del miem#ro soportado Los $nulos de las cone&iones de corte se pueden conectar indistintamente por  soldadura apernados' Las cone&iones con $nulos simples tienden a tener menor capacidad de cara >ue las cone&iones con do#le $nulo'  Aun>ue las cone&iones con planc?as de corte son m$s económicas" su aplicación de#e ser ealuada cuidadosamente'

 APERNADAS  Con do#le $nulo apernado en taller al alma de la ia 9 apernado en o#ra al alma de la columna' Esta cone&ión es aplica#le tanto para cone&iones ia ‐columna como para cone&iones de ia *secundaria, a ia *principal,' Se trata de una cone&ión de corte toda e! >ue los $nulos se fi=an al alma de la ia 9 transfieren la fuer!a de corte' Los $nulos son apernados al alma de la ia en taller' +osteriormente" en o#ra" los $nulos son apernados al alma de la columna *o de la ia principal" sen corresponda,'

Si la altura de la ia principal 9 de la ia secundaria coincide" se de#en re#a=ar  am#as alas de la ia secundaria para permitir la nielación superior de las alas' Si tienen altura diferente" #astar$ con re#a=ar las alas superiores de la ia secundaria *fiura ,'

-iura 2'( Detalle de cone&ión' /CITATION @EN.4 3p 2 3n 3l 4156 7

-iura '( Nielación de las alas de una ia' /CITATION @EN.4 3p 2 3n 3l 4156 7 Las perforaciones para los pernos se pueden desfasar o despla!ar a fin de no >uedar enfrentadas para facilitar la instalación' E&iste una cierta rotación de#ido a la separación entre las alas de la ia 9 el alma de la columna de#ido a la fle&i#ilidad del material de la cone&ión *ala so#resaliente del $nulo,'

-iura 5'( Detalle de cone&ión con apo9os inferiores en ia' /CITATION @EN.4 3p  3n 3l 4156 7 En alunos casos se area un $nulo inferior para apo9ar la ia" lo >ue facilita el monta=e 9 aseura la transmisión de las fuer!as erticales a la columna'

SOLDADAS  1.

Con doble ángulo soldado en taller al alma de la vga ! soldado en obra al alma de la "olumna #o de la vga $rn"$al%.



Esta cone&ión es aplica#le tanto para cone&iones ia ‐columna como para cone&iones ia a ia *ia secundaria a ia principal,' Se trata de una cone&ión de corte toda e! >ue los $nulos se fi=an al alma de la ia 9 la columna'



Los $nulos do#les son soldados en taller al alma de la ia'



Si las alas de las ias son mu9 anc?as para cal!ar entre las alas de la columna se de#er$n re#a=ar las alas de la ia'



E&iste la posi#ilidad de cierta rotación entre la ia 9 la columna de#ido a la separación entre las alas de la ia 9 el alma de la columna' Esto se de#e a la fle&i#ilidad del material de la cone&ión *ala so#resaliente del $nulo conector,'



La soldadura ertical transfiere las caras del alma de la ia al alma de la columna'



La soldadura alrededor del per)metro del ala so#resaliente del $nulo de fi=ación in?i#ir$ la fle&i#ilidad de la cone&ión'



La soldadura de retorno se dispone en la parte superior de cada anular'

-iura :'( Detalle de soldadura con do#le $nulo' /CITATION @EN.4 3p 5 3n 3l 4156 7

&.  

Con doble ángulo soldado en taller al alma de la vga ! a$ernado en obra al alma de la "olumna #o de la vga $rn"$al%. Los $nulos do#les se sueldan al alma de la ia en taller' Si la altura de la ia principal 9 de la ia secundaria coincide" se de#en re#a=ar am#as alas de la ia secundaria para permitir la nielación superior  de las alas' Si tienen altura diferente" #astar$ con re#a=ar las alas superiores



de la ia secundaria' Fec?o lo anterior" se apernan los $nulos de la ia secundaria al alma la ia principal' Si se trata de una cone&ión ia columna" se apernan al alma



de la columna' Iualmente" >ue" en el caso anterior" es posi#le >ue e&ista una cierta rotación de#ido a la separación entre las alas de la ia 9 el alma de la columna de#ido a la fle&i#ilidad del material de cone&ión *ala so#resaliente del $nulo,'

-iura G'( Detalle de soldadura con do#le $nulo" soldado en taller 9 apernado en o#ra' /CITATION @EN.4 3p : 3n 3l 4156 7

'.

Con $lan"(a e)trema de "orte soldada en taller al alma de la vga !  a$ernada en obra al ala de la "olumna.



Se trata de una cone&ión de corte 9a >ue las alas de la ia no se aseuran



para eitar la rotación de la ia' La planc?a de ca#e!a se suelda al alma de la ia" ?a#iendo ?ec?o



preiamente las perforaciones para pasar los pernos' En o#ra se ?ace la cone&ión apernada a la columna'

-iura 6'( Detalle de cone&ión con solo el alma soldada o apernada' /CITATION @EN.4 3p : 3n 3l 4156 7

*.

Con $lan"(a de "orte sm$le #sngle $late% soldada en taller a la "olumna ! a$ernada en obra a la vga. 

Como se comentó anteriormente" esta es una cone&ión simple mu9 económica 9 es una cone&ión de corte por cuanto la placa se fi=a al alma de la ia'

-iura H'( Detalle de cone&ión simple en ia(columna' /CITATION @EN.4 3p G 3n 3l 4156 7 

La planc?a de corte es perforada o pun!onada 9 lueo soldada en taller al alma de la columna'



Lueo" es apernada al alma de la ia principal

+.

Con ángulos soldados a las alas de la vga en taller ! a$ernadas a la "olumna en obra,



Se trata de una cone&ión simple o de corte 9a >ue los pernos >ue fi=an el $nulo inferior *asiento, a la columna tra#a=an al corte'



Los $nulos son perforados antes de ser soldados a las alas de la ia'



El $nulo inferior" denominado asiento es de ma9or sección 9 espesor >ue el $nulo superior 9a >ue transfiere la reacción de la ia a la columna'

 

El $nulo superior otora esta#ilidad a la ia'  A diferencia de otras cone&iones" esta cone&ión no se ?ace al alma sino a las alas de la ia'



Tanto el anular de asiento como el de esta#ilidad tienen acotados su espesor para permitir cierto rado de rotación en la ia

-iura .1'( Cone&ión simple con $nulos soldados en o#ras 9 apernados en o#ra' /CITATION @EN.4 3p G 3n 3l 4156 7

CONEXIONES DE -O-ENTO  Las cone&iones de momento proeen continuidad entre los miem#ros soportantes 9 los soportados' Las alas del miem#ro soportado se fi=an indistintamente a un elemento de cone&ión o directamente al miem#ro soportante' A continuación" se presentan alunos e=emplos 9 soluciones t)picas de cone&iones de momento ia ‐ columna' CONEXIONES VIGA COLUMA DE MOMENTO SOLDADAS O APERNADAS

.' Con planc?as *cartelas, soldadas en taller a la columna 9 ias apernadas en o#ra% Se trata de una cone&ión de momento 9a >ue las alas superiores e inferiores soldados a la columna eitan la rotación del e&tremo de la ia *-iura ..,'

-iura ..'( Detalle de cone&ión' /CITATION @EN.4 3p 6 3n 3l 4156 7'

4' Con planc?a so#resaliente soldada en el e&tremo de la ia en taller 9 apernada a la columna en o#ra%

Se trata de una cone&ión de momento 9a >ue la ma9or dimensión de la planc?a soldada a la ca#e!a de la ia eita la rotación del e&tremo de la ia 9 transfiere los esfuer!os de momento a la columna' La planc?a de ca#e!a se perfora 9 se suelda en taller al e&tremo de la ia' Las perforaciones en la columna se e=ecutan en taller' Las cartelas atiesadoras en la columna son soldadas en taller para transferir las fuer!as de las alas de la ia *-iura .4,'

-iura .4'( Detalle de cone&ión' /CITATION @EN.4 3p 6 3n 3l 4156 7 CONEXIONES BIA‐BIA

DE CORTE  .'

Con do#le $nulo ‐ soldado en taller al alma de la ia secundaria 9 apernado en o#ra al alma de la ia principal'

Esta conexión es apica!e tanto pa"a conexiones #i$a #i$a co%o pa"a conexiones #i$a a cou%na& Se t"ata 'e una conexión 'e co"te to'a #e( )ue os *n$uos se +i,an a a%a 'e a #i$a - t"ans+ie"en +ue"(a 'e co"te& Los *n$uos 'o!es se sue'an a a%a 'e a #i$a en tae"&

Si la altura de la ia principal 9 de la ia secundaria coincide" se de#en re#a=ar  am#as alas de la ia secundaria para permitir la nielación superior de las alas' Si tienen altura diferente" #astar$ con re#a=ar las alas superiores de la ia secundaria' Fec?o lo anterior" se apernan los $nulos de la ia secundaria al alma la ia principal' Iualmente" >ue" en el caso anterior" es posi#le >ue e&ista una cierta rotación de#ido a la separación entre las alas de la ia 9 el alma de la columna de#ido a la fle&i#ilidad del material de cone&ión *ala so#resaliente del $nulo,'

-iura .2'( Detalle de cone&ión Bia con Bia' /CITATION @EN.4 3p H 3n 3l 4156 7' 4'

Con planc?a de ca#e!a soldada en taller al alma de la ia secundaria 9 apernada en o#ra al ala de ia principal%

Se t"ata 'e una conexión 'e co"te -a )ue as aas 'e a #i$a no se ase$u"an pa"a e#ita" a "otación 'e a #i$a&

La planc?a de ca#e!a se suelda al alma de la ia secundaria" ?a#iendo ?ec?o preiamente las perforaciones para pasar los pernos' En o#ra se ?ace la cone&ión apernada a la ia principal'

-iura .'( Cone&ión simple de ia con ia' /CITATION @EN.4 3p H 3n 3l 4156 7' 2'

Con planc?a de corte simple *sinle plate, soldada en taller la ia principal 9

apernada en o#ra al alma de la ia secundaria' Como se comentó anteriormente" esta es una cone&ión simple mu9 económica 9 es una cone&ión de corte por cuanto la placa se fi=a al alma de la ia'

-iura .5'( Detalle de cone&ión' /CITATION @EN.4 3p .1 3n 3l 4156 7 La planc?a de corte es perforada o pun!onada 9 lueo soldada en taller al alma de la ia principal' Lueo" las ias secundarias con las perforaciones ?ec?as en taller" se fi=an mediante pernos a la planc?a de corte >ue est$ soldada a la ia principal'

DE -O-ENTO  Las cone&iones de empalme de ias son situaciones >ue se presentan con frecuencia en la construcción de estructuras de acero de#ido a >ue las pie!as se fa#rican de laros esta#lecidos por ra!ones comerciales 9 de transporte' .'

Empalme de momento apernado en o#ra'

Las planc?as conectoras de las alas restrinen la rotación" ?aciendo de esta cone&ión una cone&ión de momento' Todas las perforaciones de esta cone&ión se ?acen en taller'  Asimismo" se ?acen en taller las perforaciones de las alas 9 el alma de las ias a conectar' Las planc?as de corte se apernan en o#ra a las alas superiores e inferiores' Las dos planc?as >ue fi=an el alma de las ias son responsa#les de transferir la fuer!a de corte'

Los pernos >ue fi=an las planc?as de alma de la ia tra#a=an a corte Las planc?as >ue fi=an las alas son responsa#les de transferir el momento de fle&ión'

-iura .:'( Cone&iones apernadas' /CITATION @EN.4 3p .. 3n 3l 4156 7 CONEXIONES 0ASE‐COLU@NA Las columnas se definen #$sicamente como elementos >ue est$n sometidos a esfuer!os a&iales de compresión" aun>ue ocasionalmente sometidos a esfuer!os

?ori!ontales #vento ! ssmo% >ue pueden introducir solicitaciones importantes de tracción" fle&ión 9 ?asta torsión' En las estructuras de acero" las columnas se pueden formar a partir de las mltiples posi#ilidades 9 ariedades de perfiles conformados 9;o laminados 9 tam#i8n a partir de soluciones soldadas 9 de la com#inación de arias de estas alternatias' La eometr)a 9 disposición de las columnas depender$ de cada pro9ecto 9 del modelo estructural >ue lo ordene' To'as as cou%nas. in'epen'ientes 'e su 'ise/o. 'e!e"*n t"ans%iti" os es+ue"(os a te""eno a t"a#0s 'e as +un'aciones& En ese contexto. a conexión 'e a cou%na a a +un'ación es un ee%ento c"1tico en e 'ise/o est"uctu"a )ue tiene $"an i%po"tancia en e 'ise/o a")uitectónico&

+or tratarse de la trasmisión de caras a&iales de compresión en estructuras >ue en acero son usualmente es#eltas o mu9 es#eltas" ?a9 dos aspectos >ue se de#en tomar en consideración' El primero" >ue no ser$ tratado en profundidad en esta sección" es el pandeo" >ue puede ser lateral o por fle&ión' El pandeo lateral" corresponde a la caracter)stica >ue tienen los elementos es#eltos de despla!arse en el sentido transersal a la cara cuando 8sta supera un determinado alor' Otra forma de pandeo es el pandeo por  fle&ión *o pandeo de Euler,'  Am#as dependen de >ue se supere la llamada cara cr)tica" >ue es dependiente de la sección de la columna" de su lonitud o altura 9 de las cone&iones >ue se produ!can en sus e&tremos'

-iura .G'( Definición del laro li#re a pandeo SJ distancia entre los puntos sometidos a pandeo' Es comprensi#le >ue las secciones ro#ustas 9 los elementos menos laros est8n menos e&puestos a las deformaciones de pandeo >ue las secciones mu9 es#eltas' E&isten diersas estrateias para contrarrestar la e&cesia es#elte!" aparte de aumentar la sección de la columna' Entre ellas se cuentan las columnas de sección aria#le 9 las columnas de sección aria#le compuestas 9 las tensadas' El otro aspecto importante se refiere al pun!onamiento >ue" dada la es#elte! de la columna" 8sta puede e=ercer en su #ase so#re el elemento de cimentación >ue la reci#e' Las #ases de la columna tienen" pues" la función de ?acer la transición entre el acero 9 el ?ormión a fin de >ue no se so#repasen las tensiones admisi#les 9 >ue las caras erticales se distri#u9an de manera uniforme ?asta la fundación 9" a tra8s de ella" al terreno'

CONEXIONES R/IDAS 0 ARTICLADAS  La primera diferenciación >ue se de#e ?acer es si esta cone&ión corresponde a una cone&ión r)ida o a una cone&ión articulada' Es sa#ido >ue las cone&iones r)idas en la #ase son usualmente m$s costosas" entre otros aspectos" por>ue demandan una ma9or cantidad de material concurrente a la cone&ión" tanto en el acero como en la fundación'

Las cone&iones articuladas en la #ase ?an tenido importantes aplicaciones 9 se ?an diersificado desde las construcciones de las randes naes de las ferias internacionales 9 las randes estaciones del silo XIX' La aler)a de las @$>uinas *Dutert 9 Contamin" .66H, 9 la estación de Dresden *iese 9 Keidner  .6H6, son una #uena muestra de ello' Esta concepción" sin em#aro" ?a eolucionado 9 se la tecnificado 9 alierado muc?o' En los casos en >ue estas cone&iones >uedan a la ista" el impacto del diseuitectura' E&iste" sin em#aro" una ran cantidad de edificaciones en las >ue la cone&ión de las columnas a las fundaciones no participa en forma tan sinificatia en la e&presión del edificio' En esos casos" la solución m$s frecuente para conectar la #ase de una columna a sus apo9os es la instalación de una placa #ase soldada a la #ase de la columna' Esta placa" cu9a dimensión es ma9or a la sección de la columna" es usualmente soldada a la #ase de 8sta en taller' Su función" como est$ dic?o" es distri#uir so#re la #ase del ?ormión de la fundación la cara puntual de la columna' +ara lorar esto" la placa de#e de un espesor tal >ue permita" efectiamente" lorar este cometido'

-iura .6'( Detalle de cone&ión articulada' /CITATION @EN.4 3p .2 3n 3l 4156 7'

-iura .H'( Detalle de cone&ión articulada' /CITATION @EN.4 3p . 3n 3l 4156 7' La placa #ase tiene unas perforaciones >ue permiten la fi=ación de ella a la fundación mediante pernos de ancla=e >ue atraiesan la placa 9 se fi=an mediante tuercas' La posición de los pernos de ancla=e determinar$ si se trata de una cone&ión fi=a o articulada' La disposición de sólo dos pernos en el e=e de la columna permitir$ una rotación relatia en el sentido perpendicular al e=e de los pernos de ancla=e' +or el contrario"  o m$s pernos dispuestos en pró&imos a las es>uinas de la placa #ase" enerar$n una cone&ión m$s r)ida' +ara me=orar la riide! en la #ase se pueden incluir cartelas en los 8rtices de la columna *-iura 41,' Otra solución posi#le es arear una cartela ?ori!ontal puesta en una altura superior  a la placa #ase 9 conectar la columna mediante pernos >ue pasan tanto a tra8s de la placa #ase como de esta seunda cartela'

-iura 41'( Columna con placa #ase' /CITATION @EN.4 3p . 3n 3l 4156 7 Uno de los aspectos interesantes de comentar se refiere al proceso constructio' Con frecuencia" las #arras de ancla=e se instalan en la fundación antes de aciar el concreto" por lo >ue su posicionamiento 9 alineación es un aspecto >ue se de#e cuidar' +or otra parte" la nielación de la #ase de la fundación de#e ser perfecta de manera de aseurar una superficie de contacto continua 9 perfecta entre la placa #ase 9 el ?ormión' +or ello" se suele de=ar un espacio de 51mm *sen diseue se rellenar$ con un mortero tipo rout con posterioridad a la colocación de la columna' Este mortero autonielante 9 con aditios ocupa 9 rellena completamente el espacio entre la placa #ase un el concreto de la fundación *-iura 4.,' Ocasionalmente se instalan tuercas de nielación en las #arras de ancla=e por  de#a=o de la placa #ase' ir$ndolas 8stas permiten la nielación 9 apo9o transitorio de la columna antes de la e=ecución del mortero rout'

-iura 4.'( Detalle de ancla=e de columna' /CITATION @EN.4 3p .5 3n 3l 4156 7

-iura 4.'( Detalle de ancla=e de columna 9 placa #ase' /CITATION @EN.4 3p .5 3n 3l 4156 7 ESTRUCTURACIMN DE LA O0RA LA CEI0A Las cone&iones utili!adas en esta o#ra son nicamente simples 9a >ue no se re>uiere ninn esfuer!o de cara" ni est$n sometidas a momentos cr)ticos" por los >ue solo fueron soldadas en el alma de la ia' El acero de placas ser$ A 2: con un esfuer!o de fluencia m)nimo de 4521 ;cm4' Todos los electrodos ser$n EG1XX salo en los casos en >ue sold8 acero de refuer!o en cu9o caso los electrodos ser$n EH1XX" en am#os casos los electrodos cumplir$n con las normas de la AKS' El personal >ue interena en el proceso de soldadura de#er$ estar certificado'

-iura 44'( Detalle de Cone&ión Soldada Bia(Bia'

-iura 42'( Detalle de Cone&ión Soldada Bia(Bia

-iura 42'( Detalle de Cone&ión Soldada Bia(Columna

-iura 42'( Detalle de Cone&ión Soldada Bia(Columna

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