CONSTRUCCION DE ESTRUCTURAS DE ACERO DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA TIERRA INGENIERIA CIVIL CATEDRATICO: M.C ONESIMO LEZAMA CASTAÑEDA EXPOSITORES: LANZAGORTA CASTRO JUAN CARLOS OSCAR JESUS GARCIA DIEGO TEMA: PLACAS DIAS LUNES Y MARTES HORARIO: 12:00-13:00 PM
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¿QUE ES UNA CONEXIÓN? Una conexión es el conjunto de elementos que unen cada miembro estructural a la junta: placas o ángulos por patines o alma, soldaduras, tornillos.
CLASIFICACION Las conexiones se pueden clasificar de acuerdo a varios criterios. •
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Por tipo de conectores –
Remaches (en desuso)
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Soldadura
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Tornillos de alta resistencia ASTM A325 y ASTM 490
Por rigidez de la conexión –
Flexible
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Semi-rígida
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Rígida
Por elementos de conexión –
Ángulos
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Placas y ángulos
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Ángulos de asiento
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Perfiles Te
Para conectar dos miembros estructurales, a menudo es necesario utilizar elementos de conexión adicionales, los que incluyen ángulos, placas, y perfiles T.
PLACAS ESTRUCTURALES. ¿Que son las placas? En ingeniería estructural, las placas son elementos estructurales que geométricamente se pueden aproximar por una superficie bidimensional y que trabajan predominantemente a flexión. Y cuya superficie media es plana. Además son los elementos que gobiernan el comportamiento sísmico de la edificación, son las encargadas de rigidizar la estructura y de limitar las deformaciones laterales. Se consideran dos análisis en las placas: uno que contempla los efectos locales debido a cargas concentradas en zonas específicas de la placa (los encuentros con vigas) y otro que toma en cuenta el comportamiento de toda la placa, sometida a las cargas verticales y a los efectos producidos por el sismo. Durante el sismo la placa absorbe grandes momentos sísmicos y como la fuerza horizontal de sismo puede invertirse muchas veces durante el movimiento sísmico, será importante confinar el concreto en los extremos de las placas, porque allí las fuerzas de compresión serán grandes y además, estos extremos coinciden con los encuentros con vigas y actúan como columnas. Las placas o muros de corte son llamados así por el gran porcentaje del cortante basal que absorben, los muros de corte están sujetos a cargas axiales, de corte y flexión por lo tanto deben ser diseñadas para la acción combinada de estas.
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GRADOS DE ACERO PARA PLACAS La placa de acero se puede soldar, cortar, tratarse térmicamente y estar sujeta a otros procesos. Estas propiedades hacen que sea un artículo de fabricación valioso utilizado en muchas industrias. Un gran número de grados de acero estructural están disponibles para los perfiles, placas y perfiles huecos estructurales y tuberías en el mercado. •
ASTM A 36: El A 36 ha sido uno de los grados de acero primarios para todos los tipos de estructuras. Se han especificado mínimos de fy y fu de 36 y 58 ksi (2,530 y 4,080 kg/cm2). Casi todos los tamaños y tipos de perfiles y placas están todavía disponibles en él A 36 (excepto los perfiles IR, W ó H), aunque el esfuerzo de fluencia mínimo especificado baja a 32 ksi (2,250 kg/cm2) para espesores de placa de más de 8 pulgadas (203 mm).
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ASTM A 529: El A 529 es muy utilizado por la industria de la construcción metálica, también es un grado muy común para barras, perfiles como los ángulos, canales pequeños. El A 529 básico incluye grado 50 para los perfiles de ASTM en los grupos 1 y 2, placas de hasta una pulgada de espesor y 12 pulgadas de ancho y barras hasta 2-1/2 pulgadas de diámetro. fy y fu y los mínimos son de 50 y 70 ksi (3,515 y 4,920 kg/cm2).
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ASTM A 572: El A 572 está disponible en varios grados, dependiendo del tamaño del perfil y el espesor de la placa. Grado 50, con fy = 50 ksi y fu = 65 ksi (3,515 y 4,570 kg/cm2 respectivamente) está disponible en todos los tamaños de perfiles y espesores de placa hasta 4 pulgadas.
PLACA
DE ACERO INOXIDABLE
El acero inoxidable es una aleación que tiene un alto control de la tolerancia del espesor del producto acabado. La adición de cromo o níquel hace que sea resistente a la corrosión y a las picaduras. Tiene muchas aplicaciones en varias industrias.
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PLACA DE ACERO AL CARBONO •
El acero al carbono se ha designado más o menos como el acero que no es acero inoxidable. El hierro con carbono, como la principal adición, crea el acero de aleación.
PLACAS DE BASE PLACA BASE PARA COLUMNA •
Las placas base con elementos estructurales de conexión, que constituyen la interface entre las columnas de acero y la cimentación de concreto.
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Una placa base recibe las cargas de la columna de acero y las distribuye en un área mayor del concreto localizado bajo dicha placa. El área de distribución debe ser lo suficientemente grande para impedir que el concreto se sobres fuerce y se fractura por aplastamiento.
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Las fuerzas distribuidas en toda el área de la placa base ejercen presión sobre el concreto, que a su vez reacciona con una presión igual pero en sentido opuesto.
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Las placas base para columnas se encuentran sometidas a flexión en dos direcciones.
El esfuerzo de diseño por compresión en el área de apoyo de un cimiento de concreto o de mampostería, es mucho menor que el correspondiente a la base de acero de una columna. Cuando una columna de acero se apoya en la parte superior de un cimiento, o de una zapata aislada, es necesario que la carga de la columna se distribuya en una área suficiente para evitar que se sobres fuerce el concreto. Las cargas de las columnas de acero se transmiten a través de unas placas base de acero a un área razonablemente grande del cimiento que se localiza de dicha placa.
Las placas base de las columnas de acero pueden soldarse directamente a las columnas, o pueden ligarse por medio de alguna oreja de ángulo remachad o soldada. Entonces las columnas se montan y se conectan con el cabezal mediante tornillos de anclaje o anclas que pasan a través de las orejas de ángulos que se han soldado a las columnas en el taller. Una fase crítica en el montaje de un edificio de acero es el posicionamiento correcto de las placas base de la columnas. Si ella no está localizada en sus
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elevaciones correctas, serios cambios de esfuerzo pueden ocurrir en las vigas y columnas de la estructura de acero.
Para placas base de pequeños a mediano tamaño (de 20 a 22 pulg), aproximadamente placas niveladoras de ¼ pulg de espesor con las misma dimensiones que las placas base (o un poco mayores9 son enviadas a la obra y cuidadosamente enlechadas en lugar a las elevaciones apropiadas. Luego las columnas con las placas unidas a ellas se fijan sobre las placas niveladoras. Para placas base mas grades, de hasta 36 pulg, se usan algunos tipos de tuercas niveladoras para ajustar en dirección vertical las placas de base. Para garantizar estabilidad durante el montaje esas tuercas deben usarse en por lo menos cuatro pernos de anclaje.
Si las placas son mayores
base que
aproximadamente 36 pulg, las columnas con las placas base unidas a ellas son tan pesadas e incomodas de manejar, que es difícil embarcarlas juntas. Para tales casos las placas base se envían a la obra y se colocan antes de proceder al montaje de la estructura de acero. Ellas pueden nivelarse con partes de rellenos o cuñas. Para las placas sumamente grades con pesos de varias toneladas, pueden construirse marcos a base de ángulos para soportar las placas. Estos se nivelan cuidadosamente y se rellenan de concreto, que es enrasado a las elevaciones correctas y las placas base se apoyan directamente sobre el concreto.
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Entre la placa base y la cimentación de concreto, existe una plantilla de mortero que sirve como conexión para transmitir adecuadamente las fuerzas compresivas y también sirve para nivelar la placa base.es necesario que el mortero posea una resistencia a la compresión de al menos el doble de la resistencia del concreto en el cimiento. Otra función que desempeña la plantilla de mortero es la de asegurar un contacto completo entre las superficies de la placa base y de la cimentación. Con esto se garantiza que las cargas de las columnas se repartan uniformemente sobre toda el área de concreto. Cuando una columna se encuentra sometida a flexión de gran intensidad, una parte de la placa base ya no ejerce presión contra el concreto y es de ahí donde se presenta la tensión. Dicho momento puede resistirse mediante el desarrollo de un par de fuerzas, que son generados por el concreto (compresión) y las anclas (tensión). Estas últimas, son barras de acero embebidas en la cimentación y sujetadas a la placa base por medio de tuercas y rondanas. Cabe destacar que las rondanas no deben soldarse a la placa base, a menos que las anclas estén diseñadas para resistir cortante. El diseño de anclas es de suma importancia porque son las encargadas de resistir las fuerzas de tensión y transmitir el cortante al concreto, por lo tanto, el diámetro de las barras de anclaje debe ser el adecuado para evitar que estas fallen. De igual modo, la profundidad de empotramiento debe ser la suficiente para impedir que las anclas se zafen del concreto. El uso de cuatro anclas como mínimo, en las conexiones de columnas con placa base, se establece por la organización ocupacional safety and administración (OSHA).
EXISTEN TRES CASOS PRINCIPALMENTE, EN LOS QUE SE REQUIERE DEL DISEÑO DE PLACAS BASE PARA COLUMNAS DE ACERO. El primero de ellos es una columna cargada axialmente, figura (a).
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El segundo caso momento flector y
incluye carga axial, cortante, figura (b).
Esta situación se presenta principalmente en marcos resistentes a momentos y también en columnas sujetas a cargas excéntricas.
El tercer caso es el de placas base sometidas a carga axial y cortante, figura (c).
PLACA DE SOPORTE PARA VIGA Tienen la función de transmitir las fuerzas cortantes de las reacciones a los soportes. Estos soportes pueden ser vigas o columnas de concreto, ménsulas o muros. Los estados límites que deben verificarse en este análisis son: compresión en el soporte de concreto, cadencia local en el alma de la viga, aplastamiento del alma de la viga, y flexión en la placa de asiento.
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Cuando los extremos de una viga de acero se apoyan directamente sobre concreto, es necesario utilizar placas de soporte para distribuir las reacciones de la viga. El comportamiento de las placas de soporte para vigas es similar al comportamiento de las placas base para columnas. En el caso de las vigas, las reacciones en sus extremos se distribuyen uniformemente a través de la placa asentada sobre el concreto. Este a su vez reacciona contra la placa con una presión que tiende a doblar hacia arriba la placa y el patín inferior de la viga. La metodología de diseño de placas de soporte es parecida a la usada para las placas base. La diferencia más importante radica en que la flexión en las placas de soporte se da en una sola dirección. Además, para el diseño de estas placas debe considerarse la fluencia y el aplastamiento del alma de la viga.
Igual que las placas base para columnas, las placas de soporte son elementos importantes en las estructuras. Además de distribuir y transmitir las reacciones, estas placas aseguran una superficie de apoyo plana y nivelada para las vigas. Así pues, el diseño de placas de soporte debe realizarse de forma precisa.
CONEXIONES ATORNILLADAS •
Ventajas
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Rapidez en el atornillado y menor tiempo de ejecución de una obra
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No se requiere mano de obra especializada
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Inspección visual sencilla y económica
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Facilidad para sustituir piezas dañadas
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Mayor calidad en la obra
Desventajas –
Mayor trabajo en taller
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Cuidado en la elaboración de los planos de taller y de montaje
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Mayor precisión en geometría (las tolerancias son al milímetro)
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Mayor peso de la estructura menor amortiguamiento
A diferencia de las conexiones hechas con soldaduras de penetración completa o parcial, los modos de falla que pueden presentarse eventualmente en tornillos de alta resistencia, o en el material conectado de juntas y conexiones atornilladas y remachadas se detectan fácilmente debido a que son aparentes y visibles a simple vista. las formas típicas de falla son por:
LAS FORMAS TÍPICAS DE FALLA SON: • • • •
Cortante
Aplastamiento Desgarramiento
Sección insuficiente
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• FALLA DE LA PLACA POR CORTANTE
La falla de la placa por cortante se caracteriza por el desgarramiento del material enfrente del tornillo y se debe a una distancia insuficiente entre el agujero y el borde de la placa. FALLA POR APLASTAMIENTO:
APLASTAMIENTO EN EL TORNILLO PLACA
APLASTAMIENTO EN LA
En el caso de la falla por aplastamiento (compresión de la placa en el interior del agujero), la capacidad de los tornillos es mucho mayor que la de las placas, por lo que normalmente el aplastamiento ocurre en la placa y no en el tornillo. El esfuerzo de aplastamiento es igual a la carga transmitida por el tornillo dividida entre el área proyectada del agujero. El área proyectada es igual al diámetro del tornillo por el grueso de la placa.
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FALLA POR SECCIÓN INSUFICIENTE (SECCIÓN CRÍTICA)
La falla por sección insuficiente (sección crítica) se presenta exclusivamente en miembros en tensión. El diámetro de los tornillos y la separación de los agujeros influyen de manera importante, debido a que se reduce el área neta, lo que ocasiona que la resistencia disminuya y ocurra la ruptura de la placa en dos partes. Esta falla se puede evitar proporcionando una distancia suficiente entre centros de agujeros para tornillos y una distancia mínima al borde de la placa. El esfuerzo de tensión a través de la sección neta es igual a la carga que actúa en la conexión dividida por el área neta (área total menos la que ocupan los tornillos para los agujeros).
NORMATIVA Especificaciones de diseño •
Manual de diseño para la construcción con acero, AHMSA
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Manual de construcción en acero, IMCA
•
Specification for Structural Steel Buildings, ANSI/AISC
•
Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures, SEI/ASCE 7-10
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Manual of Steel Construction, LRFD/AISC
Reglamentos o códigos de construcción • Reglamento de Construcción del DF y sus NTC •
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Euro código 3 :Diseño de estructuras de acero
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Euro código 4: Diseño de estructuras mixtas de hormigón y acero
Bibliografia: http://www.gerdaucorsa.com.mx/articulos/Eleccion_del_Tipo_de_Acero_para_Estructuras.pdf http://www.mejorconacero.com/material-didactico/ http://www.construccionenacero.com/Paginas/Inicio.aspx
