CAPÍTULO II: CONEXIONES 2.1 TIPOS DE CONEXIONES

1 CAP TULO II: CONEXIONES TIPOS DE CONEXIONES El clasifica la construcci n en acero seg n la restricci n a la rotaci n que desarrollen sus CONEXIONES . Existen tres TIPOS b sicos de CONEXIONES viga-columna: cuando una conexi n cuenta con una resistencia completa a momento y, por lo tanto, a la rotaci n se le llama conexi n r gida, una conexi n que no opone ninguna resistencia a la rotaci n se conoce como simple y existe adem s otro tipo de CONEXIONES cuyas caracter sticas rotacionales caen en alg n punto entre las de los dos TIPOS antes mencionados; este tipo de CONEXIONES recibe el nombre de semi-r gidas. En la pr ctica resulta imposible lograr que una conexi n sea totalmente r gida o flexible [ ], es por esa raz n que para clasificarlas se ha considerado el porcentaje de restricci n total a momento-rotaci n que se desarrolla en la conexi n, de ah que se tengan las siguientes categor as: CONEXIONES completamente restringidas (llamadas tambi n de marco r gido o de marco continuo).

2 Se llaman as cuando stas permiten una plena continuidad entre los elementos estructurales, se tienen en esta categor a las CONEXIONES que provean una restricci n rotacional del 90% o mayor. Seg n el , este tipo de CONEXIONES se designan como Tipo FR (fully restraint). CONEXIONES de marco simple (llamadas tambi n como no restringidas o de extremo libre). Caen en esta categor a cuando la resistencia a momento-rotaci n es muy peque a, a tal grado que los ngulos originales de los miembros conectados pueden cambiar m s del 80%, para su an lisis se considera que stas transmiten nicamente cortante. Cuando se dise an vigas simplemente apoyadas se debe usar este tipo de CONEXIONES , sin embargo cuando se utiliza an lisis pl stico, stas resultan inapropiadas, ya que la continuidad es una de las suposiciones de las que parte la teor a del an lisis antes mencionado. stas CONEXIONES , empero, s podr an utilizarse para unir diferentes sistemas estructurales planos, si se combinan con sistemas de arriostramiento.

3 Este tipo de CONEXIONES se designan como de Tipo PR (partially restraint) por el Por disposici n del lrfd , es necesario que cuando se dise e utilizando estructuraci n simple se cumpla con las siguientes condiciones: a. Aunque las vigas no est n simplemente apoyadas, ellas deben ser capaces de soportar las cargas de gravedad como si ellas lo estuvieran. b. Las CONEXIONES y los miembros conectados deben ser capaces de resistir los momentos por viento. c. Las CONEXIONES deben tener suficiente capacidad rotacional inel stica para que los sujetadores o las soldaduras no queden sobrecargados bajo la acci n combinada de cargas por gravedad y viento. CONEXIONES de marco semi-r gido. En esta categor a se encuentra cualquier conexi n que provea del 20 al 90% de restricci n rotacional. Esto quiere decir, que en este tipo de CONEXIONES s existir cierta transmisi n de momento, la cual ser mayor a la que se de en las CONEXIONES simples, pero menor a la desarrollada por las CONEXIONES r gidas.

4 El lrfd las considera tambi n de Tipo PR y limita su uso para situaciones donde existe evidencia de que son capaces de resistir un cierto porcentaje del momento resistente que proporciona una conexi n completamente r gida. No deben utilizarse cuando en el dise o de la estructura se utiliz an lisis pl stico [ ]. L nea de la viga Consid rese una viga cargada como la de la Fig. sujeta a los momentos Ma y Mb en sus extremos y con pendientes a y b respectivamente. Los momentos necesarios en los extremos que hagan que a = b = 0 se designan como MFa y MFb. Fig. Momentos y rotaciones para las ecuaciones pendiente deflexi n (mostrados con signos positivos). Las ecuaciones pendiente-deflexi n son: baFaaLEILEIMM 24++= baFbbLEILEIMM 42++= resolvi ndolas para a y b se obtiene: )()(26 FbbFaaaMMMMLEI = )(2)(6 FbbFaabMMMMLEI + = sustrayendo la segunda ecuaci n de la primera se tiene que )(3)(3)(6 FbFababaMMMMLEI = y si se considera una carga sim trica, entonces Mb = - Ma, b = - a, MFb = - MFa lo cual, al sustituir en la ltima ecuaci n da que FaaaMMLEI = 2 o aFaaLEIMM 2+= a la cual se le llama ecuaci n de la l nea de la viga.

5 La Fig. muestra un diagrama de la ecuaci n de la l nea de la viga, as como el comportamiento momento-rotativo de las CONEXIONES Tipo FR y PR, as , la t pica conexi n r gida tendr a que soportar un momento M1 de alrededor del 90% de MFa; una conexi n simple tendr a que resistir nicamente un momento M2 del 20% o menos del momento MFa, y una conexi n semirr gida alg n momento M3 de valor intermedio. 1 Fig. Caracter sticas rotacionales de los TIPOS de CONEXIONES del AISC. 1 Tomada de Salmon, Charles G. y John E. Johnson. (1996). Steel structures: design and behavior 4th ed. Prentice Hall, New Jersey, CONEXIONES A CORTANTE SIMPLE. Este tipo de CONEXIONES se utiliza para conectar vigas simplemente apoyadas a otras vigas o al pat n o alma de alguna columna. El procedimiento de dise o se ha estandarizado en el manual lrfd en sus Tablas: 9-2, 9-3, 9-4 y 9-5 con los t tulos: CONEXIONES atornilladas usando ngulos dobles , Combinaci n de CONEXIONES atornilladas/soldadas usando ngulos dobles , Todas las conexi nes atornilladas/soldadas usando ngulos dobles y CONEXIONES a cortante con placa de extremo atornilladas/soldadas respectivamente.

6 En este tipo de CONEXIONES se requiere que los ngulos sean lo m s flexible posible [ ]. CONEXIONES de este tipo se muestran en la Fig. , los agujeros que se muestran como puntos negros s lidos se deben hacer en campo y los que se deben hacer en taller se simbolizan como c rculos sin rellenar, como los de la Fig. Fig. CONEXIONES a cortante simple con dos ngulos. La conexi n con una sola placa es una modificaci n a la conexi n de ngulos dobles, en la cual una placa se atornilla al alma de la viga y luego sta se suelda al pat n o alma de la columna con la cual se quiera conectar. Otra modificaci n es la conexi n con Te, donde el pat n de la Te estructural se atornilla al alma de la viga y, el pat n de la Te se utiliza para transmitir el cortante de la viga a la columna. El procedimiento de an lisis y dise o tanto para la conexi n con placa como para la conexi n con Te es pr cticamente el mismo que para CONEXIONES con ngulos dobles.

7 Una variante de la conexi n de placa arriba mencionada es la llamada conexi n de placa de cortante, la cual consiste en soldar una placa perpendicular al alma de la viga y luego atornillarla a la columna. Este tipo de conexi n resulta bastante econ mico para casos de cargas ligeras [ ]. En el caso de las CONEXIONES con ngulos dobles, se da pulg. de holgura entre el extremo de la viga y la columna para permitir la posibilidad de que la viga tenga un tama o diferente al especificado dentro de las tolerancias, sin que se tengan que hacer modificaciones adicionales. A veces se tienen que hacer cortes en los patines de las vigas que se conectan al alma de alguna otra viga donde los patines superiores de ambas vigas deben quedar al mismo nivel (como se muestra en la Fig. ). En este caso como la p rdida de secci n es en una zona donde el cortante es muy peque o, la reducci n en la resistencia a cortante resulta m nima, sin embargo se favorece la posibilidad de una falla por rezago de cortante a lo largo de la trayectoria que se especifica en la Fig.

8 El estado l mite de bloque de cortante puede regir en CONEXIONES cortas donde los tornillos no se encuentren distribuidos uniformemente a todo el peralte del alma de la viga, de hecho, el requiere la consideraci n de dicho estado l mite cuando alguno de los patines de una viga o ambos hayan sido cortados para llevar a cabo su conexi n si es que sta se conecta con tornillos; adem s de que por el corte se puede poner en riesgo la estabilidad local de la viga en la zona de la conexi n [ ]. DespatinadoTrayectoria potencial defalla por desgarramiento Fig. Falla por desgarramiento en extremos despatinados. Para determinar el n mero de tornillos a usarse en la conexi n se desprecia la excentricidad de la reacci n si han de usarse tornillos para unir los elementos, mientras que si se pretende usar soldadura, la excentricidad deber ser tomada en cuenta. El espesor de los ngulos o la placa se determina seg n la resistencia a bloque de cortante y stos deber n ser lo suficientemente gruesos para que no rija el aplastamiento, todo esto sin afectar las condiciones de rotaci n que se asumen cuando se dise a con este tipo de CONEXIONES .

9 Deformaci n por flexi n y resistencia de los ngulos que conectan. Un momento de extremo se desarrolla en la conexi n debido a la excentricidad, medida desde el centroide de la l nea de sujetadores A o de la soldadura A, con la que act a la reacci n, (ver Fig. o c). Este momento favorece el desarrollo de una fuerza de tensi n que act a en la parte superior de los ngulos, como se muestra en la Fig. Fig. Comportamiento de los ngulos en la zona de tensi n. En los ngulos, sta fuerza de tensi n T se considera como actuando en una viga de extremo empotrado para el caso de una conexi n atornillada y actuando en una viga de extremo libre en el caso de una conexi n soldada; en realidad, en ambos casos se da una condici n de extremo parcialmente restringida [ ]. En el caso de la conexi n atornillada se desarrolla mayor restricci n debido a la acci n de grapa causada por lo tornillos, mientras que en la soldadura este efecto es menor.

10 La deflexi n en el extremo en tensi n de los ngulos para una conexi n hecha con tornillos de alta resistencia se aproxima, seg n Salmon y Johnson [ ], a la de una viga con extremos fijos con una carga concentrada al centro de su claro g, EITg1923= ( ) mientras que para la conexi n soldada se considera una viga simplemente apoyada con una carga T a la mitad de su claro g, EITg483= ( ) La fuerza de tensi n T ser m xima cuando la parte superior del ngulo fluya, o sea que TMax = 2 Fyt por unidad de longitud en la parte superior e I = t3/12 por unidad de longitud, as las ecuaciones y se convierten en ()2333812/1922 EtgFtEtgFyy== ( ) y ()2333212/482 EtgFtEtgFyy== ( ) Es importante resaltar, como lo demuestran las f rmulas, que mientras m s libertad de rotaci n se requiera en la conexi n, m s delgados tendr n que ser los ngulos; adem s, si se usan ngulos gruesos podr a suceder que los esfuerzos en la parte superior de los ngulos pudieran estar por debajo de Fy, reduciendo as y la correspondiente rotaci n del extremo.