Espaciamento de remaches en vigas

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Espaciamento de remaches en vigas.

Las vigas de perfil comercial o vigas compuesta se fabrican con dos o mas piezas de material unidos entre si para formar tales vigas se construyen en una gran variedad de formas , con tal de satisfacer requisitos tanto estructurales como arquitectonicos. Para unir cada una de estas piezas se utilizan clavos ,remaches, tornillos, pernos, soldaduras o pegamentos. Cada uno de los eleme con los que se arma la viga soportan esfuerzos de corte en toda su longitud , pues se recuerda que estos tienden a deslizarse entre ellos, ademas tambien la relacion que esto tiene con el concepto de flujo de corte que se establecio anteriormente proporciona la magnitud de las fuerzas cortante en relacion la distancia horizontal.

El principal objetivo al hacer vigas con distintos elementos es que ésta se comporte como una viga

de un solo miembro, sin embargo, un gran obstáculo para cumplir esto es que los esfuerzos

horizontales afectan principalmente las uniones entre cada uno de los elementos. Al diseñar una

viga, se debe establecer el tipo de unión que se emplea, según sea el material y los distintos

requerimientos, por ejemplo, en una viga de madera regularmente se utilizan clavos para las

uniones y se debe conocer la resistencia que tienen estos clavos en relación con la fuerza cortante

longitudinal, que le afectará al momento de trabajar en la unión de una viga, es decir, la fuerza de

corte del clavo, en este caso.

Así pues, el espaciamiento queda definido de la forma siguiente:

e = FV /q

Es “e” el espaciamiento en unidades de longitud, FV la fuerza de corte que o el elemento que

sirve como unión y q el flujo de corte en el nivel de unión.

-Diseño de viga por flexión y por cortante.

Las vigas son elementos estructurales diseñados principalmente para soportar cargas

perpendiculares a sus ejes longitudinales. Hasta el momento, se ha considerado problemas de

análisis donde se dieron las dimensiones y forma de la viga y se calcularon los esfuerzos. Los

problemas de diseño utilizan los mismos conceptos estudiados hasta el momento, siempre y

cuando que la viga por diseñar sea de un material homogéneo y con comportamiento elástico

lineal, por lo que las vigas de concreto armado quedan fuera de este rango.

Conexiones típicas en estructuras de acero

El Manual del CBCA presenta distintos tipos de conexiones ordenados y clasificados según:

1.grados de rigidez (siguiendo AISC)

2.los medios de unión (soldados o apernados)

3.las solicitaciones

4.lugar de la ejecución: en Obra o en Taller.

Todas las variables mencionadas son relevantes en la toma de decisión del proyecto (análisis,

diseño y detallado), la fabricación, el montaje, la inspección y el control y el aseguramiento de la

calidad, partiendo por el concepto estructural. Las ventajas y desventajas de los medios de unión y

las preferencias de lugares de ejecución han sido comentadas, pero se deberán tener

especialmente en cuenta en consideración de las condiciones específicas y locales del proyecto,

como accesibilidad, transporte, visibilidad de la conexión, disponibilidad de talleres, mano de obra

calificada, equipamiento local y muchos otros largos de enumerar.

Por su parte, las Clases Teóricas desarrolladas para ALACERO por el Prof. S. Maino, ordena las

conexiones según los miembros conectados:

Viga con columna

Viga con viga

Columna con columna

Columna con fundación

Arriostramientos

Tubulares

Esta aproximación nos parece importante desde el punto de vista del proyecto, puesto que

permite visualizar la conexión no sólo como un punto crítico desde la perspectiva de la

estructuración del edificio si no como un nudo, visible (o no), puesto en el espacio y que forma

parte de la expresión de edificio.

Con el objeto de facilitar la comprensión de las conexiones, hemos organizado la presentación de

estas soluciones típicas a partir tres variables concurrentes que permitan seleccionar la conexión

deseada: por miembros que vincula (I.); por tipo de conexión (A) y según el medio de unión

utilizado (1). La idea es presentar, en esta primera oportunidad, algunas de las soluciones típicas

para los nudos que se señalan en el índice que presentamos a continuación. Sin embargo, en las

ediciones siguientes las iremos completando progresivamente, incorporando soluciones

estandarizadas que respondan a la clasificación y, asimismo, agregando nuevos detalles y ejemplos

que surjan de los propios proyectos comentados. Este índice se ordena como sigue:

CONEXIONES VIGA-COLUMNA

Las conexiones entre las vigas y las columnas son una de las conexiones más frecuentes en las

estructuras de acero y concebirlas y diseñarlas correctamente corresponde no sólo a una decisión

de cálculo estructural sino de manera muy significativa, a una decisión del proyecto y la

construcción. La conexión entre vigas y columnas se puede resaltar expresivamente en el edificio,

dependiendo de su visibilidad.

A. Conexiones de corte:

Ya hemos comentado los atributos de las conexiones de corte el documento Conexiones en

Acero… ¿apernadas o soldadas? Valga sólo agregar algunas consideraciones adicionales:

 Las conexiones de corte son muy utilizadas en las estructuras de acero.

 Se pueden materializar conectando sólo al alma del miembro soportado, dejando las a las

no conectadas.

 Las conexiones de asiento son las únicas que conectan a las alas del miembro soportado

 Los ángulos de las conexiones de corte se pueden conectar indistintamente por soldadura

o apernados.

 Las conexiones con ángulos simples tienden a tener menor capacidad de carga que las

conexiones con doble ángulo.

 Aunque las conexiones con planchas de corte son más económicas, su aplicación debe ser

evaluada cuidadosamente.

A continuación se presentan algunos ejemplos y soluciones típicas de CONEXIONES DE CORTE

VIGA-COLUMNA.

CONEXIONES VIGA-COLUMNA, DE CORTE APERNADAS

a) Con DOBLE ÁNGULO apernado en taller al alma de la viga y apernado en obra al alma de la

columna

Esta conexión es aplicable tanto para conexiones viga-columna como para conexiones de viga

(secundaria) a viga (principal). Se trata de una conexión de corte toda vez que los ángulos se fijan

al alma de la viga y transfieren la fuerza de corte.

Los ángulos son apernados al alma de la viga en taller.

Posteriormente, en obra, los ángulos son apernados al alma de la columna (o de la viga principal,

según corresponda).

Si la altura de la viga principal y de la viga secundaria coincide, se deben rebajar ambas alas de la

viga secundaria para permitir la nivelación superior de las alas. Si tienen altura diferente, bastará

con rebajar las alas superiores de la viga secundaria

Las perforaciones para los pernos se pueden desfasar o desplazar a fin de no quedar enfrentadas

para facilitar la instalación. Existe una cierta rotación debido a la separación entre las alas de la

viga y el alma de la columna debido a la flexibilidad del material de la conexión (ala sobresaliente

del ángulo).

En algunos casos se agrega un ángulo inferior para apoyar la viga, lo que facilita el montaje y

asegura la transmisión de las fuerzas verticales a la columna.

CONEXIONES VIGA-COLUMNA DE CORTE SOLDADAS

a) Con DOBLE ÁNGULO soldado en taller al alma de la viga y soldado en obra al alma de la columna

(o de la viga principal): (AISC d. 23 y 24)

Esta conexión es aplicable tanto para conexiones viga-columna como para conexiones viga a viga

(viga secundaria a viga principal). Se trata de una conexión de corte toda vez que los ángulos se

fijan al alma de la viga y la columna.

Los ángulos dobles son soldados en taller al alma de la viga

Si las alas de las vigas son muy anchas para calzar entre las alas de la columna se deberán rebajar

las alas de la viga.

Existe la posibilidad de cierta rotación entre la viga y la columna debido a la separación entre las

alas de la viga y el alma de la columna. Esto se debe a la flexibilidad del material de la conexión

(ala sobresaliente del ángulo conector).

La soldadura vertical transfiere las cargas del alma de la viga al alma de la columna.

La soldadura alrededor del perímetro del ala sobresaliente del ángulo de fijación inhibirá la

flexibilidad de la conexión.

La soldadura de retorno se dispone en la parte superior de cada angular

CONEXIONES VIGA-COLUMNA DE CORTE SOLDADAS O APERNADAS

a) Con DOBLE ÁNGULO - soldado en taller al alma de la viga y apernado en obra al alma de la

columna (o de la viga principal):

Esta conexión es aplicable tanto para conexiones viga-columna como para conexiones viga a viga

(viga secundaria a viga principal). Se trata de una conexión de corte toda vez que los ángulos se

fijan al alma de la viga y transfieren la fuerza de corte.

Los ángulos dobles se sueldan al alma de la viga en taller.

Si la altura de la viga principal y de la viga secundaria coincide, se deben rebajar ambas alas de la

viga secundaria para permitir la nivelación superior de las alas. Si tienen altura diferente, bastará

con rebajar las alas superiores de la viga secundaria.

Hecho lo anterior, se apernan los ángulos de la viga secundaria al alma la viga principal. Si se trata

de una conexión viga columna, se apernan al alma de la columna.

Igualmente, que en el caso anterior, es posible que exista una cierta rotación debido a la

separación entre las alas de la viga y el alma de la columna debido a la flexibilidad del material de

conexión (ala sobresaliente del ángulo).

b) Con PLANCHA EXTREMA DE CORTE soldada en taller al alma de la viga y apernada en obra al ala

de la columna:

Se trata de una conexión de corte ya que las alas de la viga no se aseguran para evitar la rotación

de la viga.

La plancha de cabeza se suelda al alma de la viga, habiendo hecho previamente las perforaciones

para pasar los pernos.

En obra se hace la conexión apernada a la columna.

c) Con PLANCHA DE CORTE SIMPLE (Single Plate) soldada en taller a la columna y apernada en obra

a la viga

Como se comentó anteriormente, esta es una conexión simple muy económica y es una conexión

de corte por cuanto la placa se fija al alma de la viga.

La plancha de corte es perforada o punzonada y luego soldada en taller al alma de la columna

Luego, es apernada al alma de la viga principal

d) Con ángulos soldados a las alas de la viga en taller y apernadas a la columna en obra:

Se trata de una conexión simple o de corte ya que los pernos que fijan el ángulo inferior (asiento) a

la columna trabajan al corte.

Los ángulos son perforados antes de ser soldados a las alas de la viga.

El ángulo inferior, denominado asiento es de mayor sección y espesor que el ángulo superior ya

que transfiere la reacción de la viga a la columna.

El ángulo superior otorga estabilidad a la viga.

A diferencia de otras conexiones, esta conexión no se hace alma sino a las alas de la viga.

Tanto el angular de asiento como el de estabilidad tienen acotados su espesor para permitir cierto

grado de rotación en la viga.

CONEXIONES DE MOMENTO

Las conexiones de momento proveen continuidad entre los miembros soportantes y los

soportados. Las alas del miembro soportado se fijan indistintamente a un elemento de conexión o

directamente al miembro soportante.

Por el momento presentaremos sólo las conexiones de momento viga columna soldadas o

apernadas

CONEXIONES VIGA-COLUMNA DE MOMENTO SOLDADAS O APERNADAS

a) Con planchas (cartelas) soldadas en taller a la columna y vigas apernadas en obra:

Se trata de una conexión de momento ya que las alas superiores e inferiores soldados a la

columna evitan la rotación del extremo de la viga.

La plancha de corte (single plate) se aperna en taller al alma de la viga.

Las planchas, superior e inferior, se apernan a las alas de la viga.

La plancha de corte es soldada al alma de la columna y trasfiere la fuerza de corte.

Las planchas evitan la rotación de la viga y transfieren los momentos a la columna.

b) Con plancha sobresaliente soldada en el extremo de la viga en taller y apernada a la columna

en obra:

Se trata de una conexión de momento ya que la mayor dimensión de la plancha soldada a la

cabeza de la viga evita la rotación del extremo de la viga y transfiere los esfuerzos de momento a

la columna.

La plancha de cabeza se perfora y se suelda en taller al extremo de la viga.

Las perforaciones en la columna se ejecutan en taller.

Las cartelas atiesadoras en la columna son soldadas en taller para transferir las fuerzas de las alas

de la viga.

CONEXIONES VIGA-VIGA

Las conexiones viga-viga son muy frecuentes en estructuras de acero y permiten aprovechar las

ventajas estructurales del acero aplicando de una modulación de columnas distanciadas

conectadas mediante vigas principales y conectar los componentes que conforman los planos de

piso directamente a las vigas principales.

CONEXIONES VIGA-VIGA DE CORTE APERNADAS

a) Con DOBLE ÁNGULO apernado en taller al alma de la viga y apernado en obra al alma la viga

principal

Esta conexión es aplicable para conexiones de viga (secundaria) a viga (principal), aunque también

se aplica en conexiones viga-columna, como se muestra en I.A.1. Se trata de una conexión de corte

toda vez que los ángulos se fijan al alma de la viga y transfieren fuerza de corte.

Los ángulos son apernados al alma de la viga en taller

Posteriormente, en obra, los ángulos son apernados al alma de la viga principal

Si la altura de la viga principal y de la viga secundaria coincide, se deben rebajar ambas alas de la

viga secundaria para permitir la nivelación superior de las alas. Si tienen altura diferente, bastará

con rebajar las alas superiores de la viga secundaria.

CONEXIONES VIGA-VIGA DE CORTE SOLDADAS O APERNADAS

a) Con DOBLE ÁNGULO - soldado en taller al alma de la viga secundaria y apernado en obra al

alma de la viga principal: (AISC d.21 y 22)

Esta conexión es aplicable tanto para conexiones viga-viga como para conexiones viga a columna,

Se trata de una conexión de corte toda vez que los ángulos se fijan al alma de la viga y transfieren

fuerza de corte.

Los ángulos dobles se sueldan al alma de la viga en taller.

Si la altura de la viga principal y de la viga secundaria coincide, se deben rebajar ambas alas de la

viga secundaria para permitir la nivelación superior de las alas. Si tienen altura diferente, bastará

con rebajar las alas superiores de la viga secundaria.

Hecho lo anterior, se apernan los ángulos de la viga secundaria al alma la viga principal.

Igualmente, que, en el caso anterior, es posible que exista una cierta rotación debido a la

separación entre las alas de la viga y el alma de la columna debido a la flexibilidad del material de

conexión (ala sobresaliente del ángulo).

b) Con PLANCHA DE CABEZA soldada en taller al alma de la viga secundaria y apernada en obra al

ala de viga principal:

Se trata de una conexión de corte ya que las alas de la viga no se aseguran para evitar la rotación

de la viga.

La plancha de cabeza se suelda al alma de la viga secundaria, habiendo hecho previamente las

perforaciones para pasar los pernos.

En obra se hace la conexión apernada a la viga principal.

c) Con PLANCHA DE CORTE SIMPLE (Single Plate) soldada en taller la viga principal y apernada en

obra al alma de la viga secundaria:

Como se comentó anteriormente, esta es una conexión simple muy económica y es una conexión

de corte por cuanto la placa se fija al alma de la viga.

La plancha de corte es perforada o punzonada y luego soldada en taller al alma de la viga principal

Luego, las vigas secundarias con las perforaciones hechas en taller, se fijan mediante pernos a la

plancha de corte que está soldada a la viga principal

CONEXIONES VIGA-VIGA EMPALMES DE MOMENTO APERNADO

Las conexiones de empalme de vigas son situaciones que se presentan con frecuencia en la

construcción de estructuras de acero debido a que las piezas se fabrican de largos establecidos por

razones comerciales y de transporte.

a) Empalme de momento apernado en obra (s. AISC d. 37 y 38)

Las planchas conectoras de las alas restringen la rotación, haciendo de esta conexión una conexión

de momento.

Todas las perforaciones de esta conexión se hacen en taller.

Asimismo, se hacen en taller las perforaciones de las alas y el alma de las vigas a conectar.

Las planchas de corte se apernan en obra a las alas superiores e inferiores.

Las dos planchas que fijan el alma de las vigas son responsables de transferir la fuerza de corte.

Los pernos que fijan las planchas de alma de la viga trabajan a corte

Las planchas que fijan las alas son responsables de transferir el momento de flexión.

* tornillos, barras roscada y remaches

Esta seccion se refiere al diseño de tornillos, barras roscadas y remaches, utilizados como conectores .

Los remaches fueron los elementos de union de estructuras de acero mas comunes en el sigle XIX y hasta mediados del XX, pero en la actualidad ean en contrucciones nuevas, ni en el taller ni en la obra, pues han sido sustituidos, con ventaja por la adura y los tornillos de alta resistencia . sin embargo , la importancia, cada que sea indispensable el conocimiento de las uniones remachadas .

A traves de esta tabla deducimos unas caracteristicas especifcas las cuales son :

Carga estatica unicamente

Se permite que la rosca este en los planos de corte

Cuando para unir miembros en tension se empleen conexiones por aplastamiento con tornillos o remaches colocados en una longitud, medida paralelamente a la direccion de la fuerza mayor que 1.25m. los valores tabulados se reduciran en 20%.

La Nomenclatura utilizada para designar a los tornillos y remaches es de la ASTM.

Estructuras que soportan gruas viajeras de mas de cinco toneladas de capacidad, uniones entre elementos que las soportan; uniones entre partes de la armadura de techo entre ellas y las columnas, uniones entre tramos de columnas, contraventeo de columnas y apoyo de las gruas

Conexiones para soportes de maquinas moviles u otras cargas vivas que produzcan impacto inversion de esfuerzos.

Conexiones en las que tonillos H-123 (ASTMA490) trabajan en tension , o tension cortantes combinados.

Conexiones en las que se usen agujeros sobredimensionados o alargados,excepto cuando se empleen especificamente para permitir movimientos

Cualquier otra conexion indicada en los planos de diseño.En los casos restantes , las conexiones pueden hacerse con tornillos H-118(ASTMA307) o de alta resistencia apretados al contacto.

Tamaños de los agujeros

a) Los tamaños máximos de los agujeros que pueden utilizarse en juntas remachadas o atornilladas. Los agujeros de placas de base de columnas pueden ser mayores si se requiere por las tolerancias admisibles en la colocación de anclas en cimientos de concreto reforzado.

b) Siempre se utilizarán agujeros estándar, excepto cuando el diseñador especifique, en conexiones atornilladas, el uso de agujeros sobredimensionados o alargados. En conexiones remachadas, no se permite el uso de agujeros sobredimensionados o alargados.

c) Los agujeros sobredimensionados pueden usarse en cualquiera o en todas las partes unidas en una conexión por fricción, pero su empleo está prohibido en conexiones por aplastamiento. Si las partes exteriores tienen agujeros sobredimensionados, deben colocarse roldanas endurecidas.

d) Los agujeros alargados cortos pueden usarse en cualquiera o en todas las partes unidas en una conexión por fricción o por aplastamiento. En conexiones por fricción los agujeros pueden tener cualquier dirección, pero en conexiones por aplastamiento su dimensión mayor debe ser perpendicular a la dirección de la carga. Si las partes exteriores tienen agujeros alargados cortos deben colocarse roldanas, las que serán endurecidas cuando los tornillos sean de alta resistencia.

e) Los agujeros alargados largos pueden usarse sólo en una de las partes comunes a cada superficie de falla individual, tanto en juntas de fricción como de aplastamiento. En conexiones por fricción los agujeros pueden tener cualquier dirección, pero en conexiones por aplastamiento su dimensión mayor debe ser perpendicular a la dirección de la carga. Cuando se usan agujeros alargados largos en una parte exterior, deben colocarse roldanas de placa o una solera continua, con agujeros estándar, de tamaño suficiente para cubrir por completo los agujeros alargados.

En conexiones con tornillos de alta resistencia, las roldanas de placa o las soleras continuas serán de acero de grado estructural, de no menos de 8 mm de grueso; no es necesario que estén endurecidas. Si en algún caso se requieren roldanas endurecidas con tornillos de alta resistencia, se colocarán sobre la cara exterior de la roldana de placa o de la solera.

-Agarres largos

Cuando la longitud de agarre de remaches, o tornillos de acero ASTM-A307, sea mayor que cinco veces su diámetro, su número se aumentará en uno por ciento por cada 1.5 mm de longitud adicional.

-Separaciones mínimas

La distancia entre centros de agujeros para remaches o tornillos, sean estándar, sobredimensionados o alargados, no será, en general, menor que tres veces el diámetro nominal del conector; de ser necesario, esta distancia puede disminuirse a 2 2 /3 veces el diámetro nominal.

Distancia mínima al borde

La distancia del centro de un agujero estándar al borde de una parte conectada no será menor que el valor aplicable,Si el agujero es sobredimensionado o alargado, la distancia del centro al borde de una parte conectada no será menor que la requerida para un agujero estándar, de acuerdo con la primera parte de esta sección, más el incremento C1.

Separación y distancia al borde máximas

La distancia máxima del centro de un tornillo o remache al borde más cercano de las partes en contacto será 12 veces el grueso de la parte conectada en consideración, sin exceder de 150 mm. La separación longitudinal entre conectores colocados en elementos en contacto continuo, consistentes en una placa y un perfil, o dos placas, será la siguiente:

a) Para elementos, pintados o sin pintar, no sujetos a corrosión, no excederá de 24 veces el grueso de la placa más delgada, o 300 mm.

b) Para miembros no pintados de acero intemperizable, sujetos a corrosión atmosférica, no será mayor que 14 veces el grueso de la placa más delgada, o 180 mm.