60100179-Conexiones-HSS.pdf

7/28/2019 60100179-Conexiones-HSS.pdf

1/34

Manual de uniones de HSS de Bull Moose Tube

Una compaa

1819 Clarkson RoadChesterfield, MO 63017(800) 325-4467Fax: (636) 537-2645www.bullmoosetube.comCorreo electrnico:[email protected]

Si desea mayor informacin,comunquese hoy mismo con suvendedor al(800) 325-4467 o al +1 (636) 537-2600desde el interior de los EE.UU.; desde elinterior de Canadmarque el (800) 882-4666

Toda la informacin aqu contenida se considera fidedigna conforme a los conocimientos disponibles al momento de su publicacin. Bull Moose Tube se reserva el derecho de cambiar las

especificaciones de sus productos sin previo aviso ni obligacin alguna.8/99


2/34

Prefacio..........................................................................................................................3Introduccin...................................................................................................................4

Nudos articulados: Armado con pernos ......................................................5Uniones para esfuerzo cortante: Unin de la columna HSS al perfil HEB ............... 6Soldaduras en el centro de la HSS .............................................................7Chapa de unin...........................................................................................8Mtodo de diseo: Chapa de unin a HSS .................................................11Carteleta angular ........................................................................................14Placa pasante ranurada..............................................................................15Las soldaduras se localizan cerca de la pared lateral de la HSS................15Uniones de doble ngulo.............................................................................16Perfil TD......................................................................................................17Angular de asiento ......................................................................................18Conectador de tecnologa avanzada para sistemas estructurales mayores 18

Uniones de cizallamiento simple: Unin de vigas y columnas HSS.......................... 19Unin por doble perfil TD ............................................................................19Unin de doble ngulo ................................................................................19Unin separada de doble ngulo.................................................................20

Nudos rgidos ................................................................................................................21Nudos rgidos: Unin de HSS a perfiles HEB ............................................................. 21

Vigas continuas 21Placas pasantes 22Chapas angulares .......................................................................................22Diafragmas 23Refuerzo de la cara de la columna 24Nudo rgido por refuerzo de las alas de una viga........................................26

Nudos rgidos: Unin de HSS a HSS ..........................................................................27Uniones escalonadas con b/D < 0.85..........................................................29Uniones donde b/D > 0.8 ............................................................................ 29

Uniones reforzadas para tubos.................................................................................... 31Rigidizador de placas 31Refuerzo por acartelamiento 31Elementos de unin ciegos.........................................................................32

Conclusiones................................................................................................................. 33Bibliografa..................................................................................................34

2


3/34

Prefacio

Este folleto no pretende tratar a fondo el tema de las secciones estructurales huecas (HSS), ya que a pesar de

que existe un gran nmero de criterios de diseo, la informacin se encuentra diseminada en fragmentos en la

literatura y no estaba disponible para los ingenieros al momento de la publicacin. Despus de la primera

impresin de este folleto, Bull Moose Tube Company, en colaboracin con el American Institute of Steel

Construction, Inc. o AISC (Instituto de la Construccin y el Acero de Estados Unidos), el Steel Tube Institute of

North America o STI (Instituto del Tubo de Acero de Norteamrica) y el American Iron and Steel Institute o AISI(Instituto del Hierro y el Acero de Estados Unidos) dise el libro intitulado Hollow Structural Sections -

Connections Manual (Secciones estructurales huecas: Manual de uniones), el cual fue publicado por el AISC.

Copias de este libro estn a su disposicin a travs de AISC.

El presente folleto se limita a las HSS rectangulares y cuadradas y no comprende investigaciones cientficas

exhaustivas ni los criterios aplicables a las HSS circulares. Y aun en el caso de las HSS rectangulares, gran

parte de la informacin se refiere a los diversos tipos de uniones para cerchas en donde las divisiones de carga

axial se sueldan directamente a las cuerdas tubulares o elementos principales. Adems, esta gua se limita a

los casos en los que la unin est diseada para transmitir momento y esfuerzo cortante en lugar de cargas

axiales.

La informacin presentada en esta publicacin ha sido redactada con base en principios de ingenieraconocidos y tiene fines informativos exclusivamente. Si bien esta informacin se considera fidedigna, no debeusarse ni ponerse en prctica en ninguna aplicacin especfica sin un anlisis profesional competente y laverificacin de su exactitud, aptitud y posibilidad de aplicacin por parte de un profesional titulado del rea deingeniera, diseo o arquitectura. La publicacin del material aqu contenido no tiene como objetivo ofrecerdeclaraciones de hecho ni garantas por parte de Bull Moose Tube Company de que la informacin es aptapara usos generales o especficos ni de que constituye una autorizacin para la infraccin de patentes. Todapersona que haga uso de esta informacin asume las responsabilidades derivadas de dicho uso.

Es importante proceder con precaucin al usar especificaciones y cdigos creados por otros organismos eincorporados en el presente por su sola mencin, ya que esta informacin puede ser corregida o enmendadasegn corresponda con posterioridad a la publicacin de esta edicin. Bull Moose Tube Company no se haceresponsable de esta informacin ms all de citarla e incorporarla por su sola mencin al momento de laprimera impresin de esta edicin.

3


4/34

Introduccin

Las secciones estructurales huecas (HSS) no slo tienen una capacidad superior de compresin y una belleza

esttica natural, sino que adems son una opcin excelente como columnas, cerchas y armazones para

edificios. Debido a estos atributos, el uso de HSS contina incrementndose en Estados Unidos y el resto del

mundo. Sin embargo, los diseadores y fabricantes que nunca han trabajado con HSS an se expresan con

incertidumbre acerca de las uniones de stas. Con esto en mente, Bull Moose Tube reconoce que las uniones

de las HSS exigen criterios especiales de diseo a fin de lograr eficiencia en la construccin y minimizar loscostos.

La unin de vigas a columnas HSS se puede clasificar en dos categoras generales. Una de estas categoras

es la unin directa en donde la viga se suelda a una de las caras de la columna. Muchas veces esto resulta en

la unin de dos HSS, aunque las vigas de perfil HEB o de forma diversa se pueden soldar a la cara de la

columna. La otra categora es la de elementos de unin que se usan a fin de permitir el remache simultneo de

las piezas del armazn en la zona de construccin. ste es con mucho el mtodo ms econmico de conectar

las HSS y otros elementos de forma abierta. De hecho, las uniones estndar remachadas que funcionan tan

bien para los perfiles abiertos que muchas veces tambin son aptas para las HSS. En el caso de uniones

sencillas en las que slo se necesita resistencia al esfuerzo cortante, las HSS cuentan con el mismo tipo de

elementos de unin que las piezas de perfil HEB. De hecho, las tablas de carga de las Uniones para

cizallamiento simple de las Especificaciones de diseo de factores de resistencia y carga se deben aplicar de la

misma manera a las columnas HSS que a las vigas de perfil HEB. Por esta razn, el costo de las uniones

sencillas para HSS es por lo general equivalente al de las piezas de perfil HEB.

4


5/34

Nudos articulados: Armado con pernos

En condiciones prcticas, resulta difcil y costoso soldar uniones entre dos tubos. Por consiguiente, es

importante tener nudos articulados semejantes a los que se usan en las columnas de perfil HEB a fin de facilitar

el levantamiento en condiciones prcticas. Los mtodos de clculo que se aplican a las uniones remachadas

entre secciones huecas son bsicamente iguales a los que se aplican a otros tipos de uniones en

construcciones convencionales de acero. Sin embargo, el mtodo de clculo para los perfiles cerrados en

algunos casos exige un enfoque especial.

Cuando se trata de una funcin sencilla de soporte, las uniones deben tener cierto grado de flexibilidad a fin de

permitir la rotacin del extremo de la viga a medida que sta se desva al soportar la carga. Las uniones de

momento completo, las cuales evitan la rotacin del extremo de la viga en relacin con la columna, exigen una

transferencia de momento mayor a la columna a una mayor rigidez de la unin.

Sin embargo, la mayora de las uniones que se describen en esta seccin se consideran uniones articuladas o

semi-articuladas. Casi siempre existen dos alternativas para efectuar las uniones articuladas.

La articulacin se ubica en el eje "a" y se fija ligeramente a la viga con una serie apropiada de pernos;

el momento producido o M2 acta sobre la viga.

Cuando la articulacin se ubica en el eje "b" (fijada con un solo perno, por ejemplo), la columna

reacciona al momento o M2.

La Figura 1 ilustra la organizacin bsica de una unin convencional que indica las posibles condiciones de

carga y las notas pertinentes.

Q: Reaccin vertical en el punto de apoyo

H: Reaccin horizontal

M1: Momento flector transmitido por la viga

M2: Momento de flexin debido a la exentricidad de la unin: M2=Q.e

Figura 1. Condiciones de carga para uniones sencill as.

5


6/34

Uniones para esfuerzo cortante: Unin de la columna HSS al perfil HEBi

Uno de los principales criterios de diseo de este tipo de armazones es la unin de campo de las vigas y las

columnas. Por lo general, en el taller se suelda una unin sencilla a la viga o columna que se remacha en el

campo. El mtodo ms econmico consiste en emplear una unin sencilla que transmita el esfuerzo cortante

con un momento mnimo. La unin sencilla satisfactoria para vigas de perfil abierto y columnas de seccin

hueca debe cumplir los siguientes requisitos:

1). Una resistencia adecuada al esfuerzo cortante a fin de soportar la reaccin de la viga.

2). Una flexibilidad suficiente de manera que el momento flector transmitido a la columna sea

mnimo.

3). Capacidad de soportar momentos leves sin ruptura de la unin ni de los conectadores.

4). Una configuracin que no cause la deformacin excesiva de la pared columnar.

5). Detalles razonablemente limpios y econmicos para el fabricante.

La prctica comn para las uniones sencillas en el campo consiste en soldar en el taller los elementos de unin

a la viga o columna y terminar la unin en el campo con pernos. A travs de los aos se ha desarrollado una

variedad de uniones sencillas estndar para columnas de perfiles HEB, pero la mayora de ellas tambin han

sido adaptadas para las columnas HSS. Entre estas uniones se encuentran las siguientes:

Doble ngulo

Perfil TD

Carteleta angular

Angular de asiento

Chapa de unin o placa de orejuelas

Placa de cabeza

Conectador de tecnologa avanzada para sistemas estructurales mayores (autoguiados)

6


7/34

Excepto en el caso de los asientos de viga, el elemento de unin se fija a la red de la viga. Sin embargo, si la

viga tiene soldado un casquillo ciego para perfiles estructurales TD, estas uniones se pueden usar con vigas

tubulares a fin de que el vstago funcione de manera semejante a la red de un perfil HEB. Las uniones se

deben disear a fin de disminuir al mnimo las cargas secundarias, sobre todo haciendo coincidir en el mismo

punto las lneas centrales de la cuerda y los elementos de la retcula. En el caso de los elementos estructurales

principales, es aconsejable instalar las redes de manera simtrica en relacin con el plano medio de estos

elementos a fin de fijarlos tambin simtricamente.

Soldaduras en el centro de la HSS

Los dos tipos de uniones que presentan soldaduras cerca del centro de la cara de la HSS, la chapa de unin y

la carteleta angular, se tratarn en detalle en las pginas siguientes. El patrn correspondiente de soldadura se

ilustra en la Figura 2

Figura 2. soldaduras de la chapa de unin y carteleta angular.

7


8/34

Chapa de unin

Uno de los mtodos ms eficientes y econmicos de unir una viga a una columna tubular es por chapa de

unin. Las investigaciones recientes efectuadas por el Dr. Donald Sherman de la Universidad de Milwaukee,

Wisconsin, sealan claramente que las chapas de unin representan un medio seguro y econmico para unir

vigas a columnas tubulares. De hecho, estas investigaciones sealan que muchas veces las uniones por placas

en serie son innecesarias y que pueden evitarse si se consideran ciertos criterios. El objetivo principal de las

investigaciones del Dr. Sherman consisti en desarrollar normas de diseo para chapas de unin paracolumnas HSS y establecer las limitaciones de este tipo de uniones. El estudio concluy que las chapas de

unin no disminuyen la capacidad de las columnas comparado con las placas pasantes y que la fijacin con

pernos tiene un impacto mayor que el tipo de unin. Esta conclusin se ilustra en la Grfica 1.

Grfica 1. Prueba de columna de la chapa de unin.

8


9/34

El estudio de cualquier tipo de unin empieza con la identificacin de las modalidades de falla crtica que

ocurren en condiciones de carga extrema. Estas modalidades son: 1) ruptura tangencial de los pernos; 2)

relajamiento del rea principal de la placa; 3) fractura del rea de la placa de la red; y 4) ruptura por carga del

juego de la red de vigas. A fin de evitar la ruptura tangencial de los pernos, se ha establecido una relacin entre

el dimetro de los pernos y el espesor de la chapa de unin segn la siguiente frmula:

p chapa de unin dperno/2 + 1/16

As mismo, el espesor de la chapa de unin se limita a 9/16" o menos. Si se tienen en cuenta estos puntos,

existen ciertas combinaciones del espesor de la HSS y la chapa de unin y el dimetro de los pernos. Estas

combinaciones se resumen en la Tabla 1 a continuacin.

tHSS tchapa de unin tpernos

3/16 5/16 3/4, 7/8, 11/4 7/16 3/4, 7/8, 1

5/16, 1/2, 5/8 7/16 3/4, 7/8, 1

1/2 7/8, 1

9/16 1

Tabla 1. Combinacin de los parmetros de uni n de las chapas de uni n.

Otro de los criterios que es necesario tener en cuenta al analizar la ruptura de las uniones de las columnasHSS es la limitacin extra debida a la pared tubular flexible. En este caso, la pared tubular puede sufrir ruptura

por flexin causada por la formacin de una lnea de relajamiento o por ruptura tangencial de punzonamiento.

La Figura 3 ilustra el mecanismo de formacin de la lnea de relajamiento. Sin embargo, debido a que la

profundidad de la chapa de unin es mucho mayor que su espesor, es posible que se produzca una

deformacin unitaria en el borde de la placa, lo cual causara una ruptura localizada en la que la placa se

desprendera de su lugar o perforara la pared tubular. Esto ocurrira antes de que se formara un nmero

suficiente de lneas de relajamiento para causar ruptura.

9


10/34

Figura 3. Ruptura por lnea de relajamiento. Figura 4. Ruptura tangencial de punzonamiento.

La Figura 4 ilustra la ruptura tangencial de punzonamiento. En este caso, la ruptura se define como el punto en

el que la carga aplicada supera la resistencia tangencial de la pared tubular alrededor del permetro de la

chapa de unin. Para prevenir este tipo de ruptura, el espesor de la pared tubular debe superar una fraccin de

espesor de la chapa de unin de manera que sta se relaje antes de que la pared tubular se fracture

tangencialmente. A continuacin se plantea la ecuacin para el espesor de la pared tubular, la cual se aplica

conjuntamente con la ecuacin de ruptura tangencial de los pernos para crear la Tabla 1.

Fy (chapa de unin) t (chapa de unin) 1.2 Fu (HSS) t (HSS)

En el caso de las uniones que sufrieron ruptura durante el estudio del Dr. Sherman, todas sufrieron

relajamiento tangencial del rea principal de la chapa de unin. Sin embargo, todas las uniones mostraron laposibilidad de mltiples tipos de ruptura. Para evitar la posibilidad de ruptura de la soldadura, se recomienda

que la HSS se suelde conforme a las normas de la Seccin D1.1 de la AWS, las cuales contemplan prcticas

ptimas de soldadura.

La existencia de momento localizado es un criterio importante para el diseo de los elementos de unin. El

momento que se produce en la unin depende de la excentricidad de la reaccin, la cual se define como la

distancia de la cara de la columna HSS al punto del momento de cero flexin. Se ha demostrado que esta

excentricidad es menor de tres pulgadas, es decir, la distancia entre la lnea de soldadura y la lnea de pernos,

excepto cuando se usa una viga flexible con la cara ms rgida de la columna HSS (b/t) = 8. As mismo, se ha

demostrado que el espesor mnimo de la cara de la columna debe guardar relacin con el espesor de la chapa

de unin a fin de forzar el relajamiento de la unin en lugar de permitir la posible ruptura tangencial de

punzonamiento de la cara de la columna. Se sabe que la excentricidad de la reaccin aumenta con el nmero y

tamao de los pernos y el espesor de la placa. Posteriormente se plante una ecuacin emprica para el

clculo de la excentricidad:

( ) (inchespl

ddLtw

twt

e3.1

35.108.0

= )

10


11/34

Con base en los resultados de las intensas investigaciones sobre chapas de unin, el Dr. Sherman refin el

mtodo de diseo para estas uniones y estableci las siguientes reglas bsicas:

Especificaciones generales (chapas de unin )

- Si la chapa de unin se encuentra en el extremo de un elemento largo no arriostrado, es necesario establecer

un punto arriostrado cerca de la chapa de unin.

- El rea de la pared tubular que se habr de soldar debe estar libre de batiduras y precalentarse en cierto

grado antes de proceder con la soldadura.

- La soldadura es en ngulo y se efecta a lo largo de ambos lados de la placa; adems, debe terminarse

inmediatamente antes del extremo superior de la chapa de unin.

- Queda a criterio del diseador el emplear tubos con un ndice de anchura a espesor mayor. Sin embargo, se

recomienda lo siguiente: yFtb 253<

- El diseo debe aplicarse tanto a los pernos apretados al par de torsin especificado como a los pernos

apretados al ras.

Mtodo de diseo: Chapa de unin a HSSii

1). Calcule el nmero de pernos necesarios para soportar la fuerza cortante. Suponga que la fuerza acta en la

lnea de pernos:

vr

Rn=

2). Calcule el espesor mximo permitido de la chapa de unin a fin de asegurar el relajamiento de la chapa de

unin antes de que ocurra la ruptura tangencial de punzonamiento de la pared tubular:

ply

Ftwu

F

twt

plt

2.1

3). Calcule la longitud o el espesor necesario de la chapa de unin a fin de soportar la fuerza cortante.

plt

ply

F

Rpl

d4.0

11


12/34

4). Calcule la excentricidad de la reaccin.

a). Determine "e":

( )

3.135.108.0

=

pld

d

L

tw

twt

e

b). Si e< 3, el punto de excentricidad se encuentra entre la lnea de pernos y la lnea de soldadura.

25.2' ==w

eb

e

c). Si e >3, el punto de excentricidad se encuentra fuera de la lnea de pernos.

( ) 31 = nb

e

nw

e =

5). Vuelva a calcular la capacidad del juego de pernos con la Tabla XI del Manual AISC-ASD:

vrC

bR =

dondeb

eL =

6). Vuelva a calcular la longitud o el espesor de la chapa de unin con base en el factor de reduccin, el cualcontempla la reduccin de la capacidad de resistencia al esfuerzo cortante debido a la distorsin de la pared

tubular:

plt

ply

F

Rpl

d

4.0

donde 80.0= si 3e y 15tb

para todos los casos00.1=

7). Verifique que no existan fracturas a lo largo de la seccin de la red:

( )( )

+=

plu

Fpl

tb

dnpl

dns

R 3.0161

12


13/34

8). Calcule las dimensiones de la soldadura en dieciseisavos a fin de determinar la capacidad de resistencia al

esfuerzo cortante de la chapa de unin con la Tabla XIX del Manual AISC-ASD:

=

pldC

plR

D

donde aL = ew. Las dimensiones de la soldadura no deben ser mayores de 0.75 tpl.

9). Verifique la capacidad de carga del juego de pernos:

nb

dpl

tpl

uF

bP

= 2.1

10). Si la viga est recortada, verifique que no existan rupturas tangenciales de bloque.

13


14/34

Carteleta angular

La carteleta angular ilustrada en la Figura 5 es una manera ms de remachar las columnas HSS a las vigas.

Los ngulos sencillos son muy fciles de soldar en el taller, ya que slo se necesita colocar los pernos a corte

sencillo en la unin. El ngulo crea un momento excntrico en la unin, lo cual puede influir en el diseo de los

elementos de fijacin. La cantidad de momento que se crea en el ngulo se puede aproximar mediante la

ecuacin m = R*e, donde "R" representa el corte de la reaccin y "e" representa la excentricidad de la misma.

La excentricidad de la reaccin depende de varios factores, como el nmero de pernos, las dimensiones y elmaterial del ngulo.

A fin de permitir la flexibilidad necesaria, no debe haber soldaduras en la parte superior ni en el taln del

ngulo; esto se aplica a los ngulos soldados a las columnas HSS y del perfil HEB. Para evitar que la viga se

vuelque, la distancia del centro del perno superior al centro del perno inferior debe ser igual o superior a la

mitad de la distancia T del elemento apoyado.iii

Por consiguiente, la carteleta angular se considera ms complicada que la chapa de unin debido a la

complejidad de la excentricidad. Sin embargo, la distorsin de la pared para la HSS debe ser menor que para la

chapa de unin debido a que una parte de la fuerza se transmite a la soldadura cercana a la pared lateral. Por

lo tanto, como se ilustra en la Figura 3, no se produce ningn mecanismo causante de lneas de relajamiento

que pueda causar la ruptura de las chapas de unin, as que la resistencia de la columna HSS no debe resultar

afectada.

Los mtodos bsicos de diseo para seleccionar carteletas angulares se encuentran en la Tabla XII de las

Especificaciones de diseo de factores de resistencia y carga y se aplican tambin a las columnas HSS.

Figura 5. Carteleta angular.

14


15/34

Placa pasante ranurada

La Figura ilustra la placa pasante ranurada. 6. La placa pasante ranurada es el tipo de unin sencilla ms rgida

de todas debido a la menor flexibilidad que permite entre la placa y la pared columnar, aunque tambin es la

ms costosa de fabricar. Por otro lado, las placas pasantes ranuradas minimizan la deformacin de las

columnas en el punto de unin y el comportamiento de la unin es prcticamente independiente de las

dimensiones transversales de la columna.

Figura 6. Placa ranurada

Las sol daduras se lo calizan cerca de la pared lateral de la HSS.

Las uniones de doble ngulo, las uniones en T y las uniones de asiento se fijan a la columna mediante

soldaduras verticales por los dos bordes de los elementos de unin. Esta caracterstica se ilustra en la Figura.

7. Si los elementos de unin no son del mismo ancho que la HSS, las soldaduras se ubican en la pared plana

de la seccin cercana al ngulo. Por otro lado, si el ancho de los elementos equivale al de la HSS, ser

necesario efectuar soldadura en U con borde expandido. En el caso de las uniones de doble ngulo, uniones

en T y uniones por asiento de viga, la anchura del elemento debe ser ligeramente menor que la anchura de la

pared.

Figura 7. Soldaduras cerca de la pared lateral.

15


16/34

Cuando se aplican uniones con soldaduras laterales, la distorsin local de la cara de la HSS no representa un

criterio de diseo; adems, debido a que el momento terminal de la unin es pequeo, la compresin de la

pared lateral no constituye un factor crtico. El criterio de resistencia adicional primaria para el uso de estas

uniones es que las soldaduras queden cerca de los ngulos que han sido trabajados en fro intensamente

conforme al proceso directo de fabricacin. Muchas veces esto aumenta las propiedades de traccin del acero

en ms de un 50%, compensando as la prdida de resistencia a la traccin causada por el rea de soldadura.

El criterio para usar estas uniones con columnas HSS es la flexibilidad rotatoria. En la prctica, estas unionesse consideran como uniones articuladas para el anlisis estructural. Cuando se usan con columnas de perfil

HEB, las soldaduras se orientan hacia los bordes flexibles de las alas que no se apoyan directamente en la red,

mientras que en las HSS las paredes laterales ofrecen la rigidez necesaria para la cara del tubo en las

soldaduras. Debido a que se supone que gran parte de la distorsin de la unin ocurre en los mismos

elementos de unin, an debe existir flexibilidad entre stos y las columnas HSS. De hecho, no se prev que ni

la resistencia ni la flexibilidad de la unin constituyan un factor crtico o necesario para las columnas HSS.

Uniones de doble ngul o

Es posible que la unin ms apropiada en trminos generales sea la unin tradicional de doble ngulo que se

ilustra en la Figura. 8. Este tipo de unin ofrece la resistencia de los pernos en un corte doble combinada con

una excelente flexibilidad; adems, debido a su simetra, esta unin permite evitar la torsin lateral. Los

fabricantes tienen la opcin de seleccionar ngulos detallados estndar de las existencias de almacn en lugar

de preparar componentes especiales, como las T. Si usted es ingeniero, consulte el manual de

Especificaciones de diseo de factores de resistencia y carga para uniones de cizallamiento simple para

seleccionar el ngulo apropiado con base en las condiciones de carga y el tamao de los pernos. La unin se

efecta soldando en el taller los dos ngulos verticales a la columna con un retorno corto a lo largo de la parte

superior del ngulo de doble tamao comparado con el ancho de la soldadura, para despus completarla en elcampo remachndola a la red de la viga.

Figura 8. Doble ngul o.

16


17/34

Perfil TD

La Figura 9 ilustra una unin formada por un perfil TD soldado a lo largo de los bordes de las dos alas de la

columna HSS. El perfil TD est descentrado, lo cual permite centrar la red de la viga en la cara de la columna. iv

Esto a su vez permite remachar fcilmente en el campo la viga al perfil TD. Este tipo de unin permite una

rotacin razonable sobre la distorsin del perfil y no induce una fatiga intensa ni distorsiones en la pared

columnar HSS comparada con la chapa de unin. El comportamiento bsico de este tipo de unin es un tanto

semejante a los ngulos estructurales convencionales, aunque es ms rgida debido a la continuidad de lasalas del perfil TD a travs de la cara de la HSS. Muchas veces, White y Fang sugieren una raznvmnima de

anchura a espesor. No est de ms mencionar nuevamente que la diferencia principal radica en la ubicacin de

la soldadura y la excentricidad de la unin. La Tabla XI de las Especificaciones de diseo de factores de

resistencia y carga lista la resistencia de perfiles TD.

Figura 9. Perfil TD sencillo.

17


18/34

Angul ar de as iento

Algunas uniones muy comunes diseadas para cargas de cizallamiento ms pesadas se usan como uniones

angulares de asiento con la opcin de perfiles TD estndar y placas de rotura. La unin angular de asiento por lo

general consiste en un ngulo soldado a la cara de la HSS que transfiere la carga de cizallamiento a sta como

se ilustra en la Figura 10a. O bien, los perfiles TD y las placas de cizallamiento tradicionales se pueden soldar a

la cara de la HSS con un ngulo ms pequeo soldado a travs de la HSS como se ilustra en la Figura 10b.

Figura 10a. Angular de asiento. Figura 10b. Angular de asiento para cargas mayores.

Conectador de tecnol oga avanzada para sistemas estructurales mayores

Actualmente se encuentra en desarrollo una lnea de uniones nuevas de viga a columna que se conocen con el

nombre de conectadores de tecnologa avanzada para sistemas estructurales mayores. El nfasis de estos

diseos nuevos descansa en una funcin de auto gua que minimiza la participacin humana durante la

construccin, lo cual resulta en un levantamiento de la estructura ms rpido, seguro y econmico. El concepto

se basa en el uso de una espiga slida en forma de trapecio en la viga, la cual se desliza sobre una gua

tridimensional de mortaja. Este concepto se ilustra en la fotografa de abajo.

El conectador de tecnologa avanzada para sistemas estructurales mayores puede ser ideal para HSS debido a

que puede soldarse empotrado en el costado de un tubo. De hecho, actualmente se llevan a cabo

investigaciones tendentes a evaluar las caractersticas de comportamiento de conectadores de tecnologa

avanzada para sistemas estructurales mayores al soldarlos a tubos de diverso espesor.

18


19/34

Uniones de cizallamiento simp le: Unin de vigas y columnas HSS

Por lo general, el remache de uniones de vigas y columnas HSS exige el uso de material especial, como

perfiles TD, ngulos o placas de manera semejante a los que se ilustran en las figuras 3 a 9. Las figuras 11 a y

11b ilustran una unin sencilla tpica de las uniones de vigas y columnas HSS. La Figura 11a ilustra una unin

formada por un perfil TD soldado horizontalmente en el taller a la columna con un retorno corto alrededor de los

ngulos superiores, mientras que la Figura 11b representa un detalle semejante con dos ngulos que forman

una ranura. Estas uniones se terminan en el campo remachando la viga a los dos ngulos verticales. Al igualque todas las uniones que exigen el remachado en el campo, esta unin es ms econmica que las uniones

por soldadura en el campo.

Unin por doble perfil TD

Como se ilustra en la Figura 11a, esta unin constituye un medio de remachar este sistema. Los perfiles TD se

fabrican a partir de placas o secciones laminadas. A fin de conservar la alineacin apropiada de la viga y la

columna, la seccin del perfil TD de la columna se puede centrar en la pared columnar. La seccin del perfil TD

de la columna se suelda a la columna en el taller a lo largo de los dos bordes de las alas. El perfil no se debe

soldar por los cuatro lados a fin de conservar la flexibilidad. Se sugiere usar un ndice mnimo de anchura a

espesor de 10 para el ala del perfil TD.vi

Figuras 11a y 11b.

Unin de doble ngulo

Esta unin, que se ilustra en la Figura 11b, permite usar los pernos en doble corte. Astenuh (1987) sugiere un

ndice mnimo de anchura a espesor de 10 para la seccin del perfil TD y de 20 para la seccin de la columna.

19


20/34

Unin separada de doble ngulo

La Figura 12a de abajo ilustra una unin de doble ngulo con la viga recortada a fin de facilitar el remachado.

La cabeza de la viga se debe sellar a fin de evitar exponerla a la corrosin atmosfrica. El ndice de anchura a

espesor de la columna debe ser mayor de 32 y los ngulos se deben soldar cerca del borde de la columna. As

mismo, como se ilustra en la Figura 12b, es posible usar placas en lugar de ngulos para permitir el uso de

vigas ms anchas. Segn se ilustra, las placas se sueldan en el taller cerca del borde de los ngulos de la

columna HSS para formar una unin relativamente rgida. Otra opcin consiste en usar placas de roturasoldadas cerca de las paredes laterales de la columna como se ilustra en la Figura 12b. Nuevamente, el mejor

mtodo para seleccionar los pernos de tamao apropiado y los ngulos es consultar en la Tabla XI la

informacin sobre uniones de cizallamiento simple en el manual de Especificaciones de diseo de factores de

resistencia y carga.

Figura 12a. Unin separada de dobl e ngulo. Figura 12b. Placa de rotura

Las placas de la cara de la columna, como las que se ilustran en la Figura 13, representan otro mtodo de

unin de los tubos. Las placas de cabeza se sueldan a la cara de la HSS y al extremo del tubo que sella la

viga, pero permiten una fcil instalacin.

Figura 13. Placas de la cara de la col umna.

20


21/34

Nudos rgidos

A continuacin se listan los criterios bsicos de diseo para las uniones rgidas o de momento:

1. Resistencia suficiente

2. Capacidad de rotacin suficiente

3. Rigidez adecuada

4. Facilidad de levantamiento y fabricacin econmica

Nudos r gidos: Unin de HSS a perfiles HEB

Por lo general, los nudos rgidos son de fabricacin ms costosa que las uniones simples debido a la

complejidad de la soldadura y la mano de obra requerida. El diseador debe tener en cuenta las armazones

simples y usar los nudos rgidos slo cuando sea necesario. Existen diversos conceptos aplicables a la

transferencia de momentos de vigas de perfiles HEB a columnas HSS rectangulares o cuadradas. Estos

conceptos van de las vigas continuas con columna interrumpida a la disposicin de continuidad mediante dos

vigas a travs de la columna y el refuerzo de la cara de la columna para permitir el uso de un nudo rgido.

Vigas continuas

El uso de vigas continuas, como la que se ilustra en la Figura 14, permite evitar la necesidad de transferir

momento a la columna HSS al instalar una viga continua a travs de una columna interrumpida. La continuidad

de la columna se establece mediante el refuerzo del perfil HEB con un rigidizador dividido para HSS. Este

detalle supone que el ancho de las alas de la viga equivale al de la seccin de la columna y que la viga no

transferir un momento considerable a la columna. La interrupcin de la columna facilita el remachado de su

unin, ya que la placa de cabeza se suelda a la cabeza de las secciones de la columna.

Figura 14. Rigidizador divid ido para HSS.

21


22/34

Placas pasantes

En las figuras 15a y 15b se ilustra un armado sencillo que permite la transferencia directa de momento de una

viga a otra a travs de la columna (o a la columna) y donde la columna se interrumpe para pasar platabandas a

travs de sta y de una viga a otra. En este caso, es posible usar chapas de unin para las redes de vigas

debido a que la rotacin de la cabeza de las vigas (lo cual restringe su uso en uniones sencillas) no representa

un factor. Para momentos ms pesados, podran requerirse uniones de corte para redes de doble ngulo. El

detalle correspondiente de la seccin superior de una columna se ilustra en la Figura 15b, donde otra columna

en serie se puede remachar directamente sobre la columna deseada. Este armado se puede modificar en elcaso de vigas dirigidas en tres o cuatro direcciones, aunque es necesario que todas ellas se encuentren a una

distancia de acuamiento de la misma profundidad. As mismo, es posible disminuir el tamao de la columna

superior a fin de permitir cargas ms ligeras a medida que aumenta el nmero de pisos del edificio, lo cual

reduce la necesidad de secciones ms pesadas.

Figura 15a Figura 15b

Chapas angulares

Cuando se tienen vigas en un solo plano a la misma profundidad, una alternativa consiste en usar chapas

angulares para unir la viga a las caras de las columnas paralelas a la viga, como se ilustra en la Figura. 16. No

se usa ningn tipo de soldadura entre las alas de la viga y la cara de la columna, salvo para fijar la red de la

viga a la chapa y la chapa a la pared lateral de la columna. El siguiente procedimiento tiene como objetivo vii

lograr un comportamiento adecuado de la unin:

1). Los ngulos superiores se deben recortar a un radio igual al brazo del ngulo menos su espesor.

2). Los ngulos superiores deben ser ms largos que los inferiores.

3). Es necesario soldar un segmento corto de los brazos horizontales de los ngulos superiores a la

viga.

4). Es preferible dejar un espacio libre de aproximadamente 0.5" entre la pared de la columna y la

cabeza de la viga.

22


23/34

Como es natural, el ancho de las alas de la viga debe ser igual o menor que el ancho de la columna. En el caso

de uniones en las que las alas de la viga sean considerablemente ms angostas que la columna, no se debe

suponer que las chapas angulares reciban la fuerza cortante. Las uniones simtricas de red se deben disear a

fin de que reciban toda la fuerza cortante.

Existen ecuaciones para el clculo de la resistencia de trabajo de las chapas angulares, viii las cuales deben

seguirse al pie de la letra:

Diafragmas

Otro de los mtodos para unir las alas de una viga a una columna HSS se ilustra en la Figura. 17. Primero secoloca un diafragma de placa alrededor de la columna para cada una de las alas de la viga para luego instalar

placas verticales de red entre los diafragmas. La viga se conecta con uniones de cizallamiento simple en los

extremos de este ensamblado donde se supone que se encuentran los puntos de contraflexin de la viga.

23


24/34

Este armado se puede adaptar a estructuras de dos, tres o cuatro vigas y una columna. Las investigaciones

realizadas por Kato y col. (1981) y Tabuchi (1988) tendentes a establecer los criterios de diseo de este tipo de

armado han sido definidas y aparecen en la ilustracin.

Refuerzo de la cara de la col umnaix

El enfoque ms directo para transferir el momento de una viga a una columna HSS consiste en reforzar la cara

de la columna a fin de que reciba las fuerzas de las alas de la viga. Este enfoque se ilustra en la Figura. 19.

Bsicamente, se coloca un diafragma de placa alrededor de la columna para cada una de las alas de la vigapara luego instalar placas verticales de red entre los diafragmas. La viga se conecta con uniones de

cizallamiento simple en los extremos de este ensamblado donde se supone que se encuentran los puntos de

contraflexin de la viga. Este armado se puede adaptar a estructuras de dos, tres o cuatro vigas y una

columna. De acuerdo con las investigaciones realizadas por Dawe y Grondinx a fin de analizar los criterios

clave de diseo, es necesario tener en cuenta cuatro modelos bsicos de ruptura (ilustrados en la figura 20).

a). Ruptura de la placa de refuerzo de la cabeza tendida de la viga a la columna.

b). Esfuerzo cortante de punzonamiento de la placa de refuerzo de la cabeza tendida de la viga.

c). El debilitamiento de las paredes laterales de la columna causado por la red en la cabeza comprimida

de la viga.

d). Esfuerzo cortante de punzonamiento de la cara de la columna a lo largo del borde de la placa de

refuerzo, ya sea cerca de la cabeza tendida o de la cabeza comprimida de la viga.

Figura 19. Refuerzo de la cara de la columna.

24


25/34

Figura 20. Tipos de rotura crtica.

La conclusin de estas investigaciones es que el tipo principal de ruptura es el descrito en el inciso (a), en el

que la resistencia al momento de la unin se calcula de la siguiente manera:

eb

bt

ybF

bh

rM =*

1

donde be est dado por = ib

it

yiF

ty

F

tb

00

00

10pero bi

tb representa el espesor de las alas de la viga

hb representa la altura de la viga

O bien, la resistencia al momento de la unin conforme al tipo de ruptura descrito en el inciso (b) se calcula dela siguiente manera:

epb

pt

ypF

bh

rM

3

*1=

donde bep est dado por [9.10]

Tp representa el espesor de la placa de refuerzo

El tipo de ruptura descrito en el inciso (c), el cual exige el debilitamiento de las paredes laterales de la columna

causado por la red, se puede relacionar con los mtodos de refuerzo con placa y se calcula de la siguiente

manera:

20

50

5.0*1

++=

ptt

bht

kF

rM

donde Fk representa la fatiga de pandeo de las paredes laterales de la columna y se puede tomar como 0.8 Fy.

25


26/34

Las paredes laterales de la columna se estabilizan contra el pandeo cuando llevan vigas y los elementos de

unin estn instalados en las reas vulnerables de las paredes.

El tipo de ruptura descrito en el inciso (d) exige el esfuerzo cortante de punzonamiento de la cara de la

columna sobre los bordes de la placa de refuerzo, ya sea hacia fuera de la cabeza tendida o hacia dentro de la

cabeza comprimida de la viga. Si el esfuerzo cortante de punzonamiento es uniforme alrededor de la placa de

refuerzo, se supone que la resistencia al momento de la unin para este tipo de ruptura es como sigue:

+=

pB

pL

pLt

yF

rM 22

03

05.0*

1

Sin embargo, otro tipo potencial de ruptura es el mecanismo de ruptura por lnea de relajamiento de la placa de

refuerzo.

Estas investigaciones sealan que es posible producir el momento de capacidad de carga de las vigas con

placas de refuerzo si se tienen en cuenta los tipos de ruptura descritos anteriormente. Adems, se ha

demostrado que: 1) la rigidez de la unin se refuerza cuando el ancho de la placa de refuerzo prcticamente

equivale al de la parte plana de la cara de la columna; de hecho, la rigidez mxima de la unin se alcanza si el

ancho de la placa es igual al ancho de la columna; 2) la resistencia se da ms en funcin de la placa de

refuerzo que en funcin del ndice de anchura a espesor de la columna; y 3) las uniones con angulares de

asiento distribuyen las cargas de las alas inferiores en la columna de manera ms eficaz que las que slo

tienen platabandas.

Nudo rgido por refuerzo de las alas de una viga

Una alternativa interesante al reforzamiento de la cara de HSS es la expansin de las alas de una viga por

medio de rigidizadores a fin de transferir directamente las fuerzas de las alas a las paredes laterales de la

columna y muchas veces a toda la periferia de la cara de la HSS. Una de las investigaciones en esta reallevada a cabo por Tingxi y col. (1991) concluy que el uso de rigidizadores para perfiles TD aumentan de

manera eficaz la resistencia y rigidez de la unin. Se ha propuesto una diversidad de alternativas, las cuales se

ilustran en las figuras 21a y 21b.

Figura 21a Figura 21b

26


27/34

Nudos r gidos: Unin de HSS a HSSxii

La terminologa y las especificaciones empleadas para describir las uniones tubulares son importantes, aunque

no siempre conocidas para quienes nunca han trabajado con este tipo de elemento. Las ramas son elementos

que se unen para formar una estructura continua principal. En las uniones niveladas, las ramas y los elementos

principales tienen el mismo ancho, mientras que en las uniones escalonadas las ramas son ms angostas. Los

nudos rgidos usados para unir columnas HSS a vigas HSS exigen la soldadura directa y se analizan mediante

el examen del comportamiento, la resistencia y la flexibilidad de una cercha tipo Vierendeel en la que la unintransmite esfuerzo cortante y momento en una posicin en "T" invertida, segn se ilustra en la Figura 22 (con

las diferencias del caso).

Figura 22. Diferencias de las uniones d e tubo a tub o.

Para efectos prcticos de diseo, el momento de capacidad de carga de una unin se determina de manera

semejante al de las uniones en T de carga axial para HSS, donde la resistencia se caracteriza por una

capacidad mxima de carga o por un lmite de deformacin o rotacin. Nuevamente, el anlisis de ruptura se

aplica a la determinacin de criterios de unin segn se ilustra en la Figura 23 (Wardenheir, 1982). Esto supone

que ni las soldaduras ni los elementos mismos son factores crticos.

Figura 23. Anlisis por ruptu ra de los nudo s rgidos para la unin de HSS a HSS

27


28/34

Los tipos de ruptura en los que influye la geometra son los causados por distorsin o esfuerzo cortante de

cizallamiento en la cara de la unin del elemento principal o por debilitamiento de las paredes laterales. En el

caso de uniones que sufren flexin planar de la rama, las variables principales que influyen en la resistencia

son las siguientes:

1). El ndice de anchura o b/D

2). El D/T del elemento principal

3). El ndice de espesor o t/T4). El ndice de profundidad de la rama a la anchura del elemento principal o h/D

En vista de tantas variables, no es de sorprender que los criterios de diseo sean tan complicados. Sin

embargo, CIDECT, un organismo internacional interesado en la construccin tubular, ha efectuado amplias

pruebas y evaluaciones de uniones de tubo a tubo. Los investigadores Konig y Wardenheir (1985) concuerdan

en que la resistencia y la rigidez flectora de uniones no rigidizadas disminuyen a medida que aumenta el ndice

de esbeltez de la cuerda (D/T) y disminuye el ndice de anchura de la rama a la cuerda (b/D). Packer y

Henderson han establecido complejos criterios de diseo de las uniones para tubos que exigen el uso de

ecuaciones y monografas, las cuales exponen en su obra Design Guide for Hollow Structural Sections. A

continuacin se presenta un resumen de sus hallazgos:

La mayora de uniones Vierendeel para HSS presentan cierto grado de falta de rigidez. Por consiguiente, al

calcular el momento y las deflexiones para este tipo de unin, es necesario conocer el grado de rigidez de la

unin. La siguiente es una expresin emprica que aproxima el valor de rigidez de una unin de tubo a tubo:

( ) ( )

( )3

2610560

TD

bhDbK = , ( )radkipsin

Sin embargo, para efectos prcticos de diseo, el momento de capacidad de carga de una unin se puede

calcular de manera semejante que para las uniones en T para HSS de carga axial. De hecho, la seccin 10 del

Cdigo de soldadura estructural de la AWS detalla los criterios para las uniones de tubo a tubo. Estos criterios

son de ndole general para tubos rectangulares en una diversidad de configuraciones de cercha. Los criterios

se basan en el esfuerzo cortante de punzonamiento a travs del espesor de la pared del elemento principal. Se

han hecho algunos ajustes a las constantes a fin de contemplar la ruptura por distorsin causada por la lnea

de relajamiento y compensaciones por debilitamiento de la red. Sin embargo, los criterios para las uniones de

tubo a tubo con flexin planar se pueden deducir como sigue:

28


29/34

Uniones escalonadas con b/D < 0.85

El esfuerzo de flexin lmite de la rama, fb, est dado por:

( ) yF

TD

yF

fQ

qQ

bf

T

t4.0

3.

donde para1=q

Q 5.0Db

y( )DbDbq

Q

=1

25.0para 5.0>Db

para1=f

Q 44.06.0 y

Fa

f

yF

af

fQ 6.05.2.1 = para 44.06.0 >

yF

af

donde fa est representada por el esfuerzo sobre el elemento principal. Qq representa la constante que

contempla el aumento de la resistencia de la pared para ramas anchas y Q fla constante que disminuye la

resistencia de la pared cuando la columna soporta cargas axiales pesadas.

Bsicamente, los criterios limitan el esfuerzo de flexin de la rama a fin de prevenir una ruptura por distorsin

de la pared del elemento principal, lo cual representa una funcin de D/t. Uno de los lmites superiores de la

ruptura consiste en que la fuerza cortante a travs de la pared no debe ser superior al lmite de cizallamiento.

Qq aumenta la resistencia de la pared para ramas anchas, mientras que Qf disminuye esta resistencia cuando

la columna soporta cargas axiales pesadas.

Uniones do nde b/D > 0.8

En el caso de uniones niveladas o escalonadas donde b/D > 0.8, AWS ha establecido criterios esenciales dediseo. El diseo se basa en los tipos de falla ms crticos: 1) la disminucin de la capacidad de la rama (es

decir, la anchura efectiva); y 2) la capacidad de carga o pandeo de la pared lateral de la cuerda. Las fuerzas de

la pared lateral se basan en el lmite total de cizallamiento del elemento principal para las uniones escalonadas

y en el lmite de la red del elemento principal para las uniones niveladas. Los criterios se redactan a manera de

aplicarlos a la fuerza axial de la rama y resulta conservador usar la ecuacin para b/D 0.8 cuando el valor de

Qq se limita a 1.56, lo cual corresponde a b/D = 0.8.

Las ecuaciones se pueden reordenar a fin de plantear ndices limitantes para D/T en funcin de t/T para

producir cierto grado de fatiga en la rama.

D/T [ QfQq pero no mayor que 8.33 QfQq comolmite

Estos ndices limitantes se trazan grficamente en la Figura 24 para una fatiga permitida de la rama de 0.6 F y y

Qfigual a uno para el grado de fatiga del elemento principal. La lnea inferior representa Q q igual a uno y se

aplica a b/D < 0.5. La lnea superior representa el lmite cuando b/D es igual a 0.8 y se puede usar con valores

mayores del ndice. Un grado mayor de fatiga en la rama o el elemento principal puede desviar las curvas hacia

la izquierda, aunque no tendra ninguna influencia en la meseta.

29


30/34

En Canad, Korol llev a cabo algunas pruebas que demostraron que la transferencia total de momento en

uniones niveladas no debe ocurrir a menos que D/T sea menor de 16. Esto parece conformar la tendencia que

sugiere la Figura. 24. Si los lmites de la Figura 24 no se cumplen, puede ser que el grado de fatiga de la rama

haya disminuido o que la unin haya sido reforzada.

Figura 24. Lmites de D/t y t/T.

Los criterios de AWS tambin permiten el anlisis de la lnea de relajamiento para uniones escalonadas cuando

b/D < 0.8. Stockwell deriv el momento exacto con base en el anlisis de la lnea de relajamiento de la red de

una columna W con una viga soldada a ella. Debido a que el patrn de la lnea de relajamiento es semejante al

que se observara en la cara de una columna tubular, esta ecuacin slo se puede usar para uniones de tubo a

tubo.

donde

++++=

chT

cThcDhTbc

yF

uM

36

2

2)

2(

12)(

2

bDc

=

30


31/34

Uniones reforzadas para tubos

Rigidizador de placas

El rigidizador del ala de la cuerda es el que causa menos obstrucciones y al mismo tiempo representa el

mtodo ms sencillo de reforzar una unin de tubo a tubo, segn se ilustra en la Figura. 25. Korol xiiiy col. (1982)

crearon un anlisis para lneas de relajamiento que condujo a la creacin de los parmetros para placas de

refuerzo que integran una resistencia suficiente para soportar la capacidad de flexin o capacidad axial de la

estructura sobre la columna. Las siguientes son las recomendaciones de Korol para lograr uniones deresistencia total:

1. El ancho de la placa debe ser por lo menos igual que el ancho plano de la cara de la HSS tomada como

bo - 4to.

2. Por otro lado, la longitud debe ser el doble del ancho de la columna HSS, por ejemplo, 2bo.

3. el espesor de la placa depende de qu tipo de carga domina, axial o flectora. Para la capacidad total de

compresin axial de la rama, tp 4 t1 - to. Mientras que para el momento de capacidad total de carga de la

rama, tp 0.63(b1t1)0.5 - to.

Figura 25. Refuerzo rigid izador de la p laca.

Refuerzo po r acartelamiento

Otra manera eficaz y esttica de reforzar una unin es mediante el acartelamiento en 45 como se ilustra a

continuacin. De hecho, los recortes de la rama permiten un acartelamiento muy prctico por cualquiera de los

extremos. Ambos mtodos de refuerzo son apropiados para soportar momentos planares. Esta caracterstica

se ilustra a continuacin en la Figura. 26.

Figura 26. Refuerzo po r acartelamiento.

31


32/34

Elementos de unin c iegos

Recientemente, Huck International, Inc. desarroll un nuevo tipo de elemento de unin ciego para casos en los

que la parte posterior de la unin resulta inaccesible, como cuando se unen columnas HSS. De hecho,

aparentemente los elementos de unin ciegos de alta resistencia tienen un buen potencial para nudos rgidos,

segn los resultados de las investigaciones de Mourad (1993). La Figura 27 ilustra la unin con elementos de

unin ciegos de una viga en W y una columna HSS.

En trminos generales, es posible usar pernos roscados de torsin en las aplicaciones en las que el acceso a

uno de los lados de la estructura sea difcil o est restringido. El sistema de pernos roscados de torsin ofrece

la expectativa de una mejora de la productividad del orden de 2 a 3 veces, lo cual es aun ms notorio para las

uniones de viga a columna tubular, donde ya no ser necesario soldar, usar diafragmas ni efectuar

ensamblajes laboriosos. El proceso de unin con este tipo de pernos permite al usuario armar parcial o

completamente el conjunto en la zona de construccin. Huck International contempla empezar a producir

comercialmente estos pernos a fines del primer trimestre de 1994.

Figura 27. Pernos de Huck International.

Adems de los pernos creados por Huck International, el fresado de flujo (flow-drilling) es otro mtodo de unin

por pernos roscados. Este proceso consiste en forzar la formacin de un orificio en una placa usando una fresa

cnica de carburo girando a una velocidad suficiente como para producir calor en el metal y ablandarlo en un

punto determinado. El material desplazado forma un cono truncado hueco o buje en la superficie interna y una

elevacin pequea en la superficie externa. A continuacin, se hace una rosca en el orificio con una terraja sin

producir rebabas ni eliminar el material. Recientemente, este sistema se someti a prueba y demostr potencial

para usarse en el remachado de pernos roscados para columnas HSS. Sin embargo, esto supone el

ofrecimiento de taladros de alta velocidad por parte del fabricante.

32


33/34

Conclusiones

Las secciones estructurales huecas representan una opcin excelente para ingenieros y arquitectos debido a

su apariencia esttica natural, a su eficacia estructural y a los ahorros considerables que ofrecen al usuario.

Los conceptos ms importantes de ahorro son por costo de materiales, costos de transporte y, cuando se usan

como exposicin estructural, el costo del ocultamiento esttico del elemento.

En el pasado, se tena la idea de que las uniones de secciones estructurales huecas eran laboriosas ycostosas. Sin embargo, no son tan difciles de trabajar como pensaban muchos ingenieros. De hecho, existe

abundante literatura de apoyo producto de investigaciones cientficas tendentes a refinar los criterios de diseo

de las HSS. Este folleto ha aprovechado estos recursos y tiene como objetivo ofrecer a los ingenieros ideas

bsicas sobre cmo efectuar uniones sencillas y nudos rgidos con HSS.

33


34/34

Bibliografa

iSherman, D. R. : Framed Connections to HSS Columns, Tubular Structures V, Proceedings of the FifthInternational Symposium, editado por Coutie & Davies, E&FN Spon, Reino Unido, agosto de 1993.iiSherman, Donald R. , Ales, J oseph M. : The Design of Shear Tabs with Tubular Columns, Master ofEngineering Project, University of Wisconsin at Milwaukee, 1990.iiiLoad and Resistance Factor Design of Simple Shear Connections, American Institute of Steel Construction,

1990.ivHollow Structural Sections, Design Manual for Connections, Stelco, 2nd edition, 1981.vWhite, R. N. y Fang, P. J . : Framing Connections for Square Structural Tubing. J ournal of the StructuralDivision, American Society of Civil Engineers: 92 (ST2): 175-194.viWhite y FangviiGiroux, Y. M. y Picard, A.: Rigid Framing Connections for Tubular Columns. Canadian Structural EngineeringConference, 1976.viii Stelco: Design Manual for Connections, Hollow Structural Sections.ixPacker, J . A. y Henderson J . E. : Design Guide for Hollow Structural Sections Connections. Canadian Instituteof Steel Construction: 246-250 (1992).xDawe, J . L. y Grondin, G. Y. : W- Shape Beams to RHS Column Connections. Canadian of Civil Engineering: 4

(2): 134-144.xiTing, L. C., Shanmugan, N. E. , and Lee, S. L. : Box Column to I-Beam Connections with External Stiffeners.J ournal of Construction Steel Research, 18: 209-226xiiHertech, A. and Sherman, D.: Beam Connections to Rectangular Tubular Columns. AISC Proceedings (1988).xiiiKorol, R. M. and Brady, F. J .: Unequal width connections of square hollow sections in vierendeel trussess.Canadian J ournal of Civil Engineering, 4 (2): 190-201.

* Este manual fue recopilado por el Departamento de Soporte Tcnico de Bull Moose Tube.

60100179-Conexiones-HSS.pdf

Documents

Transcript of 60100179-Conexiones-HSS.pdf