TEORÍA DEL CAMPO DE TRACCIONES O TENSIONES

El método del campo de tensiones conduce a una menor cantidad de atiesadores, de

modo que puede ser conveniente en vigas armadas, y tiene relación con la resistencia

post pandeo del miembro.

Límites en el uso del campo de tensiones

Los paneles del alma de un miembro armado, delimitado arriba y abajo por las alas y en

cada lado por atiesadores transversales, son capaces de transmitir cargas mayores a la

carga crítica de pandeo del alma. Cuando se alcanza el límite de pandeo teórico del alma,

los desplazamientos laterales desarrollados por el alma son muy pequeños. Estas

deformaciones no son de importancia estructural, pues los miembros tienen otras formas

de desarrollar resistencia adicional.

Cuando los atiesadores transversales están adecuadamente espaciados y son

suficientemente resistentes para actuar como bielas en compresión, se forman tensiones

de membrana en el alma causada por tensiones de corte mayores a las asociadas a la

carga de pandeo teórica del alma, lo que se denomina un campo de tracción diagonal. La

combinación resultante produce el efecto de un enrejado Pratt, que permite que se

desarrolle una resistencia a corte mayor no considerada por la teoría de pandeo lineal.

El punto clave para que se desarrolle el campo de tracciones en el alma de una viga es la

capacidad de los atiesadores de soportar compresión desde los paneles de ambos lados

del atiesador. En el caso de los paneles extremos existe solo un panel en un lado del

atiesador. La capacidad de soporte de las fuerzas del campo de tracciones también es

reducida cuando la razón de aspecto del panel se torna muy grande. Por esta razón la

ventaja del campo de tracciones no se permite para los paneles extremos o cuando a/h

excede 3.0 o [260/(h/tw)]2.

Se permite el uso del campo de tensiones en miembros con alas cuando la placa del alma

es soportada por sus cuatro lados por alas o atiesadores. No se permite considerar esta

acción en los siguientes casos:

Donde:

Los métodos analíticos basados en la acción de campo de tracciones han sido desarrollados (Basler y Thurlimann. 1963; Basler, 1961) y corroborados mediante un extensivo programa de ensayos (Basler, Yen, Mueller y Thurlimann, 1960).

El componente vertical de la fuerza del campo de tracciones desarrollada en el panel del alma debe ser resistida por un atiesador transversal. Además de la rigidez requerida para permitir que la línea del atiesador sea un punto inmóvil para el panel en pandeo.

Diseño al corte por campo de tensiones (AISC LRFD 9.4.3)

Cuando el campo de tensiones es permitido de acuerdo a los límites anteriores, la

resistencia de corte nominal, Vn, considerando este campo y de acuerdo con el estado

límite de fluencia debe ser:

La resistencia de diseño al corte es φvVn, donde φv = 0,90 y Vn vale:

kv = coeficiente de pandeo de placa del alma

Cv = razón entre la tensión "crítica" en el alma, de acuerdo a la teoría de pandeo elástico

y la tensión de fluencia por corte del material del alma, fórmulas 9.4.3-5 y 9.4.3-6.

El diseño por campo de tensiones no es aplicable en los paneles extremos de alma de

vigas no híbridas, en todos los paneles de vigas híbridas y vigas de alma linealmente

variable o cuando a/h es mayor que 3.0 o que [260/(h/tw)]². En estos casos:

Vn = 0,6 AwFywCv (9.4.3-3)

El coeficiente kv de pandeo del alma está dado por:

Excepto de que kv vale 5,0 si a/h es mayor que 3,0 ó [260/(h/tw)]².

El coeficiente de corte Cv se determina como sigue:

Fuente: Especificaciones AISC-LRFD 2005.

DEFINICIÓN PLATE GIRDER

Una viga construida de placas de acero cuyas formas pueden ser soldadas o atornilladas entre sí para formar una viga de altura mayor que puede ser producido por un tren de laminación. Como tal, es capaz de soportar mayores cargas en largos tramos. La soldadura típica de la viga armada consiste en soldar las placas de las alas a la placa del alma. Una configuración atornillada consta de ángulos formando las alas con placas de recubrimiento atornilladas a la placa del alma. Ambos tipos pueden tener refuerzos verticales conectados a la placa del alma, y ambos pueden tener placas adicionales de cobertura sobre las alas para aumentar la capacidad de carga del miembro. Vigas cajón constan de alas comunes conectadas a dos placas del alma, formando una sección cerrada.En general, la altura de las vigas armadas es de una décima a una doceava parte de la longitud del tramo, variando ligeramente para las cargas más pesadas o claros más largos. En ocasiones, la altura puede ser controlada por consideraciones arquitectónicas.Refuerzos, placas o ángulos, puede estar unido a la placa del alma por soldadura o empernado para aumentar la resistencia al pandeo del alma. Los refuerzos también son requeridos para transferir las fuerzas concentradas de las cargas aplicadas y las reacciones al alma sin que se produzca el pandeo local.

Los empalmes son necesarios para el alma y alas cuando la longitud total de las placas no está disponible en las laminadoras o cuando las longitudes más cortas son más fácilmente fabricadas. Los empalmes proporcionan la continuidad necesaria requerida en el alma y en las alas.

PANDEO FLEXOTORSIONAL

El pandeo torsional de perfiles simétricos y el pandeo flexo-torsional de perfiles no

simétricos son tipos de pandeo usualmente no considerados en el diseño de columnas

laminadas en caliente (generalmente, estos tipos de pandeo o no controlan el diseño o su

carga crítica difiere muy poco de la de pandeo normal en el eje débil).

El pandeo torsional o flexo-torsional, sin embargo, puede controlar la capacidad de

columnas armadas con planchas relativamente delgadas y de columnas no simétricas.

ANÁLISIS ELÁSTICO DE SEGUNDO ORDEN

FUENTE: AISC LRFD 2005

TIPOS DE SOLDADURA

AWS: AMERICAN WELDING SOCIETY

Es la Sociedad Americana de la Soldadura, o Código de soldadura estructural para acero, que norma los procedimientos tanto de diseño de la soldadura como de control de la ejecución e inspección de las soldaduras estructurales a usarse en elementos de acero.

Soldadura (MIG/MAG ó GMAW)

Este procedimiento, conocido también como soldadura MIG/MAG, consiste en mantener

un arco entre un electrodo de hilo sólido continuo y la pieza a soldar. Tanto el arco como

el baño de soldadura se protegen mediante un gas que puede ser activo o inerte. El

procedimiento es adecuado para unir la mayoría de materiales, disponiéndose de una

amplia variedad de metales de aportación.

La soldadura MIG/MAG es intrínsecamente más productiva que la soldadura MMA, donde

se pierde productividad cada vez que se produce una parada para reponer el electrodo

consumido. Las pérdidas materiales también se producen con la soldadura MMA, cuando

la parte última del electrodo es desechada. Por cada kilogramo de electrodo revestido

comprado, alrededor del 65% forma parte del material depositado (el resto es desechado).

La utilización de hilos sólidos e hilos tubulares han aumentado esta eficiencia hasta el 80-

95%. La soldadura MIG/MAG es un proceso versátil, pudiendo depositar el metal a una

gran velocidad y en todas las posiciones. El procedimiento es muy utilizado en espesores

delgados y medios, en fabricaciones de acero y estructuras de aleaciones de aluminio,

especialmente donde se requiere un gran porcentaje de trabajo manual. La introducción

de hilos tubulares está encontrando cada vez más, su aplicación en los espesores fuertes

que se dan en estructuras de acero pesadas.

Soldadura GTAW/TIG

La soldadura TIG, es un proceso en el que se utiliza un electrodo de tungsteno, no

consumible.

El electrodo, el arco y el área que rodea al baño de fusión, están protegidos de la

atmósfera por un gas inerte. Si es necesario aportar material de relleno, debe de hacerse

desde un lado del baño de fusión.

La soldadura TIG, proporciona unas soldaduras excepcionalmente limpias y de gran

calidad, debido a que no produce escoria. De este modo, se elimina la posibilidad de

inclusiones en el metal depositado y no necesita limpieza final. La soldadura TIG puede

ser utilizada para soldar casi todo tipo de metales y puede hacerse tanto de forma manual

como automática. La soldadura TIG, se utiliza principalmente para soldar aluminio, y

aceros inoxidables, donde lo más importante es una buena calidad de soldadura.

Principalmente, es utilizada en unión de juntas de alta calidad en centrales nucleares,

químicas, construcción aeronáutica e industrias de alimentación.

Soldadura por Arco Sumergido

En la soldadura por arco sumergido, el arco se establece entre la pieza a soldar y el

electrodo, estando ambos cubiertos por una capa de flux granular (de ahí su

denominación “arco sumergido”). Por esta razón el arco está oculto. Algunos fluxes se

funden para proporcionar una capa de escoria protectora sobre el baño de soldadura. El

flux sobrante vuelve a ser de nuevo reutilizado.

El arco sumergido, principalmente se utiliza en instalaciones de soldadura que están

totalmente automatizadas, aunque también puede ser utilizado para realizar soldaduras

manuales. Para aumentar la productividad es posible introducir técnicas utilizando varios

electrodos. Dada su alta tasa de aportación, el procedimiento es apropiado para unir

juntas rectas con buena preparación en posición horizontal. Principalmente, se utiliza con

profusión en construcción y reparación naval, industrias químicas y estructuras metálicas

pesadas.

Soldadura a tope

Es la usada comúnmente para la unión de hilos o alambres. Los extremos a soldar se

colocan a tope y cuando se aplica presión sobre dichos extremos, se hace pasar la

corriente, se ensanchan las zonas soldadas, fluyendo los materiales base hacia el exterior

Soldadura con Hilos Tubulares (FCAW)

La soldadura con hilos tubulares, es muy parecida a la soldadura MIG/MAG en cuanto a

manejo y equipamiento se refiere. Sin embargo, el electrodo continuo no es sólido si no

que está constituido por un tubo metálico hueco que rodea al núcleo, relleno de flux. El

electrodo se forma, a partir de una banda metálica que es conformada en forma de U en

una primera fase, en cuyo interior se deposita a continuación el flux y los elementos

aleantes, cerrándose después mediante una serie de rodillos de conformado.

Como en la soldadura MIG/MAG, el proceso de soldadura con hilos tubulares depende de

un gas de protección, para proteger la zona soldada de la contaminación atmosférica. El

gas puede ser aplicado ó bien de forma separada, en cuyo caso el hilo tubular se

denomina de protección gaseosa, o bien, se genera por la descomposición de los

elementos contenidos en el flux, en cuyo caso hablaremos de hilos tubulares

autoprotegidos. Además del gas de protección, el núcleo de flux produce una escoria que

protege al metal depositado en el enfriamiento. Posteriormente se elimina la escoria.

Soldadura manual (MMA/SMAW)

La Soldadura Manual con Electrodo revestido es la más antigua y versátil de los distintos

procesos de soldadura por arco.

El arco eléctrico se mantiene entre el final del electrodo revestido y la pieza a soldar.

Cuando el metal se funde, las gotas del electrodo se transfieren a través del arco al baño

del metal fundido, protegiéndose de la atmósfera por los gases producidos en la

descomposición del revestimiento. La escoria fundida flota en la parte superior del baño

de soldadura, desde donde protege al metal depositado de la atmósfera durante el

proceso de solidificación. La escoria debe eliminarse después de cada pasada de

soldadura. Se fabrican cientos de tipos diferentes de electrodos, a menudo conteniendo

aleaciones que proporcionan resistencia, dureza y ductilidad a la soldadura. El proceso,

se utiliza principalmente para aleaciones ferrosas para unir estructuras de acero, en

construcción naval y en general en trabajos de fabricación metálica. A pesar de ser un

proceso relativamente lento, debido a los cambios del electrodo y a tener que eliminar la

escoria, aún sigue siendo una de las técnicas más flexibles y se utiliza con ventaja en

zonas de difícil acceso.

Soldadura por contacto. Se basa en el pasaje de corriente eléctrica a través de la zona

a soldar. Cuando se obtiene el calor de soldadura los metales se empalman mediante

aplicación de una fuerza exterior. Método de mayor precisión, usado para la producción

industrial en serie.

Numeración de electrodosSignificado de la Numeración de los Electrodos para Acero Dulce y Baja Aleación

SISTEMA A.W.S - A.5.1 – A 5-5

PrefijosEl prefijo “E” significa “electrodo” y se refiere a la soldadura por arco.

Para los electrodos de acero dulce y los aceros de baja aleación: las dos primeras cifras de un número de cuatro cifras, o las tres primeras cifras de un número de cinco cifras designan resistencia a la tracción:

E-60xx significa una resistencia a la tracción de 60,000 libras por pulgada cuadrada.(42,2 kg./mm2).

E-70xx significa una resistencia a la tracción de 70,000 libras por pulgada cuadrada. (49,2kg./mm2).

E-100xx significa una resistencia a la tracción de 100,000 libras por pulgada cuadrada. (70,3kg./mm2).

Posiciones para soldar

La penúltima cifra indica la posición para soldar.

Exx1x significa para todas las posiciones.

Exx2x significa posición horizontal o plana.

Exx3x significa posición plana solamente.

Para los diferentes tipos de revestimiento nótese que los electrodos tipo:

E-6010 y E-6011 tienen un revestimiento con alto contenido de materia orgánica (celulosa).

E-6013tienen un revestimiento con alto contenido de óxido de rutilo (titanio).

Interpretación del último dígito

Gases IndustrialesEl oxígeno, el nitrógeno y el argón se obtienen del aire por medio del proceso de

separación. Este proceso es un método criogénico desarrollado por Carl von Linde, hace

más de 100 años. El aire es comprimido y liberado del vapor, la suciedad y el dióxido de

carbono que contiene. Luego, es refrigerado a temperaturas extremadamente bajas y

comprimido a su estado líquido donde puede ser separado por destilación en oxígeno,

nitrógeno, argón y otros gases nobles.

CORTANTE BASAL ECUADOR

Fuente CEC 2000