02_CAPITULO7-Traduccion

Curso Proyecto de Estructuras de acero Jorge Omerovic Pavlov Traduccin Libre

Facultad de Arquitectura, Construccin e Ingeniera Civil Universidad Catlica del Norte

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MANUAL AISC CONEXIONES CAPITULO 7 (PARCIAL)

Traduccin libre realizada por Jorge Omerovic Pavlov Para ser empleada con fines docentes



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INDICE CONEXIONES DE MARCOS Y ARRIOSTRAMIENTOS PESADOS................. 4 Tipos de elementos armados ............................................................................. 4

Vigas armadas................................................................................................ 4 Cerchas .......................................................................................................... 6 Columnas........................................................................................................ 9

CONSIDERACIONES GENERALES PARA ARRIOSTRAMIENTOS................. 9 JUNTAS DE DILATACION............................................................................... 16 ESTRUCTURACION DEL REVESTIMIENTO LATERAL Y DE LA CUBIERTA......................................................................................................................... 18 INFORMACION PARA EL DISEO ................................................................. 25 CERCHAS........................................................................................................ 30

Empalmes y Conexiones de Perfiles Pesados ............................................. 34 Conexiones en nudos de cerchas- Cerchas Soldadas ................................. 38

Limitaciones del espesor de soldadura ..................................................... 39 Procedimiento para Determinar la Cantidad de Soldadura Necesaria ...... 39

Conexiones en nudos de cerchasCerchas Apernadas ............................. 46 Empalmes de Cuerdas de CerchasSoldadas............................................ 52 Empalmes de Cuerdas de CerchasApernadas ......................................... 54

Empalme lejos de la plancha de conexin ................................................ 54 Empalme en la placa de conexin ............................................................ 59

Conexiones de apoyo de la cercha............................................................... 63 Unin Cuerda Superior a ColumnaSoldada en Taller/Apernada en Obra.................................................................................................................. 63 Unin Cuerda Superior a ColumnaApernada en Taller / Apernada en Terreno...................................................................................................... 77 Unin Cuerda Superior a ColumnaPunto de Interseccin en la Plancha de Conexin .............................................................................................. 83 Unin Cuerda Inferior a Columna.............................................................. 84

CONTRAFLECHA ............................................................................................ 86 Contraflecha en cerchas............................................................................... 86 Contraflecha de Vigas o Viguetas................................................................. 89

PERNOS Y PLANCHAS SOLDADAS DE CONEXIN .................................... 91 SISTEMAS DE ARRIOSTRAMIENTO ............................................................. 93

Estructura Soldada en Taller/Apernada en Obra .......................................... 93 Arriostramiento de las Cerchas ................................................................. 93 Pretensado en arriostramiento (Traccin previa) ..................................... 95 Arriostramiento Vertical ............................................................................. 99 Arriostramiento con ngulos Dobles ....................................................... 100 Conexiones de las tornapuntas............................................................... 107

Estructuras Soldadas en Taller/ Soldadas en Obra ................................... 110



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ESTRUCTURA DE TECHO Y REVESTIMIENTO LATERAL......................... 111 Costaneras de techo................................................................................... 111 Puntales de Alero ....................................................................................... 114 Estructuracin de las costaneras de revestimiento lateral .......................... 116

VIGAS PORTA PUENTE GRUA .................................................................... 118 RIELES PARA PUENTE GRUAS Empalmes Apernados .............................. 127

Empalmes Soldados ............................................................................... 128 CONECTORES Pernos Gancho ................................................................... 129

Abrazaderas............................................................................................ 129 COLUMNAS................................................................................................... 130

Columnas soportantes de techoTrabajo Liviano ..................................... 130 Columnas soportantes de puente gras y techo......................................... 130



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CONEXIONES DE MARCOS Y ARRIOSTRAMIENTOS PESADOS La mayor parte del estudio en captulos previos est relacionada con estructuraciones viga-columna usando elementos estructurales laminados. Sin embargo, los edificios industriales (as como otros tipos de edificios especializados) requieren grandes luces libres y/o estn sometidos a cargas pesadas, por lo que las vigas laminadas no siempre son adecuadas para lograr los requisitos de diseo. En tales edificios, los elementos estructurales armados con placas y/o perfiles se usan a menudo en su reemplazo.

Este captulo se refiere a la estructuracin que frecuentemente se usa en edificios industriales para proporcionar extensas reas de trabajo libres y/o para soportar cargas pesadas. Muchos de los detalles y prcticas descritas sern tambin tpicas para otros tipos de construcciones que requieren elementos armados en el sistema estructural El lector debera consultar adems la publicacin tcnica de la AISC Light and Heavy Industrial Buildings. (Edificios industriales livianos y pesados) .

Tipos de elementos armados Los elementos armados en sistemas de techo y pisos son normalmente uno de dos tipos, dependiendo tanto de las luces, cargas, y altura de las vigas armadas o cerchas. Las columnas soportantes del edificio pueden ser tambin armadas con diversas configuraciones.

Vigas armadas El tipo ms simple de viga armada es aquel en que una viga laminada es reforzada adicionando placas a sus alas, como se muestra en la Fig. 7-1a

La Figura 7-1b muestra una viga un perfil canal adicionado horizontalmente en su ala superior para proporcionar una mayor resistencia a la flexin lateral. Este tipo de viga armada es usada frecuentemente en edificios industriales para soportar los rieles de puente gras que circulan sobre ellas, debido a que el funcionamiento de dichos puente-gras impone significativas fuerzas horizontales a las vigas.

La Figura 7-1c muestra una viga usada en construccin compuesta,

donde la losa de hormign, unida mediante conectores de corte, acta como formando parte del ala superior. El ala inferior puede o no estar reforzada con una platabanda (placa de refuerzo).



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Las vigas de mucha altura, fabricadas completamente de placas, se muestran en Figs. 7-Id y 7-1e. La Figura 7-1d muestra una viga compuesta de una placa de alma y dos placas de ala. Cada ala normalmente est hecha de una placa de un nico espesor, pero placas de espesores variados pueden ser aadidos de de tope con soldadura, para proporcionar una mayor resistencia en zonas de mayor flexin. La viga cajn de la Fig.7-1e est compuesta de dos alas y dos almas. Las vigas cajn son particularmente utiles cuando se requiere estabilidad lateral y resistencia a la torsin.

El diseo de vigas porta puente-gra puede hacerse de acuerdo con el criterio de las Especificaciones AISC, pero deberan ser verificadas adicionalmente con Guide for the Design and Construction of Mill Buildings, Technical Report No.13( Gua AISE para el diseo y construccin de edificios industriales, Informe Tcnico N13), AWS Welding Handbook (Manual de soldadura de la AWS) or AASHTO Standard Specifications for Highway Bridges (Especificaciones AASHTO para Puentes Carreteros). Debido a que el diseo de esos elementos se sale del mbito de estos apuntes, es importante observar que las vas de gras en edificios industriales pesados deberan ser analizadas cuidadosamente por consideraciones de fatigamiento originado por las cargas. Algunos detalles crticos de diseo y fabricacin son similares a aquellos usados en puentes carreteros, ferroviarios y de trabajo cclico son cubiertos con informacin, ilustraciones y ejemplos en la publicacin AISC Bridge Fatigue Guide Design and Details (Gua de Diseo y Detallamiento para el Fatigamiento en Puentes.) Se aconseja al lector considerar esa Referencia para una discusin causa efecto ms explcita de los criterios de diseo, detalles, y conexiones secundarias que podran ser aplicables tambin en construcciones pesadas de todas clases. Se recomienda que las vigas porta puentegra que soportan pesadas cargas sean diseadas como simplemente apoyadas..



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Cerchas Para salvar grandes luces, normalmente se usan cerchas en vez de vigas. Debido a su gran altura las cerchas normalmente proporcionanuna mayor rigidez y por lo tanto, pequeas deformaciones, cuando son comparadas en peso con las vigas laminadas o armadas de igual rigidez.

Los seis tipos genricos de cerchas que con frecuencia se usan en marcos de edificios se muestran 7-2, junto con las modificaciones que pueden hacerse para ajustarse condiciones especficas. Las cerchas Pratt (Figura 7-2a) y la Warren (Figura 7-2c), junto con las derivaciones de ellas que se muestran en Figs. 7-2b y 7-2d, pueden ser usadas como los elementos de soporte principales en pisos y en estructuras de techo. Observar que las cerchas Pratt y Warren que se muestran poseen un cordn superior con poca inclinacin con respecto al cordn inferior. Esa situacin se usa para proporcionar una pendiente para el drenaje de techos planos. La mayora de las conexiones para las vigas de techo o costaneras que se apoyan en esas cerchas pueden ser idnticas. Esto no sera el caso si la cuerda superior fuese muy inclinada y las elevaciones de las costaneras tuviesen que variar. Cuando se usan en estructuras de piso, las cerchas Pratt y Warren se disean con cuerdas paralelas.

La cercha Fink (Fig. 7-2e) y la Scissors (Fig. 7-2h), junto con sus derivaciones que se muestran en las Figs. 7-2f, 7-2g y 7-2i, tienen una funcin similar en techos simtricos que presentan una pendiente pronunciada.

La cercha Bowstring (Fig. 7-2j) se usa para soportar techos curvos. En algunos edificios en altura, se requieren pasarelas a travs de

cerchas de piso altas. En otros edificios, especialmente en reas de oficinas, se hace necesario considerar la apariencia y configuracin de la estructura de acero. Ambas condiciones pueden ser satisfechas con la cercha-viga Vierendeel (Fig. 7-2k).

La cuerda y los elementos del alma que forman la cercha se colocan con sus ejes concurrentes en puntos para formar las conexiones de los nudos. Cuando las cargas son aplicadas slo en los nudos de las cerchas, como se muestra en las Figs. 7-2a y 7-2b y en Figs. 7-2d a 7-2i, las tensiones en cada elemento sern tensiones axiales puras. Estas tensiones axiales producen traccin (+) en alguno de los elementos y compresiones (-) en otros, como se indica en los esquemas de las cerchas. En el caso de la cercha Bowstring mostrada en la Fig. 7-2j, la cuerda superior y los elementos verticales estn en compresin y la cuerda inferior y los elementos diagonales en traccin para la configuracin habitual de la cercha.

Observar sin embargo, que cuando la cuerda superior de una cercha Bowstring es realmente de un arco, como es el caso frecuente de cerchas pequeas, la desviacin con relacin a la lnea recta entre los nudos producir una pequea flexin en el elemento. Esto requerir que las tensiones axiales sean incrementadas por las compresiones adicionales provocadas por la flexin. En el caso de la cercha Vierendeel mostrada en la Fig. 7-2k, como los elementos digonales usados en las otras cerchas no existen, la cuerda superior y los elementos verticales del alma estn sometidos simultneamente a compresin y flexin, y los elementos de la cuerda inferior estn sometidos simultneamente a traccin y flexin. En este caso, se requiere de nudos rgidos y los detalles de diseo de todas las uniones en los nudos deben ser indicadas por el ingeniero proyectista.



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Cuando sobre una cercha las cargas no estn aplicadas en los nudos, se producen momentos de flexin en sus elementos. Por ejemplo, las cargas P que no estn en los nudos de la Fig. 7-2c originan tensiones de flexin en la cuerda superior. Esas tensiones deben ser adicionadas las tensiones de compresin pura en la cuerda superior. Usualmente, la tensin mxima originadas por esa flexin es mayor que la tensin de compresin pura. Por lo anterior, si las cargas deben ser soportadas en esos puntos, usualmente se colocan en la cercha montantes (elementos verticales) debajo de ellos para transmitir la carga directamente a la junta o a los nudos de la cuerda inferior, como se seala en la Fig. 7-2d. De igual forma, si las cargas se aplican a la cuerda inferior, se colocan elementos verticales en traccin como se indica mediante lneas de segmento en la Fig. 7-2d.

En la Fig.7-3 se muestran la secciones transversales de tres edificios, estructurados con cerchas de los tipos previamente analizados. La seccin transversal de la Fig. 7-3 podra ser ya sea una bodega o un edificio industrial liviano. En este caso se ha usado una cercha FInk para proporcionar una mayor inclinacin del techo. Edificios de este tipo normalmente son diseados para soportar slo el peso del techo ms la carga de viento y nieve. El contenido del edificio es soportado por el suelo. Cuando este es el caso, la construccin es relativamente liviana. El techo y el revestimiento lateral puede consistir de paneles de acero formados en fro de poco espesor, livianos, LA ventilacin es proporcionada por ventilacin en el techo o por persianas en los muros, y la luz natural se puede obtener con el uso de paneles translcidos instalados en muros y techo.

La seccin transversal de Fig. 7-3b representa un tipo de estructuracin usada frecuentemente en edificios industriales, en los que puentes gra movindose en un nivel superior, elevan, transportan y depositan pesadas cargas desde un punto a otro de la superficie de suelo cubierta por el galpn. Cuando reas muy extensas deben ser cubiertas por un techo, las cerchas soportantes de ste pueden ser hechas contnuas sobre varias columnas soportantes como se muestra en la Fig. 7-3c. Diseadas y fabricadas en tramos continuos, este tipo de estructuraciones es usado frecuentemente en fbricas, almacenes, centros comerciales, y muchas otras estructuras de un piso.

El conjunto de los principales elementos de una estructuracin transversal, considerados colectivamente, se les denomina frecuentemente como marco.



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Columnas Las columnas del tipo mostrado en la Fig. 7-4 en un edificio industrial soportan vigas transversales, viguetas o cerchas, vigas porta-puente gras longitudinales, y otros elementos estructurales. Cuando la construccin es relativamente liviana, se pueden usar columnas de una sola pieza, ( ya sea de seccin transversal constante o escalonada), como se muestra en las Figs. 7-4 y 7-4b. El uso de una mnsula soportante para una viga porta-puente gra como se muestra en la Fig. 7-4 normalmente esta limitado a una reaccin de aproximadamente 25 ton.

En caso de edificios de industria pesada, con pesados puente-gra, la solucin con doble y triple columnas mostradas respectivamente en las Figs. 7-4c y 7-4d proporcionan la manera de soportar separadamente las reacciones de la viga puente gra y las cargas de las vigas o cerchas de techo. Las columnas de mltiples piezas consisten de una o dos columnas para puente-gra unidas a las columnas del edificio mediante diafragmas.

CONSIDERACIONES GENERALES PARA ARRIOSTRAMIENTOS Cada estructura que se levanta por sobre el suelo es afectada por fuerzas laterales de viento y tambin puede estar sometida a fuerzas de tipo mecnico y a fuerzas ssmicas. Se usan varios sistemas de arriostramiento para proporcionar trayectorias a estas fuerzas horizontales a fin de conducirlas desde sus puntos de aplicacin a las fundaciones. Los edificios con desplazamiento de puentes-gra estn especficamente sometidos a fuerzas horizontales longitudinales y transversales resultantes de la operacin de ellos. En tales casos, la estructuracin del edificio, las vigas porta puente-gra, y arriostramientos especiales se disean para proporcionar trayectorias hacia las fundaciones. Adems, el cambio de foram del edificio debe ser tomado en cuenta dentro de ciertos lmites aceptables. Por ejemplo, las vigas porta puente-gra dene ser tomadas casi exactamente rectas si los puente-gras deben operar con facilidad y sin desgaste excesivo de ruedas y rieles.



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Los elementos estructurales que transfieren esas fuerzas al suelo deben hacerlo mediante su resistencia ya sea a momentos de flexin o a cargas axiales. Debido al mayor costo, el aumento de la seccin de los elementos principales para resistir flexin normalmente esta resringido a aquellos casos donde los elementos de arriostramiento axialmente cargados podran interferir con el uso del espacio. En un edificio, por ejemplo, los elementos diagonales podran interferir con la ubicacin de ventanas, puertas o pasadizos.

La Fig.7-5a muestra un corte a travs de un edificio ficticio que es completamente no arriostrado. Las fuerzas de viento, actuando desde la izquierda y siendo resistidas a nivel del suelo, causarn que el edificio se deforme como se muestra en Fig. 7-5b.

En la Fig. 7-5c, se han agregado dos tornapuntas (knee braces-KB). Estas proporcionan resistencia a flexin a los encuentros entre la cercha y las columnas. Mientras ms alejada del nudo de encuentro quede la tornapunta, mayor serla resistencia a flexin. La columna se elige para resistir el momento de flexin que esas tornapuntas imponen cuando acta la carga de viento, y con lo cual la deformacin lateral queda restringida. La Fig. 7-5d muestra la deformacin del edificio ( exagerada mediante un factor de escala) cuando las bases de las columnas estn rotuladas. La Fig.7-5e muestra la deformacin cuando las columnas estn empotradas en sus bases. Usando las mismas columnas en ambos casos, la rigidez de ellas en la Fig. 7-5e ser mucho mayor que la rigidez de la Fig. 7-5d, debido a que se ha agregado resistencia a flexin en la base de las columnas.



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Si el espacio entre las columnas de la Fig.7-5a no necesita estar libre de obstrucciones, un tensor diagonal, incorporado como se muestra en la Fig. 7-5f, la har estable Almario. Antes que la cercha de techo pueda moverse horizontalmente a la derecha, la diagonal tendra que alargarse en respuesta a la traccin axial. El signo (-) en el tensor indica que est sometido a tensin de traccin pura. Como el viento puede soplar tanto de la derecha como de la izquierda, deberan usarse dos tensores diagonales, como en la Fig. 7-5g. Los tensores, debido a su gran esbeltez estan sometidas a vibracin. Si la vibracin fuera una consideracin de diseo, poran usarse en su reemplazo angulos simples, ngulos dobles, o incluso perfiles ms pesados. Si perfiles rgidos se usan en un sistema de arriostramiento lateral doble, como se muestra en la FIg. 7-5g, las fuerzas de viento pueden dividirse (no necesariamente en la mitad) en dos trayectorias distintas hasta llegar al suelo. Una diagonal estar en traccin y la otra en compresin. Es una prctica habitual despreciar la capacidad a compresin y hacer cada diagonal suficientemente resistente para absorber la totalidad de la fuerza trabajando en traccin.

La planta de las cuerdas superiores de la Fig. 7-6 muestra los puntales de cumbrera R, los puntales de alero E, las cerchas T, las costaneras de techo P, y un sistema de arriostramientos diagonales. Esta planta realmente representa la proyeccin horizontal de los elementos que estn ubicados en dos planos inclinados del techo determinado por las cuerdas superiores de las cerchas.

El puntal de cumbrera R, como se muestra, consiste de dos perfiles canal unidos mediante placas. Ellos trabajan soportando la techumbre y son parte del sistema de arriostramiento. Cada uno de los puntales de alero E consiste de una combinacin de un perfil canal y un perfil ngulo, los que soportan el revetimiento del techo y del muro y forman parte del sistema de arriostramiento. Los elementos de arriostramiento diagonal, normalmente formado por un ngulo simple,acta en conjunto con los puntales de alero y cumbrera y las cuerdas superiores de las cerchas de techo para proporcionar una trayectoria a travs de la cul, las fuerzas de viento son transmitidas a los aleros del edificio. Estas fuerzas entonces son enviadas a la fundacin, parcialmente a travs de la accin de las columnas arriostradas con tornapuntas mostradas en el Corte A-A y parcialmente a travs de las diagonales de fachada mostradas en la Vista de Fachada. Las diversas partes de este sistema de arriostramiento son diseadas para mantener las deformaciones totales de la estructura del edificio dentro de los lmites deseados.

El arriostramiento de la cuerda superior puede ser diseado de muchas maneras. Habitualmente no se necesitan diagonales en todos los paos. Normalmente el nico propsito de este arriostramiento es proporcionar apoyo provisorio hasta que otros elementos del edificio puedan ser instalados o para ayudar a encuadrar el marco durante la ereccin de la estructura.

Las fuerzas de viento en los extremos de un edificio son transmitidas parcialmente a la fundacin y parcialmente al nivel de la cuerda inferior de la cercha a travs de las costaneras de revestimiento frontal y de las columnas frontn..Estas mas otras fuerzas longitudinales, como el frenaje longitudinal del puente gra o impactos longitudinales, son transmitidos entonces hacia las fundaciones a travs del sistema de diagonales como el mostrado en la elevacin lateral de la FIg. 7-6. Es una buena prctica ubicr este arriostramiento longitudinal en la zona media entre juntas de expansin del edificio o en la parte central del edificio sin juntas de expansin. Este



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arriostramiento debera ubicarse preferentemente en los vanos a lo largo del edificio.

Debera proporcionarse un sistema de arriostramiento horizontal continuo en el plano de la cuerda inferior de la cercha en edificios con puentes gra (ver la Planta de la cuerda inferior en Figs. 7-6 y 7-7). La puesta en marcha y el frenaje del carro del puente gra, desplazndose de un lado a otro transversalmente, genera fuerzas que a su vez pueden causar una deformacin lateral inadmisibles en uno o ms de los marcos. Para tomar en cuenta las fuerzas laterales y longitudinales de los puente gras, debera ponerse especial cuidado en arriostrar en el plano de la cuerda inferior de las cerchas de techo. Se debera hacer un anlisis especial del arriostramiento y de los marcos perjudicados si el arriostramiento se discontina, como por ejemplo en el sitio donde se hace mantenimiento al puente gra o en una junta de expansin.



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A pesar que el arriostramiento es preferible que sea diseado como tipo X, en ocasiones ocurre que los vanos requeridos por la operacin o por motivos arquitectnicos impiden su uso. Una buena alternativa es el arriostramiento tipo K el que habitualmente puede ser diseado para acomodar puertas y aberturas.

Cuando se hace imposible considerar tanto arriostramientos tipo X o tipo K, es necesario distribuir las fuerzas horizontales en las columnas que efectivamente trabajarn en proporcin a sus rigideces respectivas usando un procedimiento de anlisis y diseo aceptable.

Para proporcionar arriostramiento adicional, frecuentemente se colocan arriostramientos de cumbrera (sway frames- SF) entre pares de cerchas de techo, como se muestra en la seccin A-A de la Fig. 7-7.

Las fuerzas de viento y otras que puedan actuar en los elementos de arriostramiento deberan ser calculadas y anotadas en los planos por el diseador. Sin embargo, la seleccin del tipo de arriostramiento normalmentebasado en el buen criterio y la experiencia. Un ala vertical de altura no menor a 1/90 de la longitud no soportada se usa frecuentemente para dimensionar arriostramientos con perfiles ngulo en planos horizontales o inclinados. El tamao del elemento arriostrante puede quedar determinado tambin por limitaciones de esbeltez (l/r), las que requerirn el uso de una seccin mayor que la que podra requerirse solamente considerando la restriccin por tensin. Cuando este es el caso, el diseador puede



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dimensionar la conexin del extremo del elemento para la fuerza dada, pero sometindose a las disposiciones de carga mnima de la Norma AISC (Seccin J1.6 ASD; Seccin J1.5 LRFD) Sin embargo, cuando la conexin es materializada con conectores mecnicos, la prctica normal es proporcionar como mnimo dos conectores en cada extremo de tales elementos. El espaciamiento de los conectores de unin o soldaduras en arriostramientos formados por ngulos dobles depender si acaso el elemento est sometido a compresin o a traccin solamente ( Ver Norma AISC Seccin E4 y D2, ASD y LRFD)..

Para proporcionar una restriccin lateral adecuada a las columnas y otros elementos comprimidos, el elemento arriostrante debe tener suficiente rigidez y resistencia. Un anlisis riguroso est fuera del alcance de este libro, pero un procedimiento de larga prctica es proporcionar un sistema arriostrante para resistir una fuerza del 2% de la fuerza de compresin existente en el elemento a arriostrar. Estudios recientes indican que esto es muy conservador.

Debido a que la tendencia de la tornapunta de actuar tambin como soporte, es recomendable que ellas no sean usadas debajo del nivel de una viga porta puente gra a menos que la continuidad resultante sea reconocida en el diseo de la viga.



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JUNTAS DE DILATACION A pesar que los edificios industrials normalmente son construdos con materiales flexibles, an se se requieren juntas de dilatacin en techos y estructura cuando las dimensiones horizontales son grandes. No es posible establecer requisitos fijos en relacin a las distancia entre juntas de dilatacin debido a la gran cantidad de variables involucradas tales como la temperatura ambiente durante la construccin y el rango de temperaturas esperado durante la vida til de los edificios. Una excelente referencia en el tema de dilataciones trmicas en edificios y de ubicacin de las juntas de dilatacin es el Informe Tcnico N65, Juntas de dilatacin en edificios del Consejo Federal de la Construccin (Federal Construction Councils Technical Report No. 65, Expansion Joints in Buildings).

El Informe presenta el grfico aqu llamado Fig.7-8 como una gua para definir el espaciamiento de las juntas de dilatacin en edificios estructurados en base a marcos, basada en el diseo considerando variaciones de temperatura. El Informe considera datos de numerosas ciudades. El Informe entrega cinco factores de modificacin que deberan ser aplicados a la Longitud Admisible del Edificio (Allowable Building Length ) segn sea la situacin.

El Informe indica que el grfico es directamente aplicable a edificios en base a marcos, rotulados en la base, y con interiores calefaccionados. En caso que sean otras las condiciones que existan, se deben aplicar las siguientes reglas:

1. Si el edificio ser calefaccionado solamente y tendr columnas rotuladas en su base, use la longitud admisible especificada;

2. Si el edificio tendr aire acondicionado adems de calefaccin, incrementar la longitud admisible en un 15 por ciento (con el supuesto que el sistema de control ambiental funcionar de manera continua);

3. Si el edificio ser enfriado disminuya la longitud admisible en un 33 por ciento.



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4. Si el edificio tendr columnas empotrada en su base, disminuya la longitud admisible en un 15 por ciento.

5. Si el edificio tendr una sustantiva mayor rigidez contra los desplazamientos laterales en una de sus dimensiones en planta, disminuya la longitud admisible en un 25 por ciento.

Cuando mas de una de estas condiciones de diseo existen en un

edificio, el porcentaje a ser aplicado debera ser la suma algebraica de los factores de ajuste de las distintas condiciones que existan..

Cualquiera que sea el tipo de junta de dilatacin estructural, la mayora de los ingenieros coinciden en que el mejor mtodo es usar un eje de columnas dobles para proporcionar una separacin completa y exitosa separacin en las juntas. Cuando se emplean juntas distintas de la doble columna, se usan generalmente elementos deslizantes de baja friccin. Tales sistemas nunca son totalmente libres e inducen algn nivel de inherente restriccin al movimiento.

Adicionalmente la mayora de las Normas de diseo incluyen restricciones en la ubicacin y espaciamiento de los muros cortafuego. Tales muros cortafuego a menudo llegan a ser lugares empleados para ubicar juntas de dilatacin. En esos casos el detallamiento de las juntas es verdaderamente un desafo.



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ESTRUCTURACION DEL REVESTIMIENTO LATERAL Y DE LA CUBIERTA Las lneas horizontales entre las columnas de las Elevaciones de las Figs. 7-6 y 7-9 representan la disposicin de las costaneras. Las costaneras, frecuentemente perfiles canales o ngulos, sopotan el revestimiento vertical y transmiten la carga de viento hacia las columnas. Observar en la vista de la fachada de la FIg. 7-6, que se han colocado columnas intermedias (Columnas frontn) para reducir la longitud libre de las costaneras. Observar tambin que en los extremos del edificio se ha colocado la cercha tpica del galpn. Esto permite desarmar y reubicar la fachada, en caso de futuras ampliaciones sin tener que reforzar las cerchas.

Las costaneras que soportan las tpicas planchas metlicas de revestimiento normalmente son diseadas de manera que la dimensin horizontal de su seccin no sea menor a 1/60 del vano. Las costaneras que soportan correderas deben ser ms rgidas, y frecuentemente se usa que ellas posean una dimensin horizontal no menor que 1/48 del vano. Las costaneras deberan ser diseadas especialmente para un viento de alta intensidad o presin o, cuando sea necesario, para compatibilizarlas con el tipo de material de revestimiento lateral que se usar.

Las costaneras de techo y las columnas frontn que soportan las planchas son dimensionadas para una razn de altura a luz (h/L) de 1/32. Para soportar otros materiales, cargas inusuales o para cumplir con requisitos de deformacin esta razn debe ser investigada por el diseador.

Colgadores formados por barras de seccin circular se colocan habitualmente para distribuir las cargas gravitacionales de las costaneras laterales, de las costaneras o vigas de techo hacia los elementos soportantes. Ellas se usan tambin para controlar la deformacin y para rigidizar las costaneras laterales y las de techo. Los colgadores habitualmente son de 5/8 pulg. a pulg. de dimetro, y son ubicadas a distancias de aproximadamente seis a ocho pies ( 1,8 m a 2,5 m ) entre s .



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Las siguientes sugerencias y detalles se han concludo despus de una

larga experiencia, han probado ser adecuadas y econmicas, y son recomendables cuando y donde sean apropiado aplicarlas:

1. Tanto los perfiles canales como las vigas de ala ancha son usados como costaneras de techo, siendo las ltimas ms aplicadas en techos planos. Cuando se usan en techos con pendiente, las alas del perfil canal deberan apuntar hacia arriba para permitir al instalador caminar sobre l (Nota de traduccin: la orientacin con las alas hacia arriba obedece ms bien a lograr que el perfil canal sufra la menor torsin posible cuando es cargado gravitacionalmente en techos inclinados, al ponerlo como se indica la carga actuante se aproxima al centro de corte de la seccin canal disminuyendo la excentricidad que genera torsin de la seccin). Cuando la corrosin es una consideracin de diseo, el canal debera colocarse con las alas hacia abajo, pero con la inconveniencia a expensas del proceso de ereccin. Un canal que tiene sus alas hacia abajo estar cargado ms cerca de su centro de corte por las cargas gravitacionales del techo.

2. Las costaneras de revestimiento lateral normalmente se colocan con sus alas hacia abajo para evitar la acumulacin de polvo y residuos. Las aberturas para puertas y portones, sin embargo, a veces requieren de costaneras con las alas hacia arriba.

3. En la Figura 7-9, Corte B-B, se muestran las costaneras laterales ubicadas en la cara de la columna, donde ellas fueron conectadas a trozo de ngulo de apoyo con pernos en obra, normalmente se usan dos pernos para conectar cada extremo de costanera. El borde exterior de las costaneras queda dado por la altura de la seccin tpica de las costaneras y la mitad de la altura de la seccin de la columna; es deseable evitar cortar o discontinuar la costanera para despejar la columna. Cuando la alineacin de las costaneras es crtica, por ejemplo en caso de portones o en muros tabiques, es buena prctica proporcionar un espacio de de pulgada a pulgada entre la cara de la columna y la parte posterior de la costanera y usar perforaciones ovaladas para su ajuste.

4. Los trozos de perfil ngulo de apoyo a las costaneras de revestimiento lateral son apernados o soldados al ala de la columna y ubicados para evitarcortar o discontinuar la costanera. Como las cargas gravitacionales que sobre ellos actan son normalmente relativamente pequeas, slo se necesita una conexin tpica.

5. Como elemento en traccin el colgador es muy eficiente para distribuir en las costaneras laterales y de techo. Existen dos formas de colocarlos ampliamente usadas que han sido identificados en las Figs. 7-9.a y 7-9b como colgadores rectos A y colgadores diagonales B.

a. Colgadores rectos A: Esta disposicin es usada en edificios de ancho y altura moderados y con estas dimensiones aproximadamente simtricas a cada lado. Las cargas de gravedad del revestimiento son trasladadas hacia arriba hasta la viga puntal del hombro y luego por la pendiente del techo hasta la cumbrera donde las fuerzas provenientes de un lado, tanto de las costaneras laterales como de las costaneras de techo, son anuladas por



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las del otro lado. En este caso, los colgadores se colocan en cada lado y se usan placas adecuadas en el puntal de cumbrera para hacer la transferencia de carga. El dimetro del colgador no debera ser mayor que los de los pernos de colocacin en terreno, para evitar perforar dos veces a las costaneras de techo. b. Colgadores diagonales B: Esta disposicin es usada en aquellos edificios altos o anchos donde las fuerzas de gravedad podran requerir colgadores de dimetro excesivamente grande o por otras razones estructurales o arquitectnicas; por ejemplo, en ventanas o quiebra vistas. En estos casos se usa el colgador diagonal para retransmitir las fuerzas hacia las columnas, vigas, o conexiones de la cercha, como se muestra en la Fig. 7-9, Detalle A o B. La componente que ejerce compresin de este colgador diagonal es normalmente pequea y se puede suponer que es resistida por la techumbre o el revestimiento lateral. Cuando esta componente pudiera ser indeseable, por ejemplo en ventanas o quiebra vistas con vidrio, puede colocarse una barra puntal o un ngulo de poco peso como se indica con la lnea segmentada desde la costanera de techo superior hasta la cumbrera o desde la costanera lateral superior hasta el puntal de alero en la Figura 7-9a o 7-9b.

6. El colgador puede ser usado tambin para aprovechar de proporcionar

apoyo lateral al ala interior de la costanera de techo o costanera lateral en tramos intermedios mediante el patrn de perforacin A, como se muestra en el Corte C-C, Fig. 7-8. El patrn de perforacin B no proporciona el mismo control. Los colgadores del Corte B-B de la Fig. 7-9 no son requeridos por flexin, dado en la mayora de esos casos la pendiente es bastante pequea.

7. Los colgadores rectos son habitualmente conectados con una tuerca en cada extremo. Si las perforaciones son ovaladas, debera usarse golilla. Los colgadores diagonales deberan conectarse con dos tuercas en cada extremo.

8. Las costaneras laterales y las de techo pueden estar sometidas a presiones de viento negativas (succiones) que causan tensiones de compresin en las alas interiores de las costaneras. Si esto es as, se debe agregar arriostramiento lateral para apoyar el ala interior. El ala exterior recibe apoyo lateral gracias al revestimiento. Los colgadores pueden proporcionar apoyo lateral adecuado si se colocan con el patrn de perforacin A del Corte C-C, Fig. 7-9b. En este caso se debe usar doble tuerca, como se muestra en la Fig. 7-9c, de manera que algo de compresin pueda ser tomada por el colgador. Adems, para el colgador diagonal simple mostrado en la Fig. 7-9c, cuatro a seis costaneral laterales pueden ser normalmente afianzadas en un vano de 20 a 25 pies ( 6 a 7,5 m ) de longitud antes que un giro excesivo pueda ocurrir. Para costaneras laterales mayores, donde se usan colgadores dobles, el apoyo del ala interior puede ser obtenido por los colgadores dobles de la Fig. 7-9c.



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INFORMACION PARA EL DISEO La Figura 7-10 es un plano de estructura de un edificio industrial liviano diseado de acuerdo a las Norma AISC- Mtodo ASD ( Este plano y otros planos de diseo en este Captulo no pretenden ser considerados como modelos de la mejor prctica de diseo. Ellos han sido elaborados bsicamente para proporcionar ejemplos que ilustren los criterios prcticos de detallamiento). Este plano preparado por el diseador, entrega al fabricante la informacin necesaria para preparar los planos de detalle de la estructura. Si acaso muestra fuerzas en los elementos para el diseo de las conexiones el plano debe indicar si se est ocupando el Mtodo de Diseo ASD o LRFD .

La vista en planta es compuesta ya que muestra simultneamente tanto el arriostramiento de la cuerda superior como el de la cuerda inferior y los vanos que requieren arriostramiento de cumbrera. El tamao de del puntal de alero est indicado en la Planta, pero su ubicacin se muestra en el Detalle Tpico del Revestimiento Lateral. El tamao y ubicacin de las costaneras de techo y laterales se muestra en la Planta de la Cuerda Superior y en la Elevacin Lateral. Se usan colgadores en las costaneras de techo y costaneras laterales para reducir su deformacin.

El Corte hecho a travs de los 60 pies (18,3 m.) de ancho de la estructura muestra el tamao de las columnas, de las tornapuntas, y de los componentes de las cerchas. El diseador ha indicado las fuerzas de traccin y compresin axial en la cercha y en las tornapuntas. Estas son necesarias por el proyectista de detalles para desarrollar conexiones adecuadas. SE indican dos conjuntos de fuerzas: aquellas producidas por las cargas gravitacionales y aquellas causadas por el viento. A las fuerzas de viento se les ha dado la designacin () para indicar traccin o compresin, debido a que el viento puede soplar en cualquiera de las dos direcciones contra los lados del edificio. Las fuerzas gravitacionales, ya que ellas son producidas por cargas que actan en slo una direccin (hacia abajo), se indican con (+) o (), nunca con ambos sentidos simultneamente.

En las combinaciones de carga gravitacionales con las de viento, o en las combinaciones de cargas gravitacionales con las de sismo, el Mtodo ASD de la Norma AISC (Seccin A5.2) permite que las tensiones admisibles sean incrementadas en 1/3. Al respecto, en el diseo de conexiones de cerchas normalmente se usan dos mtodos alternativos para interpretar el incremento de 1/3 de las tensiones admisibles:

En el primer mtodo, se usa de la mxima combinacin de carga gravitacional ms viento del elemento, por ejemplo:

3/4 x [(26) + (55)] = 60.8 kips (= 27,6 T)

Este valor resultante es usado con los valores de las conexiones admisibles tabuladas en la Parte 4 del Manual ASD, o con las tensiones admisibles para soldaduras y pernos de la Seccin J de la Norma ASD.

En el segundo mtodo, se usa la mxima combinacin de carga gravitacional ms viento del elemento, por ejemplo:

(26) + (55) = 81 kips (= 36,77 T)



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Este valor resultante es usado con los valores admisibles de los conectores o de las tensiones aumentados en 1/3.

Es importante que el diseador y el proyectista de detalles comprendan que estos son dos mtodos alternativos para llegar al mismo resultado. Algunos diseadores entregan separadamente las fuerzas requeridas para la conexin como se muestra en la Fig. 7-10 (( 26 kips viento y 55 kips gravitacional). Otros podran reemplazarlas por la fuerza 60.8 kip previamente discutida (quizs redondeada a 61 kips). A menos que el plano muestre claramente la fuerza total producida por la carga de viento, se usarn tensiones admisibles normales en la confeccin de los detalles de conexiones.

Una de las ventajas que tiene detallar las fuerzas, como en la Fig. 7-10, es que el diseo indica si alguno de los perfiles doble ngulos de los elementos de la cercha pueden estar sometidos tanto a traccin como a compresin. Si la magnitud de la fuerza que cambia de signo es tal que una traccin originada por carga permanente es menor que la fuerza de compresin originada por el viento, el espaciamiento de conectores o soldaduras que conectan estos dos ngulos quedarn controlados por el criterio ms restrictivo de la especificacin para Elementos en Compresin ( Norma ASD Secciones D2 y E4)

Para diseo por el Mtodo LRFD, el diseador debe entregar las fuerzas factorizadas crticas en los elementos, e indicar claramente que son cargas factorizadas. Estas pueden ser usadas directamente con las cargas de diseo tabuladas para conexiones en la Parte 5 del Manual LRFD, o con las resistencias de diseo de soldaduras y pernos en Seccin 1 de la Norma LRFD. Ningn incremento de 1/3 es aplicable aqu debido a que dicho efecto ya ha sido considerado en los factores de carga.

Los planos de diseo de cerchas deberan mostrar todas las dimensiones que se requieren para establecer los necesarios puntos de interseccin (nudos) y distancias entre estos. Sin embargo, la ubicacin exacta de los nudos de los arriostramientos diagonales a menudo es encomendada al proyectista de detalles.

Las columnas en la Fig. 7-10 han sido dimensionadas por el diseador para resistir a flexin (actuando en conjunto con la cercha de techo) una moderada cantidad de carga de viento contra el revestimiento lateral. Las bases de las columnas se han supuesto que son libres de girar ( como en Fig. 7-5d), a menos que se especifique otra cosa por el diseador. Por lo consiguiente, los detalles de la columna sern relativamente simples.

La Fig. 7-11 es un plano de diseo de un edificio industrial que debe soportar los desplazamientos de un puente gra que tiene una capacidad para levantar cargas de hasta 15 Ton. En este edificio las columnas estn sometidas a intensas tensiones de flexin debido a que, adems de los momentos de flexin originados por las cargas de viento, los desplazamientos del puente gra impondrn fuerzas horizontales a nivel del la viga porta puente gra, las que deben ser resistidas por las columnas trabajando a flexin.

Al proyectar esta estructura, el diseador necesita poner especial atencin al problema de materializar conexiones adecuadas en el lugar donde la parte superior se adosa a la parte inferior de las columnas escalonadas y donde la parte inferior de estas es fijada a las fundaciones. Esta conexiones corresponden a una parte muy importante de la estructura. El diseador ha indicado ( como siempre debera hacerlo) la forma deseada de materializar estas conexiones. El proyectista de detalles debe cumplir lo indicado en el plano de diseo al detallar estas conexiones o, en casos especiales, obtener la



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aprobacin del diseador antes de cambiar alguno de los detalles. Si surge alguna duda, debera consultarse al diseador.



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CERCHAS Tipos de Construccin La Figura 7-2 y el texto adjunto presentaron los diversos tipos de diseo de cerchas de uso normal en la construccin de estructuras industriales. El mtodo habitual de costruccin es de manera predominante conexiones soldadas en taller y conexiones apernadas en terreno, sin perjuicio de que se pueda encontrar alguna estructura fabricada en taller con conexiones apernadas. Ambos tipos de construccin sern analizados en esta seccin. El ingeniero en la prctica puede, sin embargo, encontrar la necesidad de investigar estructuras con cerchas remachadas en edificios antiguos. En estos casos rigen los mismos conceptos que los empleados para pernos en unin tipo aplastamiento, tomando en cuenta eso s, la resistencia y las condiciones relativas al material existente.

Las cerchas soldadas presentan ciertas inherentes ventajas sobre las cerchas apernadas. Ellas estn en la economa de material, debido a que los elementos normalmente no tienen ninguna perforacin para conectores: por consiguiente, los elementos en traccin pueden ser diseados en base a la seccin bruta. Tambin hay menos material que detallar, como las planchas de conexin que unen los elementos de la cercha en muchos casos son eliminadas, resulta una disminucin en el peso y, normalmente, una fabricacin menos cara.

El tipo de cercha soldada ms comnmente usada consiste en perfiles Tee para las cuerdas superior e inferior y perfiles ngulos para el resto, como se muestra en Figs. 7-11 y 7-13. Se debe observar que los ngulos se extienden y se sueldan sobre el alma del perfil Tee, lo que elimina la necesidad de planchas de conexin en la mayora de los casos.

Para cerchas con cargas muy livianas, se usan frecuentemente perfiles ngulos simples. En este caso, colocando todos los ngulos al mismo lado del cordn de la cercha minimiza la torsin de ella. Alternando el ala de los elementos causa un torque en la cuerda. Como se puede ver a continuacin, C x e= T x e.

Cuando las fuerzas son muy grandes para que pueda usarse un perfil Tee

en las cuerdas de la cercha, en su reemplazo se pueden usar perfiles W, con el alma ubicada verticalmente. Esto requiere el uso de planchas de unin (gusset), las que son soldadas al ala inferior de la cuerda superior y al ala superior de la cuerda inferior. Los angulos del alma de la cercha son Lugo soldados a las planchas de conexin. Es importante observar que el uso de



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perfiles W como elementos de cerchas pueden requerir de consideraciones especiales como las que subsecuentemente se discuten bajo el ttulo de Empalmes y Conexiones en Perfiles Pesados.

Para cerchas con cargas muy pesadas y en aquellas con luces muy largas, los perfiles W algunas veces son usados tanto para las cuerdas como para los elementos del alma de la cercha, como se aprecia en la Fig. 7-12. Con orientaciones de los elementos como las mostradas en la unin de la cercha soldada en terreno de Fig. 7-12, las conexiones usualmente son realizadas soldando de tope las uniones ala-ala y con soldadura de filete las almas, aplicndola directa o indirectamente con el uso de planchas de conexin. Debido a que el calce de las uniones en este tipo de construccin es seriamente afectado por las variaciones dimensionales de los perfiles laminados ( ver Parte 1 del Manual de Normas Prcticas de Edificios Industriales, Tolerancias de Laminacin (Standard Mill Practice, Rolling Tolerances, Manual Part 1), algunos fabricantes prefieren emplear en estos casos perfiles H formados por planchas soldadas.



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La plancha de conexin de la Fig. 7-12a acta como una ayuda para el

montaje y tambin transfiere las tensiones diagonales del alma. El mismo nudo detallado es usado frecuentemente en conexiones de taller. Podra parecer que el elemento diagonal pudiera ser cortado tal que pudiera extenderse hasta el alma de la cuerda para una conexin directa. Sin embargo, ese detalle aunque es posible, usualmente ser ms difcil en preparacin de material y armado, ya que el acceso con la soldadura se torna muy limitado. Observar la dificultad evidente de soldar el gusset o diagonal directamente al alma de la cuerda. Como se ha ilustrado, esta soldadura normalmente no se hace.

El detalle del nudo mostrado en la Fig. 7-12b es tpico cuando el alma de la cuerda es vertical. Se hacen perforaciones de acceso ( perforaciones de ratas) para despejar y hacer las soldaduras de penetracin completa. Las perforaciones de acceso deben ser hechas cuidadosamente de acuerdo con las Normas ( Secciones J1.8, ASD, Secciones J1.11, LRFD, tambien como referencia considerar los Comentarios). Pueden requerirse atiesadores en el



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alma de la cuerda. Esta conexin es anloga a la de una conexin de momento, y el diseo del atiesador as como la necesidad de ste puede establecerse mediante las reglas de la Norma AISC (Seccin K1, ASD y LRFD).

Cuando el diseador investiga la necesidad de atiesadores o refuerzos de alma, puede ser prudente considerar la seleccin de un perfil ms pesado y/o un perfil con una mayor resistencia a la fluencia. Eliminar atiesadores y refuerzos de alma puede resultar en una considerable economa. Refirase al Captulo 6 para un anlisis de los atiesadores.



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Empalmes y Conexiones de Perfiles Pesados Existen disposiciones especiales para los materiales y la fabricacin cuando los empalmes son hechos mediante soldadura de penetracin total en perfiles laminados pesados (ASTM A6 Grupos 4 y 5) o en perfiles armados con placas que exceden dos pulgadas de espesor. Las Normas (Seccin A3.1.c, ASD; Seccin A3.1.a, LRFD ) requieren que el material tenga un promedio mnimo de dureza Charpy con muesca en V de 20 pie-libra ( 2,768 Kg-m) a + 70 F (21,11C). An ms, las Normas recomiendan que ese requisito de dureza tambin sea considerado para las uniones soldadas de penetracin completa distintas de los empalmes en perfiles laminados pesados y en perfiles armados sometidos s tensiones principales de traccin.. Adems de los requisitos de dureza, la Norma ( Seccin J1.7, ASD; Seccin J1.10, LRFD) indica requisitos relacionados con los detalles de las perforaciones de acceso para la soldadura (Seccin 11.8, ASD; Seccin 31.11, LRFD) procedimientos de soldadura (Seccin 32.6, ASD; Seccin 32.7, LRFD), calaentamiento previo a la soldadura (seccin J2.7, ASD; Seccin J2.8, LRFD), y de preparacin trmica de la superficie cortada e inspeccin (Seccin M2.2, ASD y LRFD). El propsito de esos requisitos es minimizar la posibilidad de fractura frgil. Las secciones pesadas son ms susceptibles que las ms delgadas debido a las restricciones adicionales que aportan a la retraccin de la soldadura, y debido a las zonas de baja dureza que ellas pudieran tener. Los comentarios de la Norma (Seccin J1.7, ASD; Seccin J1.10, LRFD) proporcionan informacin adicional, incluyendo detalles de empalmes alternativos y detalles para el acceso de la soldadura y cortes de vigas.

Se debe observar en referencia a la Fig. 7-13 que los ejes de gravedad ( a travs de los centros de gravedad de las secciones transversales) de los perfiles del alma y de las cuerdas de la cercha funcionan como ejes de interseccin. Esto es una diferencia bsica con respecto a las construcciones apernadas, donde se usan como lneas de interseccin las lneas de gramil. Es una prctica comn modificar las lneas de interseccin levemente con respecto a los ejes de gravedad para establecer puntos de encuentro repetitivos y eliminar dimensiones fraccionales menores que 1/8 de pulgada. Tales ajustes tienen efectos despreciables y tienden a simplificar las disposiciones estructurales y los clculos.

Los elementos de cerchas apernadas, excepto en el caso de cerchas con cargas muy pesadas, habitualmente estan hechas con perfiles ngulos, debido a la fcil forma en que ellos pueden ser conectados mediante una sola placa de conexin en cada punto de encuentro. Generalmente se fabrican un par de ngulos, con cada uno de ellos colocados a cada lado de la plancha de conexin para que trabajen como una sola unidad compuesta.

Cuando se usan ngulos de alas iguales, no puede haber posibilidad de equivocarse en cuanto a cual ala debera colocarse espalda-espalda. Cuando se usan ngulos de alas desiguales ya sea en conexiones soldadas o apernadas, es importante que las alas unidas sean las que correspondan . En elementos en traccin, las alas ms anchas generalmente son colocadas contra el alma de los perfiles Tee de la cuerda o de las planchas de conxin. En elementos en compresin la apropiada colocacin de los ngulos de alas desiguales es muy importante. Este hecho puede ser apreciado despus de un cuidadoso estudio de la Tabla de Cargas Axiales Admisibles en ngulos dobles (Table of Allowable Concentric Loads on double angles) de la Parte 3 del



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Manual ASD, o del Diseo a Resistencia Axial de ngulos Dobles (Design Axial Strength of Double Angles), de la Parte 2 del Manual LRFD. La carga de compresin axial total permitida en un par de ngulos que tienen sus lados largos espalda-espalda es considerablemente mayor que la carga admisibles cuando los mismos angulos, con la misma longitud libre, estan unidos por sus lados cortos.

Como puede obrservarse en el esquema de la parte superior de las Tablas de Carga, el eje Y-Y del elemento compuesto formado por dos ngulos caer en el plano del alma de los perfiles Tee o de las placas de conexin cuando ellas se ubican entre los ngulos. En el plano del alma del perfil Tee e de los gustes, los elementos del alma de la cercha proporcionan apoyo lateral a la cuerda superior en compresin en cada punto de interseccin. Por lo tanto, la longitud libre, en lo que se refiere al eje X-X de la cuerda superior, es la distancia entre puntos de interseccin.

Para prevenir el pandeo de la cuerda superior con respecto al eje Y-Y cuandl la cercha est totalmente cargada, se debe proporcionar un apoyo horizontal directo por el piso, por la estructura de techo, o por el sistema de arriostramiento. As, la longitud libre de la cuerda superior, relacionada con el eje Y-Y, puede ser cero en caso de estar directamente conectada al piso o al panel de techo. Sin embargo, si las cargas son aplicadas a travs de vigas o costaneras de techo, la longitud libre puede ser la distancia entre estos elementos, y puede extenderse por sobre ms de una longitud del tramo



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Cuando los ngulos deben ser fabricados con los lados largos de sus alas

hacia afuera, esto es indicado en el plano con el smbolo . Esta prctica es ilustrada en las Figs. 7-10 y 7-11. Cuando los lados largos estn espalda-espalda, se usa el smbolo . DE manera similar, los planos de diseo deben mostrar la posicin relativa de los lados largo y corto para un ngulo simples. En los planos de detalle estos smbolos son reemplazados por el smbolo convencional (L). Otra nomenclatura que puede se usada incluye: SLBB- Short legs back-to-back (Lados corto espalda-espalda); LLBBLong legs back-to-back (Lados largos espalda-espalda); LLVLong legs vertical (Lados largos vericales); LLHLong legs horizontal (Lados largos horizontales); SLVShort



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legs vertical (Lados cortos verticales); SLHShort legs horizontal (Lados cortos horizontales). En estructuras apernadas, la ubicacin de los lados largos y cortos es frecuentemente evidente debido a los gramiles. En caso contrario, el tamao de uno de las alas de ngulos de lados desiguales debera mostrarse siempre en el plano de detalle.

Las Tablas de Cargas Axiales Admisibles en Tees Estructurales Cortadas de Perfiles W (Tables of Allowable Axial Loads on Structural Tees Cut from W Shapes) de la PArte 3 del Manual ASD entregan las cargas de compresin admisibles para aceros de Fy=36 ksi ( 2533 Kg/cm2 ) y Fy=50 ksi (3519 Kg/cm2) para cada perfil Tee. El efecto de l/r resulta evidente en esas Tablas e indica, por comparacin, la eficiencia de carga que tienen esos dos tipos de acero. Debe observarse que el acero de mayor resistencia presenta pequea o ninguna ventaja en la gran mayora de los valores tabulados. La misma conclusin puede lograrse revisando las Tablas de Resistencia Axial de Diseo de Tees Estructurales Cortadas de Perfiles W (Tables of Design Axial Strength of Structural Tees Cut from W Shapes ) includas en la Parte 2 del Manual LRFD. Esas Tablas son particularmente tiles en el diseo de cerchas soldadas con cuerdas de perfiles Tee y en otras aplicaciones similares.



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Conexiones en nudos de cerchas- Cerchas Soldadas La Figura 7-13a muestra un detalle ampliado del nudo U3 del diseo de la cercha mostrada en la Fig. 7-11; representa la forma tpica de tratar una conexin intermedia de elementos del alma de la cercha. Observar que los ejes de gravedad de los elementos vertical y diagonal se intersectan en el eje neutro del perfil Tee de la cuerda. Se mostrarn ejemplos del diseo de conxiones para esta cercha, tanto por el Mtodo ASD como LRFD. Por consiguiente, las fuerzas en los elementos tanto para ASD como para LRFD son mostradas en la Fig 7-11, Parte III.

Con el fin proporcionar rigidez a la estructura terminada de la cercha, los ngulos que comprimen un alma de un elemento en cada nudo ( en este caso, U3L3) son extendidos hasta cerca del eje de laminacin del perfil Tee (distancia k). Las soldadura necesaria entonces es aplicada a lo largo de las alas de cada ngulo, comenzando por sus extremos en vez partir del eje del alma de la Tee.

Es una prctica comn colocar ms soldadura a lo largo del ala perpendicular que en el lado del ala paralela a la conexin. El propsito es minimizar cualquier excentricidad que pueda surgir debido a la ubicacin de las soldaduras con respecto a los ejes de gravedad de los ngulos conectados. Las pruebas han mostrado, sin embargo, que existe slo una pequea diferencia en la capacidad de carga esttica entre conexiones balanceadas de esta forma y las no balanceadas, y las Normas AISC ( Seccin J1.9 ASD; Seccin J1.6, LRFD) resuelven colocar estas soldaduras como lo indique la geometra del nudo slo para elementos cargados de manera esttica. Como se ver ms adelante, algunas veces las limitaciones del tamao de la soldadura son tales que el mismo tamao de soldadura debe ser usada tanto del lado del ala paralela a la conexin, como del lado del ala perpendicular, y la geometra del nudo puede originar en que se coloque ms soldadura a lo largo del lado del ala paralela que a lo largo del ala perpendicular.

Los espesores y longitudes de soldadura son eterminados de acuerdo con los criterios delineados en el Captulo 2. Normalmente ellos son hechos slo con la longitud suficiente para transferir las cargas axiales dadas, pero esto puede ser modificado por los requisitos mnimos estipulados en las Normas ( Seccin J1.5 y J1.6, ASD; Seccin J1.5, LRFD). Ver Ejemplo de Diseo 3 ms adelante en esta seccin.

El elemento diagonal en el nudo U1 ( Fig. 7-13b) se ha cortado para proporcionar la longitud de soldadura necesaria a lo largo del ala del ngulo. Pudo haber sido posible mover este elemento hacia arriba y a la derecha y as lograr la longitud necesaria con extremo cortado a escuadra. Sin embargo, el mover la diagonal tambin significa mover el eje de gravedad lejos del punto de interseccin. Esto introducir excentricidad y un correspondiente momento, el que cuando se le suma a las fuerzas axiales, tiende a sobrepasar la tensin de la cuerda. Todos los ejes de gravedad deberan interceptarse en el mismo punto en cada nudo, a menos que sea considerada la excentricidad.

A pesar de la recomendacin anterior, no siempre es posible en la prctica ubicar los ejes de gravedad en las lneas de interseccin. Los elementos en ocasiones son levemente movidos a propsito para lograr las conexiones del arriostramiento lateral inferior, de las costaneras de techo, del arriostramiento de cumbrera, etc. Los momentos que resultan son relativamente pequeos y normalmente son despreciados.



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Limitaciones del espesor de soldaduraLos espesores de los filetes de soldadura en los extremos de los elementos de la cercha de la Fig. 7-11 estn sometidos a las siguientes restricciones ( Norma AISC, Seccin J2.2b ASD y LRFD):

1. El espesor mximo de los filetes de soldadura a lo largo de las alas de los ngulos debera ser 1/16 pulg. ( 1,6 mm ) menor que el espesor del ngulo. Sin embargo, la resistencia mxima no debe superar la resistencia al bloque de cortante de la plancha de conexin o alma del perfil Tee a la que est adosado. Ver Norma Seccin J4, ASD y LRFD.

2. El espesor mnimo de los filetes de soldadura depende del espesor de la parte ms gruesa a unir. En los ejemplos que siguen, los espesores del alma de las cuerdas superior e inferior: pulg. (12,7 mm) y 7/16 pulg. (11,11 mm) son ms gruesos que los ngulos conectados a ellos. El espesor mnimo del filete de soldadura es 3/16 pulg. ( 4,76 mm) en ambos casos.

Procedimiento para Determinar la Cantidad de Soldadura Necesaria La cantidad de soldadura requerida en los extremos de los elementos de las cerchas puede ser determinada por alguno de los mtodos siguientes:

1. Dividir por la longitud disponible de soldadura las fuerzas de traccin o compresin para las cuales la conexin ser diseada. Esto dar el valor de resistencia requerido por pulgada, a partir del cual se puede determinar el espesor del filete de soldadura. La longituda dispoible para soldadura puede ser obtenida a escala del detalle de la cercha si los detalles de la unin han sido dibujados con exactitud y a una escala suficientemente grande, preferentemente 1 pulg= 1 pie

( resulta escala 1:12 , en Chile 1:10) A menos que la disposicin sea hecha a una escala mayor, es recomendable disminuir al menos

en pulg (12,7 mm) la dimensin obtenida a escala para determinar la longitud disponible de soldadura.

2. Suponer un espesor de filete y dividir por la resistencia de soldadura que proporciona este valor la fuerza de traccin o compresin para las cuales la conexin ser diseada. Esto dar la longitud de soldadura requerida.

3. Determinar el nmero total de pulgadas requeridos para un espesor

de filete de 1/16 pulg ( 1.6 mm) , dividiendo la fuerza para la que la conexin ser diseada por la resistencia del filete de 1/16 pulg. de espesor. Luego, al tantear varias combinaciones de espesor y longitud, puede determinarse el espesor y longitud de la soldadura. Este mtodo es particularmente ventajoso si se van a usar diferentes longitudes a cada lado del ala extrema de un perfil ngulo.

En la determinacin de la longitud del filete de soldadura, debe haber tambin una longitud adicional suficiente para considerar el inicio y trmino del filete a fin de lograr la longitud en que la soldadura es totalmente efectiva. Observar que la longitud mnima de un filete es cuatro veces su espesor.



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Conexiones en nudos de cerchasCerchas Apernadas En la Fig. 7-14 se muestra una cercha de 10 paos como podra aparecer en los planos de diseo. Para esta cercha se mostrarn ejemplos de diseo de las conexiones tanto por el Mtodo ASD como por LRFD. Al respecto, las fuerzas en los elementos tanto para ASD como para LRFD se muestran en la Fig. 7-14, Parte II.

Cuando no aparezca indicada la carga en cada nudo, esta puede ser obtenida rpidamente de las fuerzas tabuladas de los elementos. Para el diseo ASD, la fuerza de compresin de 19-kip (8,626 T) en el elemento vertical cg y eh, y la reaccin de extremo de 85,5-kip (38,817 T) (4.5x19=85,5) muestran que una carga de 19,0 kips ( 8,626 T) est siendo aplicada en cada nudo interior.

El diseo pide usar PAR 7/8 A325-N colocados en taller y una plancha de conexin de mnimo 3/8 pulg. ( 9,525 mm) de espesor. LA disposicin del nudo b se muestra en la Fig. 7-15.

Como la diagonal de mano izquierda es un elemento en compresin, y no hay rea neta involucrada, muchos fabricantes podran ubicar los pernos de a pares, como se muestra en la Fig. 7-15. Esta distribucin de conectores cumple con los requisitos de la Norma AISC (Seccin J3.8, ASD; Seccin J3.9, LRFD).

La fuerza en la cuerda superior y la carga vertical en el nudo requieren no ms de ocho pernos. Estos pernos son distribudos en toda la longitud de la plancha de conexin. Esa longitud, como la indicada por la distancia horizontal entre los pernos extremos en cada una de las dos diagonales, es considerablemente ms que la requerida por el espaciamiento mnimo entre pernos, an considerando el mnimo requerido para una sola lnea de gramil. Sin embargo, se usaron dos lneas de gramil y pernos alternados de acuerdo con la prctica habitual.

No se lograra ninguna economa real disminuyendo la distancia entre los pernos a lo largo de los ngulos de la cuerda tal que la plancha pueda ser cortada de manera oblicua para economizar material. Realmente, eso podra incrementar el costo, al incrementar el nmero de cortes requeridos para recortar los bordes de la plancha, ya que el material economizado seran normalmente pedacitos. Por consiguiente, en este caso, es preferible ocupar planchas de conexin rectangulares.

Tericamente, si toda la excentricidad de la carga axial es eliminada, los ejes de gravedad de los elementos formados por ngulos y los ejes de interseccin de la cercha deberan coincidir. Sin embargo,las excentricidades resultantes son tan pequeas que las Normas AISC ( Seccin J1.9, ASD) permiten el uso de las lneas convencionales de gramil de los ngulos como los ejes de interseccin de la cercha. ( Observar que esto no est especficamente mencionado en el Mtodo LRFD pero es considerado una buena prctica). En el caso de los lados de ngulos que midan 5 pulg. o ms, para los que convencionalmente se usan dos lneas de gramil, la lnea ms cercana al ala perpendicular al plano de la conexin es una de las que es sustituda por el eje de gravedad.

Independiente de su forma real, las planchas normalmente son designadas en taller por las dimensiones del menor rectngulo del que ellas pueden ser cortadas. Si las planchas pueden repetirse, como la indicada en el esquema que sigue, la metodologa para designarla depende de la prctica de cada fabricante. Algunos prefieren designar la plancha de la manera normal, y



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agregar una nota o un pequeo croquis en el listado de taller en la columna de Observaciones. Otros pueden preferir designar la longitud requerida para dos planchas, y anotar 1 corta a 2 despus de la designacin.



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Empalmes de Cuerdas de CerchasSoldadas Los empalmes de cuerda en cerchas soldadas habitualmente son hechos con soldadura de tope de penetracin completa. LA preparacin de la unin y la soldadura se hacen de acuerdo con la Norma AISC ( Seccin J2, ASD y LRFD). Donde elementos de diferente seccin transversal concurren como empalmes en traccin, se debe generar una pendiente a travs de la zona de transicin la que no debe ser mayor que 1 en 21/2 ( 4-3/4 en 12 aproximadamente- Nota Traduccin: tg < 0,4). Esto es acompaado con cortes de las esquinas externas e inclinando las caras de la soldadura ( Ver Fig. 7-16a) . Donde la diferencia de espesor es muy grande, es necesario biselar la parte ms gruesa as como inclinar las caras de la soldadura ( Ver Fig. 7-16b).

Donde se empalman perfiles Tee o W, las soldaduras de penetracin completa de las alas requieren recortar el alma para permitir el uso de planchas de respaldo, o soldaduras por el lado opuesto, o soldaduras secundarias ( Ver Fig. 7-16c). Planchas separadoras y planchas de respaldo se requieren para asegurar que el rea total de la seccin transversal de la soldadura de tope es efectiva en todo el ancho del ala. Referirse al Captulo 2 para anlisis adicionales de las planchas separadoras y de respaldo.

Las perforaciones de acceso deben ser hechas cuidadosamente de acuerdo con las Normas ( Seccin J1.8, ASD; Seccin J1.11, LRFD; tambin referirse a los Comentarios). Tambin ver el anlisis previo en este captulo bajo el ttulo Empalmes y Conexiones en Perfiles Pesados por aspectos especiales que pudieran aplicarse.

Las Normas AISC reconocen que la resistencia de las soldaduras de tope de penetracin completa es igual a la del material conectado, con la condicin que se use acero de soldadura adecuado. Referirse al Captulo 2 para anlisis adicional.

En los empalmes en traccin debera verificarse el requisito de rea neta. Habitualmente la perforacin o recorte de acceso para la soldadura es dejada abierto una vez materializada la unin.

Los empalmes de las cuerdas son caros de fabricar y deberan ser evitados siempre que esto sea posible. El nudo U4, Fig. 7-11, indica una curva en la cuerda superior debido a las pendientes del techo. Algunos fabricantes podran cortar y soldar de tope esta cuerda, mientras que otros podran reemplazarla. por un simple doblez. Si est dentro de la capacidad del equipo de taller, el doblado es una solucin satisfactoria para la mayora de las cerchas con variaciones leves en la ubicacin de sus elementos.

En estructuras apernadas en terreno, los empalmes de terreno de las cuerdas requieren que el material del empalme pueda ser apernado en ambos lados de la unin, o que pueda soldarse en taller en un lado y apernarse en terreno en el otro. En cualquier caso, los criterios involucrados son los mismos o similares a los analizados en la siguiente seccin sobre empalmes en estructuras apernadas.



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Empalmes de Cuerdas de CerchasApernadas En la Fig. 7-14, el plano de diseo requiere un cambio en el tamao de tanto los perfiles ngulos de la cuerda superior como de la cuerda inferior de la cercha. Elementos de menor tamao se usan en la cuerda donde la fuerza es menor que la que existe en el tramo adyacente. Se requiere de planchas de empalme para conectar los elementos de diferente tamao de la cuerda. Podra pensarse que el tamao de los perfiles ngulos de la cuerda inferior podran ser cambiados tambin en el nudo h. Sin embargo, debido a la ms pequea diferencia de tensin en los elementos de la cuerda adyacentes al punto h, cualquier ahorro en el material bsico probablemente podra ser mayor que la diferencia por costo adicional del empalme. En general, los empalmes de las cuerdas en cerchas de edificios normales quedan restringidas a casos donde:

1. La cercha una vez fabricada es muy larga o muy alta para transportarla en una sola pieza, y por consiguiente, deben considerarse empalmes.

2. La cercha es tan larga que la longitud de los perfiles no se puede conseguir o slo pueden ser adquiridos a precios ms altos.

3. Una gran reduccin del tamao de los elementos de la cuerda justifica el costo de un empalme.

4. Existe un cambio en la direccin del eje de la cuerda, tal como en las cerchas Fink o Scissors.

Los empalmes indicados por el diseo en la Fig. 7-14 pueden caer en la Categora 3 suponiendo que el taller del fabricante est tan bien equipado, y tan bien ubicado con respecto al terreno del edificio, que la cercha puede ser transportada en una sola pieza. Se discutirn dos mtodos de empalme de la cuerda inferior cerca del nudo g. Sern includo los ejemplos de diseo para cada mtodo.

Empalme lejos de la plancha de conexin En la Fig. 7-14, el diseo seala la ubicacin del empalme de la cuerda justo a la izquierda del nudo. La Fig. 7-17 es un detalle del empalme de la cuerda, en la que el empalme en la cuerda inferior ha sido arbitrariamente ubicado dos pies (609,6 mm )a la izquierda del nudo g, donde est claramente fuera de la plancha de conexin.

En el diseo de un empalme, es de buena prctica proporcionar los conectores requeridos y la cantidad de material de empalme para cada ala de los perfiles ngulos empalmados de manera que la tensin quede uniformemente distribuda sobre la seccin transversal del elemento en el lugar del empalme. Seguir esta prctica evitar cualquier efecto de desgarramiento (o bloque de cortante).



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Empalme en la placa de conexin A pesar que el diseo indic los empalmes de la cuerda de la Fig. 7-14 a la izquierda del nudo, en la mayora de los casos se puede usar tambin, con un diseo adecuado, un empalme en el nudo.

En la Fig. 7-18a, el empalme de la cuerda inferior en el nudo g (Fig. 7-14) est ubicado 1-1/2 pulg. ( 83,1 mm) a la izquierda del nudo. Pudo haber estado a la derecha del nudo, pero la distribucin de pernos a lo largo de los perfiles ngulos de la cuerda resulta ms uniforme con los empalmes de la manera mostrada. Los tres pernos colocados en el ala vertical de los ngulos de la cuerda ms liviana en este caso tambin atraviesan la plancha de conexin. Esto, sin embargo, no disminuye el nmero de pernos requeridos en los ngulos 6x6x1/2 de la cuerda, todos los cuales se necesitan para transmitir la componente de fuerza horizontal desde el perfil diagonal hasta esos ngulos.

La Fig. 7-18b es un diagrama que muestra la direccin de las fuerzas en los diversos componentes al lado derecho del empalme. Se puede observar que el corte en los pernos producido por las planchas de empalme y el corte producido por las planchas de conexin, estn en diferentes planos transversales, y no son aditivos. Las planchas de empalme trabajan con la plancha de conexin para ubicar los cuatro pernos en unin tipo aplastamiento de cada ngulo 6x6x1/2.

Al elaborar los detalles mostrados en la Fig. 7-18a, la que es similar a la Fig. 7-17, se supuso que ninguna fraccin de la fuerza de empalme de 68,4 kip [ 31,05 T] ( 102.6 kip [ 46,58 T] para Mtodo LRFD) pasa a travs de la plancha de conexin. La prctica de hacer las planchas de empalme suficientemente grandes para tomar toda la fuerza de empalme es conservadora y simplifica el diseo.

Cuando parte de la plancha de conexin ( usualmente el ancho de los ngulos de la cuerda ) se usa para empalmar la cuerda, se debe investigar la capacidad a corte y flexin de la plancha de conexin. Observar que la plancha de empalme inferior n tambin es usada como plancha de conexin para los puntales de la cuerda inferior.

En la Fig. 7-19, el empalme de la cuerda superior ( mostrado a la izquierda del nudo d en la Fig. 7-14) ha sido ubicado en el nudo. Los seis pernos de la cuerda a la izquierda del empalme transfieren una parte proporcional de la fuerza de 121.6 kip [ 55,206 T] ( 182,4 kip [82,81 T] para Mtodo LRFD) desde las alas horizontales de los ngulos 6x6x3/8 de la cuerda a la plancha de empalme p. Los seis pernos a la derecha del empalme transfieren esta fuerza a los ngulos 8x8x1/2 de la cuerda. Los cuatro pernos de la cuerda ubicados en la plancha de conexin a la izquierda del empalme transfieren una parte proporcional de la fuerza de 121.6 kip [55,21 T] ( 182,4



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kip [ 82,81 T] para Mtodo LRFD) desde las alas verticales de los ngulos 6x6x3/8 de la cuerda a las planchas de empalme s. Los cuatro pernos de la cuerda a la derecha del empalme transmiten esta fuerza a los ngulos 8x8x1/2 de la cuerda. Adicionalmente, esos cuatro pernos deben transmitir las componentes horizontal y vertical de las fuerzas en los elementos diagonales desde la plancha de conexin a los ngulos de la cuerda.

Observar que los pernos han sido colocados alternados lo largo de los ngulos para permitir una fcil insercin y apriete.



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Conexiones de apoyo de la cercha En los detalles de conexin de las cerchas analizadas a lo largo de este captulo, los ejes de interseccin de todos los elementos que se conectan al nudo han sido reunidos en un slo punto de interseccin en la plancha de conexin. Como resultado, los conectores o grupos de soldaduras que conectan a la plancha de conexin cada uno de los diversos elementos han quedado sometidos a una pequea excentricidad, si es que la hay. Si cada grupo hubiese sido reemplazado por una sola conexin sin friccin tipo rtula, el equilibrio esttico del nudo no habra sido perturbado. En contraste a eso, se debe considerar el caso donde el punto de interseccin no cae dentro del rea de la plancha de conexin, con lo cual una determinada excentricidad de la carga en tales grupos. Esta situacin frecuentemente ocurre en los extremos de una cercha soportada por una columna. Sin embargo, puede que no exista excentricid

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