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1 CONEXIONES GENERALIDADES La resistencia y seguridad de una estructura pueden depender en forma directa de las conexiones que unen los elementos principales. Estas conexiones deben mostrarse en forma clara y con detalles en los planos estructurales. Existen varias formas de hacer uniones estructurales: Remaches Pernos Pasadores Soldadura

Acero conexiones soldas

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curso de aceros I materia conexiones soldadas

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    CONEXIONES GENERALIDADES La resistencia y seguridad de una estructura pueden depender en forma directa de las conexiones que unen los elementos principales. Estas conexiones deben mostrarse en forma clara y con detalles en los planos estructurales. Existen varias formas de hacer uniones estructurales:

    Remaches

    Pernos

    Pasadores

    Soldadura

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  • 3

    CONEXIONES SOLDADAS Introduccin Se pueden obtener conexiones confiables y econmicas con una eleccin correcta del material y de la tcnica de soldadura y una buena mano de obra. Las primeras aplicaciones se hicieron en taller, bajo condiciones controladas y, al obtener una mayor experiencia, se aplic el mtodo en el campo. Hiptesis de clculo 1. Las soldaduras se consideran elementos homogneos, isotrpicos y elsticos. 2. Las partes conectadas por las soldaduras son rgidas y, por lo tanto se

    desprecian sus deformaciones. 3. Solo se consideran esfuerzos (nominales) debidos a las carga externas, se

    desprecia los esfuerzos residuales.

    PROCEDIMIENTO PARA EL CALCULO DE ESFUERZOS EN CONEXIONES SOLDADAS

    1. Dibujar la seccin transversal efectiva de la soldadura. 2. Determinar el centroide de esta seccin efectiva y establecer un sistema de

    ejes ortogonales a travs de l. Cuando se presentan esfuerzos normales al plano de las soldaduras, debe usarse los ejes principales de la seccin.

    3. Determinar las solicitaciones ( Fuerzas y momentos ) que actan sobre la conexin soldada, segn las componentes x,y,z

    4. El esfuerzo en la soldadura debido a una sola componente de carga, puede calcularse (en cualquier punto de la conexin) por medio de frmulas convencionales como ms adelante se sealan.

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    NOMENCLATURA:

    fx , fy son los esfuerzos cortantes fz es el esfuerzo normal Elemento de soldadura dA

    Fig. Componentes de esfuerzo en un elemento de soldadura Esfuerzo debido a Px , Py , Pz

    A

    Pf xx

    ' A

    Pf

    y

    y '

    A

    Pf zz

    '

    Esfuerzo debido a momentos flectores Mx , My , Mz

    yI

    Mf

    z

    zx '' x

    I

    Mf

    z

    zy '' ''

    yxz

    x y

    MMf y x

    I I

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    COMPONENTES RESULTANTES DE LOS ESFUERZOS ( con la convencin de signos)

    '''

    xxx fff '''

    yyy fff '''

    zzz fff

    Para soldadura filete, se determina la mxima fuerza resultante por unidad de longitud f y se considera arbitrariamente a sta como una fuerza de corte que acta en la seccin de la garganta.

    222

    zyx ffff

    CALCULO DE SOLDADURA FILETE Se caracteriza por su forma triangular y por lo comn tiene sus dos lados iguales. a = espesor del filete tamao de la soldadura t = garganta, altura del menor tringulo issceles inscrito

    Si e 6mm a e Si e > 6 a 1.6 e

    Se debe cumplir P adm L 0.707 a

    P/L f adm 0.707 a

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    Todas las cargas que actan sobre la soldadura de filete se consideran como fuerzas cortantes independientes de su direccin real. Se considera a la garganta de la soldadura como seccin crtica. NOTA: Si todos los cordones de una soldadura son iguales, el clculo se realiza considerando a los cordones como elementos lineales. Otras materias a considerar:

    Propiedades de soldaduras lineales

    Tensiones admisibles

    Detalle de conexiones soldadas en un marco, en una armadura y en una trabe (Pg.256) Diseo de estructuras de acero. BRESLER

    Conexiones soldadas tpicas para edificios (pg. 260)

    Conexin de viga a columna (pg. 277)

    ANALISIS DE CONEXIONES TIPOS

    CONEXIONES CENTRADAS

    CONEXIONES CON EXCENTRICIDAD EN EL PLANO DE LA SOLDADURA

    CONEXIONES CON EXCENTRICIDAD FUERA DEL PLANO DE LA SOLDAURA

    APLICACIONES

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    EJEMPLO DE UNIONES Verificacin de tensiones en conexiones soldadas

    Tensiones admisibles en conexiones de filete

    0.4 ff F Tensiones admisibles [T / cm2]

    (en soldadura E60 xx E70 xx) A 37 24 Es 1.0 A 42 27 Es 1.1

    A 52 34 Es 1.4

    1 CONEXIONES CENTRADAS Determinar las longitudes L1 y L2 de soldadura requerida para resistir la carga mxima admisible del perfil y encontrar el espesor del Gusset.

    2

    ( ) 1 /adm solF t cm P=13.5 ton a=6 mm

    Solucin:

    2 t2 = 0.62 0.6

    0.6 0.7072

    t x ; t es la parte ms dbil de la unin

    Longitud L requerida: ( ) 0.707adm solP a L

    13.531.8 32

    0.707 0.6 1.0L cm

    x x

    Por equilibrio: P = P1 + P2 1 ( ) 10.707adm solP a L 2 ( ) 20.707adm solP a L

    Entonces :

    1 2L L L

  • 8

    A continuacin se hace una distribucin balanceada de las longitudes L1 y L2 tomando momento con respecto al eje del perfil.

    2 1P x P b x luego 2 1L x L b x

    Resolviendo: 1

    LxL

    b

    2

    L b xL

    b

    En nuestro caso: 132 2.26

    98

    Lx xL cm

    b 2 1 23L L L cm

    Si se decide soldar el extremo del perfil tomando momentos estticos con respecto a los puntos A y B respectivamente:

    0AM 2

    12

    bLb Lx

    0BM 2

    22

    bL b L b x

    12

    Lx bL

    b

    2

    2

    L b x bL

    b

    Para este caso reemplazando los valores L1 = 5 cm L2 = 19 cm Para el clculo del espesor del Gusset: e >= 0.707 a e = 0.707 x 6 = 4.2 mm Por lo tanto usar e = 5 mm En resumen:

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    Nota: La capacidad de la soldadura debe guardar relacin con el espesor de las planchas para evitar concentraciones de fatigas . a) b) c)

    ( ) ( )adm PL dm soldF e F t 2

    at

    1000

    1400 2

    ae N (N= N cord. Sold.)

    0.505e a N

    En caso de cizalle es peor, pues la resistencia al cizalle es menor que la de traccin.

    1000

    1100 2

    ae N (cizalle simple)

    0.643e a ; 1.286e a (cizalle doble)

    Casos: a) e >= 1.01a b) e >= 0.643a c) e >= 1.286a

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    2.- CONEXIN CON EXCENTRICIDAD EN EL PLANO DE LA CONEXIN Verificar la conexin indicada. Acero A 37 24 ES . Solucin: Primero calculamos centro de gravedad de la soldadura

    22 15 / 23.75

    60

    xx cm

    Calculamos el momento de inercia polar de la soldadura

    3 2 410.56 30 2 15 15 504012

    xI x x cm

    22 3 410.56 30 3.75 2 15 15 7.5 3.75 790

    12yI x cm

    45830P x yI I I cm ( zI )

  • 11

    Si trasladamos la fuerza al punto cg. tenemos: P = 7.5 T M = 7.5(40 3.75) = 272 T cm Se producen los siguientes esfuerzos:

    Una fatiga de torsin producida por el momento :m c

    P

    Mf d

    I

    y una producida por la fuerza P: c

    Pf

    A

    Para calcular fm tomamos el r mximo, que en este caso es el punto 4:

    2 215 15 3.75 18.8r cm

    15

    0.8018.8

    sen 11.25

    cos 0.6018.8

    2272 18.8

    0.876 /5830

    m

    xf t cm

    27.5 0.223 /33.6

    cf t cm

    Para obtener el esfuerzo resultante se suman vectorialmente mediante una proyeccin:

    xf = 0.876 x 0.80 = 0.70 T / cm2

    yf = 0.876 x 0.60 + 0.22 = 0.75 T / cm2

    2 2 2 21.025 / 1.0 /x yf f f t cm t cm

    Si no se requiere usar un calculo muy ajustado usamos a = 10 cm

    21.025 8 0.825 /10

    xf t cm

  • 12

    3.-CONEXIN CON EXCENTRICIDAD FUERA DEL PLANO DE LA SOLDADURA

    Verificar la soldadura indicada. Caractersticas de la seccin: t = 0.7 x 0.6 = 0.42 cm

    A = 2 x 0.42 x 20 = 16.8 cm2

    Solucion: Calculamos el momento de inercia con respecto al eje x:

    3 412 0.42 20 56012

    xI x x x cm 2 312 0.42 20

    6xW x x x cm

    Anlisis punto 4

    22 25

    0.895 /56

    m

    x

    M xf t cm

    W

    22

    0.118 /16.8

    c

    Pf t cm

    A

    2 2 20.118 0.895 0.903 /f t cm

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    UNION VIGA-COLUMNA PARA SOPORTAR ESFUERZOS DE CORTE Y MOMENTO

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    SIMBOLOS BASICOS DE SOLDADURA

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    CONEXIN CON EXCENTRICIDAD EN EL PLANO DE LA CONEXIN Verificar el tamao de la soldadura para el estado de carga indicado (considerar la soldadura como elemento lineal) Tensin adm soldadura = 1 t/cm2 Solicitacin P= 7 ton Propiedades geomtricas de la soldadura b=15cm h=15 cm 2 45A b h cm

    7.52

    hy cm

    2

    52

    bx cm

    b h

    3 231968.75

    12 2x

    h bhI cm

    3 432 1125

    3 2y

    b bI cm

    b h

    33093.75Z X YI I I cm

    Solicitaciones c/r ejes c.g.

    7xP ton 7yP ton 0zP

    0xM 0yM 87.5zM tcm

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    Ecuaciones que se deben aplicar: Esfuerzo debido a Px , Py , Pz

    A

    Pf xx

    ' A

    Pf

    y

    y '

    A

    Pf zz

    '

    Esfuerzo debido a momentos flectores Mx , My , Mz

    yI

    Mf

    z

    zx '' x

    I

    Mf

    z

    zy '' ''

    yxz

    x y

    MMf y x

    I I

    Componentes resultantes de los esfuerzos ( con la convencin de signos)

    '''

    xxx fff '''

    yyy fff '''

    zzz fff

    222

    zyx ffff

    Resumen:

    Nudo xf t/cm yf t/cm zf t/cm /f t cm a mm

    1 0.37 0.01 0.0 0.4 5.2

    2 0.37 0.44 0.0 0.6 8.1

    3 -0.06 0.01 0.0 0.1 0.8

    4 -0.06 0.44 0.0 0.4 6.3

    2 2 2 0.707x y z admP

    f f f f aL