Conexiones atornilladas raul granados

CONEXIONES ATORNILLADAS
Raúl Granados
Guadalajara, Jalisco. Agosto 2010
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CONEXIONES
q ALCANCE
§ CONEXIONES DE VIGAS
§ VIGA CON VIGA
§ VIGA A COLUMNA
§ OTRAS (CONTRAVIENTOS, PLACAS DE BASE, ETC.)
q CONCEPTOS BASICOS:
§ RESISTENCIA DE TORNILLOS
q EJEMPLOS

CONEXIONES DE VIGAS
q RESTRICCION AL GIRO
§ CONEXIÓN DE CORTANTE
§ CONEXIÓN DE MOMENTO
RESTRICCION TOTAL
RESTRICCION PARCIAL
q APLICACIONES BASICAS
§ CONEXIÓN DE VIGA A VIGA (APOYO SIMPLE)
§ CONEXIÓN DE VIGA A COLUMNA (CONTINUA)

CONEXIONES DE VIGA CON
VIGA

CONEXIÓN CON DOS ANGULOS ATORNILLADOS
2 ANGULOS
SE PUEDEN EMPLEAR
AGUJEROS OVALADOS VENTAJAS
§ SENCILLEZ
§ VIGA CON HOLGURA
DESVENTAJAS
§ PROBLEMAS DE
MONTAJE SI NO SE
HACEN AGUJEROS
OVALADOS

CONEXIÓN CON DOS ANGULOS ATORNILLADOS
DOBLE
ANGULO

ANGULO SIMPLE
CONEXIÓN CON UN ANGULO
ATORNILLADO O SOLDADO
VENTAJAS
§ SENCILLEZ
§ SIN PROBLEMAS DE MONTAJE
DESVENTAJAS
§ ANGULO MAS GRANDE
§ MAYOR TAMAÑO DE TORNILLOS
ALTERNATIVA
CON SOLDADURA
DAR VUELTA A
LA SOLDADURA

CONEXIÓN CON DOS ANGULOS SOLDADURA Y TORNILLOS

PLACA EXTREMA
CONEXIÓN CON PLACAS SOLDADURA Y TORNILLOS
VENTAJAS
§ SENCILLEZ
§ NO SE
REQUIEREN
AGUJEROS EN LA
VIGA SECUNDARIA
§ DESVENTAJAS
SE REQUIERE
MUCHA PRECISION

PLACA DE
CORTANTE
CONEXIÓN CON PLACAS
SOLDADURA Y TORNILLOS
PLACA DE CORTANTE

PLACA DE
CORTANTE
CONEXIÓN CON UNA SOLA PLACA O CON UNA T
PERFIL T HECHO CON
UNA VIGUETA CORTADA

CONEXIONES DE CORTANTE

CONEXIONES DE VIGA A COLUMNA

CONEXIÓN RIGIDA
CONEXIÓN SEMI RIGIDA
CONEXIÓN DE
CORTANTE
RELACION MOMENTO - ROTACION
CONEXIÓN DE CORTANTE

CONEXIÓN CON PLACA SIMPLE (SOLO CORTANTE)
PLACA

CONEXIÓN CON PLACA SIMPLE (SOLO CORTANTE)

CONEXIÓN CON DOS ANGULOS (SOLO CORTANTE)
2 ANGULOS

CONEXIÓN CON DOS ANGULOS (SOLO CORTANTE)
2 ANGULOS
2 ANGULOS

CONEXIÓN CON DOS ANGULOS
SOLDADURA Y TORNILLOS (SOLO
CORTANTE)

CONEXIÓN CON UNA T (A UN MURO DE CONCRETO)
MURO DE CONCRETO
HOLGURA

CONEXIÓN CON ANGULO DE ASIENTO (SOLO CORTANTE)
ANGULO
DE ASIENTO
ANGULO
ANGULO

CONEXIÓN CON ANGULO DE ASIENTO

CONEXIÓN CON MENSULA DE ASIENTO (SOLO CORTANTE)
ANGULO
ANGULO
PLACA
ATIESADOR
OPCIONES

CONEXIÓN CON T DE ASIENTO

CONEXIONES DE VIGA A COLUMNA
CONEXIÓN A MOMENTO

CONEXIÓN CON PLACAS
ATORNILLADAS A LOS PATINES
PLACAS
ATORNILLADAS
A LOS PATINES

CONEXIÓN CON TES ATORNILLADAS
A LOS PATINES Y A LA COLUMNA

CONEXIÓN CON SOLDADURA A TOPE EN PATINES Y PLACA DE CORTANTE

CONEXIÓN CON PATINES SOLDADOS A TOPE Y ALMA ATORNILLADA
PATINES
SOLDADOS

CONEXIÓN CON PATINES SOLDADOS
ALMA ATORNILLADA

CONEXIÓN DE PLACA EXTREMA
4 TORNILLOS
SIN ATIESADOR
4 TORNILLOS
CON ATIESADOR
8 TORNILLOS
CON ATIESADOR

CONEXIÓN DE PLACA EXTREMA
PLACA EXTREMA
SOLDADA A LA VIGA
Y TORNILLOS A
TENSION

OTRAS CONEXIONES

CONTRAVIENTOS

EMPALMES DE COLUMNAS

PLACAS DE BASE DE COLUMNAS

CONCEPTOS BASICOS

TORNILLOS. CASOS A TRATAR
TORNILLOS EN CORTANTE
TORNILLOS EN
TENSION Y CORTANTE
TORNILLOS
EN TENSION

EJEMPLO DE UNA CONEXIÓN

ESTADOS LIMITE
1.Fluencia del ángulo
2.Ruptura en la sección neta del ángulo(incluyendo el
cortante defasado)
3. Aplastamiento del tornillo/ desgarramiento del ángulo
4.Bloque de cortante en el ángulo
5.Fractura por cortante en el tornillo
6.Aplastamiento/ desgarramiento en la placa
7.Bloque de cortante en la placa
8.Ruptura de la placa
9.Fluencia de la placa
10.Fractura de la soldadura

CONCEPTOS BASICOS (L R F D )
Ru ≤ Ø Rn
Ru = resistencia requerida ( de las cargas factorizadas)
Ø Rn = resistencia de diseño
Ø = factor de resistencia
Rn = resistencia nominal
TENSIÓN
Fluencia : ØTn = 0.9 Fy Ag
Ruptura: Ø Tn = 0.75 Fu Ae
CORTANTE
Fluencia : ØVn = 0.9 ( 0.6 Fy) Ag
Ruptura: ØVn = 0.75 ( 0.6 Fu) An

Fy = esfuerzo de fluencia
FU = resistencia a la ruptura
Ag = área total
Ae = área neta efectiva
An = área neta
Para acero A- 36 Para acero A- 992
Fy = 2530 kg/ cm² 3500 kg/ cm²
Fu = 4060 kg/ cm² 4550 kg/ cm²

TORNILLOS
A-307 tornillos maquinados
Fu = 4200 kg/cm²
A-325 tornillos alta resistencia
Fu = 8400 kg/cm²
A-490 tornillos alta resistencia
Fu = 10500 kg/cm²

TORNILLOS A-325 Y A-490

RESISTENCIA DE UN TORNILLO A TENSION
LRFD: Ru ≤ ØRn Ø = 0.75
ASD: Ra ≤ Rn/ Ω Ω = 2
Resistencia nominal a tensión:
Rn = Fnt Ag
Ag = área nominal del tornillo ( fuera de la cuerda)
Fnt = esfuerzo nominal a tensión = 0.75 Fu
Tornillos A 325: Fu = 8400 kg/cm² Fnt = 6300 kg/ cm²
Tornillos A 490: Fu = 10500 kg/cm² Fnt = 7870 kg/ cm²

APLICACIÓN
Calcular la capacidad de un tornillo Ø 7/ 8” A 325
a) A tensión
Rn = Fnt Ag
Ag = 3.85 cm² área nominal del tornillo
Rnt = 6300 x 3.85 = 24 250 ton
LRFD: Ø Rn = 0.75 x 24 250 = 18 200 kg
ASD: R / Ω = 24 250 / 2 = 12 120 kg

TORNILLOS EN CORTANTE
Tipos de juntas
a)Trabajo por aplastamiento ( cortante)
N cuerda incluida en el plano de cortante
X cuerda excluida del plano de cortante
a)Trabajo por deslizamiento
SC deslizamiento crítico ( fricción). Estas juntas
requieren tornillos pretensados
En nuestro medio es común diseñar las juntas
por aplastamiento

JUNTA DE APLASTAMIENTO
Plano de cortante

Tensión en
el tornillo
JUNTA DE DESLIZAMIENTO (FRICCIÓN )
Tornillo pretensado
Compresiones
resultantes
Tension en
el tornillo Superficie de contacto
Plano de fricción)

JUNTA EN CORTANTE SIMPLE
JUNTA EN CORTANTE DOBLE

b) Mismo ejemplo pero con el tornillo trabajando a
cortante simple (trabajo por aplastamiento)
Rn = Fnv Ag
F nv = 0.4 Fu cuerdas dentro del plano de cortante
Fnv = 0.5 Fu cuerdas fuera del plano de cortante
A 325 dentro Fnv = 0.4 x 8 400 = 3 360 kg/ cm²
A325 fuera Fnv = 0.5 x 8400 = 4 200 kg/ cm²

Rnv = 3 360 x 3.85 = 12 900 ton cortante simple
LRFD: Ø R n = 0.75 x 12 900 = 9 670 ton
ASD: Rn/ Ω = 12 900/ 2 = 6 450 ton
En juntas muy largas › 50´´ se reducirá la capacidad
del tornillo en 20%
De acuerdo con lo anterior se pueden preparar
unas tablas para todos los tornillos como se muestra
mas adelante

JUNTA EN CORTANTE CON DESLIZAMIENTO CRITICO

Rn = F’nt Ag
Ag = área nominal del tornillo
F’nt = esfuerzo nominal a tensión incluyendo
el cortante
F’nt = 1.3 Fnt - Fnt fv/ Ø Fnv ≤ Fnt LRFD
F’nt = 1.3 Fnt - Ω Fnt fv/ Fnv ≤ Fnt ASD
c) A cortante y tensión
LRFD : Ru ≤ Ø Rn Ø = 0.75
ASD: Rn ≤ Rn /Ω Ω = 2

TORNILLOS A CORTANTE Y TENSIÓN

CONCEPTOS ADICIONALES

APLASTAMIENTO EN LOS AGUJEROS
ESTADOS LIMITE:
Deformación excesiva
de los agujeros
Desgarramiento

RESISTENCIA A APLASTAMIENTO
Rn será el menor de
Ø = 0.75 LRFD
Ω = 2.0 ASD

TIPOS DE AGUJEROS
ESTANDAR dn + 1/16 ´´ ( 1.5 mm)
OVALADOS
RANURAS CORTAS
RANURAS LARGAS

SEPARACION MINIMA Y DISTANCIA AL BORDE
S › 2.67 db preferible › 3db
db
db = diámetro nominal del tornillo
Para las distancias e consultar
la tabla J3.4

TABLAS

CONEXIONES SIMPLES
FUERZAS DE PALANCA
CONEXIÓN EXCENTRICAS

OBTENER LA CARGA DE TENSION

ESTADOS LIMITE DE LA CONEXIÓN A TENSION SIMPLE
1.Fluencia en tensión
2.Ruptura en tensión
3.Aplastamiento
4.Bloque de cortante
5.Fractura del tornillo
6.Fractura de la soldadura
7.Sección de Whitmore

Fluencia en tensión
Para diseño

φPn = 0.75 Fu Ae
Fu = resistencia a tensión
= 4060 kg/cm² para acero A36;
= 4550 kg/cm² para acero A992
Gramil 2.5
Ae = área neta efectiva = U An
U = coeficiente de reducción por cortante defasado
An = área neta
Ruptura por tensión

CORTANTE DEFASADO

An = Area neta = Ag ΣAh + ΣS
Ag = área total de la sección transversal
Ah = área del agujero
= (diámetro del agujero + 1.6 mm) tp
S = (s²/4g)tp
Nota: An < 0.85 Ag para placas en tensión
(la regla no aplica a perfiles)

Significado de s

BLOQUE DE CORTANTE
tensión
pequeña
cortante
grande cortante
pequeño
tensión
grande
La falla ocurre cuando la mayor fuerza alcanza la resistencia de ruptura
La fuerza menor puede provocar fluencia o ruptura

BLOQUE DE CORTANTE

Cuando Fu Ant ≥ 0.6FuAnv:
φPn = φ [0.6Fy Agv +Fu Ant] < φ[0.6Fu Anv +Fu Ant]
Cuando Fu Ant < 0.6FuAnv:
φPn = φ[0.6Fu Anv +Fy Agt] < φ[0.6Fu Anv +Fu Ant]
φ = 0.75
BLOQUE DE CORTANTE
FORMULAS

Pn = | ruptura por tensión + | fluencia opuesta
max | ruptura por cortante min | ruptura opuesta
Ruptura por tensión = Fu Ant
Ruptura por cortante= 0.6 Fu Anv
Fluencia en tensión = Fy Agt
Fluencia en cortante = 0.6 Fy Agv
BLOQUE DE CORTANTE

Ejemplo:
Pn = | Ruptura por tensión + | Fluencia por tensión
max |Ruptura por cortante min |Ruptura por tensión
= ruptura por cortante + fluencia por tensión
φ Pn = 0.75 Pn
BLOQUE DE CORTANTE

Ejemplo:
Ant = 5.04cm² Agt= 6.45 cm² ( áreas neta y total en tensión)
Anv =16.38cm² Agv = 23.38cm² ( áreas neta y total en cortante)
Acero A36 : Fy = 2530 kg/cm² Fu = 4060 kg/cm²
Pn = |4060 x 5.04 = 20460 kg + |2530 x 6.45 = 16320 kg
max|0.6 x 4060 x 16.38 = 39900 min |20460 kg
Pn = 39900 + 16320 = 56220 kg
φPn = 0.75x 56220 = 42160 kg
(Nota: las áreas se calculan en el siguiente ejemplo)

BLOQUE DE CORTANTE
CONEXIONES SOLDADAS
Area de tensión
Area de cortante

SECCION DE WHITMORE
SECCION
CRITICA

SECCION DE WHITMORE

Ejemplo, calcular ΦPn
ACERO A 36
TORNS Φ ¾” A 325 N
AREA = 23.35 cm²
= 2.3 cm

Estados límite
Ángulos:
Fluencia en tensión
Bloque de cortante

Estados limite:
Tornillos: ruptura por cortante
aplastamiento en los ángulos
aplastamiento en la placa de conexión
Placa de conexión: 1. Fluencia en tensión
2. Ruptura por tensión
3. Bloque de cortante
Soldadura : Fractura de la soldadura

Fluencia del ángulo:
φPn = 0.9 Fy Ag
= 0.9 x 2530 x 23.35 = 53170 kg
23.35 cm²

Ruptura del ángulo:
φPn = 0.75 Fu Ae = 0.75 Fu UAn
An = Ag - Ah = 23.35 - (1.27) (1.91 + 0.16 + 0.16) =
= 20.52 cm²
U = 1 - x/L = 1 – 2.3/15.2 = 0.849 < 0.9
φPn = 0.75 x 4060 x 0.849 x 20.52 = 53000 kg
2.3 cm
=15.2 cm

Bloque de cortante en el ángulo:
Agv = 1.27 x 18.41 = 23.4 cm²
Anv = 1.27 [18.41 - (2.5 x 2.22)] = 16.38 cm²
Agt = 1.27 x 5.07 = 6.44 cm²
Ant = 1.27 [5.07 - (0.5 x 2.22)] = 5.03 cm²
=5.07

RUPTURA DE LA SOLDADURA:
φPn = 250 x núm. de dieciseisavos x
(long. de la soldadura)
= 250 x 5 x 2 x 17.8 = 44500 kg
17.8

RESUMEN
φPn = 36880 kg
(controlado por cortante y aplastamiento
de los tornillos)

CONEXIONES DE VIGAS

Consideraciones de diseño
Ductilidad
Espesor de los ángulos ≤ 5/8´´
Tamaños grandes de soldadura
Soldaduras verticales grandes espaciadas
con retornos horizontales mínimos
Tolerancia en la longitud de la viga +/- 1/4´´
Para facilidad de montaje:
Las holguras son normalmente de ½´´
Las distancias al borde se tomarán ¼´´ menores que
las detalladas

Holgura en la longitud de las vigas

Holgura en la longitud de las vigas
Descontar
¼´´ s

NUEVOS ESTADOS LIMITE
Ruptura del bloque de cortante en vigas recortadas
- Atornilladas al alma
- Soldadas al alma
Resistencia a flexión de la viga recortada

Bloque de cortante en vigas recortadas
Area de
cortante
Area de
tensión
Area de
cortante
Area de
tensión
Conexión atornillada Conexión soldada
tornillos
separación

Resistencia a la ruptura del bloque de cortante
Cuando Fu Ant ≥ 0.6Fu Anv:
φRn = φ[0.6 Fy Agv + Fu Ant] ≤ φ[0.6Fu Anv +Fu Ant]
Cuando Fu Ant < 0.6Fu Anv:
φRn = φ[0.6 Fu Anv + Fy Agt] < φ[0.6Fu Anv +Fu Ant]
φ = 0.75

Rn =
Ruptura por tensión + Fluencia opuesta
max Ruptura por cortante min Ruptura opuesta

Vigas recortadas en un extremo
Holgura
Conexión a cortante simple
Verificar el pandeo aquí

Vigas doblemente recortadas
Holgura

Resistencia a flexión de vigas recortadas
Mu = Ru e < φb Mn
Fluencia por flexión
Φb Mn = 0.90 Fy Snet
Snet = módulo de
sección neto
Pandeo local del alma
φMn = φ Fbc Snet
Holgura

Corte simple
Limitaciones: c < 2 d
dc < d/2
φFbc = 1 650 000 (tw /ho)² f k
< 0.9 Fy
f = 2 (c /d) for c / d < 1.0
f = 1 + (c /d) for c / d > 1.0
k = 2.2 (ho /c)1.65 for c / ho < 1.0
k = 2.2 (ho /c) for c / ho > 1.0
Holgura

Corte doble
Limitaciones: c ≤ 2 d
dct ≤ 0.2 d
dcb ≤ 0.2 d
φFbc = 3 560 000 [tw² / (c ho)] fd
≤ 0.9 Fy
fd = 3.5 - 7.5 (dc/d)
dc = max (dct , dcb)

Ejemplo: Determinar si la viga es adecuada
18 ton

Ejemplo
Viga W14x30
d = 13.8 in (35.0 cm)
tw = 0.270 in (0.68 cm)
ho = 35.0 – 7.6 = 27.4 cm
Snet = 137 cm³ de la Tabla 9-2 del manual

φFbc = 1 650 0000 (tw / ho)² f k < 0.9 Fy
c /d = 20.3/ 35.0 = 0.580 < 1.0
f = 2 (c /d) = 2 x 0.580 = 1.16
c /ho = 20.3 / 27.4 = 0.740 < 1.0
k = 2.2 (ho /c)1.65 = 2.2 (27.4 / 20.3)1.65 = 3.61
φFbc =1 650 000 (0.68 / 27.4)² (1.16) (3.61)
= 4320 kg/cm² > 0.9 Fy = 0.9 (3500) = 3150 kg/cm²

φMn = φ Fy Snet
= 0.9 x 3500 x 137
= 431 550 kg cm = 4.3 ton m
Mu = Vu e = 18 (0.22)
= 4.0 ton < 4.3 correcto
Cont.
V = 18 ton

PLACAS EXTREMAS DE CORTANTE
PLACA EXTREMA
DISTANCIA MINIMA
AL BORDE
Nota : las placas extremas tendrán entre ¼ ´´ y 3/8´´

Estados limite para las placas extremas
Viga:
Cortante en la viga completa
Resistencia del alma en la soldadura
Soldadura:
Ruptura de la soldadura

Estados límite en la placa extrema y en los
tornillos
Placa:
1. Fluencia por cortante en
la sección completa
2. Ruptura por cortante en
el área neta
3. Ruptura en el bloque de
cortante
Tornillos:
4. Ruptura por cortante
5. Aplastamiento en la placa
extrema y sobre la viga o
la columna

Ejemplo de placa extrema
Determinar φVn
Tornillos ¾´´ A325-N, soldadura E70XX

Viga W14x30 Fy = 3500 kg/cm² Fu = 4550 kg/cm²
d = 35 cm tw = 0.68 cm
Estados límite en la viga
Fluencia por cortante
φVn = 0.9 (0.6 Fy) ho tw
= 0.9 (0.6 x 3500) (35 – 7.6) (0.68)
= 35200 kg

Del ejemplo anterior
φMn = 4.3 ton m
e = longitud del corte + espesor de la placa
= 20.3 + 0.6 = 20.9 cm
φ Vn = 4.3 / 0.209 = 20.5 ton = 20500 kg

Resistencia del alma de la viga en la soldadura
Placa L = 21.6 cm
tsold = 3/16 in (0.16 cm)
φVn = 0. 75(0.6 Fu) (L - 2 tsold) tw
= 0.75 (0.6 x 4550) [21.6 - (2 x 0.16)] (0.68)
= 29600 kg
(Nota: tomar la longitud efectiva de la soldadura = (L – 2 tsold)
tw: espesor del alma

Estado límite por ruptura de la soldadura
Soldadura de filete de 3/16 in (0.16 cm)
Tamaño mínimo de la soldadura 3/16 in. OK
φVn = (250 X 3) (L - 2 tsold)
= (2 x 250 x 3) [ 21.6 - (2 x 0.48)]
= 31000 kg = 31.0 ton
(Nota: tomar la longitud efectiva de la
soldadura = (L – 2 tsold)

Estados limite para la placa:
tp = 1/4 in (0.63 cm)
Acero A36
Fy = 2530 kg/cm²
Fu = 4060 kg/cm²
Fluencia de la placa por cortante
en el área total
φVn = 0.9 (0.6 Fy) (2 L tp)
= 0.9 (0.6 x 2530) (2 x 21.6 x 0.63)
= 37200 kg = 37.2 ton

Ruptura por cortante en la
sección neta de la placa
dh´ = 1.9 + 0.16 + 0.16 = 2.22 cm
An = (21.6 - 3 x 2.2) (2)(0.63)
= 19.0 cm²
φVn = 0.75 (0.6 Fu) (An)
= 0.75 (0.6 x 4060) (19.0)
= 34700 kg = 34.7 ton

Bloque de cortante en la placa
Ruptura
PL de 21.6 x 15.2 x 0.63
Ruptura por tensión +
Ruptura por cortante
Fluencia op.
Ruptura op.

Bloque de cortante en la placa:
Fu Ant = 4060(3.2 - 0.5 x 2.22)(2 x 0.63)
= 10700 kg
0.6FuAnv = (0.6 x 4060) (18.4 - 2.5 x 2.22)
(2 x 0.63)
= 39800 kg
Rige la ruptura por cortante
Ruptura opuesta (tensión)
Fu Ant = 10700 kg
Fluencia opuesta
Fy Agt = 2530 (3.2)(2 x 0.63) =10300 kg RIGE

Resumen :
ΦVn = 0.75 ( ruptura por tensión +
fluencia por cortante)
ΦVn = 0.75 (39800 + 10300) = 37600 kg = 37.6 ton

Estados límite en los tornillos
Ruptura de los tornillos
A325-N Fv = 3360 kg/cm² cortante simple
φrn = 0.75 n Fv Ab
= 0.75 (1) (3360) (2.87)
= 7230 kg/tornillo

Aplastamiento sobre la placa extrema
Deformacion del agujero:
φ 2.4 Fu db t = (0.75) (2.4 x 4060) (1.91 x 0.63) = 8750 kg
desgarramiento:
Agujero de borde: φ 1.2 Fu Lc t = (0.75)(1.2 x 4060)
(3.2 – 1.0) (0.63)
= 4930 kg < 8750
Otros agujeros: φ 1.2 Fu Lc t = (0.75)(1.2 x 4060)
(7.6 – 2.0) (0.63)
= 12900 kg > 8750
(Revisar también el aplastamiento en la trabe principal )
Resumen:
ΦVn = 4 x 7230 +2 x 4930 = 39780 kg
2 tornillos rigen por ruptura y 4 por aplastamiento

Resumen: ΦVn
Fluencia por cortante 35200
Resistencia a flexión (viga recortada) 20500
Resistencia del alma en la soldadura 29600
Ruptura de la soldadura 31900
Fluencia de la placa por cortante 37200
Ruptura por cortante en la placa 34700
Bloque de cortante en la placa 37600
Ruptura de los tornillos 39780
El valor menor es el que rige : ΦVn = 20500 kg = 20.5 ton

Conexión con dos ángulos
Atornillada-soldada
2 ángulos
Pueden emplearse
agros. oblongos

2 ángulos
Hipótesis:
La viga está articulada en la
cara de la viga principal
La soldadura está sometida a
cortante excéntrico
Atornillada-soldada

Estados límite
Viga
Ruptura del bloque de cortante
Soldadura
Ruptura de la soldadura por cortante excéntrico
Angulos
Fluencia por cortante en el área total
Ruptura por cortante en el área neta
Ruptura en el bloque de cortante
Tornillos
Aplastamiento en los ángulos
Aplastamiento en la viga principal

Atornillada-soldada
Ejemplo
Pueden emplearse
agros. oblongos
Obtener ΦVn para los estados limite de:
Ruptura del bloque de cortante en la viga
Ruptura de la soldadura por cortante excéntrico

2 ángulos
Atornillada-soldada
Bloque de cortante en el alma
0.6 Fu Anv = 0.6 (4550)(22.2 x 0.69)
= 41800 kg
Fu Ant = 4550(7.6 – 1.3 – 0.63) (0.69)
= 17800 kg < 41800
(rige ruptura por cortante)
Fy Agt = 3500 (7.6 - 1.3 – 0.63) (0.69)
= 13700 kg < 17800
(rige la fluencia por tensión)
ΦVn = 0.75 (41800 + 13700)
= 55500 kg
área de tensión
área de
cortante

Atornillada-soldada
Ruptura de la soldadura por
cortante excéntrico
El problema se resuelve
con las tablas del AISC

2 ángulos
Atornillada-soldada
De acuerdo con la Tabla 8-9
C = 2.06
C1 = 1.0 para electrodo E-70
D = 3 núm. De dieciseisavos
ΦVn = C C1 D L
= 2.06 x 1.0 x 3 x 2 x 8.5
= 105 kips = 47.9 ton
área de tensión
área de
cortante

Atornillada-soldada
ΦVn = 0.75 (0.6 Fu)(L) tw
= 0.75 (0.6 x 4550)(34.2) x 0.69
= 48300 kg
área de tensión
área de
cortante

CONEXIONES DE MOMENTO
Tipos
Patines soldados/alma atornillada
Placas soldadas a los patines/alma atornillada
Placas atornilladas a los patines/alma atornillada
T atornillada a los patines/alma atornillada
Placa de momento extrema

PATINES SOLDADOS/ ALMA ATORNILLADA

PATINES SOLDADOS/ ALMA ATORNILLADA
Estados límite
Soldadura del patín de la viga al patín de la columna
Soldadura de penetración completa
Soldadura de penetración parcial
Soldaduras de filete

PATINES SOLDADOS ALMA ATORNILLADA
No se recomienda el empleo de soldaduras de
penetración parcial
Las soldaduras de filete deben desarrollar la
capacidad del patín de tensión
0.9 Fyf tf (1)
1.5 x 0.250 (1)
Mu / ( d – tf )
1.5 x 0.250 x bf
Dreq. =
Dreq. =

PATINES SOLDADOS ALMA ATORNILLADA
Estados límite en la placa del alma
Aplastamiento
Ruptura del bloque de cortante
Ruptura de la soldadura
Observaciones:
La conexión de la placa se diseña
para cortante directo (sin excentricidad)
En zonas de riesgo sísmico alto se
requieren consideraciones especiales

PLACA SOLDADA A LOS PATINES
ALMA ATORNILLADA
La placa superior es mas angosta que el patín,
La placa inferior es mas ancha

ALMA ATORNILLADA
Estados límite
Fluencia de la placa del
patín de tensión
Ffu = Mu /(d – tp)
Ffu ≤ Φ Fy Ag

ALMA ATORNILLADA
Ruptura de la placa del
patín de tensión
Ffu ≤ Φ Fu Ae = Φ Fu UAg
Φ = 0.75
De acuerdo con LRFD cap. B
U = 1.0 para L ≥ 2w
U = 0.87 para 1.5 w ≤ L < 2w
U = 0.75 para w ≤ L < 1.5 w

ALMA ATORNILLADA
Soldadura de la placa del patín de tensión
Ffu = Mu/d ≤ Σ de la resistencia de los cordones
0.250 D
0.250 D

ALMA ATORNILLADA
0.250 D
Bloque de cortante del patín de tensión
Aplicable solo a los cordones longitudinales
Area de
tensión
Area de
cortante

atiesado0.250 D
Area de
tensión
Area de
cortante
Pandeo de la placa de compresión
Pandeo local
ALMA ATORNILLADA
Atiesado
Sin atiesar
Elemento
atiesado Elemento
sin atiesar
Elemento
sin atiesar
(Sistema ingles)

atiesado0.250 D
Area de
tensión
ALMA ATORNILLADA
Atiesado
PANDEO DE LA PLACA
DE COMPRESION
PANDEO POR FLEXION
Patín de la
columna

atiesado0.250 D
Area de
tensión
ALMA ATORNILLADA
Atiesado
Patín de la
columna
SOLDADURA DE LA PLACA
DEL PATIN DE COMPRESION
Ffu = Mu/d ≤ Σ de la resistencia
de los cordones
0.250 D

atiesado0.250 D
PLACA ATORNILLADA A LOS
PATINES/ ALMA ATORNILLADA
Atiesado
Patín de la
columna
0.250 D

atiesado0.250 D
PATINES /ALMA ATORNILLADA
Atiesado
Patín de la
columna
0.250 D
Estados límite para la placa del
patín de tensión
(son los mismos que para cualquier
miembro sometido a tensión):
1.Fluencia por tensión
2.Ruptura por tensión
3.Bloque de cortante

atiesado0.250 D
Atiesado
Patín de la
columna
0.250 D
PLACA DEL PATIN
DE TENSION FLUENCIA
POR TENSION
RUPTURA
POR TENSION
Para la ruptura
por tensión:
ΦTn = 0.75 Fu An
Considerar la sección de
Whitmore

atiesado0.250 D
Atiesado
Patín de la
columna
0.250 D
FLUENCIA
POR TENSION
RUPTURA
POR TENSION
Bloque de cortante
para la placa

atiesado0.250 D
Area de
tensión
Estados límite de la placa de compresión
Pandeo
Atiesado
Elemento
atiesado Elemento
sin atiesar
Elemento
sin atiesar
Pandeo local
Patín
de la col.
Pandeo lateral

atiesado0.250 D
Area de
tensión
Ruptura de los tornillos y
aplastamiento de la placa
Fu = Mu/d ≤ Σ Φrn
En juntas muy largas
( L> 50´´, 125cm) reducir
la capacidad en 20%

atiesado0.250 D
Atiesado
Estados límite para la viga
Resistencia del área reducida a flexión
Bloque de cortante

atiesado0.250 D
Atiesado
Resistencia reducida a flexión
Si 0.75 Fu Afn < 0.9 Fy Afg
El área efectiva del patín de tensión Afe
será igual a (5Fu Afn)/( 6Fy). De aquí se
obtendrá Zef (sistema inglés)

atiesado0.250 D
Atiesado
Bloque de cortante
en el patín de la viga

atiesado0.250 D
Atiesado
Placa del alma y
tornillos del alma
El problema es similar
al caso anterior pero sin
considerar excentricidad

atiesado0.250 D
EJEMPLO DE UNA CONEXIÓN DE MOMENTO
local P= 550 ton
Atiesado
Pu1 = 550 ton
Vu = 40 ton
cortante de piso
Vu =
34 ton
Mu = 145 tm
Pu2 = 605 ton
Vu =
27 ton
Mu = 145 tm

atiesado0.250 D
local P= 550 ton
Atiesado
Pu1 = 550 ton
Vu = 40 ton
cortante de piso
Parámetros de diseño
145 tm
39.5 cm
1.4 cm
22.9 cm
2.5 cm
38.0 cm
1.89 cm
39.5 cm
3.02 cm
4.55 cm (diseño)
15.3
303 cm²

atiesado0.250 D
Atiesado
Pu1 = 550 tonCONEXIÓN DE LA VIGA A LA COLUMNA
Patín de la viga al patín de la columna:
Se soldará directamente con penetración
completa empleando placas de respaldo
En tales condiciones no hay nada que diseñar
Alma de la viga a patín de la columna
Se usará una placa simple
no se considera excentricidad

atiesado0.250 D
Pu1 = 550 ton
Conexión de la viga a la columna
Se propone una placa de 37 x 8.9 x 0.8 cm
De acero A36 y 5 tornillos de ¾´´ A325-N

atiesado0.250 D
local P= 550 ton
Pu1 = 550 tonVu = 34 ton
Estados límite
Ruptura por cortante en la sección neta ΦVn =
Bloque de cortante ΦVn =
Aplastamiento ΦVn =
Cortante en los tornillos ΦVn = 36.2 ton
Ruptura de la soldadura ΦVn = 46.2 ton

CONCEPTOS ADICIONALES EN LA COLUMNA
COLUMNA W 24 X103
Mu = 145 tm Cu = Tu = 145 / 0.598 = 242 ton
59.859.8
242
242 ton
242 ton
242 ton
242 ton
40 ton

a) Flexión del patín de la columna (J10.1)
ΦRn = 0.9( 6.25 tf ² Fy)
= 0.9 (6.25 x 3.02² x 3500)
= 179600 kg = 179.6 ton < Tu = 242 ton
Se requieren atiesadores en 1 y 3
b) Fluencia del alma (J10.2)
ΦRn = 0.9( 5k + N) Fy tw
k = distancia del borde exterior del patín al punto
donde inicia la parte recta del alma
N = longitud de aplastamiento (espesor del patín)
tw = espesor del alma
ΦRn = 1.0( 5 x 4.55 + 2.5) 3500 x 1.89) = 167000 kg
= 167 ton < 242 Se requieren en todos los puntos

c) Aplastamiento del alma de la columna (J10.4)
ΦRn = 0.75( 0.80) tw ² [1+ 3 ( N/d)(tw/tf)1.5]√EFyw tf/tw
Resolviendo para la columna W 24x 103
ΦRn = 251200 kg = 251.2 ton > 242 o.k.

Diseño de los atiesadores
242 – min
=75 ton
180
167 242 - 167
=75 ton
Atiesador 1-2
75 + 75 =150 ton

Diseño de los atiesadores
242 – min
=75 ton
180
Atiesador 1 - 2
Lado de tensión :
Ast = 75000 / (0.9 x 2530)
= 32.9 cm²75/2
Lado de compresión :
Ast = 75000 / (0.85 x 2530) = 34.9 cm²
Placa de 5/8´´ x 6´´
A = 2 (15.2 – 1.9) (01.59)
= 42.3 cm²> Ast ok
Soldadura
Se propone un cordón de 3/8´´ en ambos lados
Cap. de la soldadura 13.3 x 2 x 2 x 6 x 0.250 = 79.8 ton ok
75/275/2
75 ton

RESUMEN

CONEXIONES DE MOMENTO CON
PLACA EXTREMA Y
CONEXIONES DE CONTRAVIENTOS

CON PLACA EXTREMA
Conexión con 4 tornillos sin atiesadores
Configuraciones LRFD

Configuraciones LRFD
CON PLACA EXTREMA
Conexión con 8 tornillos y atiesador

Configuraciones básicas
Nueva Guía16 del AISC
CON PLACA EXTREMA

Configuraciones extendidas
Nueva Guía 16 del AISC
CON PLACA EXTREMA

Diseño LRFD
4 Tornillos Extendidos
sin atiesar
Suposición:
Sin fuerzas de palanca
Los tornillos del lado de compresión
resisten todo el cortante
CON PLACA EXTREMA

Diseño LRFD
sin atiesar
Modelo de diseño:
Análisis con elemento finito
Ecuaciones de regresión
CON PLACA EXTREMA

Diseño LRFD
Sin Reforzar
Limitaciones:
No usar para diseño sísmico
Tornillos pretensados
bp ≤ bf + 2.5 cm
g ≤ bf
CON PLACA EXTREMA

Estados límite:
Fractura del tornillo por tensión
Resistencia a flexión de la
placa extrema
Soldadura del patín de tensión
Soldadura del alma
Cortante en el tornillo
del lado de compresión
CON PLACA EXTREMA

Fractura en los tornillos de tensión
6300 kg/cm²
7900 kg/cm²
CON PLACA EXTREMA

CON PLACA EXTREMA
Resistencia a flexión de la placa extrema
Momento crítico efectivo en la placa
Brazo efectivo
Fuerza factorizada en el patín

. Resistencia a flexión de la placa extrema
depende del Fy de la viga, de la placa
extrema y del tipo de tornillo
CON PLACA EXTREMA

Valores de Ca de la formula anterior
Tipo de tornillo Fy de la viga kg/cm² Fy de la placa kg/cm²
2530
2530
3500
3500
2530
2530
2530
2530
3500
3500
3500
3500

CONEXIONES DE PLACA
EXTREMA DE MOMENTO
Modulo de sección plástico
Resistencia a flexión de la placa

CONEXIONES DE PLACA
EXTREMA DE MOMENTO
. End-Plate Shear Strength
Ffu < 0.75(0.6)Fu (bp . 2dh´) tp
Ffu < 0.9(0.6)Fy bp tp
Resistencia a cortante de la placa

CONEXIONES DE PLACA
EXTREMA DE MOMENTO
. Soldadura del patín de tensión
. Soldaduras de penetración total
o de filete para resistir Ffu
. Es recomendable desarrollar la
resistencia del patín

CONEXIONES DE PLACA
EXTREMA DE MOMENTO
Soldadura del alma
Soldadura diseñada
para resistir la capacidad
a tensión del alma
Soldadura diseñada
para resistir el
cortante Vu

CONEXIONES DE PLACA
EXTREMA DE MOMENTO
Tornillos en el lado de compresión
Alternativa:
Diseñar todos los tornillos
para cortante y tensión

CONEXIONES DE PLACA
EXTREMA DE MOMENTO
8 tornillos extendidos y atiesador
Suposición :
Los tornillos del lado de
compresión toman el cortante

CONEXIONES DE PLACA
EXTREMA DE MOMENTO
Modelo de diseño:
. Análisis de elemento finito
Ecuaciones de regresión

CONEXIONES DE PLACA
EXTREMA DE MOMENTO
Limitaciones:
. No usar en condiciones de sismo
. Tornillos con tensión inicial
. bp < bf + 2.5 cm
. g < bf

Limitaciones:
. Usar solo tornillos A325
. pf < 2 1/2 in
. pb < 3 db (espaciamiento vertical )
. 5 1/2 in. < g < 7 1/2 in
. 3/4 in. < db < 1 1/2 in
CONEXIONES DE PLACA
EXTREMA DE MOMENTO

Estados límite:
. Ruptura del tornillo por tensión
. Resistencia a tensión de la placa
. Soldadura del patín de tensión
. Soldadura del alma
. Cortante en los tornillos del
lado de compresión
. Resistencia del atiesador
CONEXIONES DE PLACA
EXTREMA DE MOMENTO

Fractura del tornillo por tensión
ru = Mu / [6 (d . tf)]
6 tornillos efectivos (debido a
la accion de palanca)
ru < φFt Ab = 0.75 Ft Ab
A325 Ft = 6300 kg/cm²
( no se permiten
tornillos A490 )
CONEXIONES DE PLACA
EXTREMA DE MOMENTO

CONEXIONES DE PLACA
EXTREMA DE MOMENTO
Resistencia a flexión de la placa
Fuerza por tornillo
Paso efectivo
Espesor de la placa

. Diseño de la soldadura
Mismas reglas que para 4 tornillos
. Tornillos del lado de compresión
Se diseñan para resistir todo el cortante
CONEXIONES DE PLACA
EXTREMA DE MOMENTO

. Diseño del atiesador
. Geometría
ts > (Fyb / Fys) tw
CONEXIONES DE PLACA
EXTREMA DE MOMENTO

. Soldaduras del atiesador
CONEXIONES DE PLACA
EXTREMA DE MOMENTO

4 tornillos extendidos sin atiesador
CONEXIONES DE PLACA
EXTREMA DE MOMENTO

- Estados límite
. Flexión local del patín
. Fluencia local del alma
. Aplastamiento local del alma(K1.5)
. Pandeo del alma (K1.6)
. Fluencia en la zona del panel (K1.7)
CONEXIONES DE PLACA
EXTREMA DE MOMENTO

. Patín de la columna
Flexión de la placa en
la zona de 4 tornillos
Pensar en girar 90° la placa
Patín de la columna ⇔Placa
Alma de la columna ⇔Patín de la viga
CONEXIONES DE PLACA
EXTREMA DE MOMENTO

- Analizar el patín de la columna como placa
extrema con:
tp = tfc
bp = 2.5 c = 2.5 (pf + tfb + pf)
Af / Aw = 1.0
y las formulas anteriores
CONEXIONES DE PLACA
EXTREMA DE MOMENTO

-Fluencia local
del alma
Lcr = tfb + 2w +2 tp + 6k de diseño
CONEXIONES DE PLACA
EXTREMA DE MOMENTO

Igual a las anteriores excepto la longitud crítica:
φRn = 1.0 Fyc (tfb + 6k + 2 tp + 2w) twc
k = k de diseño
- Aplastamiento local del alma
Igual a las anteriores para el patín y las
conexiones de la placa al patín
CONEXIONES DE PLACA
EXTREMA DE MOMENTO

- Pandeo del alma
Similar a las conexiones previas
para el patín y para la placa
CON PLACA EXTREMA

CONEXIONES DE
CONTRAVIENTOS
- Conexiones para contravientos ligeros
- Conexiones para contravientos pesados

CONEXIONES PARA
CONTRAVIENTOS LIGEROS

Estados límite
Angulos:
- Fluencia por tensión
- Fractura por tensión
- Bloque de cortante
tornillos:
- Fractura por cortante
- Aplastamiento en los
ángulos y en la placa
CONEXIONES PARA

Soldaduras:
- Fractura en la sección de
Whitmore
CONEXIONES PARA

CONEXIONES PARA
Placa:
-Fluencia por tensión en la
sección de Whitmore
-Fractura por tensión en la

Estados límite
Angulos:
- Fluencia por tensión
- Fractura por tensión
Soldadura:
- Fractura de la soldadura
CONEXIONES PARA

Alma de laT:
-Fluencia por tensión en la
-Fractura por tensión en la
- Fluencia por cortante
CONEXIONES PARA

CONEXIONES PARA
Patín de la T:
- Flexión del patín
- Fluencia por cortante
- Rotura por cortante

Tornillos:
Tensión y cortante combinados
Aplastamiento en el patín de la T
y en el patín de la columna
Patín de la columna:
Flexión del patín
Alma de la columna:
Fluencia del alma
CONEXIONES PARA

CONEXIONES PARA
CONTRAVIENTOS PESADOS

La placa de conexión está soldada a la viga y
atornillada a la columna
No hay nuevos estados límite
Se emplea el método de fuerzas uniformes
CONEXIONES PARA

Conexión de la diagonal de
contraventeo para las fuerzas externas
Diagrama de cuerpo libre de la placa

Combinando (1) y (2) y usando las
relaciones de los ángulos
CONEXIONES PARA

DONDE
FUERZAS DE LA COLUMNA
FUERZAS DE LAS VIGAS
CONEXIONES PARA

CONEXIONES PARA
Notas:
Hb debe ser aumentada en 40% para tener en
cuenta la redistribucion de fuerzas en las
soldaduras de la placa de conexión
La conexión a la columna es una T a tensión
Las soldaduras en la viga resisten cortante y
tensión
Consultar el reglamento LRFD Parte 13 para
otros casos y para ejemplos

INSTALACION

SECUENCIA DE APRIETE

APRIETE AJUSTADO

METODO DE LA VUELTA DE TUERCA
APRIETE AJUSTADO
MAS LA ROTACION
ESPECIFICADA
TORNILLOS CON TENSION INICIAL

INSTALACION CON LLAVES CALIBRADAS

TORNILLOS DE TENSION
CONTROLADA (ASTM F 1852)

Muesca
Punta
desprendible
Llave de
impacto
especial
Antes del apriete Durante el apriete Después del apriete
INSTALACION DE TORNILLOS
DE TENSION CONTROLADA

APRIETE CON INDICADORES DE
TENSION DIRECTA (DTIs)
Holgura
después
del apriete
Holgura
antes del
apriete
Rondanas planas

INDICADORES DE TENSION DIRECTA (DTIs)

EQUIPO Y HERRAMIENTAS
Llave de impacto Llaves de mano
Generador y
compresora

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