Conexiones soldadas carlos arroyo

Ing. Alfredo Carlos Arroyo Vega
Guadalajara, Jalisco. Agosto 2010
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Temario.Temario.
1. Generalidades.
2. Metal de aportación.
3. Soldadura compatible con metal base.
4. Tipos de soldaduras.
5. Dimensiones efectivas de las soldaduras.
6. Tamaño mínimo de soldaduras de penetración
parcial.
7. Soldadura de filete.
8. Soldadura de tapón y de filete.
9. Resistencia de diseño.
10.Combinaciones de diseño.

Algunos beneficios asociados con el uso del acero para los propietarios son:
• El acero permite reducir los tiempos de construcción y la posibilidad de construir en
cualquier época del año.
• El uso del acero permite claros mayores y más flexibilidad de uso para los
propietarios.
• El acero es más fácil de modificar y reforzar si hay cambios arquitectónicos, durante
la vida útil de la estructura.
• Las secciones estructurales de acero son ligeras y pueden reducir los costos de la
cimentación.
• El acero es duradero, larga vida y reciclable.
Beneficios del acero estructural

El suministro y manejo del acero estructural es similar a otros materiales, pero hay
algunos aspectos exclusivos en la construcción en Acero:
• El acero es fabricado fuera de la obra (arriba a la izquierda)
• El proceso de montaje en sitio es rápido (arriba a la derecha)
• Por lo anterior el uso del acero estructural da algunas ventajas en la programación de
la obra.
• La coordinación de todas las partes es esencial para alcanzar estas potenciales
ventajas.
Aspectos exclusivos de la
Construcción en Acero

Conexiones del Acero Estructural
• Los principales métodos de conexión para acero estructural son los tornillos y la
soldadura.
• La resistencia de la estructura depende del uso apropiado de estos métodos de
conexión.
• Las conexiones hechas en el taller, son llamadas conexiones de taller.
• Conexiones hechas por el constructor en el campo, son llamadas conexiones de
campo.

• La calidad de fabricación en taller, dependerá del equipo y los métodos de fabricación
utilizados.
• Las conexiones de campo son típicamente atornilladas.
• La soldadura puede ser utilizada para conexiones de campo donde el uso de los tornillos
sea indeseable.
• La soldadura en taller es más conveniente para controlar el medio ambiente.
Conectando el Acero Estructural

• Un método común para unir el acero estructural es la soldadura.
• La soldadura puede ser hecha en el taller o en campo.
• Muchos fabricantes prefieren la soldadura sobre los tornillos.
• La soldadura en campo se restringe en lo posible debido a las condiciones que se
requieren para obtener una buena soldadura.
• Hay diferentes procesos de soldadura, tipos, y posiciones que deben ser considerados
en la construcción de edificios.
Soldadura Estructural

• La soldadura es el proceso de fusión conjunta de múltiples piezas de metal mediante el
calentamiento del metal de aporte a un estado liquido.
• Una soldadura bien hecha es mas resistente que el metal base.

• Puntos de soldadura (arriba a la izquierda)
§ Una soldadura temporal se usa para colocar las partes en posición, mientras se
realiza la soldadura final.
• Soldadura continua
§ Es la soldadura que se extiende continuamente de un extremo al otro.
• Soldadura intermitente (arriba a la derecha) Stitch Weld (above right)
§ Una serie de soldaduras de longitud específica, que están espaciadas a una
distancia específica una de la otra.
Terminología de la Soldadura

— VENTAJAS
1. Menor peso.
2. Mayor área de aplicación.
3. Estructuras mas rígidas.
4. Continuidad de la estructura (fusión de los materiales).
5. Facilidad para realizar cambios de diseño y de montaje.
6. Proceso casi silencioso (baja contaminación acústica).
7. Menor cantidad de piezas.
— DESVENTAJAS
— Se inducen altas temperaturas al acero durante la aplicación de la
soldadura
— Requiere mayor supervisión en obra
— Necesita mano de obra calificada
— Las condiciones climáticas y sitio de la obra afectan la calidad final
— Inspección cara. Se requiere la asistencia de un laboratorio
especializado

• AWS desarrolla códigos, da recomendaciones y guías bajo los procedimientos estrictos
de la American National Standards Institute (ANSI)
• D1.1 Structural Welding Code – Steel, es uno de los mayores códigos consultados en del
mundo y es producido por la AWS (AWS 2004a)

Soldaduras
Generalidades.
— Una soldadura se define como la unión de dos piezas de metal conseguida
mediante la aplicación de calor, con o sin fusión, con o sin adición de
material de relleno y con o sin aplicación de presión.
— Las más comunes y aceptadas en las NTC son las que se efectúan con
fusión y sin aplicar presión.
— “Soldadura de arco eléctrico (AE)” es un grupo numeroso de procesos que
emplean un arco eléctrico como fuente de calor para fundir y unir los
metales.
— El AE con el que se transforma la energía eléctrica en calor, se crea al pasar
una corriente eléctrica por una abertura en un circuito, entre la pieza que se
va a soldar y la punta del electrodo.

Soldaduras
— Generalidades.
— El electrodo es una varilla o alambre que puede consumirse o no durante el
proceso, este se mueve a lo largo de la junta, en forma manual o mecánica,
o permanece fijo mientras las piezas que se sueldan se mueven.
— El AE se caracteriza por una temperatura alta y constante (6000 °C)
— La corriente para el AE suele proporcionarse por una máquina que
transforma la corriente de alto voltaje y bajo amperaje (línea ordinaria) en
corriente de bajo voltaje y alto amperaje, mas segura y eficiente en calor.
— Corriente directa a corriente alterna
— El calor puede generarse por la resistencia al paso de una corriente en un
circuito que él forma parte; la unión se consuma aplicando una presión.
— La soldadura por resistencia se usa en la mayoría de los casos para unir
láminas delgadas, de hasta 3 mm de grueso.

Soldaduras
— Procesos de soldadura.
— Los cuatro procesos de soldadura de Arco Eléctrico (AE):
— 1. Soldadura de arco eléctrico con electrodo cubierto (SMAW)
— Shielded Metal Arc Welding
— 2. Soldadura de arco eléctrico con electrodo sumergido (SAW)
— Submerged Arc Welding
— 3. Soldadura de arco protegida con gases (GMAW)
— Gas Metal Arc Welding
— 4 Soldadura de arco eléctrico con electrodo con núcleo fundente. (FCAW)
— Flux Core Arc Welding

Soldaduras
— Soldadura de arco eléctrico con electrodo recubierto.
SMAW (Shielded Metal Arc Welding)
— La unión se logra por calor generado por AE (punta del electrodo de metal
recubierto y el metal base)
— No se emplea presión y si metal de relleno de la fusión del electrodo y en
ocasiones de partículas metálicas que forman parte del recubrimiento.
— El electrodo es una varilla de acero recubierta de materiales orgánicos o
inorgánicos, o una mezcla de ambos.
— En la practica se limita casi exclusivamente a soldar manualmente.

Soldaduras
— Soldadura de arco eléctrico con electrodo
recubierto. SMAW (Shielded Metal Arc Welding)
— El recubrimiento produce gases que protegen al arco y
el metal fundido de la atmósfera , proporciona agentes
fundentes y materiales formando escorias que
controlan la viscosidad del metal de soldadura y lo
cubren mientras se solidifica, protegiéndolo de la
oxidación, retrasando su enfriamiento y controlando la
forma de la soldadura.

CIRCUITO DE SOLDADURA DE ARCO

SOLDADURA DE ARCO METALICO
PROTEGIDO

• La soldadura de arco metálico protegido (SMAW) es también conocida como soldadura
manual
• Un arco eléctrico es producido entre el extremo de el electrodo recubierto y las partes de
acero que serán soldadas
• El electrodo es un metal base cubierto con un recubrimiento
• El recubrimiento del electrodo tiene dos propósitos:
• Formar una protección gaseosa para prevenir que las impurezas que hay enla
atmósfera puedan introducirse en la soldadura.
• Contiene escoria que purifica el metal fundido.
(AISC & NISD 2000)
Soldadura SMAW

Soldaduras
— Soldadura de arco eléctrico con electrodo sumergido
(SAW) Submerged Arc Welding
— La unión se logra por medio del calor de uno o varios arcos eléctricos
formado por uno o varios electrodos de metal y el metal base. La soldadura
se protege con una capa de material granular fusible (fundente), sobre el
metal.
— No se emplea presión, el material de relleno se obtiene del electrodo(s) y a
veces del fundente
— El arco no se produce del aire, como en la soldadura manual con electrodo
recubierto, pues en el extremo el electrodo está sumergido en el fundente,
que se deposita en la junta antes de que llegue el alambre.

Soldaduras
— Soldadura de arco eléctrico con electrodo sumergido
(SAW) Submerged Arc Welding
— Se caracteriza por el empleo de corrientes eléctricas y velocidades altas,
pueden usarse electrodos de diámetro grande y corrientes de varios miles
de amperes (soldaduras grandes de un solo paso).
— Gran penetración (fusión profunda) debajo del metal base.
— A diferencia de la SMAW que se utiliza todas las posiciones, la automática o
semiautomática de arco sumergido solo se puede hacer en posición plana y
horizontal.

• La soldadura de Arco Sumergido (SAW) es solamente ejecutada por medios automáticos
o semiautomáticos
• Electrodo metálico desnudo es alimentado por un carrete y depositado como material de
relleno
• El haz de soldadura es protegido de la atmósfera circundante por un montículo de
material granular fundible
• El resultado es una soldadura penetración más profunda que otros procesos
• Solo las posiciones horizontal y plana pueden ser usadas
(AISC & NISD 2000)
Soldadura SAW

Soldaduras
— Soldadura de arco protegida con gases
(GMAW) Gas Metal Arc Welding
— La unión se logra por medio del calor de un arco eléctrico formado por un
electrodo de metal y el metal base, el se protege con un gas. Puede usarse
o no presión y el material de relleno.
— El gas fluye de una copa invertida colocada alrededor del electrodo y
protege a éste, al arco y al metal fundido, de los efectos adversos del
oxígeno y el nitrógeno del aire.
— El flujo del gas desplaza el aire de alrededor del arco evitando que se
formen óxidos, lo que elimina la necesidad de usar fundentes.

Soldaduras
— Soldadura de arco protegida con gases
(GMAW) Gas Metal Arc Welding

• Soldadura de Arco metálico con gas (GMAW) conocida como soldadura MIG
• Es rápida y económica
• Un alambre continuo se suministra dentro de la pistola soldadora
• El alambre se funde y combina con el metal base para formar la soldadura
• El metal fundido es protegido de la atmosfera por una cubierta de gas la cual es
suministrada a través de un conducto a la punta de la pistola soldadora.
• Este proceso puede ser automatizado
(AISC & NISD 2000)
Soldadura GMAW

Soldaduras
— Soldadura de arco eléctrico con electrodo con núcleo de fundente
(FCAW) Flux Core Arc Welding
— El metal de aportación se proporciona por medio de un electrodo tubular
continuo que contiene, en su centro, ingredientes que generan todo el gas
necesario para proteger el arco, o parte de él; en el segundo caso se usa un
gas auxiliar, que se introduce en el proceso de manera similar a como se
hace en la soldadura protegida con gases.
— El fundente del núcleo del electrodo puede estar compuesto por minerales,
ferroaleaciones y materiales que proporcionan gases protectores,
desoxidantes y escorias para dar forma a la soldadura. Los materiales del
núcleo promueven la estabilidad del arco y mejoran las propiedades
mecánicas y la forma de la soldadura.

Soldaduras
— Soldadura de arco eléctrico con electrodo con núcleo de fundente
(FCAW) Flux Core Arc Welding

• Soldadura de Arco con núcleo fundente (FCAW) es similar al proceso GMAW
• La diferencia es que el tubo de acero tiene un núcleo central lleno de fundente
• Con este proceso es posible soldar con o sin protección de gas
§ Esto es muy útil para condiciones extremas donde la protección del gas pueda ser
afectada por el viento
(AISC & NISD 2000)
Soldadura FCAW

Soldaduras
— Metal de aportación
— Al efectuar una soldadura se funde la región del metal base situada frente al
electrodo, el metal base fundido se mezcla con el de aportación, que se
encuentra también en estado líquido; cuando, posteriormente, se solidifica la
mezcla de los dos metales, une las dos partes entre las que se colocó el
metal de aportación.
— La soldadura formada por varios metales, mezclados en estado líquido y
solidificados, los dos factores son importantes en las propiedades finales;
pueden ser poco o muy diferentes de las del metal base, puesto que la
forman proporciones variables de ambos, y ha estado sometida a un ciclo
térmico muy complejo.
— El metal de aportación es el que proporciona una manera efectiva de
controlar la composición final y las propiedades mecánicas de la soldadura.

Soldaduras
— Origen y comportamiento: Tres fuentes que contribuyen a su formación.
— El metal base (porcentaje variable)
— El de aportación, electrodo consumible (porcentaje mayor)
— El incluido en el fundente
Puede parecer que basta con utilizar un metal de aportación con misma
composición química del base, pero no se alcanza el objetivo por las propiedades
muy especiales que adquiere el base al fundirse y volver a solidificarse.
Todo esto es causa de que el metal de aportación deba tener una composición
química especial.
Para elegir el más conveniente para soldar un acero determinado deben conocerse
las propiedades de mayor importancia de la soldadura final.

Soldaduras
— El primer termino se considera casi siempre la resistencia, en la mayoría de
los casos ha de ser igual a la del metal base, es poco común que se
necesite soldadura apreciablemente mas resistente que el base, puede ser
inclusive inconveniente, debido a que el aumento de resistencia es
reducción de ductilidad, que ocasionan concentraciones de esfuerzos
indeseables, incapaces de acompañar a su deformación del acero que los
rodea. (deseable resistencia de soldadura igual a la del metal base)
— Los electrodos se clasifican según su resistencia, diseñados para depositar
un metal que combinado con el base fundido posea ductilidad y tenacidad
adecuadas.
— Propiedades de la soldadura de a cuerdo a su uso, ejemplo si la estructura
queda expuesta a la intemperie sin protección, su resistencia a la corrosión
ha de ser igual a la del metal base.

Soldaduras
— En estructuras aparentes es también importante que las soldaduras y el
metal base adquieran el mismo color al oxidarse.
— Otro aspecto es como trabajan las soldaduras a diferentes temperaturas y
fatiga.

Soldaduras
— Clasificación de los electrodos
— Se aceptan cuatro procesos precalificados de soldadura de AE para edificios
y puentes sin necesidad de efectuar prueba previa para demostrar su
aplicabilidad.
— La Sociedad Americana de la Soldadura (AWS) publicó especificaciones
referentes a los electrodos, fundentes y gases que se utilizan en los cuatro
procesos.
— Clasificación de los materiales de aportación empleados en los dos primeros
procesos (mas usados en México)
— Proceso SMAW; Los electrodos usados están formados por una varilla
recubierta con una capa de material que desempeña múltiples funciones
durante la colocación de la soldadura

Soldaduras
— Su base son las propiedades
mecánicas del metal de soldadura en
condiciones finales de solidificación,
sin someterse a tratamientos
posteriores, las características de
recubrimiento, las posiciones en que
se utilizan y la corriente empleada.

Soldaduras
— Cada electrodo se designa con una letra E, inicial de electrodo, seguida de
cuatro o cinco dígitos, Edcba ó Eedcba.
— Los primeros dos o tres dígitos (ej.60 ó 110), indican su resistencia mínima a la
ruptura en tensión del metal de soldadura, en kips.
— El tercer o cuarto dígito, que es un 1, un 2 o un 4, indica la posición o posiciones
en que pueden obtenerse soldaduras satisfactorias.
— “1” electrodos adecuados en cualquier posición, plana horizontal, vertical o sobre
cabeza.
— “2” a los que pueden depositar soldaduras de penetración en posición plana y de
filete en horizontal y plana.
— “4” en E7048, indica que el electrodo es adecuado para soldaduras verticales
depositadas de arriba hacia abajo.
— Finamente los dos últimos dígitos, tomados en conjunto se refieren a las
características de la corriente que debe emplearse y a la naturaleza del
recubrimiento.

Soldaduras

• El equipo de soldadura variara dependiendo del proceso de soldadura y si la soldadura
es hecha en el taller o en campo
• Se muestra una máquina para soldadura (FCAW) de taller arriba a la izquierda
• A la derecha una máquina para soldadura (SMAW) para soldadura de campo
Equipo de soldadura

CLASIFICACION DE LAS SOLDADURAS

TIPO DE SOLDADURA
POSICION DE LA SOLDADURA
TIPO DE JUNTA

Filete Pen,completa
bisel simple,
sold de ranura
Penetracio parcial
bisel simple
soldadura ranura
Tapón
Pen completa
doble v sol de
ranura
Penetración
parcial simple J
sol de ranura
• Los tipos de soldadura definen la configuración de la soldadura y subrayan
aproximadamente su diseño.
• Las soldaduras de filete y de ranura son las de más uso común
• Las soldaduras de ranura tienen dos categorías
§ Penetración completa – la sección transversal total del miembro es soldada
§ Penetración parcial – solo una parte de la sección transversal del miembro es
soldada
(AISC)
4 tipos de soldadura estructural

TiposdeSoldadura

• Hay cuatro posiciones de soldadura:
§ Plana – La cara de la soldadura es casi horizontal y la soldadura se realiza desde
arriba de la conexión.
§ Horizontal – El eje de la soldadura es horizontal.
§ Vertical – El eje es casi vertical y la soldadura se realiza al mover el electrodo hacia
arriba.
§ Sobrecabeza – La soldadura se realiza desde abajo de la conexión.
• La posición plana es la preferida porque es más fácil y eficiente soldar en esa posición.
(AISC & NISD 2000)
Posiciones de la Soldadura

A tope
Traslapada Esquina
Te
Borde
• Son tipos de juntas estructurales, las cuales son establecidas por las posiciones relativas
del material de unión.
• Las juntas traslapadas, te y a tope son las más comunes.
(AISC)
Tipos de Juntas

• La mayoría de las soldaduras usadas son de filete
• La sección transversal de las soldaduras de filete son teóricamente triangulares.
• Las juntas de soldaduras de filete tienen dos superficies aproximadamente en ángulos
rectos, unos a otros en juntas traslapadas, te y de esquina.
(AISC & NISD 2000)
Soldaduras de Filete
Symbolic Profiles
Actual Profiles

• Las soldaduras de ranura se especifican cuando la soldadura de filete no es adecuada
para esa unión.
§ Porque la configuración de las piezas no permite la soldadura de filete.
§ Se requiere una resistencia mayor que la provista por la soldadura de filete
• Las soldaduras de ranura son hechas en el espacio o ranura entre las dos piezas que
serán soldadas.
(AISC & NISD 2000)
Soldaduras de Ranura

• La preparación en bisel o “J” se extiende sobre la mayoría o la totalidad de la cara del
material que será unido
• Ocurre una fusión completa
• En algunos casos de soldaduras de ranura de penetración completa, el material será
biselado de una lado de la placa hasta la placa separadora- llamada placa separadora
(AISC & NISD 2000)
Penetración Completa de Ranura

Las soldaduras en las juntas de Penetración Parcial se usan cuando no es necesario para la
junta desarrollar la resistencia en la sección transversal total de los miembros que están
siendo unidos.
(AISC & NISD 2000)
Penetración Parcial de Ranura

• Son usados para representar los detalles y requerimientos específicos de
soldadura al soldador
• Se incluyen en los dibujos de fabricación y montaje.
Símbolos de Soldadura

Línea principal
Línea horizontal
cola
Símbolo básico de soldadura
(Se muestra el símbolo de filete de
soldadura)
Notas
(Soldadura típica)
Longitud y espaciamiento
(en pulgs)
Tamaño de soldadura
(en pulgs)
Soldadura de campo
Cola

Soldaduras de filete junta traslapada
Símbolo de soldadura Soldadura deseada

Soldaduras de filete miembro armado

Soldaduras de filete intermitentes

Soldaduras de penetración parcial

Conexión columna placa base

Soldaduras de penetración completa

Soldaduras de tapón

Usos típicos de soldaduras de filete
USOS DE SOLDADURAS
DE FILETE

USOS DE SOLDADURAS
DE FILETE

Empalmes
USOS DE SOLDADURAS
DE FILETE
Conexiones de momento

Angulos de apoyo
USOS DE SOLDADURAS
DE FILETE
Conexiones simples

Accesibilidad para Soldar
• Agujeros de acceso son
requeridos en algunas
soldaduras, tales como el patín
soldado mostrado a la derecha
§ El agujero de acceso
permite colocar una placa
de respaldo, abajo del patín
superior
§ El acceso del agujero
inferior permite el acceso
completo de soldadura en
el ancho total del patín
inferior
• Se muestra un agujero para
soldadura para una conexión en
el patín
Column
Angulo de
asiento
Agujeros para
acceso de
soldadura
Pl respaldo
Barra de
extensión
(Adapted from AISC 2001)
(Adapted from AISC 2002a)

• Debe evitarse la soldadura de campo debido a las siguientes condiciones:
• Si esta lloviendo, nevando o hay temperaturas inferiores a 0° F
• A ciertas temperaturas ambientes se requiere precalentar el material
• AWS Code D1.1 (2004b) especifica un mínimo precalentamiento y temperaturas de
interface las cuales son diseñadas para evitar el agrietamiento
Influencia del Clima en la Soldadura

• Es importante para el soldador y aquellos que trabajan en el área del proceso de
soldadura que sean conscientes de las medidas de seguridad
• El arco eléctrico nunca debe ser visto sin protección para los ojos
• AWS pública muchas medidas de seguridad e higiene que pueden ser descargadas de la
siguiente página: www.aws.org
Seguridad para Soldar

Un soldador debe usar las protecciones apropiadas incluyendo:
Medidas de seguridad para soldar
• Casco
• Careta y lentes
• Guantes
• Botas
• Camisa de cuero
• Chaparreras de cuero

La soldadura en estructuras existentes durante el proceso de proyectos de reestructuración
requiere consideraciones cuidadosas de numerosos factores:
Soldadura en estructuras existentes
• Determinar la soldabilidad – Identificar el grado del acero y establecer un procedimiento
de soldadura
• Seleccionar y diseñar la soldadura-preferir soldaduras de filete y evitar sobre soldaduras
• Preparación de las superficies – remover pintura, aceite y grasa
• Cargas durante el refuerzo – Un ingeniero determinara las cargas sobre el miembro
estructural durante el calentamiento, soldado o cortado
• Riesgo de Fuego – Cumplir los códigos, especificaciones y reglas de seguridad para
evitar el fuego.
• Ver detalles en la Guía de Rehabilitación y refuerzo del AISC (2002b)

Inspección de la Soldadura
• Adicionalmente los programas de control de calidad de montaje, pruebas e inspecciones
serán avaladas por el Ingeniero o la autoridad responsable
• Un inspector puede pedir pruebas adicionales que aquellas que fueron ejecutadas por el
Ingeniero Responsable
• Algunos problemas que pueden ser encontrados en las soldaduras son:
§ Falta de fusión
§ Porosidad
§ Grietas
§ Penetración insuficiente
• Hay algunas inspecciones y pruebas de soldaduras que son comunes
§ Tamaño erróneo
§ Pobre mano de obra

• La inspección visual es la más frecuente y única inspección a menos que la
especificación requiera un método de inspección más rigurosa
• La inspección al soldador será hecha antes, durante y después de soldar
• Cuando una inspección externa es requerida, ésta deberá ser hecha antes, durante y
después de soldar.
• Problemas menores pueden ser identificados y corregidos antes de que se complete la
soldadura
(AISC & NISD 2000)
Inspección Visual

Socavación
Falta de fusión
Defectos en la Soldadura

Falta de penetración
Ilusión de escoria Porosidad
Defectos en la Soldadura

• La prueba de líquidos penetrantes localiza grietas diminutas y porosidad
• Diferentes tipos de tinte pueden ser usados incluyendo:
§ Tintura de color – la tintura saldrá a la superficie delineándola en
§ forma visible
§ Tintura fluorescente – la cual se mostrara bajo el examen con luz negra
• La tintura es normalmente aplicada por un spray directamente a la soldadura
(AISC & NISD 2000)
Prueba de líquidos penetrantes

• Inspección de partículas magnéticas usa polvo de partículas magnéticas para indicar
defectos en el material magnetizado
• Un campo magnetizado es inducido en la parte soldada
• El polvo magnético es atraído a las grietas cercanas a la superficie
(AISC & NISD 2000)
Partículas mágneticas

• El ultrasonido puede se usa para detectar defectos dentro de las soldaduras
• Ondas sónicas de alta frecuencia se envían a través del material y se reflejan desde el
lado opuesto de éste y se detectan en un tubo de rayos catódicos
• Los defectos afectan el tiempo de transmisión del sonido
• Los defectos se muestran en la pantalla y son sujetos de interpretación por un inspector
(AISC & NISD 2000)
Inspección de ultrasonido

• Inspección radiográfica o rayos X se usa también para detectar defectos en las
soldaduras
• Rayos invisibles penetran el metal y revelan defectos en la radiografía o en la pantalla
fluorescente (arriba)
• Este es el método de inspección más costoso
(AISC & NISD 2000)
Radiografías

¿Cómo reparar la soldadura?
• La soldadura deficiente se retira mediante el procedimiento
“arco-aire” que requiere electrodo de carbón y un compresor
de aire para su aplicación.
• Una vez vaciada la soldadura, se rellena otra vez con nueva
soldadura.

Aplicación arco – aire.

Vaciado de soldadura.

Electrodo de carbón.

Aplicación de nueva soldadura.

• La soldadura de filete es menos cara que la soldadura de penetración
§ No requiere preparaciones especiales
§ No requiere placa de respaldo
§ Menos volumen de soldadura
§ La soldadura de ranura de penetración parcial es menos cara que la
soldadura de ranura de penetración completa
• La mano de obra representa el mayor costo asociado con la soldadura
Costos de Soldadura

• Atornillar es generalmente una operación más rápida que la soldadura
• El atornillar no tiene condiciones de requerimientos de temperatura y clima que están
asociados con la soldadura
• Un cambio inesperado del clima puede demorar las operaciones de soldado
Consideraciones de programación en
las soldaduras y tornillos

Acero estructural : El material a
seleccionar

Bibliografía.
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American Institute of Steel Construction, Inc. Chicago, IL.
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Ruby, D.I. (2003) . “All About Bolts.” AISC Modern Steel Construction, May.
SSTC. (2001). Structural Bolting Handbook. Steel Structures Technology Center, Inc. Novi, MI.

— La sección transversal de una soldadura de filete típica
es un triángulo recto con piernas iguales y el tamaño del
filete de soldadura es el tamaño de la pierna.
— Aaaaaaaa

— Soldadura de filete
— En el caso de una soldadura de filete cóncava o convexa
el tamaño de la pierna se mide mediante el triángulo
recto más grande que se puede inscribir dentro de la
soldadura.
— Las soldaduras de filete aumentan en dieciseisavos de
pulg, de 1/8 hasta ½ pulg y en octavos d pulg para
tamaños mayores a ½.
— Tamaño de soldadura práctica más pequeña 1/8 de pulg.
— Tamaño más económico probablemente es 5/16 de pulg.

— El tamaño máximo de una soldadura de filete esta
determinado por el espesor del borde del miembro a lo
largo del cual se deposita la soldadura.
— Wmax = tp para tp < 1/4 de pulg.
— ≤ tp – 1/16 para tp ≥ 1/4 de pulg.

— Longitud efectiva Lw es la
distancia extremo a extremo
de todo el filete, medido de
forma paralela a su línea de
raíz.
— Por lo tanto la longitud
efectiva es la longitud total
menos dos veces el tamaño
nominal de la soldadura,
para considerar los cráteres.
— Lw ≥ Lw,min = 4w o we = Lw /4.
— Área efectiva, Aw = Lw te

— Soldadura intermitente solo
se realiza mediante el
proceso SMAW.
— No es recomendable para
soldaduras expuestas.
— No se permiten soldaduras
intermitentes de ranura.
— La longitud efectiva Lw debe
ser:
— Lw ≥ máx(4w; 1 ½ pulg)

— Soldaduras longitudinales,
transversales e inclinada.
— Soldaduras de filete
longitudinal sometidas a
esfuerzos cortantes
máximos en la garganta a 45
grados.
transversales la garganta se
ve sujeta a esfuerzos
cortantes como de tensión (o
de compresión).
— Soldadura transversal más
fuerte que la longitudinal

— Soldaduras de tapón y de
muesca.
— Están limitadas a la
transferencia de cargas de
cortante en planos de unión
paralelos a las superficies de
contacto.

— El espesor de las soldaduras de tapón o de muesca en
materiales hasta de 5/8 pulg de espesor debe ser igual al
espesor de la placa.
— En materiales de mas de 5/8 de pulg de espesor, la
soldadura debe tener un espesor de al menos la mitad
del espesor del material, pero no menor a 5/8 de pulg.
— Por lo tanto:
— w = tp para tp ≤ 5/8 de pulg.
— ≤ máx(tp / 2, 5/8 de pulg) para tp > 5/8 de pulg.

— El ancho de una ranura para la soldadura de muesca no
pueden ser menor que el espesor de la parte que la
contiene, mas 5/16 de pulg. También, el espesor debe
ser menor o igual a 2 ¼ veces el espesor de la
soldadura, w. El valor seleccionado se convierte en un
múltiplo non de 1/16 de pulg. La longitud máxima
permitida para una soldadura de muesca es 10 veces el
espesor de la soldadura.
— Por lo tanto:
— dsw,mín = tp + 5/16; dsw,máx = mín(dsw,mín + 1/16 de pulg;2
¼w)
— dsw,mín ≤ dsw ≤ dsw,máx
— Lsw ≤ 10 w; rh ≥ tp
— stsw ≥ 4 dsw; slsw ≥ 2 Lsw

— Soldadura de filete
— Tamaño mínimo ver Tabla J2.4
— Tamaño máximo
t ≤ 1/4”: t
t > 1/4”: t-1/16”
lw ≥ 4w
w
w
0,707a = te

— Soldadura de filete: Tamaño mínimo de soldaduras

—Soldaduradefilete

—Soldaduraintermitente

— Soldadura de penetración (tamaño mínimo ver Tabla
J2.3, sección J2.1b)

Tamaño de soldadura
• El tamaño de la soldadura debe ser el especificado en los dibujos.
• Algunas soldaduras pueden cumplir con el tamaño con una simple pasada.
• Soldaduras más grandes pueden requerir múltiples pasos..
• Soldaduras simples con un solo paso incluyen soldaduras de filete hasta 5/16 plgs y
soldaduras de ranura sin preparación para placas delgadas.
• Soldaduras de múltiples pasos incluyen soldaduras de ranura de penetración completa y
parcial de bisel simple y soldaduras de filete hasta 5/16 plgs.
• La soldadura de la foto es una soldadura de filete de múltiples pasos.

Suposiciones:
1.- La falla se presenta siempre por cortante en la garganta,cualquiera
que sea el tipo de solicitación.
2.- Las fuerzas cortantes se distribuyen uniformemente en la superficie de
falla, en toda la longitud delcordón.
3.- Los filetes longitudinales y transversales tienen la misma resistencia
(los transversales resisten entre 30% a 50% más).
RESISTENCIA DE LAS SOLDADURAS.
Fig. 13 Soldaduras de filete
longitudinales y transversales

Fig. 14 Esfuerzos en soldaduras de
filete cargadas longitudinalmente
Fig. 15 Esfuerzos en soldaduras de
filete cargadas transversalmente

D Tamaño de la pierna.
L Longitud de la soldadura.
Fu Esfuerzo mínimo de ruptura.
•RESISTENCIAS.

Hipótesis:
1.- El material de las soldaduras es elástico, homogéneo e
isótropo.
2.- Se desprecia las deformaciones de las partes conectadas.
3.- Solamente se tienen en cuenta los esfuerzos de las cargas
exteriores, ignorando los esfuerzos residuales y las
concentraciones de esfuerzos.
4.- La respuesta de la soldadura es elástica hasta la falla.
5.- Los esfuerzos se calculan con las fórmulas de la resistencia
de materiales.
6.- Las acciones nominales totales se obtienen sumando
vectorialmente los producidos por cada solicitación.
7.- El tamaño de filete se selección en función del esfuerzo
máximo.

DISEÑO DE LAS SOLDADURAS DE FILETE.

• ESFUERZOS COMBINADOS.
Fig. 16 Soldadura con una condición de carga compleja

— Grupos colineales o paralelos de filetes cargados a
través del centro de gravedad
( )( )1,5
w EXXF 0,60F 1 0,5 sin= + θ
θ

— Grupos de soldaduras de filete (método plástico)
( )( ) ( )
( ) ( )
( )
( )
1,5
w EXX
0,3
i m
i i u crit
0,32
m
0,65
u
F 0,60F 1 0,5 sin f p
f p p 1,9 0,9p
p
r r
0,209 2 w
1,087 6 w 0,17w
−
−
= + θ
 = − 
= ∆ ∆
∆ = ∆
∆ = θ +
∆ = θ + ≤
j
i
rj
ri
j
i
nx wix wi ny wiy wiR F A R F A= =∑ ∑

— Grupos de filetes longitudinales y transversales
cargados a través del centro de gravedad
( )n wl wt wl wtR max R R ,0,85R 1,5R= + +

PROPIEDADES GEOMETRICAS.

Electrodo E60XX
σp =0.3 x 60,000 lb/in2 = 18,000 lb/in2 = 1266 kg/cm2.
Electrodo E70XX
σp =0.3 x 70,000 lb/in2 = 21,000 lb/in2 = 1476 kg/cm2.
SOLDADURAS DE FILETE.
• RESISTENCIAS PERMISIBLES kg/cm.

• Las soldaduras pueden ser cargadas por cortante, tensión, compresión o por una
combinación de ellas
• Las capacidades para soldadura están dadas en la especificación del AISC J2 (2005)
• La resistencia de la soldadura depende de múltiples factores: metal base, metal de
aportación, tipo de soldadura, tamaño de la soldadura y garganta.
Resistencia de Soldaduras Estructurales
(Part of Table J2.5 AISC 2005)

Resistencia de diseño de las soldaduras
— Se determina de acuerdo secc. J2, J4 y J5 del LRFD
— Verificar 2 estados limite de resistencia (metal de aportación y metal base –
J2.5 LRFD), rige la menor Rd = mín [ Rdw, RdBM ]
— Resist. diseño del metal de soldadura es (J2.4):
Rdw: Resist. diseño de soldadura (E.L. Falla del metal de aportación)
Aw: Área efectiva sección transv. de soldadura.
φ = factor de resistencia = 0.75
Fw : Resist. Nominal del material del electrodo.
— Resist. diseño del material base es:
RdMB: Resist. diseño de soldadura (E.L. Falla del material base)
ABM: Área efectiva sección transversal del material base.
φ = factor de resistencia = 0.75
FBM : Resist. Nominal del material base.
dw w w
w e w
R F A
A t L
= φ⋅ ⋅
= ⋅
dBM MN BMR F A= φ⋅ ⋅

— Soldaduras de penetración parcial
— Tracción o compresión normal al eje de la soldadura
en elementos diseñados para contacto
— Metal base
φ = 0.9 Ω = 1.67
— Soldadura
φ = 0.8 Ω = 1.88
n y e wR F t l= ⋅ ⋅
n EXX e wR 0,60F t l= ⋅ ⋅
Resistencia de diseño LRFD

— Soldaduras de penetración
— Corte
— Metal base: ver sección J4
— Soldadura
φ = 0.75 Ω = 2.00

— Corte
— Soldadura
φ = 0.75 Ω = 2.00
— Soldadura de tapón
— Corte
— Soldadura
φ = 0.75 Ω = 2.00
n EXX taponR 0,60F A= ⋅

Resistencia de Soldaduras Estructurales

— Resistencia de filete
Resistencia de soldaduras de filete.
Determine la resistencia de diseño a cortante de una soldadura
de filete de 5/16 de pulg., de 4 pulg. de largo. Suponga que se
trata del proceso SMAW y de electrodos E70. Suponga también
que la carga aplicada pasa a través del centro de gravedad de
la soldadura . Considere: a)una soldadura longitudinal, b)una
Soldadura transversal, c)una soldadura oblicua, con la carga
Inclinada 30° con respecto al eje de la soldadura. Utilice: 1) la
tabla J2.5 del LRFDS; 2)el apéndice J2.4 del LRFDS.
Solución.
Tamaño de la soldadura, w = 5/16 pulg
Longitud efectiva, Lw = 4.0 pulg

Proceso SMAW. De la ecuación 6.16.2, espesor efectivo de
garganta
Electrodos E70. Por lo que FEXX = 70.0 ksi
Como se dan los detalles, suponga que el metal base no
controla el diseño de la soldadura.
1.Resistencia con base en la tabla J2.5 del LRFDS
Con este criterio, la resistencia de diseño de la soldadura
es independiente de la orientación de la carga aplicada. De
la ecuación 6.19.4, la resistencia de diseño de la soldadura
de filete es
(Resp.)
5
0.707 0.707 0.221
16
et w
 
= = = 
 
( )( )( )0.45 0.45 70.0 0.221 4.0
027.9
dw EXX e wR F t L
kips
= =
=

2. Resistencia de diseño con base en la tabla J2.4 del LRFDS
La resistencia de diseño de una soldadura lineal cargada
en el plano a través del centro de gravedad al utilizar la
ecuación 6.19.11(o del apéndice J2.4 del LRFDS) es:
donde es la inclinación de la carga, medida a partir del
eje de la soldadura.
a) Soldadura longitudinal,
Para la soldadura longitudinal,
(Resp.)
( )( )( )
1.5
1.5
1.5
0.45 1.0 0.50
0.45 70 0.221 4.0 1.0 0.50
27.85 1.0 0.50
d EXX e wR F t L sen
sen
sen
θ
θ
θ
 = + 
 = + 
 = + 
θ
0 0.0senθ = → =
( ) ( )0
27.85 1.0 0.0 27.9d
R kipsθ =
= + =

b) Soldadura transversal
Para la soldadura transversal,
(Resp.)
c) Soldadura oblicua
Para la soldadura oblicua,
(Resp.)
Observe que la soldadura transversal es 50% más fuerte que
la soldadura longitudinal y la soldadura oblicua 17.7%. Observe
también que el método de diseño (tradicionalmente utilizado)
dado en la tabla J2.5 del LRFDS desprecia esta resistencia
adicional.
90.0 1.0senθ = → =
( ) ( )1.5
0
27.85 1.0 0.50 1.0 41.8d
R kipsθ =
 = + = 
30 0.50senθ = ° → =
( ) ( )1.5
30
27.85 1.0 0.50 1.0 32.8d
R kipsθ = °
 = + = 

— Ejemplo: Resistencia de diseño a cortante (filete)
— Resistencia de diseño a cortante de una longitud
unitaria, de 1/16”, de una soldadura de filete
producida mediante el proceso de soldadura de arco
metálico protegido (SMAW) al usar electrodos E70.
d(1/16) e e
d(1/16)
W 0.45 (70) t 31.5 t 31.5 (0.707w)
W 22.27 (1/ 16) 1.392 kip
= ⋅ ⋅ = ⋅ = ⋅
= ⋅ =

— Ejemplo: Resistencia de diseño a cortante (filete)
d
Como la resistencia de una soldadura de filete SMAW
es proporcional al tamaño de la pierna w, para una sol-
dadura de filete E70 se tiene:
W 1.392 D : resist diseño a cortante por unidad= ⋅
6
d=
16
de longitud de tamaño w.
D
D: numero de dieciseisavos de pulg. w
16
Ejemplo : E70 de 3/8"
W =1.392 6 8.35 kip
=
⋅ =

— Resistencia de diseño a cortante (filete)

— Soldadura de tapón.
Determine la resistencia de diseño de una soldadura de tapón
que una placa de ½ pulg mediante el proceso SMAW con
electrodos E70.
Solución
Espesor de la placa, 1/2 pulg < 5/8 pulg
Entonces de la ecuación 6.16.8, el espesor de la soldadura
de tapón, 1/2 pulg
Si dpw es el diámetro del agujero, de las ecuaciones 6.16.9:
pulg
pt =
pw t= =
,min
5 1 5 13
16 2 16 16
pw pd t= + = + =
,max ,
1 1
,2
8 4
pw pw mínd mín d w
 
= +  

— Soldadura de tapón.
pulg
Seleccione el tamaño menor, es decir, dpw=13/16 pulg
Área de cortante, pulg
De la ecuación 6.19.12, la resistencia de diseño de la
soldadura de tapón es:
(Resp)
0.45dw EXX wR F A=
13 1 9 1 15 18 15
, ,
16 8 4 2 16 16 16
mín mín
 
= + = =  
2
2 13
0.519
4 4 16
w pwA d
 
= = = 
 
( )( )0.45 70.0 0.519 16.3 kips= =

El diseño y construcción de conexiones viga columna puede
cambiar significativamente de un país a otro debido a
diferencias en:
• El costo del acero estructural.
• Disponibilidad de perfiles de acero.
• Costos de mano de obra.
• Disponibilidad de mano de obra calificada.
• Nivel de redundancia.

California hasta los 70’s.

California en los 80’s.

California en los 90’s.

México y Japón.

Conexión viga columna comúnmente utilizada antes del
sismo de Northridge en los Estados Unidos

Ejemplo

Ejemplo.

Fallas en conexiones.
Zona Común de Iniciación de Fracturas

Falla en la soldadura de penetración
completa.

Fallas en conexiones.

FALLAS EN CONEXIONES

Resultados de la Investigación Realizada
Program
toReducetheEarthquakeHazardsof
SteelMomentFrameStructures
FEDERAL EMERGENCY MANAGEMENT AGENCY
FEMA 350 July, 1999
Recommended Seismic Design Criteria
for New Moment -Resisting
Steel Frame Buildings
ProgramtoReducetheEarthquakeHazardsof
FEMA 352 July,2000
for New Moment-Resisting
FEDERAL EMERGENCY MANAGEMENT AGENCY FEMA 351 July, 1999
FEMA 350 July, 1999

Resultados de la Investigación Realizada
FEMA-350: Recommended Seismic Design Criteria for
New Steel Moment-Frame Buildings.
FEMA-351: Recommended Seismic Evaluation and
Upgrade Criteria for Existing Welded Steel
Moment-Frame Buildings.
FEMA-352: Recommended Post-earthquake Evaluation
and Repair Criteria for Welded, Steel Moment-
Frame Buildings.
FEMA-353: Recommended Specifications and Quality
Assurance Guidelines for Steel Moment-Frame
Construction for Seismic Applications.

Resultados de la investigación
realizada.
La placa de respaldo debe ser
removida cuando se utiliza en las
uniones de penetración completa
entre el ala inferior de la viga y
columna.
Realizar saneado de raíz y soldar
cordón de Respaldo tipo filete de
tamaño mínimo de 8 mm.

Requerimientos básicos de una conexión viga columna
en zonas sísmicas.
•Debe ser capaz de poder desarrollar la capacidad a
flexión de las trabes.
•Debe poder resistir varios ciclos de carga reversibles con
rotaciones plásticas de 0.03 radianes.
•Las articulaciones plásticas deben formarse en las trabes
y no en la columna.

en zonas sísmicas
Debe ser capaz de poder desarrollar la capacidad a
flexión de las trabes.
Posibles fuentes de sobre resistencia:
Esfuerzo de fluencia mayor al nominal.
Endurecimiento por deformación.
Acero A-36:
Fy = 2,530 kg/cm2 Fy = 3,540 kg/cm2 (=1.4 Fy)
Aceros de grado doble:
Fy = 2,530 kg/cm2 Fy = 4,040 kg/cm2 (=1.6 Fy)

en zonas sísmicas
Debe poder resistir varios ciclos de carga reversibles
con rotaciones plásticas de 0.03 radianes.
La capacidad de rotación en los puntos en los que se
espera un comportamiento inelástico debe ser MAYOR
que las demandas de rotación esperadas en el sismo
de diseño.
Las articulaciones plásticas deben formarse en las
trabes y no en la columna.
Es lo que comúnmente se conoce como filosofía de
columna fuerte-trabe débil.

Razones para tratar de evitar articulaciones plásticas en
las columnas:
•Las demandas de rotación son mayores en
mecanismos que involucran articulaciones plásticas en
las columnas.
•La capacidad de rotación de las columnas es menor
que la de las trabes debido a la carga axial.
•Un pandeo local puede provocar una importante
degradación de resistencia en las columnas debido a la
presencia de alta carga axial.
•Reparar columnas es más difícil porque el
apuntalamiento temporal.
•La falla de una columna puede implicar la pérdida de
capacidad de carga vertical en el edifico (Inestabilidad).

Columna fuerte trabe débil.
Los reglamentos de diseño normalmente buscan el lograr
una columna fuerte y una trabe débil por medio de la
siguiente ecuación:

Cautela con el uso de esta ecuación:
•Supone que la rigidez a flexión de las columnas arriba y
abajo de la conexión son aproximadamente iguales.
•Los reglamentos por lo general no especifican como se
calcula la carga axial que se usa en esta ecuación.
•Esta ecuación se utiliza para revisar cada dirección
principal de la columna por separado (despreciando los
efectos biaxiales en la columna).

Mecanismo deseable.

Por medio de Acartelamiento.

Por medio de Cubre Palcas.

Por medio de Placas Verticales.

DISMINUCIÓN INTENCIONAL DE LA RESISTENCIA
EN UN SEGMENTO DE LA VIGA:
(GEOMETRÍA TIPO “HUESO DE PERRO”)

CONEXION PROPUESTA.

CONEXIÓN PROPUESTA.
El muñón se fabrica en taller usando patines de ancho
variable para alejar la articulación plástica lejos de la cara
de la columna.

ALTERNATIVAS PARA MEJOR LA CONFIABILIDAD DE LA
SOLDADURA DE PENETRACIÓN COMPLETA EN LA CONEXIÓN
PROPUESTA.

CONEXIÓN VIGA COLUMNA TIPO ÁRBOL.

Diseño de la junta.
Resistencia. Las conexiones deben ser capaces de resistir las
acciones que les transmiten los miembros.
Rigidez. La conexión debe tener la rigidez suficiente para conservar
las posiciones relativas de los elementos que conecta.
Capacidad de rotación. La conexión debe admitir rotaciones
importantes conservando resistencia y rigidez suficiente de manera
que se formen articulaciones plásticas en los elementos que
conectan y por lo tanto permitir la capacidad de deformación de la
estructura (ductilidad).
Economía ?
Facilidad de fabricación y montaje ?

Conexión de placas tipo end - plate.

Preparación de muñones para
conexiones.

ÍÍndice.ndice.
1. Acuática Nelson Vargas, Squash.
1. Conexión a Cortante. Larguero.
2. Conexión a Cortante. Trabe Principal.
3. Conexión a Momento. Trabe Principal.
2. Museo del Tequila y Mezcal.
3. Museo de Arte Contemporáneo (MUAC).
4. Edificio Industrial.
1. Conexión de Árbol. Soldada – Atornillada.

Planta Arquitectónica.

Modelo matemático.

Conexión a Cortante. Larguero.
IR406x53,7 kg/m
W16x36
Trabe Principal.
T-2 3PL

Diagrama de Cortante.
- 9.90 ton
Elementos mecánicos factorizados, carga vertical, Fc = 1.4
9.90 ton

Placa de cortante.
- 9.90 ton

Diseño de la soldadura.
Elementos mecánicos de diseño.
Vmáx = 9.90 ton (cortante máximo)
Se considera un 25 % mas del cortante máximo.
Vd = 1.25 * 9.90 = 12.375 ton (cortante de diseño)

Soldadura E-70XX
RE-70XX = 70 ksi = 4900 kg/cm2
Garganta de la soldadura 3 mm = 0.3 cm.
RSOLD = FR FS AS = 0.75 * 4900 * ( 0.7071 * 0.3 * L)
RSOLD = 779.6 * L
L = Vd / RSOLD = 12375 / 779.6 = 15.9 cm
Se dará una longitud a la soldadura de 16 cm y un
espesor de 3 mm.

Diseño de la placa de cortante.
Placa A-36.
b = 10 cm
Fy = 2530 kg/cm2
Estado límite de flujo plástico en la sección total:
RPL = FR Fy At = 0.9 * 2530 * At = 2277 At
At = Vd / RPL = 12375 / 2277 = 5.5 cm2
At = b * e => e = 5.5 / 10 = 0.55 cm
Se manejara un espesor de placa de 8 mm.

Croquis de la conexión.

Conexión a Cortante. Trabe Principal.
IR356x44,8 kg/m
W14x30

10.0 ton
- 7.99 ton

Placa de cortante.
- 7.99 ton

Vd = 1.25 * 7.99 = 10 ton (cortante de diseño)

Soldadura E-70XX
RE-70XX = 70 ksi = 4900 kg/cm2
RSOLD = FR FS AS = 0.75 * 4900 * ( 0.7071 * 0.3 * L)
RSOLD = 779.6 * L
L = Vd / RSOLD = 10000 / 779.6 = 12.9 cm
espesor de 3 mm.

Placa A-36.
b = 10 cm
Fy = 2530 kg/cm2
RPL = FR Fy At = 0.9 * 2530 * At = 2277 At
At = Vd / RPL = 10000 / 2277 = 4.4 cm2
At = b * e => e = 4.4 / 10 = 0.44 cm

Conexión a Momento. Trabe Principal.
T-1 3PL

34.75 ton.

Diagrama de Momento.
- 73.37 ton-m.

Placa de Momento.
Mmáx = 73.37 ton-m (momento máximo)
C = T = Mmáx / d = 73.74 / 0.65 = 113.5 ton

Placa superior.
Tmáx = 113.5 ton (tensión máxima)
Se considera un 25 % mas de la tensión máxima.
Vd = 1.25 * 113.5 = 141.875 ton (tensión de diseño)

Soldadura E-70XX
RE-70XX = 70 ksi = 4900 kg/cm2
RSOLD = FR FS AS = 0.75 * 4900 * ( 0.7071 * 0.8 * L)
RSOLD = 2078.874 * L
L = Vd / RSOLD = 141875 / 2078.874 = 68.5 cm
Se dará una longitud a la soldadura de 35 cm en dos
lados y un espesor de 8 mm.

Diseño de la placa superior.
Placa A-36.
b = 21 cm
Fy = 2530 kg/cm2
RPL = FR Fy At = 0.9 * 2530 * At = 2277 At
At = Vd / RPL = 141875 / 2277 = 62.31 cm2
At = b * e => e = 62.31 / 21 = 2.98 cm

Placa inferior.
Cmáx = 113.5 ton (compresión máxima)
Se considera un 25 % mas de la compresión máxima.
Vd = 1.25 * 113.5 = 141.875 ton (compresión de
diseño)

Diseño de la placa inferior.
Placa A-36.
b = 29 cm
Fy = 2530 kg/cm2
RPL = FR Fy At = 0.9 * 2530 * At = 2277 At
At = Vd / RPL = 141875 / 2277 = 62.31 cm2
At = b * e => e = 62.31 / 29 = 2.15 cm

Soldadura E-70XX
RE-70XX = 70 ksi = 4900 kg/cm2
RSOLD = FR FS AS = 0.75 * 4900 * ( 0.7071 * 0.3 * L)
RSOLD = 1560 * L
L = Vd / RSOLD = 43440 / 1560 = 27.9 cm
espesor de 6 mm.

Placa A-36.
b = 15 cm
Fy = 2530 kg/cm2
RPL = FR Fy At = 0.9 * 2530 * At = 2277 At
At = Vd / RPL = 43440 / 2277 = 19.1 cm2
At = b * e => e = 19.1 / 15 = 1.28 cm

Planta Arquitectónica.
10 m7 m 7 m5 m 5 m
40 m
3.54 m
4.14 m
3 m
3 m
2.92 m
16.60m
3 m 3 m

Modelo matemático.

Conexión a Momento. Trabe Principal.
VC1 Trabe Cajón

Elementos mecánicos factorizados, carga accidental, Fc = 1.1
56.1 ton.

Diagrama de Momento.
Elementos mecánicos factorizados, carga accidental, Fc = 1.1
- 196.1 ton-m.

Placa de Momento.
Mmáx = 196.1 ton-m (momento máximo)
C = T = Mmáx / d = 196.1 / 1 = 196.1 ton

Placa superior.
Tmáx = 196.1 ton (tensión máxima)
Vd = 1.25 * 196.1 = 245.125 ton (tensión de diseño)

Soldadura E-70XX
RE-70XX = 70 ksi = 4900 kg/cm2
RSOLD = FR FS AS = 0.75 * 4900 * ( 0.7071 * 0.8 * L)
RSOLD = 2078.874 * L
L = Vd / RSOLD = 245125 / 2078.874 = 117.9 cm
Se dará una longitud a la soldadura de 35 cm en dos
lados y un espesor de 8 mm. La diferencia será
tomada por los tornillos.

Placa inferior.
Cmáx = 113.5 ton (compresión máxima)
Vd = 1.25 * 113.5 = 141.875 ton (compresión de
diseño)

Soldadura E-70XX
RE-70XX = 70 ksi = 4900 kg/cm2
RSOLD = FR FS AS = 0.75 * 4900 * ( 0.7071 * 0.3 * L)
RSOLD = 1560 * L
L = Vd / RSOLD = 70200 / 2078.874 = 33.8 cm
espesor de 8 mm.

ConexiConexióón caja volada en MUACn caja volada en MUAC

ConexiConexióóncajavoladaenncajavoladaen
MUACMUAC

Elementos mecánicos de
diseño.
Tmáx = 47.4 t. (tensión máxima)
Vmáx = 30.1 t. (cortante máximo)
Se considera un 25 % mas de la
tensión máxima.
Td = 1.25 * 47.4 = 59.3 t (T diseño)
Vd = 1.25 * 30.1 = 37.6 t (V diseño)

Diseño conexión cuerda superior dentro del concreto
Adherencia del acero en concreto, se trata como una
barra lisa:
Por equilibrio:
µ Σ0 L = As fs
µ :esfuerzo de adherencia
Σ0: perímetro de la barra

Cálculo de área requerida en IR con fuerzas de tensión y
cortante combinadas
Sí;
Entonces;
2
2
2
ut ut
u
u st
f’c 300 kg / cm f’c 4300 psi
fy 2530 kg / cm fy 36000 psi
f 4080 kg / cm f 58000 psi
T 59300 kg; Vu 37600 kg
T A fy
= =
= =
= =
= =
= φ ⋅ ⋅
( )
2
st
n st
2
0.90
59300
A 26 cm
0.9 * 2530
Vu V (0.7 fy A ) 0.85
37600
Asv 25 cm
(0.7 0.85 2530)
φ =
= =
= φ ⋅ = φ ⋅ ⋅ ⋅ φ =
= =
⋅ ⋅

Cálculo de área requerida en IR con fuerzas de tensión y
cortante combinadas
2 2 2
st sv
2
(IR 25.4x44.8kg/m)
Area transversal requerida (As):
As A A 26 cm 25 cm 51 cm
As 57 cm
= + = + =
=

Cálculo del esfuerzo nominal en tensión y cortante (perfil solo)
(Ta y Va)
uta
uta
Ta n As f 1 57 4080
Ta 232,560 kg > 59,300 kg
Va n 0.6 As f 1 0.6 57 4080
Va 139,536 kg > 37,600 kg
= ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅
=
= ⋅ ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ ⋅
=

Cálculo de la longitud de desarrollo hef para prevenir la falla del
cono de concreto (perfil solo sin placas)
req
req
1.5 1.5
ef ef
1.5
ef
1.5
ef
0.85 T Tu
Tu 57,600
T 67,764 kg 149.4 kip
0.85 0.85
Tb kc f´c h 24 4300 h
149.4 1.573 h kips
h 95 20.8 in = 53 cm
⋅ ≥
= = = =
= ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅
= ⋅
= =

Cálculo de áreas de placas de respaldo atiesadoras que
soportaran la extracción (conos de extracción)
( )( )( ) 2
Ah 2 24 7 57 393 cm
Ah 393
6.9 2.5 (recomendado)
As 57
= + =
= = >

Ld = Ldb F
Calculo de Ld: longitud de desarrollo (si no existieran las placas
transversales)
Ld: Longitud de desarrollo
As: Área transversal de la barra
fs: Esfuerzo de fluencia a tensión
c: Recubrimiento al borde mas próximo del concreto.
Ktr: Índice del refuerzo transversal (se puede considerar cero)
f´c: Esfuerzo a compresión en el concreto
(unidades en kg y cm)
d b
tr
A s fs
L
3 (c K ) f´c
=
⋅ + ⋅

Ld = Ldb F F=2 (por ser liso el perfil)
Calculo de Ld: longitud de desarrollo
Se observa que las placas transversales incrementan la
capacidad a tensión y disminuyen la longitud de desarrollo.
d b
d b
d d b
5 7 2 5 3 0
L
3 (1 5 0 ) 3 0 0
1 4 4 2 1 0
L 1 8 5
7 8 0
L L F 1 8 5 2 3 7 0 cm
⋅
=
⋅ + ⋅
= =
= ⋅ = ⋅ =

Conexión viga columna tipo árbol.
CONEXIONES PRECALIFICADAS

DISEÑO DE LA JUNTA
Resistencia. Las conexiones deben ser capaces de
resistir las acciones que les transmiten los miembros.
Rigidez. La conexión debe tener la rigidez suficiente
para conservar las posiciones relativas de los
elementos que conecta.
Capacidad de rotación. La conexión debe admitir
rotaciones importantes conservando resistencia y
rigidez suficiente de manera que se formen
articulaciones plásticas en los elementos que conectan
y por lo tanto permitir la capacidad de deformación de
la estructura.
Economía ?
Facilidad de fabricación y montaje ?

CONEXIONES SOLDADAS YATORNILLADAS

CONEXIONES SOLDADAS Y ATORNILLADAS

Ejemplo: Conexión Trabe T-1
Conexión con Placas de Momento Atornilladas

Conexión con Placas de Momento Atornilladas

Conexión Trabe T-1
Patín A = 30.48 x 1.9 = 57.9 cm2
FMAX = 57.9 x 2530 x 1.15 x 10-3 = 168 Ton.
(Se considera una sobreresistencia del 15%)
Considerando tornillos A-325
φ RN = 0.65 x 72* = 46.8 Ksi =3300 kg
2168000
** 25.5
2 3300
N cm
x
= =
* Cuerdas fuera del plano de corte
** Cortante doble
EJEMPLOS DE APLICACIÓN

⇒Considerando tornillos φ = ¾” A = 2.85 cm2
25.5
9
2.85
n tornillo= =
Considerando el momento
34845 2530
10 191
64.2
M ZFy x
F x ton
d d
−
= = = =
FMAX = 1.15 X 191 = 220 Ton.

33.3
12
2.85
n tornillos= =φ = ¾”
φ = 1”
33.3
8
5.07
n tornillos= =
2220000
** 33.2
2 3300
N cm
x
= =
* Cuerdas fuera del plano de corte
** Cortante doble
Se utilizarán tornillos de diámetro de 1’’

Revisión placa de conexión.
Para tornillos Ø = 1”
RN=2.4 dt t Fu = 2.4 x 2.5 x 1.0 x 4080 x 10-3= 24.5 Ton.
φ RN = 0.75 x 24.5 = 18.3 Ton.
220
27.5
8
F ton= =
Fuerza por tornillo φ =1”
** 27.5
13.8 18.3
2 2
F
ton ton= = <

Capacidad a Cortantede la Viga
VN = 0.6 Fyw AW
VN = 0.6 x 2530 x 61 x 1.3 x 10-3 = 120 Ton.
(Nota: no se consideró sobreresistencia)Ø VN = 108 Ton
Considerando tornillos Ø = ¾”
2120000
** 18
2 3300
N cm
x
= =
18
6.4
2.85
n tornillos= = Se colocarán 6 tornillos

Revisión Aplastamiento
RN = 2.4 dt t Fu = 2.4 x 2.0 x 1.0 x 4080 x 10-3 = 19.6 Ton.
(Ø = ¾”)
φ RN = 0.75 x 19.6 = 14.7 Ton.
Fuerza por tornillo Ø = ¾”
108
18
6 6
NV
F ton
ϕ
= = =
** 18
9 14.7
2 2
F
ton ton= = <

Revisión a tensión de la conexión (trabe T-1)
a) Placa de conexión a flexión
a.1) Fluencia en la sección gruesa
Pn = Fy Ag = 2530 x 30 x 1 x 10-3 = 75.9 Ton.
φ Pn = 0.9 x 75.9 = 68.3 Ton.
(2 φ Pn)* = 2 x 68.3 = 136.6 Ton < F = 191 Ton.
Será necesario incrementar la placa

Incrementando la placa At = 16 mm (5/8”)
Pn= Fy Ag = 2530 x 30 x 1.58 x 10-3 = 119.92 Ton.
(2 φ Pn)* = 2 x 0.9 x 119.9 = 215 Ton. > 191 Ton.
Se colocarán 2 placas de 5/8’”
a.2) Fractura en la sección neta
( ) 2
0.85 1.58 30 2 2.5 0.2 33.04 cm× × − × + =  
Pn = 4080 x 33.04 x 10-3 = 134.8 Ton.
2 φ Pn = 2 x 0.75 x 134.8 = 202.2 Ton. > 191 Ton.
Pn = Fu Ae
Ae = U An =

b) placa de conexión a cortante
b.1) Flujo plástico en la sección total
Pn = Fy Ag = 2530 x 39 x 1 x 10-3 = 98.7 Ton.
φ Pn = 0.9 x 98.7 = 88.8 Ton.
(2 φ Pn)* = 2 x 88.8 = 177.6 Ton > VN = 120 Ton.
b.2) Fluencia en la sección neta
Pn = Fu Ae
Ae = UAn = ( ) 2
0.85 1.0 39 6 1.9 0.2 22.4 cm× × − × + =  
Pn = 4080 x 22.4 x 10-3 = 91.55 Ton.
(2 φPn)* = 2 x 0.75 x 91.55 = 137.3 Ton > VN = 120 Ton.

RevisiRevisióón del aplastamiento del alma de la traben del aplastamiento del alma de la trabe
RN = 2.4 dt Fu
RN = 2.4 x 1.9 x 1.3 x 4080 x 10-3 = 24.2 Ton.
RN = 0.75 x 24.2 = 18.1 Ton.

RevisiRevisióón soldadura alma Trabe / Columnan soldadura alma Trabe / Columna
VN = 120 Ton.
Utilizando soldadura E-70xx
RE-70XX = 70.ksi = 4900 kg/cm2
φ FBM = 0.75 x 0.6 x RE-70XX = 2205 kg/cm2
L = 60.9 x 2 = 121.8 cm
R=﴾ φ FBM ﴿ L x 0.7071 t
120 000
0.63 6.3
121.8 0.7071 2205
t cm mm= = =
× ×
Se consideran 8 mm

Sección de cuatro placas con soldadura de penetración.
Evitar en la medida de lo posible.
RECOMENDACIONES PARA FACILITAR
FABRICACIÓN

Sección de cuatro placas con soldadura de filete.
Alternativa 1
FABRICACIÓN

Sección de cuatro placas con soldadura de filete.
Alternativa 2
FABRICACIÓN

Forma eficiente de soldar el atiesador interior en
sección de cuatro placas.
Paso 1: soldar con filete en las primeras tres caras
FABRICACIÓN

Paso 2: soldar la cuarta cara con soldadura de botón
FABRICACIÓN

FABRICACIÓN

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ESTRUCTURAS METÁLICAS

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