Diseño de Conexiones en Estructuras de Acero: Tornillos y Métodos de Conexión, Guías, Proyectos, Investigaciones de Obras de abastecimiento y saneamiento

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DISEÑO DE

CONEXIONES

MSC. R U T H M. J I NES CABEZAS

UNIVERSIDAD JOSE CARLOS MARIATEGUI

FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

CONEXIONES ATORNILLADAS INTRODUCCIÓN Durante muchos años, el método aceptado para conectar los miembros de una estructura de acero fue el remachado. Sin embargo, durante las últimas décadas, los tornillos y la soldadura han sido los métodos usados para hacer las conexiones de acero estructural, y casi nunca se usan los remaches. Este capítulo nos dedicaremos a la exposición de las conexiones atornilladas El montaje de estructuras de acero por medio de tornillos es un proceso que además de ser muy rápido requiere mano de obra menos especializada que cuando se trabaja con remaches o con soldadura. Estos factores, en Estados Unidos de Norteamérica, en donde la mano de obra es sumamente cara, dan a las juntas atornilladas una ventaja económica, en comparación con los otros tipos de conexión. Aunque el costo de adquisición de un tornillo de alta resistencia es varias veces mayor que el de un remache, el costo total de la construcción atornillada es menor que el de la construcción remachada, debido a los menores costos por mano de obray equipo y al menor número de tornillos requeridos para resistir las mismas cargas.

Los tornillos de alta resistencia se hacen a base de acero al carbono mediano tratado térmicamente y aceros aleados y tienen resistencias a la tensión de dos o más veces las de los tornillos ordinarios. Existen dos tipos básicos, los tornillos A 325 (hechos con acero al carbono mediano tratado térmicamente) y los tornillos A 490 de mayor resistencia (también tratados térmicamente, pero hechos con acero aleado). Los tornillos de alta resistencia se usan para todo tipo de estructuras, desde edificios pequeños hasta rascacielos y puentes monumentales. Los tornillos de alta resistencia se pueden apretar hasta alcanzar esfuerzos muy altos de tensión, de manera que las partes conectadas quedan Fuertemente afianzadas entre la tuerca del tornillo y su cabeza, lo que permite que las cargas se transfieran principalmente por fricción.

Los agujeros holgados (OVS) pueden usarse en todas las placas de una conexión, siempre que la carga aplicada no exceda a la resistencia permisible al deslizamiento. No deben utilizarse juntas tipo aplastamiento. Es necesario usar rondanas templadas sobre estos agujeros holgados en las placas exteriores. Los agujeros de ranura corta (SSL) pueden usarse independientemente de la dirección de la carga aplicada para conexiones de deslizamiento crítico. Sin embargo, para las conexiones de tipo aplastamiento, las ranuras deben ser perpendiculares a la dirección de la carga. Si la carga se aplica en una dirección aproximadamente normal (entre 80 y 100 grados) a la ranura, estos agujeros se pueden usar en algunas o todas las placas de las conexiones por aplastamiento. Los agujeros de ranura larga (LSL ) pueden usarse sólo en una de las partes conectadas y en cualquier superfi cie de contacto en conexiones tipo fricción o tipo aplastamiento. En las juntas tipo fricción estos agujeros se pueden usar en cualquier dirección, pero en las juntas de tipo aplastamiento las cargas deben ser normales (entre 80 y 100 grados) a los ejes de los agujeros ranurados. Si se usan agujeros de ranura larga en una capa exterior es necesario cubrirlos con rondanas o con una barra continua con agujeros estándar. En conexiones con tornillos de alta resistencia, las rondanas o la barra no tienen que ser templadas, pero deben ser de material estructural y no deben ser menores de 5 / 16 plg de espesor. Los tornillos de ranura larga se usan generalmente cuando se hacen conexiones a estructuras existentes donde las posiciones exactas de los miembros que van a conectarse no se conocen. Las rondanas se usan en general para impedir rayaduras o escoriaciones de los miembros cuando se aprietan los tornillos.

Los tornillos deben colocarse a una distancia suficiente entre sí para permitir su instalación eficiente y prevenir fallas por tensión en los miembros entre sujetadores. La Especificación (J 3. 3 ) del AISC estipula una distancia mínima centro a centro para agujeros de sujetadores estándar, holgados o de ranura. Para estos agujeros, la distancia mínima centro a centro no deber ser menor de 2 2 / 3 diámetros (siendo preferible tres diámetros). Los resultados de pruebas han demostrado claramente que las resistencias por aplastamiento son directamente proporcionales a la separación centro a centro hasta un máximo de 3 d. No se obtiene resistencia adicional al aplastamiento si se usan separaciones mayores de 3 d.

Los tornillos nunca se deben colocar muy cerca de los bordes de un miembro por dos razones principales. Primero, el punzo nado de los agujeros muy cercanos a los bordes puede ocasionar que el acero opuesto al agujero se abombe o se agriete. La segunda razón se aplica a los extremos de los miembros donde existe el peligro de que el sujetador desgarre al metal. La práctica común consiste en colocar el sujetador una distancia mínima del borde de la Placa igual a 1. 5 o 2. 0 veces el diámetro del mismo, de manera que el metal en esa zona tenga una resistencia al cortante igual por lo menos a la de los sujetadores.

CONEXIONES TIPO APLASTAMIENTO: CARGAS QUE PASAN POR EL CENTRO DE GRAVEDAD DE LAS CONEXIONES

Las diversas expresiones que se listan ahí incluyen diámetros nominales de tornillos ( d), espesores de miembros que aplastan a los tornillos (t), distancias libres ( lc ) entre los bordes de agujeros y los bordes de los agujeros contiguos o bordes del material en la dirección de la fuerza. Finalmente, Fu es la resistencia mínima especificada a la tensión del material conectado.