CALCULO DE UNIONES SOLDADAS

EJEMPLO DE CALCULO DE UNIONES SOLDADAS

EJEMPLO PRÁCTICO: UNIÓN SOLDADA ARTICULADA VIGA – COLUMNA SEGÚN AISC [CON HOJA DE CÁLCULO]

Posted on 25/01/2017

[pic 1]

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PARTE I

El presente documento es la continuación del artículo “Tensiones en la soldadura. Ejemplo práctico unión articulada viga-columna según CTE con hoja de cálculo” en el cual se resolvía la unión articulada soldada entre viga y columna desde la perspectiva de la normativa española del CTE “Código Técnico de la Edificación”. Se recomienda consultar previamente dicho artículo.

Al final de este documento se podrá encontrar la 2ª parte del articulo, además de descargar la Hoja de Calculo que dejamos a disposición de todos los lectores.

Ahora trataremos este mismo asunto desde el punto de vista de la norma americana AISC-360. Seguiremos la metodología del Máster Internacional de Estructuras Metálicas y Mixtas de Zigurat donde tenemos dos recorridos formativos a los cuales el alumno tendrá acceso en todo momento durante el periodo lectivo del máster. Las normativas que se tratan en el máster son:

– Recorrido americano: AISC-360, ASCE-7, AISC-341 y AISC-358.

– Recorrido europeo: CTE, EC y EAE.

¡Empezamos!

El material de aportación “de relleno” de la soldadura se configuran a través de los electrodos de soldadura que tienen forma de varilla. El tipo de electrodo usado en el proceso de soldeo afectará, por lo tanto, a la resistencia, ductilidad y resistencia a la corrosión de la unión. Los electrodos deben cumplir las especificaciones de la American Welding Society (AWS).

Los electrodos más convencionales en la soldadura por arco metálico  [pic 2]se clasifican según la denominación:

E60XX     

Donde:

– E: electrodo (SMAW).

– 60: tensión última del material de aportación “Fuw” en ksi. 60 ksi ≈ 414 MPa. Oscilan entre los 60-100 ksi, es decir 414 – 758 MPa.

– X: posición de soldeo en la cual se puede utilizar dicho electrodo. Por ejemplo 1 (cualquier posición), 2 (sólo en posición plana y horizontal), 3 (solo en posición plana).

Posición plana:

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Posición horizontal:

[pic 4]

Posición plana horizontal:

[pic 5]

Los electrodos más convencionales en la soldadura por arco sumergido [pic 6]se clasifican según la denominación:

F6X-EXXX        

Donde:

– F: electrodo (SAW). Fundente de tipo granular.

– 6: el primer número hace referencia a la tensión última del material de aportación “Fuw” en ksi. Por ejemplo el número 6 indica 60 ksi, el número 7 representa 7 ksi. Si la resistencia última es de 100 ksi se representa con un 10.

– X: el segundo dígito o el tercero en el caso de tener un electrodo de 100 ksi y representa la resistencia al impacto de muesca V de Charpy.

– EXXX: grupo de letras y números que representan el tipo de electrodo de alambre desnudo utilizado con este fundente.

UNIÓN SOLDADA ARTICULADA VIGA – COLUMNA SEGÚN AISC #HOJADECÁLCULO

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RESISTENCIA CORDÓN DE SOLDADURA – según AISC360

El siguiente paso consiste en obtener la resistencia del cordón de soldadura “Ф·Rn”, es decir, del material de aporte.  De acuerdo a la expresión J2-3 de la AISC-360 tenemos que:

[pic 7]

Donde:

– Ф: coeficiente de ponderación de resistencia. Ф=0,75 según tabla J2.5 AISC-360.

– Fnw: resistencia nominal del material de aportación. Fnw=0,6·FEXX según tabla J2.5 AISC-360.

– FEXX: resistencia del cordón de soldadura según especificación del tipo de electrodo.

– Awe: Área efectiva de la garganta de soldadura. Awe=te·Lw

[pic 8]

Figura 2. Resistencia soldadura en ángulos según AISC-360

Vamos a ir aclarando cada uno de los conceptos que aparecen en la fórmula anterior.

Área efectiva

Como ya vimos, el cordón de soldadura puede asimilarse al triángulo recto más grande que pueda inscribirse en la soldadura. Las caras ortogonales configuran los planos abatidos o “piernas” de la soldadura “w”.

[pic 9]

Figura 3. Representación del cordón de soldadura

Por lo tanto el área efectiva es el área resistente del cordón y está formada por el plano de garganta anterior “te” y la longitud del cordón de soldadura “Lw”.

En función el proceso de soldeo utilizado (SMAW o SAW) el área efectiva del cordón es algo diferente. La peculiaridad de la soldadura SAW es que penetra en el material base y por lo tanto sobrepasa la raíz del cordón dispuesto obteniéndose lo que conocemos como “garganta de penetración profunda”. Esto no ocurre en la soldadura de tipo SMAW en la que se trabaja con la “garganta normal”.

En resumidas cuentas:

[pic 10]

Donde:

– te: ancho efectivo del plano de garganta.

SMAW à te=sen45·w.

SAW à te=w

– Lw: longitud del cordón de soldadura.

[pic 11]Figura 4 Esquema soldadura SMAW

[pic 12]Figura 5. Esquema soldadura SAW

Resistencia nominal del material de aportación “Fnw”

En este caso se corresponde con la resistencia a cortante del material de aporte del electrodo y vale 0,6· FEXX. La tabla del apartado J2.6 de la norma relaciona la resistencia mínima del electrodo recomendada en función de la resistencia del material base:

[pic 13]

Figura 6. Selección del tipo de electrodo según el metal base

Esta tabla es un resumen de la tabla 3.1 de la AWS que contiene una oferta de aceros más amplia. Lo habitual es trabajar con aceros de grado 36 ksi (250 MPa) o 50 ksi (345 MPa) por lo que los electrodos recomendados serían los E70 (SMAW) o F70 (SAW).

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