Tipos De Conexiones.

CAPITULO 9

DISEÑO DE CONEXIONES

9.1 COMENTARIOS GENERALES

En los Capítulos 5 al 8 se presentaron los procedimientos de análisis y diseño de miembros

estructurales individuales, tales como vigas, columnas, vigas-columas y miembros tubulares

cilíndricos. Estos miembros deberán ser posteriormente ensamblados para formar una parte o la

totalidad de una estructura, requiriendo para ello de la formación de conexiones entre los

miembros.

En este capítulo se presentarán los diversos tipos de conexiones generalmente usados y sus

criterios de diseño correspondientes. Se incluyen también los requisitos de fabricación de vigas I o

de cajón a partir de secciones canal y los criterios de espaciamiento de conectores en elementos a

compresión.

Las especificaciones de diseño para conexiones se incluyen en la Sección E del AISI 1996. Las

especificaciones del Método ASD del AISI 1996 están basadas en las especificaciones del AISI

1986, con algunas modificaciones que serán discutidas mas adelante. Las especificaciones del

Método LRFD del AISI 1996 están basadas en las especificaciones del AISI 1991. El Suplemento

1999 incluye actualizaciones significativas a las Secciones E3.2, E3.3 y E5 y del AISI 1996 la

nueva Sección E2.7. Estos cambios son incluidos en este capítulo.

Como una criterio general de las especificaciones del AISI, todas las conexiones deberán

diseñarse para transmitir la carga máxima en el miembro conectado considerando debidamente la

excentricidad de carga.

9.2 TIPOS DE CONEXIONES

En las conexiones de acero laminado en frío se usa generalmente la soldadura, los tornillos, los

remaches fríos, las pijas, la costura de metal y los adhesivos. La Sección E del AISI 1996 solo

considera conexiones a base de soldadura, tornillos y pijas.

Tradicionalmente se han usado las conexiones atornilladas y soldadas para unir miembros

estructurales de acero. Las conexiones atornilladas requieren del habilitado previo de agujeros en

los miembros a conectar para la colocación de tornillos. El tornillo estructural típico es el tornillo de

alta resistencia que consiste normalmente de una cabeza hexagonal con vástago roscado para

recibir una tuerca. Las conexiones soldadas requieren de procedimientos estandarizados de

aplicación de calor para fundir los extremos de los miembros a conectar, formando una unión

homogénea. La fuente de calor normalmente la origina la resistencia del metal al paso de la

corriente eléctrica.

Las pijas son similares a los tornillos, excepto que son mas pequeñas y no requieren de tuerca

para apretar la conexión. Algunas pijas son autotaladrantes, por lo que no requieren de la

fabricación previa del agujero, ya que dicho agujero lo fabrica la misma pija durante su instalación.

Las pijas se usan con frecuencia para conectar las lámina de cubierta y muro a los polines

correspondientes. Cabe mencionar que las especificaciones para pijas fueron incluidas por primera

vez en el AISI 1996.

Aunque los remaches calientes tienen muy poca aplicación en conexiones de perfiles laminados

en frío, los remaches fríos son de uso común en los países desarrollados. En el caso particular de

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México, los remaches fríos no ha logrado desplazar a las alternativas tradicionales de la soldadura,

tornillos y pijas, por lo que son prácticamente desconocidos.

El remache caliente requiere de la aplicación de calor para facilitar la fabricación de una cabeza

durante el proceso de instalación. Se usaron comúnmente en conexiones de perfiles laminados en

caliente pero se uso se hizo obsoleto con el advenimiento de los tornillos de alta resistencia. Los

remaches fríos no requieren de calor y el proceso de instalación depende del tipo de remache. Las

especificaciones del AISI para conexiones atornilladas pueden ser usadas como guía general para

el diseño de conexiones usando remaches fríos. Sin embargo, la resistencia al cortante de los

remaches puede ser significativamente diferente que la de los tornillos. Por consiguiente, los

fabricantes de remaches han realizado pruebas de carga para determinar la resistencia al cortante

y las especificaciones correspondientes se encuentran publicada en su literatura técnica. En el

Articulo 9.5 se presenta una discusión de la aplicación de remaches fríos.

Las conexiones a base de costura de metal se presentan en dos modalidades. Las conexiones

de grapas, donde los extremos de las láminas se conectan usando engrapadoras especiales y las

conexiones engargoladas, donde las láminas se conectan por herramientas dobladoras que unen

los extremos empalmándolos en patrones de dobleces estandarizados. Estos tipos de conexiones

no fueron considerados en las especificaciones del AISI 1996 y su resistencia depende del patrón

de grapas o de dobleces usado en la conexión. Los fabricantes de cubiertas han desarrollado

pruebas de resistencia para sus propios patrones de doblado y los resultados se encuentran

publicados en su literatura técnica. La Sección F del AISI 1996 contiene los lineamientos a usarse

para dichas pruebas. El Suplemento 1999 reconoce por primera vez un procedimiento

estandarizado para la evaluación de la resistencia de sistemas de cubierta a base de láminas

engargoladas con costuras sobresalientes. Sin embargo, dicho procedimiento no establece

procedimientos de evaluación de la resistencia de la unión engargolada, sino del sistema en su

totalidad.

9.3 CONEXIONES SOLDADAS

Las soldaduras usadas en la construcción de estructuras pueden ser clasificadas en soldadura de

fusión o de resistencia.

La soldadura de fusión (o de arco) es un grupo de procesos donde los extremos de los

miembros (metal base) son unidos mediante la aplicación de un metal aportado durante el proceso

(electrodo) a gran temperatura (en estado de fusión), sin la aplicación de presión o golpes. La

unión soldada consistirá en la aleación de los metales base y de aportación.

La soldadura de resistencia es un grupo de procesos donde la unión soldada se produce

mediante el calor generado a partir de la resistencia al paso de la corriente eléctrica de los metales

a unirse, sujetados bajo presión mediante electrodos sólidos. En este caso los electrodos no se

funden en el proceso.

9.3.1 Soldadura de Fusión

Las soldaduras de fusión se usan comúnmente durante el montaje de la estructura para conectar a

los perfiles laminados en frío entre si o para conectar a los perfiles laminados en frío a perfiles

laminados en caliente. Los tipos principales de soldadura de fusión usados en estructuras de acero

laminado en frío son (ver Fig. 9.1):

1. Soldaduras de penetración

2. Soldaduras de punto

3. Soldaduras de costura

4. Soldaduras de filete

5. Soldaduras de penetración abierta

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Fig. 9.1 Tipos de soldaduras de arco(1). (a) Soldaduras de penetración en juntas de frente; (b) soldaduras de

punto; (c) Soldaduras de costura; (d) Soldaduras de filete; (e) Soldaduras de penetración abierta de bisel en

“J”; (f) Soldaduras de penetración abierta en “V”.

Las soldaduras de punto se usan para unir placas delgadas y son similares a las soldaduras de

tapón usadas para unir placas mas gruesas. La diferencia es que las soldaduras de tapón

requieren la fabricación del agujero previo a la aplicación de la soldadura, mientras que la

soldadura de punto no requiere dicho agujero, ya que el agujero se produce quemando con la

soldadura la placa superior, posteriormente rellenando con metal de electrodo el agujero resultante

para unirlo a la placa inferior. De manera similar, las soldaduras de costura son parecidas a las

soldaduras de ranura, excepto que no requieren la fabricación previa de la ranura.

La Sociedad Americana de la Soldadura (AWS, del ingles: “American Welding Society”) ha

establecido cierta simbología para auxiliar en la comunicación entre el diseñador y el fabricante de

la conexión. La Fig. 9.2 muestra la convención general para el uso de dicha simbología en

estructuras de acero.

Las especificaciones de diseño del AISI para las soldaduras de fusión están basadas

principalmente en evidencia experimental obtenida de un programa de pruebas realizado en la

Universidad de Cornell en la década de 1950-60. En la década de 1970-80 pruebas adicionales en

conexiones a base de soldaduras de filete, de penetración abierta, de punto y de costura fueron

realizadas en la misma Universidad. El comportamiento estructural de los tipos mas comunes de

soldaduras de fusión usadas en láminas de acero se estudiaron en detalle. En base a los

resultados de las investigaciones realizadas en la Universidad de Cornell y una investigación

realizada por Blodgett en la Compañía Lincoln Electric, la primera edición de la “Especificación

para el Soldado de Láminas de Acero en Estructuras” fue desarrollada por el Subcomité de

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Láminas de Acero del Comité de Soldadura Estructural del AWS en 1978. La segunda edición de

este documento intitulado

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