En este artículo se analizan las uniones con pasadores nominales (conexiones simples) que se utilizan en las estructuras arriostradas de varios pisos en el Reino Unido. Esta forma de construcción arriostrada, con uniones nominalmente clavadas, se denomina «construcción simple».
El artículo enumera los tipos de uniones simples más utilizados en el Reino Unido. Presenta los procedimientos para su diseño según el Eurocódigo 3 y discute los méritos relativos de los tipos de conexión de los extremos de las vigas. Se discuten los beneficios de la estandarización de las uniones para las uniones viga a viga y viga a pilar mediante el uso de uniones de placa de aletas y de placa final flexible.
También se discuten los empalmes de los pilares, las bases de los pilares y las uniones de los arriostramientos, junto con una breve mención a las uniones especiales.
Tipos de uniones simples
Las uniones simples son uniones nominalmente con pasadores que se supone que transmiten sólo el cizallamiento de los extremos y tienen una resistencia insignificante a la rotación. Por lo tanto, no transfieren momentos significativos en el estado límite último. Esta definición subyace en el diseño de pórticos arriostrados de varias plantas en el Reino Unido diseñados como «construcción simple», en los que las vigas se diseñan como simplemente soportadas y los pilares se diseñan para la carga axial y los pequeños momentos inducidos por las reacciones finales de las vigas. La estabilidad se proporciona a la estructura mediante arriostramientos o mediante el núcleo de hormigón.
En el Reino Unido se utilizan dos formas principales de conexión simple (como se muestra a la derecha), que son:
- Placas extremas flexibles y
- Placas de aletas.
Las conexiones simples más comunes son:
- Uniones de viga a viga y de viga a pilar utilizando:
- Placas extremas de profundidad parcial
- Placas extremas de profundidad total
- Placas de aleta
- Empalmes de pilares (placas de cubierta o placas extremas atornilladas)
- Bases de pilares
- Uniones de arriostramiento (placas de refuerzo).
También se pueden necesitar conexiones simples para uniones sesgadas, vigas excéntricas a los pilares y conexión a las almas de los pilares. Estas se clasifican como conexiones especiales y se tratan por separado.
Procedimientos de diseño
El diseño de las conexiones simples se basa en la norma BS EN 1993-1-8 y su anexo nacional correspondiente. Las capacidades de los componentes de la conexión se basan en las reglas dadas en la cláusula 3.6. La separación de los elementos de fijación se ajusta a la cláusula 3.5 y sigue las recomendaciones presentadas en el «Libro Verde» (SCI P358).
La publicación nº 126 del ECCS también proporciona una orientación útil sobre el diseño de las conexiones simples según el Eurocódigo 3.
Consideraciones sobre las uniones
Clasificación de las uniones
Según la norma BS EN 1993-1-8, uniones con pasadores nominales:
- Deben ser capaces de transmitir las fuerzas internas, sin desarrollar momentos significativos que puedan afectar negativamente a los miembros o a la estructura en su conjunto y
- Ser capaces de aceptar las rotaciones resultantes bajo las cargas de diseño
Además, la junta debe:
- proporcionar la restricción direccional a los miembros que se ha asumido en el diseño de los miembros
- tener suficiente robustez para satisfacer los requisitos de integridad estructural (resistencia de atado).
La norma EN 1993-1-8 exige que todas las uniones se clasifiquen; por su rigidez, que es la adecuada para el análisis global elástico, o por su resistencia, que es la adecuada para el análisis global plástico rígido, o por ambas, rigidez y resistencia, que es la adecuada para el análisis global elástico-plástico.
Clasificación por rigidez:
La rigidez rotacional inicial de la unión, calculada de acuerdo con la norma BS EN 1993-1-8 , 6.3.1 se compara con los límites de clasificación dados en la norma BS EN 1993-1-8, 5.2.2.
Alternativamente, las uniones pueden clasificarse basándose en pruebas experimentales, en la experiencia de un rendimiento satisfactorio previo en casos similares o en cálculos basados en pruebas.
Clasificación por resistencia:
Los dos requisitos siguientes deben satisfacerse para clasificar una conexión como nominalmente clavada, basándose en su resistencia:
- La resistencia al momento de diseño de la conexión no excede el 25% de la resistencia al momento de diseño requerida para una unión de resistencia total
- La unión debe ser capaz de aceptar las rotaciones resultantes de las cargas de diseño.
El Anexo Nacional del Reino Unido de la norma BS EN 1993-1-8 establece que las uniones diseñadas de acuerdo con el «Libro Verde» (SCI P358) pueden clasificarse como uniones nominalmente clavadas.
Todas las uniones estándar indicadas en el «Libro Verde» (SCI P358) pueden clasificarse como nominalmente clavadas en base a los requisitos de resistencia junto con la amplia experiencia de los detalles utilizados en la práctica. Se debe tener cuidado antes de modificar los detalles estándar, ya que la conexión resultante puede quedar fuera de las disposiciones del Anexo Nacional del Reino Unido. En particular:
- La capacidad de rotación de los detalles de la placa de aleta estándar se ha demostrado mediante pruebas; los detalles modificados pueden no ser dúctiles
- El grosor de las placas de extremo de profundidad total se ha limitado para garantizar que la resistencia al momento es inferior al 25% de una unión de resistencia total, y por lo tanto puede clasificarse como nominalmente clavada.
Integridad estructural
La normativa de construcción del Reino Unido exige que todos los edificios se diseñen para evitar un colapso desproporcionado. Normalmente, esto se consigue diseñando las uniones de una estructura de acero (las conexiones entre vigas y pilares y los empalmes de los pilares) para las fuerzas de atado. En la norma BS EN 1991-1-7 Anexo A, y en su Anexo Nacional del Reino Unido, se dan orientaciones sobre los valores de cálculo de las fuerzas de atado. Los requisitos se refieren a la clase de edificio, con un valor de diseño de la fuerza de atado horizontal que generalmente no es inferior a 75 kN, y normalmente es significativamente superior. Se han desarrollado detalles de placas extremas de profundidad total para proporcionar una mayor resistencia de atado en comparación con los detalles de placas extremas de profundidad parcial. En el documento SCI P391 se presentan más detalles sobre la robustez estructural.
Selección de los tipos de conexión
La selección de las conexiones finales de las vigas puede ser a menudo bastante complicada. Los méritos relativos de los tres tipos de conexión (placas extremas de profundidad parcial, placas extremas de profundidad total y placas de aletas) se resumen en la siguiente tabla. La selección de las vigas y las conexiones suele ser responsabilidad del contratista de la obra de acero, que elegirá el tipo de conexión que mejor se adapte a la carga de trabajo de fabricación, a la economía y a la estabilidad temporal durante el montaje.
| Placa final de profundidad parcial | Placa final de profundidad total | Placa de aleta | |
|---|---|---|---|
| Diseño | |||
| Resistencia al corte – porcentaje de resistencia de la viga | Hasta el 75% | 100% | Hasta el 50% Hasta el 75% con dos líneas verticales de pernos |
| Resistencia de atado | Buena | Buena | |
| Consideraciones especiales | |||
| Juntas torcidas | Bien | Bien | Bien |
| Vigas excéntricas a los pilares | Bien | Bien | Bien |
| Conexión a las almas de los pilares | Bien | Bien | Bien Para facilitar el montaje, puede ser necesario el despojamiento de las bridas. Puede ser necesario el refuerzo de las placas de aletas largas |
| Fabricación y tratamiento | |||
| Fabricación | Buena | Buena | Buena Puede ser necesario el refuerzo de placas de aletas largas |
| Tratamiento de la superficie | Bueno | Bueno | Bueno |
| Formación | |||
| Facilidad de la formación | Buena Cuidado necesario para las uniones de dosde dos lados |
Justo Cuidado necesario para las conexiones de dos ladosconexiones a dos lados |
Bueno |
| Ajuste del emplazamiento | Bueno | Bueno | |
| Estabilidad temporal | Bueno | Buena | Justa |
Suelos compuestos
Se reconoce que la interacción con un suelo compuesto afectará al comportamiento de una conexión simple. La práctica habitual es diseñar dichas conexiones sin utilizar las ventajas de la continuidad de la armadura a través de la losa de hormigón. Sin embargo, la norma SCI P213 permite tener en cuenta la continuidad de la armadura para proporcionar conexiones de placa extrema de profundidad completa relativamente sencillas con una resistencia de momento sustancial. En una estructura arriostrada, esta resistencia puede utilizarse para reducir el momento y la deflexión en la mitad del vano, facilitando la selección de una viga más pequeña.
Costes
Las uniones simples son invariablemente más baratas de fabricar que las uniones resistentes a momentos, ya que implican mucho menos esfuerzo de fabricación, especialmente en la soldadura.
Dar una orientación específica sobre los costes es difícil, ya que las tarifas de mano de obra de un contratista de obras de acero pueden variar considerablemente y dependen del nivel de inversión en instalaciones y maquinaria. Sin embargo, el objetivo principal es minimizar el contenido del trabajo. El coste del material de los accesorios y los pernos es pequeño en comparación con los costes de mano de obra, que están dominados por el contenido de la soldadura. En un taller de fabricación típico, el coste de fabricación de las conexiones puede suponer entre el 30% y el 50% del coste total de fabricación.
Sostenibilidad
Las conexiones estandarizadas son eficientes en su producción. Los contratistas de obras de acero equipan sus talleres con maquinaria especializada que aumenta la velocidad de fabricación, permitiéndoles producir accesorios y preparar los elementos mucho más rápidamente de lo que lo harían si la configuración de la conexión fuera diferente cada vez.
Los detalles estandarizados significan que la obra de acero es sencilla de montar, lo que proporciona un entorno de trabajo más seguro para los montadores de acero.
Debido a la naturaleza de la mayoría de las uniones atornilladas, las conexiones son desmontables al final de la vida útil de la estructura. La estructura de acero puede desmontarse, reutilizarse o reciclarse, reduciendo así el impacto medioambiental de la construcción.
Conexiones estandarizadas
Las ventajas de la estandarización
En una estructura típica de varios pisos arriostrados, las conexiones pueden suponer menos del 5% del peso de la estructura, y el 30% o más del coste total. Por lo tanto, las conexiones eficientes tendrán el menor contenido de trabajo de detalle, fabricación y montaje.
| Componente | Opción preferida | Notas |
|---|---|---|
| Accesorios | Material de grado S275 | Tamaños recomendados de las placas de extremo y las placas de aleta – véase la tabla siguiente |
| Pernos | M20 8.8 Pernos, totalmente roscados | Algunas conexiones muy cargadas pueden necesitar pernos de mayor diámetro
Los pernos de cimentación pueden ser M20, M24, M30, 8,8 o 4.6 |
| Agujeros | Generalmente de 22 mm de diámetro, perforados o taladrados | 26 mm de diámetro para pernos M24
6 mm sobredimensionados para pernos de cimentación |
| Soldaduras de filete | Generalmente, soldaduras de filete de 6 mm o 8 mm de longitud de pata | Pueden ser necesarias soldaduras más grandes para algunas bases de pilares |
| Accesorios | Localización | ||
|---|---|---|---|
| Tamaño (mm) | Espesor (mm) | Placa final | Placa de aletas |
| 100 | 10 | – | |
| 120 | 10 | – | |
| 150 | 10 | – | – |
| 160 | 10 | – | |
| 180 | 10 | – | – |
| 200 | 12 | – | |
Viga-conexiones viga a viga y viga a pilar
Los procedimientos de diseño que se indican a continuación son adecuados tanto para el cálculo manual como para la elaboración de programas informáticos.
El diseño de las uniones a mano puede ser un proceso laborioso, por lo que se ha incluido un conjunto completo de tablas de resistencia en el «Libro Verde» (SCI P358).
La verificación de la resistencia de una unión nominalmente articulada implica tres etapas:
- Asegurarse de que la unión se detalla de manera que desarrolle sólo momentos nominales que no afecten negativamente a los miembros o a la propia unión. La junta debe detallarse de manera que se comporte de forma dúctil.
- Identificar la trayectoria de la carga a través de la junta, es decir, desde la viga hasta el miembro de soporte.
- Comprobar la resistencia de cada componente.
Para el diseño normal hay diez comprobaciones del procedimiento de diseño para todas las partes de una unión de viga a viga o de viga a pilar para el corte vertical.
Son necesarias otras seis comprobaciones para verificar la resistencia de atado de la unión. Las uniones de viga a pilar deben ser capaces de resistir las fuerzas de atado laterales, a menos que estas fuerzas sean resistidas por otros medios dentro de la estructura, como los forjados.
La siguiente tabla resume las comprobaciones del procedimiento de diseño necesarias para las placas extremas de profundidad parcial, las placas extremas de profundidad total y las placas de aletas. Los procedimientos de diseño se describen completamente en el «Libro Verde» (SCI P358).
| Comprobaciones del procedimiento de diseño | Placa extrema de profundidad parcial | Placa extrema de profundidad total | |
|---|---|---|---|
| 1 Práctica de detallado recomendada | ✔ | 1.profundidad | Placa de extremo |
| 1 Práctica de detallado recomendada | ✔ | ✔ | ✔ |
| 2 Viga apoyada | Soleras | Soleras | Grupo de tornillos |
| 3 Viga apoyada | N/A | N/A | Placa de aletas |
| 4 Viga apoyada | Viga a cortante | ||
| 5 Viga apoyada | Resistencia en una entalladura | N/A | Resistencia en una entalladura |
| 6 Viga apoyada | Estabilidad local de la viga entallada | N/A | Estabilidad local de la viga entallada |
| 7 Viga apoyada sin trabas | Estabilidad global de la viga entallada | N/A | Estabilidad global de la viga entallada viga |
| 8 Conexión | Grupo de tornillos | Grupo de tornillos | Soldadura |
| 9 Conexión | Placa final a cortante | N/A | N/A |
| 10 Viga/columna de apoyo | Cortante y cojinete | ||
| 11 Resistencia de atado | Placa y pernos | ||
| 12 Resistencia de atado | Núcleo de viga soportada | ||
| 13 Resistencia de atado | Soleras | ||
| 14 Resistencia de atado | Núcleo de columna soportada (UKC o UKB) | ||
| 15 Resistencia de atado resistencia de atado | Muro del pilar portante (RHS o SHS) | ||
| 16 Resistencia de atado | N/A | N/A | Muro del pilar portante (CHS) |
Notas:Las comprobaciones de la resistencia a flexión, cortante, pandeo local y lateral de una sección de viga entallada se incluyen en esta tabla ya que normalmente es en la fase de detalle cuando se establece la necesidad de entallar, tras lo cual, se debe comprobar la sección reducida
Conexiones entre vigas
Conexiones entre vigascolumna
Conexiones de placa final flexible
Las conexiones de placa final flexible típicas se muestran en la figura de la derecha. La placa final, que puede ser de profundidad parcial o total, se suelda a la viga apoyada en el taller. A continuación, la viga se atornilla a la viga o pilar de apoyo en la obra.
Este tipo de conexión es relativamente barato pero tiene la desventaja de que hay pocas posibilidades de ajuste en la obra. Las longitudes totales de las vigas deben fabricarse dentro de unos límites estrictos, aunque pueden utilizarse paquetes para compensar las tolerancias de fabricación y montaje.
Las placas extremas son probablemente las más populares de las conexiones simples de vigas que se utilizan actualmente en el Reino Unido. Pueden utilizarse con vigas inclinadas y pueden tolerar desviaciones moderadas en las uniones entre vigas y pilares.
Perforación, pernos Hollo, pernos ciegos u otros conjuntos especiales se utilizan para las conexiones con los pilares de sección hueca.
Los requisitos de detalle y las comprobaciones de diseño para las uniones de placas extremas de profundidad parcial y profundidad total, que son aplicables a las uniones viga a viga así como a las uniones viga a pilar, se tratan de forma exhaustiva en el «Libro Verde» (SCI P358). Se incluyen procedimientos, ejemplos trabajados, detallados y tablas de resistencia de diseño.
También está disponible una herramienta de diseño de placas extremas.
Los detalles de las placas extremas flexibles estándar (placas extremas de profundidad total y parcial) se muestran en la figura siguiente, junto con las dimensiones y accesorios recomendados.
| Viga soportada | Tamaño recomendado de la placa final bp × tp |
Grado de los tornillos p3 |
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|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Hasta 533 UB | 150 × 10 | 90 | ||||||||||
| 533 UB y más | 200 × 12 | 140 | ||||||||||
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| Viga soportada | Tamaño recomendado de la placa final bp × tp |
Gravedad del tornillo p3 |
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|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Hasta 533 UB | 180 × 10 | 90 | ||||||||
| 533 UB y más | 200 × 12 | 110 | ||||||||
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Placas de aletas
Las conexiones de placa de aletas son económicas de fabricar y sencillas de montar. Estas conexiones son muy populares, ya que pueden ser las más rápidas de montar y superan el problema de los pernos compartidos en las conexiones de dos lados.
Una conexión de placa de aleta consiste en una longitud de placa soldada en el taller al miembro de soporte, a la que el alma de la viga soportada se atornilla en el sitio, como se muestra en la figura siguiente. Hay una pequeña holgura entre el extremo de la viga apoyada y el pilar de soporte.
Conexiones de placa de aleta
En el diseño de una conexión de placa de aleta es importante identificar la línea de acción apropiada para el cortante. Existen dos posibilidades: que el cortante actúe en la cara del pilar o que actúe a lo largo del centro del grupo de pernos que conecta la placa de aletas con el alma de la viga. Por esta razón, ambas secciones críticas deben comprobarse para un momento mínimo tomado como el producto del esfuerzo cortante vertical y la distancia entre la cara del pilar (o el alma de la viga) y el centro del grupo de pernos. A continuación, se comprueban ambas secciones críticas para determinar el momento resultante combinado con el esfuerzo cortante vertical. Debido a la incertidumbre del momento aplicado a la placa de aleta, las soldaduras de la placa de aleta se dimensionan para que sean totalmente resistentes.
Las conexiones de la placa de aleta obtienen su capacidad de rotación en el plano a partir de la deformación del perno en el cizallamiento, de la distorsión de los agujeros del perno en el rodamiento y de la flexión fuera del plano de la placa de aleta. Hay que tener en cuenta que las placas de aleta con salientes largos tienen tendencia a torcerse y fallar por pandeo lateral. En los procedimientos de diseño de las conexiones de las placas de aleta se incluye una comprobación adicional para considerar este comportamiento.
El «Libro Verde» (SCI P358) cubre los requisitos de detalle, las comprobaciones de diseño y los procedimientos aplicables al diseño de las placas de aletas. En esta publicación también se ofrecen ejemplos de trabajo y tablas de resistencia de diseño.
También está disponible una herramienta de diseño de placas de aletas.
| Profundidad nominal de la viga soportada (mm) |
Líneas de pernos verticales n2 |
Tamaño recomendado de la placa de aleta (mm) |
Distancia horizontal de los pernos, e2/e2 o e2/ p2/e2 (mm) |
Distancia gh (mm) |
||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ≤610 | 1 | 100 × 10 | 50/50 | 10 | ||||||
| >610* | 1 | 120 × 10 | 60/60 | 20 | ||||||
| ≤610 | 2 | 160 × 10 | 50/60/50 | 10 | ||||||
| >610* | 2 | 180 × 10 | 60/60/60 | 20 | ||||||
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* Para vigas de más de 610 mm de profundidad nominal, la relación luz/profundidad de la viga no debe ser superior a 20 y la distancia vertical entre El creciente interés por el uso de S355 para las placas de aletas ha suscitado preguntas sobre la rigidez de dichas conexiones: ¿siguen siendo nominalmente fijas? Para responder a esta pregunta, BCSA y Steel for Life encargaron a SCI la realización de un estudio en el que se comparara el comportamiento de las uniones de placas de aletas con placas de aletas de S275 y S355. El estudio concluyó que, siempre que se respete la geometría de conexión normalizada presentada en el Libro Verde, las placas de aletas de 10 mm en S355 se clasifican como conexiones nominalmente clavadas y pueden utilizarse como alternativa a las placas S275. Hay más información disponible en un artículo del número de mayo de 2018 de la revista NSC. Empalmes de pilaresUniones de empalme
Los empalmes de pilares en la construcción de varias plantas son necesarios para proporcionar resistencia y continuidad de la rigidez en torno a ambos ejes de los pilares. En la figura de la derecha se muestran los empalmes típicos de los pilares atornillados utilizados para los elementos de sección en I laminada y de sección hueca. Los empalmes se colocan normalmente cada dos o tres plantas y suelen estar situados aproximadamente a 600 mm por encima del nivel del suelo. Esto da lugar a longitudes convenientes para la fabricación, el transporte y el montaje, y proporciona un fácil acceso desde el piso adyacente para el atornillado en la obra. La provisión de empalmes en cada nivel de planta rara vez es económica, ya que el ahorro de material de los pilares suele ser muy superior a los costes de material, fabricación y montaje que supone la provisión del empalme. Empalmes de placa de cubierta atornillada para secciones I:Hay dos categorías para este tipo de empalme:
En el empalme de tipo cojinete (véase la figura siguiente) las cargas se transfieren en cojinete directo desde el eje superior, bien directamente o a través de una placa de división. El empalme «tipo cojinete» es la conexión más sencilla, ya que suele tener menos tornillos que el empalme sin cojinete, y por lo tanto es el más utilizado en la práctica. Cuando no hay tensión neta, se puede utilizar una conexión estándar; sin embargo, la norma BS EN 1993-1-8 impone el requisito de que las placas de empalme y los pernos transmitan al menos el 25% de la fuerza de compresión máxima en el pilar. Para los empalmes de tipo portante, es probable que la resistencia de atado sea la comprobación crítica. Empalmes de pilares portantes para secciones I laminadas
Los empalmes clasificados como de tipo no portante (véase la figura siguiente) transfieren las cargas a través de los pernos y las placas de empalme. No se tiene en cuenta ningún rodamiento directo entre los miembros, y la conexión se detalla a veces con un espacio físico entre los dos ejes. El diseño de un empalme sin cojinetes es más complicado, ya que todas las fuerzas y los momentos deben transmitirse a través de los pernos y las placas de empalme. Para los empalmes de tipo no portante, los requisitos mínimos de la norma BS EN 1993-1-8 son muy onerosos, ya que se basan en la capacidad de los elementos y no en la fuerza aplicada. Como los empalmes suelen estar situados justo por encima del nivel del suelo, el momento debido a la acción del puntal se considera insignificante. Sin embargo, deben tenerse en cuenta los momentos inducidos en los empalmes colocados en otras posiciones. Empalmes de pilares no portantes para secciones I laminadas
Los empalmes de los pilares deben mantener alineados los elementos conectados y, siempre que sea posible, los elementos deben disponerse de forma que el eje central del material del empalme coincida con el eje central de las secciones de los pilares situados por encima y por debajo del empalme. Si las secciones del pilar están desplazadas (por ejemplo, para mantener una línea exterior constante), el momento debido a la excentricidad debería tenerse en cuenta en el diseño de la unión. Las comprobaciones de diseño necesarias para los empalmes de pilares con placa de cubierta atornillada, así como los procedimientos, ejemplos trabajados, requisitos de detalle y tablas de resistencia de diseño están disponibles en el capítulo 6 del «Libro Verde» (SCI P358). Empalmes atornillados de «tapa y base» o «placa final» para secciones tubulares y laminadas en I Empalme de «tapa y base» o «placa final»
Este tipo de empalme, consistente en placas que se sueldan a los extremos de los pilares inferiores y superiores y luego simplemente se atornillan en la obra, se utiliza comúnmente en la construcción tubular, pero también puede utilizarse para las secciones abiertas. La forma más sencilla de conexión es la que se muestra en la figura de la derecha y es satisfactoria siempre que los extremos de cada eje se preparen de la misma manera que para un empalme de tipo cojinete. Debe tenerse en cuenta la posibilidad de inversión de la carga, además de la estabilidad durante el montaje y los requisitos de atado. Aunque se utilizan habitualmente, es difícil demostrar que los empalmes de tapa y base cumplen los requisitos de la norma BS EN 1993-1-8, cláusula 6.2.7.1(14). Si se utilizan estos tipos de empalmes, la práctica habitual es garantizar que las placas sean gruesas y que los pernos estén situados cerca de las bridas para aumentar la rigidez de la conexión. Pueden utilizarse placas alargadas, con pernos fuera del perfil de la sección. Si los empalmes de las placas de remate y de base se sitúan lejos de un punto de coacción, debe prestarse especial atención a garantizar una rigidez adecuada para no invalidar el diseño del elemento. Los empalmes de los pilares de «remate y base» o «placa final» se tratan en el capítulo 6 del «Libro Verde» (SCI P358). Se dan los requisitos de detalle, los procedimientos de diseño, los ejemplos trabajados y las tablas de resistencia de diseño. Bases de pilaresBases de pilares típicas
Las bases de pilares típicas, como se muestra en la figura de la derecha, consisten en un filete de placa simple soldado al extremo del pilar y fijado a la cimentación con cuatro pernos de sujeción. Los pernos se vierten en la base de hormigón en tubos o conos de ubicación y están provistos de placas de anclaje para evitar su extracción. Se vierte lechada de alta resistencia en el espacio que hay debajo de la placa (véase la figura siguiente). Estas bases de pilares suelen estar sometidas únicamente a compresión axial y cizallamiento. Sin embargo, el levantamiento y el cizallamiento horizontal pueden ser un caso de diseño para las bases de los pilares en los vanos arriostrados. Pernos de sujeción de la base del pilar
Conexión de la base del pilar Ejemplo de muñón a cortante
Una placa base simple, rectangular o cuadrada, se utiliza casi universalmente para los pilares de construcción sencilla. La placa base debe tener el tamaño y la resistencia suficientes para transmitir la fuerza de compresión axial del pilar a la cimentación a través del material del lecho, sin exceder la resistencia portante local de la cimentación. Existe una herramienta de diseño de placas base. Las bases de los pilares se diseñan generalmente para transferir la fuerza del pilar a la placa base en apoyo directo. Los sistemas de sujeción se diseñan para estabilizar el pilar durante la construcción y resistir cualquier levantamiento en los tramos arriostrados. En algunos casos se supone que los pernos de sujeción también soportan un modesto cizallamiento horizontal. Transferencia de cizallamiento horizontalLa forma en que se transfieren las fuerzas de cizallamiento horizontal a los cimientos no está bien estudiada. Algunos diseñadores comprueban la resistencia de los pernos de sujeción, y se aseguran de que están adecuadamente inyectados. Esta práctica se ha seguido con éxito en las bases de los pórticos, que soportan un esfuerzo cortante importante. Las naves arriostradas pueden tener esfuerzos cortantes relativamente altos. Los proyectistas pueden optar por proporcionar un muñón de cortante soldado a la parte inferior de la placa base, aunque el rebaje puede complicar el vaciado de la cimentación, y debe prestarse especial atención a la operación de rejuntado. Los métodos de diseño que cubren este tipo de detalle se dan en el «Libro Verde» (SCI P398). El cizallamiento entre el extremo del pilar y la placa base se transmitirá mediante soldaduras entre el pilar y la placa base. Las soldaduras pueden realizarse sólo en el alma, o alrededor de partes del perfil – generalmente se encuentra que la resistencia de la soldadura es más que adecuada para fuerzas de corte modestas. Conexiones de arriostramientoConexión típica de arriostramiento a una placa de refuerzo
Los miembros de arriostramiento incluyen planos, ángulos, canales, secciones I y secciones huecas. Las disposiciones de arriostramiento pueden implicar que los miembros de arriostramiento trabajen sólo en tensión, o tanto en tensión como en compresión. En la mayoría de los casos, el elemento de refuerzo se fija mediante pernos a una placa de refuerzo, que a su vez está soldada a la viga, al pilar o, más comúnmente, soldada a la viga y a su conexión final, como se muestra en la figura de la derecha. Los sistemas de refuerzo suelen analizarse suponiendo que todas las fuerzas se cruzan en las líneas centrales de los elementos. Sin embargo, la realización de esta suposición en los detalles de la conexión puede dar lugar a una conexión con una placa de cartela muy grande, especialmente si el arriostramiento es poco profundo o empinado. A menudo es más conveniente organizar las intersecciones de los miembros para hacer una unión más compacta y comprobar localmente los efectos de las excentricidades que se introducen. Las uniones de los arriostramientos se hacen generalmente con pernos no precargados en agujeros libres. Al menos en teoría, esto permite cierto movimiento en la conexión, pero en la práctica esto se ignora en la construcción ortodoxa. En algunos casos puede ser que el movimiento en la inversión sea inaceptable – las conexiones precargadas deben ser utilizadas en estas circunstancias. El proceso general de diseño es:
Conexión con pasadores para un elemento de refuerzo tubular Las reglas de diseño para determinar la resistencia de la placa de refuerzo se dan en el «Libro Verde» (SCI P358). También está disponible una herramienta de diseño de placas de refuerzo. Conexiones especialesLas conexiones de acero para una construcción sencilla, ilustradas anteriormente, generalmente producirán la estructura de acero más económica. Si se abandona este tipo de uniones, se producirá inevitablemente un aumento del coste total. El aumento de los costes de dibujo de detalle, fabricación y montaje puede ser superior al 100% si las conexiones no estándar constituyen la mayoría de las conexiones utilizadas. La necesidad de conexiones especiales puede evitarse a menudo mediante una selección juiciosa del tamaño de los elementos. Es poco probable que una estructura de peso mínimo sea la más rentable. Por lo tanto, es una buena práctica económica asegurarse de que la estructura de acero pueda colocarse con líneas centrales en las rejillas establecidas. Las alas superiores de las vigas deberían, siempre que sea posible, estar a un nivel constante, pero esto es menos crítico para el coste que las conexiones excéntricas. Cuando se diseñan conexiones especiales, puede ser posible utilizar una versión modificada de una de las conexiones estandarizadas dadas en el Libro Verde, sujeta a comprobaciones de diseño adicionales. Los principios de diseño y las reglas de dimensionamiento de los componentes que figuran en el Libro Verde deberían incorporarse al diseño de las conexiones en la medida de lo posible. En el Libro Verde (SCI P358) se presentan ejemplos típicos de situaciones en las que se requieren conexiones especiales.
Lectura adicional
Resources
Herramientas de diseño de conexiones:
Ver también
.edificios de oficinas de varias plantas . |
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