Manual de Diseño para la Construcción con Acero 347

Transcripción

1 Manual Diseño para la Construcción con Acero 347

2 Manual Diseño para la Construcción con Acero 348

3 REMACHES Introducción Des hace muchos años, los remaches han caído en suso, en virtud las grans ventajas que ofrecen otros medios unión, como son los tornillos alta resistencia y las soldaduras. No obstante, en este manual se incluye información general los remaches, ya que en algunas ocasiones es necesario reforzar estructuras antiguas acero y es difícil remitirse a literatura la época anterior. Manual Diseño para la Construcción con Acero 349

4 Manual Diseño para la Construcción con Acero 30 Décimas Pulg. mm A C mm Pulg. mm C Cabeza Redonda Cabeza Cónica Cabeza Embutida /8 /32 3/16 13/64 7/32 9/32 11/32 3/8 7/16 1/ /64 23/64 1/32 3/64 21/32 27/32 11/32 17/32 13/8 19/ /32 9/32 21/64 7/16 17/32 21/32 3/4 7/ /16 3/64 21/32 7/8 13/32 1/ /32 13/ /8 3/16 1/4 /16 3/8 1/2 /8 3/4 7/ /32 13/64 1/4 19/64 11/32 7/16 17/32 /8 23/32 13/ /64 23/64 1/32 3/64 21/32 27/32 11/32 17/32 13/8 19/ /8 3/16 1/4 /16 3/8 1/2 /8 3/4 7/8 1 B Pulg. mm C Pulg. mm B Pulg. mm Pulg. mm r (Radio) Pulg. mm B Pulg. mm Pulg. D (Diámetro) C D r B C D B A C D B C D r B C A C B D B D VIII.1.1 Dimensiones 1 1 Remaches

5 VIII.1.2 Peso en kg por 100 pzas. 1 1 Remaches con cabeza redonda Peso aproximado Longitud Diámetro los remaches Pulgadas Largo mm 3/8 9. mm 1/ mm /8 1.9 mm 3/ mm 7/ mm mm 1/2 /8 3/4 7/ /4 1 1/2 1 3/ /4 2 1/2 2 3/ /4 3 1/2 3 3/ /4 4 1/2 4 3/4 1/4 1/2 3/ Por pulgada adicional Peso aproximado en kgs por 100 cabezas Remaches Diámetro los remaches Cabezas hechas en el 3/8 9. mm 1/ mm /8 1.9 mm 3/ mm 7/ mm mm Taller Campo Manual Diseño para la Construcción con Acero 31

6 VIII.1.3 Longitud necesaria para diversos agarres 1 2 Remaches con cabeza redonda Agarre Longitud Diámetros Diámetros Agarre Pulgadas 1/2 Pulgada /8 Pulgada 3/4 Pulgada 7/8 Pulgada 1 Pulgada Agarre mm 12.7 mm 1.9 mm 19.0 mm 22.2 mm 2.4 mm 1/2 /8 3/4 7/8 1 1/2 1 /8 1 3/4 1 7/8 1 3/4 1 7/ /8 1 7/ /8 2 1/ /8 2 1/4 2 3/8 2 1/8 2 1/4 2 3/8 2 1/ /8 1 1/4 1 3/8 1 1/2 1 /8 1 3/4 1 7/ /8 2 1/4 2 3/8 2 /8 2 3/ /8 2 1/4 2 3/6 2 1/2 2 /8 2 7/ /4 3 3/8 2 3/8 2 1/2 2 /8 2 3/ /8 3 3/8 3 1/2 2 1/2 2 /8 2 3/4 2 7/8 3 1/8 3 1/4 3 1/2 3 /8 2 /8 2 3/4 2 7/ /4 3 3/8 3 /8 3 3/ /8 2 1/4 2 3/8 2 1/2 2 /8 2 3/4 2 7/8 3 1/4 3 3/8 3 1/2 3 /8 3 3/4 3 7/ /8 3 1/2 3 /8 3 3/4 3 7/ /8 4 1/4 4 3/8 3 /8 3 3/4 3 7/ /8 4 1/4 4 3/8 4 1/2 3 3/4 3 7/ /8 4 1/4 4 3/8 4 1/2 4 /8 3 7/ /8 4 1/4 4 3/8 4 1/2 4 /8 4 3/ /8 3 1/4 3 3/8 3 1/2 3 /8 3 3/4 3 7/8 4 3/8 4 1/2 4 /8 4 3/4 4 7/8 1/8 1/4 4 /8 4 3/4 4 7/8 1/8 1/4 3/8 1/2 4 3/4 4 7/8 1/8 1/4 3/8 1/2 /8 4 7/8 1/8 1/4 3/8 1/2 /8 3/4 1/8 1/4 3/8 1/2 /8 3/4 7/ /8 4 1/4 4 3/8 4 1/2 4 /8 4 3/4 4 7/8 3/8 /8 3/ /8 6 1/4 6 3/8 6 1/2 6 /8 /8 7/ /4 6 3/8 6 1/2 6 /8 6 3/4 6 7/8 3/ /8 6 3/8 6 1/2 6 /8 6 3/4 6 7/8 7 7/8 6 1/8 6 1/4 6 1/2 6 /8 6 3/4 6 7/ / /4 6 3/8 6 /8 6 3/4 6 7/ /8 7 1/ Manual Diseño para la Construcción con Acero 32

7 VIII.1.3 Longitud necesaria para diversos agarres 2 2 Remaches con cabeza embutida Agarre Longitud Diámetros Diámetros Agarre Pulgadas 1/2 Pulgada /8 Pulgada 3/4 Pulgada 7/8 Pulgada 1 Pulgada Agarre mm 12.7 mm 1.9 mm 19.0 mm 22.2 mm 2.4 mm 1/2 /8 3/4 7/8 1 1/8 1 1/4 1 3/8 1 1/2 1 1/4 1 3/8 1 1/2 1 /8 1 1/4 1 3/8 1 1/2 1 /8 1 3/8 1 1/2 1 /8 1 3/4 1 3/8 1 1/2 1 /8 1 3/ /8 1 1/4 1 3/8 1 1/2 1 /8 1 3/4 1 7/8 1 /8 1 3/4 1 7/ /8 2 1/4 2 3/8 2 1/2 1 3/4 1 7/ /8 2 1/4 2 3/8 2 1/2 2 /8 1 3/4 1 7/ /8 2 3/8 2 3/8 2 1/2 2 /8 1 7/ /8 2 1/4 2 3/8 2 1/2 2 /8 2 3/4 1 7/ /8 2 1/4 2 1/2 2 /8 2 3/4 2 7/ /8 2 1/4 2 3/8 2 1/2 2 /8 2 3/4 2 7/8 2 /8 2 3/4 2 7/ /8 3 1/4 3 3/8 3 1/2 2 3/4 2 7/ /8 3 1/4 3 3/8 3 1/2 3 /8 2 7/ /8 3 1/4 3 3/8 3 1/2 3 /8 3 3/4 2 7/ /8 3 1/4 3 3/8 3 1/2 3 /8 3 3/ /8 3 1/4 3 3/8 3 1/2 3 /8 3 3/4 3 7/ /8 3 1/4 3 3/8 3 1/2 3 /8 3 3/4 3 7/8 3 3/4 3 7/ /8 4 1/4 4 3/8 4 1/2 4 /8 3 7/ /8 4 1/4 4 3/8 4 1/2 4 /8 4 3/4 3 7/ /8 4 1/4 4 3/8 4 1/2 4 /8 4 3/ /8 4 1/4 4 3/8 4 1/2 4 /8 4 3/4 4 7/8 4 1/8 4 1/4 4 3/8 4 1/2 4 /8 4 3/4 4 7/ /8 4 1/4 4 3/8 4 1/2 4 /8 4 3/4 4 7/8 4 3/4 4 7/8 1/8 1/4 1/2 /8 3/4 7/8 4 7/8 1/8 1/4 3/8 /8 3/4 7/ /8 1/8 1/4 1/2 /8 3/4 7/8 6 1/8 1/4 3/8 1/2 /8 3/4 7/8 6 1/8 1/4 3/8 1/2 /8 3/4 7/ / Manual Diseño para la Construcción con Acero 33

8 VIII.1.4 Capacidad carga 1 1 Remaches Resistencia al esfuerzo cortante y aplastamiento en kg Esfuerzos diseño: Corte = 1,00 kg/cm 2 Aplastamiento = 2,810 kg/cm 2 Diámetro los remaches 1/ mm /8 1.9 mm 3/ mm 7/ mm mm Área (cm 2 ) Corte simple (kg/rem.) Corte doble (kg/rem.) mm Espesor placa Aplastamiento Pulgadas por remache por remache por remache por remache por remache / / / / / / / / Manual Diseño para la Construcción con Acero 34

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10 TORNILLOS Introducción La mayor parte las especificaciones referentes al diseño estructuras acero reconocen como medios unión entre sus elementos, a los remaches, los tornillos y la soldadura. Des hace muchos años, los remaches fueron los elementos unión estructuras acero más comunes en el siglo XIX y hasta mediados l XX, pero en la actualidad han saparecido ya en la práctica y no se emplean en construcciones nuevas, ni en el taller, ni en la obra, pues han sido sustituidos, con ventaja, por la soldadura y los tornillos alta resistencia. Sin embargo, la importancia, cada vez mayor, la evaluación, rehabilitación y refuerzo estructuras existentes, hace que sea indispensable el conocimiento las uniones remachadas. Si se conoce la época en que se construyó una estructura acero remachada, pue ser posible obtener las propiedas mecánicas los remaches utilizados en ella, recurriendo a literatura técnica la época; en caso contrario, será necesario realizar en sayes mecánicos y químicos laboratorio para terminar esas características Actualmente, se utilizan dos tipos tornillos, los llamados comunes y los alta resistencia. Se signan, con el nombre que les dan las normas ASTM para especificar sus características químicas y mecánicas, los primeros como tornillos A307 y los alta resistencia como tornillos A32 (H124) ó A490 (H123). ASTM A307 (H118) Sujetadores acero al carbono con rosca estándar exterior (Fu= 414 MPa; kg/cm 2 ). ASTM A32 (H124) Tornillos alta resistencia para conexiones entre elementos acero estructural [Fu= 830 MPa (8 440 kg/cm 2 ) para diámetros 13 a 2 mm (1/2 a 1 pulg.), Fu= 72 MPa (7 380 kg/cm 2 ) para diámetros 29 y 38 mm (1 1/8 y 1 1/2 pulg.)]. ASTM A490 (H123) Tornillos acero aleado tratado térmicamente para conexiones entre elementos acero estructural (Fu= 1 03 MPa, 10 0 kg/cm 2 ). Estas normas se complementan con las la última versión Load and Resistance Factor Design Specification for Structural Joints sing ASTM A32 or A490 Bolts, l Consejo Investigación en Conexiones Estructurales (Research Council on Structural Connections). Tornillos comunes A307 (H118) Son, históricamente, el primer medio unión utilizado en estructuras acero; en la actualidad tienen una aplicación estructural muy limitada ya que su resistencia es reducida y no se recomiendan cuando puen esperarse cambios signo en los esfuerzos las piezas acero que conectan o cuando la estructura esté sometida a cargas dinámicas (sismo, principalmente). Manual Diseño para la Construcción con Acero 36

11 En este sentido, las especificaciones l AISC fijan una serie casos concretos en que los tornillos A307 no ben usarse. No se usarán para uniones entre tramos columnas en estructuras esbeltas: a) Que tengan una altura más 60 m. b) Que tengan una altura entre 30 y 60 m, cuando la base es menor l 40% la altura. c) Que tengan una altura cualquiera si la base mi menos 2% la altura. No se usará en estructuras que ban soportar trabes grúa. No se usarán don haya máquinas o alguna carga viva que produzca impacto o reversión esfuerzos. Sin embargo, en estructuras ligeras en que los problemas mencionados no aparecen, así como en conexiones elementos secundarios tales como largueros techo, constituyen una buena solución pues son económicos y su manejo y colocación es muy simple. Tornillos alta resistencia A32 (NOMH118) y A490 (NOMH123) Basan su capacidad en el hecho que puen quedar sometidos a una gran fuerza tensión controlada que aprieta firmemente los elementos la conexión. Las ventajas este apriete firme se conocen s hace tiempo, pero su aplicación práctica en estructuras proviene 191 en que se publicaron las primeras especificaciones para regir su utilización. Des entonces los tornillos alta resistencia se han venido utilizando en forma creciente en Estados nidos y en las dos últimas décadas, también en México. A partir 91, las especificaciones relativas a estos tornillos se han modificado varias veces para por incluir los resultados las investigaciones que, en forma caso contínua, se han venido realizando en torno a ellos. Los primeros tornillos alta resistencia que se sarrollaron y aún los más comúnmente usados son los A32 (H124); posteriormente y con objeto contar con capacidas aún mayores, se sarrollaron los A490 (H123), ambos se obtienen aceros al carbón tratados térmicamente. Los tornillos A32 (H124) se marcan, para distinguirlos, con la leyenda: A32 y tres líneas radicales en su cabeza; la tuerca tiene tres marcas espaciadas 120º. Los tornillos A490 (H123) se marcan con su nombre en la cabeza y con la leyenda 2H ó DH en la tuerca. Las últimas normas reconocen 3 tipos distintos tornillos A32 (H124); los tornillos tipo 1 son los originales y cuando se solicitan simplemente tornillos A32 (H124) son los que se suministran. Son los más utilizados. Manual Diseño para la Construcción con Acero 37

12 Los tornillos tipo 2 (A32 ó H124) se fabrican con acero martensítico bajo carbono, para distinguirlos se marcan con líneas radicales a 60º en vez 120º como los tipo 1. Los tornillos A32 (H124) tipo 3 se caracterizan por tener una alta resistencia a la corrosión, suelen usarse con aceros características similares a ellos. Se marcan con la leyenda A32 subrayada, la tuerca se marca con el número 3. En México los únicos usados en forma extensa han sido los tipo 1. Inicialmente los tornillos alta resistencia consistían en un tornillo, una tuerca y dos rondanas; actualmente las dimensiones la cabeza y la tuerca se han diseñado tal forma que se pue, en muchos casos, prescindir totalmente las rondanas y usar en los más, una sola. Características químicas y mecánicas los tornillos alta resistencia La composición química los tornillos alta resistencia, junto con el tratamiento térmico a que son sometidos, les proporciona sus características resistencia; el contenido carbono y manganeso es la variable más significativa en los tornillos A32 (H124). En los A490 (H123) el contenido carbono se fija y el elemento aleación se ja abierto para por proporcionar los distintos caminos las propiedas mecánicas requeridas. Aunque, cuando es posible, los tornillos ben someterse a una prueba tensión para probar su resistencia; a menudo son masiado cortos para que la prueba directa tensión se pueda realizar, se recurre entonces a controlar la resistencia, indirectamente, a través una prueba dureza. Se realizan con ese fin las pruebas Brinell ó Rockell. Tipos juntas con tornillos alta resistencia Las juntas que transmiten fuerza cortante entre las partes conectadas se diseñan para que la transmisión se haga por aplastamiento entre los tornillos y las partes conectadas, o por fricción entre éstas. Las primeras se nominan juntas por aplastamiento (bearing type joints), las segundas fricción o slizamiento crítico (slipcritical joints). Las segundas se caracterizan porque la transmisión las fuerzas que actúan en la conexión se logra únicacmente por la fricción que se sarrolla entre los elementos que la constituyen. En estas juntas el slizamiento entre las piezas que se unen no es aceptable, se consira que el slizamiento equivaldría a la falla, los coeficientes seguridad contra el slizamiento se aceptan pequeños pues las consecuencias su ocurrencia no son graves. La magnitud la fricción pen la fuerza tensión en el tornillo y las características la superficie los elementos que se conectan. Aunque es cierto que en las juntas fricción los tornillos no trabajan a esfuerzo cortante tradicionalmente se ha venido estableciendo un esfuerzo cortante permisible ficticio. Manual Diseño para la Construcción con Acero 38

13 Para la terminación l número tornillos que se requieren en una junta, esto ha permitido tratar el diseño juntas con tornillos fricción con los mismos criterios con que durante mucho tiempo, se han proporcionado las juntas remachadas. Las conexiones fricción se especifican como necesarias en todos aquellos casos en que se esperan inversiones esfuerzos y en los que en condiciones trabajo, el slizamiento se consira inseable. Hay ocasiones en que la inversión esfuerzos no ocurre y en que, al colocar los tornillos, la carga muerta los presiona contra los lados l agujero, entonces el trabajo la junta pue ser por aplastamiento y por cortante y se presentan entonces las conexiones llamadas aplastamiento. Si bien, también en estas juntas, la tensión en el tornillo, que es la misma que en juntas fricción que probablemente podría tomar las cargas trabajo, esta en realidad no se requiere. En estas juntas se pue sacar ventaja la resistencia los tornillos, sobre todo si se logra que la rosca se encuentre fuera los planos corte. Con el fin lograr esto en lo posible, los tornillos alta resistencia tienen una rosca bastante corta. En estructuras para puentes los tornillos en juntas aplastamiento se limitan a piezas que solo trabajan a compresión a miembros secundarios, se exige amás que en todos los casos la rosca se excluya los planos corte. Para mantener su fricción es necesario que las superficies estén libres todo elemento que la disminuya, se prohíbe por ello, que haya aceite, pintura, oxido suelto, etc. Dada la importancia este hecho, las últimas especificaciones reconocen nueve condiciones distintas en que se puen encontrar las superficies la junta y asocian a cada una ellas un esfuerzo permisible diferente, reconociendo las diferencias existentes a el coeficiente fricción. En los planos be indicarse si los tornillos juntas por aplastamiento han apretarse hasta darles la tensión mínima especificada. Instalación Dependiendo l tipo conexión, pue, o no, requerirse que los tornillos se instalen apretándolos hasta que haya en ellos una tensión especificada mínima, no menor que la dada en la tabla.6. El apriete pue hacerse por alguno los métodos siguientes: vuelta la tuerca, con un indicador directo tensión, una llave calibrada, o con un tornillo diseño especial. Por lo tanto, los tornillos alta resistencia se instalan modo que quen sometidos a una fuerza mínima tensión especificada. Esta fuerza es aproximadamente el 70% la resistencia a tensión l tornillo, se nomina carga prueba y es normalmente algo menor al límite proporcionalidad l tornillo. La tensión especificada se pue dar haciendo uso un indicador directo tensión o usando cualquiera otros dos métodos que también se especifican en las normas Manual Diseño para la Construcción con Acero 39

14 y que se basan en el hecho que la tensión en el tornillo se pue relacionar con dos cantidas observables, el alargamiento l tornillo y el giro la tuerca. El primero estos métodos consigue la tensión usando llaves calibradas, el segundo dando un giro especificado a la tuerca. Métodos llaves calibradas Implica el ajuste frecuente la llave con un dispositivo capaz medir la tensión en tornillos típicos la conexión, ya que el ajuste pier precisión con facilidad porque las condiciones distintas juntas son muy diferentes entre si; se especifica que la calibración se realice una vez por cada día trabajo y por cada diámetro o lote tornillo que se utilice, aún en el caso que aprieten juntas similares. Se exige también, cuando se usa este método, que se coloque una rondana bajo la parte l tornillo que se accione con la llave, con objeto minimizar las irregularidas en la tensión producida que, inevitablemente existen al utilizar este procedimiento. Método vuelta la tuerca Este procedimiento requiere un control la colocación los tornillos más simples que el anterior y es por ello más utilizado. Consiste en términos generales, en apretar, en una primera etapa, todos los tornillos con una llave normal tuercas hasta el esfuerzo máximo un hombre y enseguida, dar a la tuerca 1/2 vuelta adicional; excepcionalmente, el giro be ser mayor. Ha sido posible terminar experimentalmente la relación que existe entre la rotación la tuerca y el alargamiento y la tensión en el tornillo, con ese fin se han realizado una cantidad importante pruebas, en ellas se ha observado que la resistencia a tensión en un tornillo es menor cuando esta tensión se da girando la tuerca que cuando se da en forma directa, esta es la razón que la carga prueba se fije sólo en un 70% la resistencia a tensión directa. Se observa que una vez dado el primer tercio vuelta hay una reserva importante formación posible adicional hasta la falla, esto hace que el método no sea muy sensible a errores relativos al apriete que be tener el tornillo en la primera etapa, al iniciarse la media vuelta perdida. Debido a esto, cuando se utiliza este método, no se requiere la colocación ninguna rondana, excepto cuando se utilizan tornillos A490 (H123) en aceros con esfuerzo fluencia inferior a kg/cm 2, caso en que se necesita una rondana, cualquiera que sea el método apriete. Con el objeto garantizar el buen comportamiento conexiones apretadas con este método se ha estudiado el efecto una serie variables que intervienen en su ejecución. Se ha estudiado, por ejemplo, el efecto girar la tuerca en pequeños incrementos en vez forma contínua, el efecto la longitud agarre y la posición relativa tuerca y rosca. Se ha investigado, así mismo, la posibilidad reutilizar tornillos colocados con este método. Manual Diseño para la Construcción con Acero 360

15 na recomendación práctica para lograr un buen apriete general la junta consiste en iniciarlo en los tornillos localizados en la parte más rígida la unión y avanzar hacia los extremos libres. Durante el apriete la parte que no se gira, cabeza o tuerca se sostendrá con una llave. Otros tópicos relativos a tornillos alta resistencia Agujeros Durante bastante tiempo sólo se aceptaron agujeros exactamente 1/16 mayores que el diámetro l tornillo, sin embargo, la necesidad facilitar las condiciones montaje las estructuras atornilladas indujo a que se realizaran una extensa serie pruebas para mostrar la posibilidad utilizar agujeros con diámetros algo mayores sin trimento la resistencia. El resultado estas investigaciones ha conducido a que se acepten agujeros mayores aunque en este caso se requiere colocar una rondana en el lado exterior la junta. En juntas aplastamiento sólo se permiten agujeros ovalados, el lado alargado normal a la dirección los esfuerzos. Determinación la longitud los tornillos Debe añadirse al agarre (espesor todo material conectado) ciertas distancias especificadas con el objeto garantizar la colocación correcta los tornillos teniendo en cuenta las tolerancias fabricación. Estas distancias están dadas en la tabla 6. Adicionalmente por cada rondana plana se be consirar una longitud adicional /32 y por cada una tipo cuña /16. La longitud así obtenida se cierra al cuarto pulgada superior más próximo. Por lo que se refiere a la ejecución los agujeros las normas recomiendan que cuando el espesor l material no es mayor que el diámetro l tornillo más 1/8 se puen punzonar, en caso contrario ben ser taladrados o subpunzonados y rimados. Galvanizado Otro avance importante respecto a criterios anteriores lo marca el hecho que se permita ahora galvanizar los tornillos A32 (H124); tras una amplia serie pruebas que han mostrado un comportamiento acuado aún teniendo en cuenta posibles efectos fatiga. No ha ocurrido lo mismo con los tornillos A490 (H123) cuyo galvanizado no se permite. En juntas fricción, se permite el galvanizado la estructura siempre que se trate la zona la conexión con cepillo alambre o chorro arena para garantizar la fricción acuada. Debe cuidarse por supuesto, no dañar el galvanizado. Manual Diseño para la Construcción con Acero 361

16 VIII.2.1 Características e intificación según su calidad 1 1 Tornillos Para tornillos estructurales H F D 2 o R G Estandard Intificación Esfuerzo ruptura mínimo en Calidad Tornillos Tuercas k/cm 2 PSI Material Acero ASTM A307 S.A.E. 2 4,499 64,000 Acero bajo en carbón Alta resistencia Intificación Esfuerzo ruptura mínimo en Calidad Tornillos Tuercas k/cm 2 PSI Material Acero ASTM A449 S.A.E. ASTM A32 ASTM A34 BB A 32 BB 7,381 10,000 Acero medio en carbón o bien baja aleación tratamiento y térmico Acero ASTM A490 S.A.E. 8 A 490 2H 10,4 10,000 Acero medio en carbón y con aleación templado y revenido Manual Diseño para la Construcción con Acero 362

17 VIII.2.2 Dimensiones 1 4 Tornillo estandard Cabeza cuadrada H F D 2 o R G Diámetro nominal D Diámetro cuerpo máximo (básica) F Distancia entre planos Máxima Mínima G Distancia entre esquinas Máxima Mínima Nominal H Altura Máxima Mínima R radio enlace máximo Dimensiones en milímetros Equivalencia en pulgadas 1/4 /16 3/8 7/16 1/2 /8 3/4 7/ /8 1 1/ /64 13/64 1/4 19/64 21/64 27/64 1/2 19/32 21/32 3/4 27/32.188, Manual Diseño para la Construcción con Acero 363

18 VIII.2.2 Dimensiones 2 4 Tornillo estandard Cabeza cuadrada H F G Diámetro l tornillo F Distancia entre planos Máxima Mínima G Distancia entre esquinas Máxima Mínima Nominal H Espesor Máximo Mínimo Dimensiones en milímetros Equivalencia en pulgadas 1/4 /16 3/8 7/16 1/2 /8 3/4 7/ /8 1 1/ /32 17/64 21/64 3/8 7/16 3/64 3/4 7/ /8 1 1/ Manual Diseño para la Construcción con Acero 364

19 VIII.2.2 Dimensiones 3 4 Tornillo estandard Cabeza cuadrada H F G 30 o Diámetro l tornillo F Distancia entre planos Máxima Mínima G Distancia entre esquinas Máxima Mínima Nominal H Espesor Máximo Mínimo Dimensiones en milímetros Equivalencia en pulgadas /8 3/4 7/ /8 1 1/ /64 21/32 49/64 7/8 1 1/8 1 1/ Manual Diseño para la Construcción con Acero 36

20 VIII.2.2 Dimensiones 4 4 Tornillo estandard Cabeza cuadrada F H D G R 30 o Diámetro nominal D Diámetro cuerpo máximo (básica) F Distancia entre planos Máxima Mínima G Distancia entre esquinas Máxima Mínima Nominal H Altura Máxima Mínima R radio enlace máximo Dimensiones en milímetros Equivalencia en pulgadas 1/4 /16 3/8 7/16 1/2 /8 3/4 7/ /8 1 1/ /64 7/32 1/4 19/64 11/32 27/64 1/2 37/64 43/64 3/4 27/ Manual Diseño para la Construcción con Acero 366

21 VIII.2.3 Peso en kg por 100 piezas 1 1 Tornillo cabeza y tuerca cuadrada Peso aprox. en kg por ntro piezas con tuerca Longitud Diámetro Pulgadas Longitud mm 6.3 mm 1/4 7.9 mm /16 9. mm 3/ mm 7/ mm 1/2 1.9 mm / mm 3/ mm 7/8 2.4 mm mm 1 1/ mm 1 1/ / /4 1 1/2 1 3/ / / /2 1/ / / / / Manual Diseño para la Construcción con Acero 367

22 VIII.2.4 Signos convencionales y longitud necesaria para diversos agarres 1 1 Signos convencionales para el remachado y atornillado Cabeza en ambos lados Lado cercano Avellanado y embutido Lado opuesto Ambos lados Lado cercano Remaches taller Avellanado no más 1/8 altura Lado opuesto Ambos lados Avellanado a 1/4 en remache 1/2 y /8 Lado cercano Lado opuesto Ambos lados Avellanado a 3/8 en remache 3/4 y mayores Lado cercano Lado opuesto Ambos lados Cabeza en ambos lados Remaches campo Lado cercano Avellanado Lado opuesto Ambos lados Cuadrado hexagonal Tornillos taller Avellanado Lado cercano Lado opuesto Agarre K Longitud Tornillos máquina largos para diversos agarres Diámetro Diámetro Agarre Agarre Pulgadas 1/2 /8 3/4 7/8 1 Pulgadas 1/2 /8 3/4 7/8 1 1/2 /8 3/4 7/ /8 1 1/4 1 3/8 1 1/2 1 /8 1 3/4 1 7/ /8 2 1/4 2 3/8 2 1/2 2 /8 2 3/4 2 7/ /8 3 1/4 3 3/8 3 1/2 3 /8 3 3/4 3 7/8 1 1/4 1 1/4 1 1/2 1 1/2 1 3/4 1 3/ /4 2 1/4 2 1/2 2 1/2 2 3/4 2 3/ /4 3 1/4 3 1/2 3 1/ /2 4 1/2 4 1/2 4 1/2 1 1/4 1 1/2 1 1/2 1 3/ /4 2 1/4 2 1/2 2 1/2 2 3/4 2 3/ /4 3 1/4 3 1/2 3 1/2 3 3/ /2 4 1/2 4 1/2 4 1/2 1 1/2 1 1/2 1 3/4 1 3/ /4 2 1/4 2 1/2 2 1/2 2 3/4 2 3/ /4 3 1/4 3 1/2 3 1/2 3 3/4 3 3/ /2 4 1/2 4 1/2 4 1/2 1 1/2 1 3/4 1 3/ /4 2 1/4 2 1/2 2 1/2 2 3/4 2 3/ /4 3 1/4 3 1/2 3 1/2 3 3/4 3 3/ /2 4 1/2 4 1/2 1 3/4 1 3/ /4 2 1/4 2 1/2 2 1/2 2 3/4 2 3/ /4 3 1/4 3 1/2 3 1/2 3 3/4 3 3/ /2 4 1/2 4 1/2 4 1/ /8 4 1/4 4 3/8 4 1/2 4 /8 4 3/4 4 7/8 1/8 1/4 3/8 1/2 /8 3/4 7/ /8 6 1/4 6 3/8 6 1/2 6 /8 6 3/4 6 7/ /4 7 1/2 7 3/4 1/2 1/2 1/2 1/ /2 6 1/2 6 1/2 6 1/ /2 7 1/2 7 1/2 7 1/ /2 8 1/2 1/2 1/2 1/2 1/ /2 6 1/2 6 1/2 6 1/ /2 7 1/2 7 1/2 7 1/ /2 8 1/2 1/2 1/2 1/2 1/ /2 6 1/2 6 1/2 6 1/ /2 7 1/2 7 1/2 7 1/ /2 8 1/2 9 1/2 1/2 1/2 1/ /2 6 1/2 6 1/2 6 1/ /2 7 1/2 7 1/2 7 1/ /2 8 1/2 9 1/2 1/2 1/2 1/ /2 6 1/2 6 1/2 6 1/ /2 7 1/2 7 1/2 7 1/ /2 8 1/2 9 9 Manual Diseño para la Construcción con Acero 368

23 VIII.2. Resistencia al aplastamiento en los agujeros para tornillos 1 4 En agujeros para tornillos basada en la separación los tornillos ton/cm por espesor Diámetro nominal l tornillo d b, cm (in) Tipo agujero Separación tornillos $ Fu (cm) ( kg/cm 2 ) rn/ωv ASD 16 (/8 ) φvrn LRFD rn/ωv ASD 19 (3/4 ) φvrn LRFD rn/ωv ASD 22.1 (7/8 ) φvrn LRFD φvrn ASD 2.4 (1 ) φvrn LRFD STD 2 2/ SSLT d b SSLP 2 2/ d b DVS 2 2/ d b LSLP 2 2/ d b LSLT 2 2/ d b STD, SSLT, SSLP, S S total DVS, LSLP LSLT S S total Notas: STD = Agujero estandard SSLT = Agujeros alargados cortos transversales a la dirección la carga SSLP = Agujeros alargados cortos paralelos a la dirección la carga OVS = Agujeros sobredimensionados LSLP = Agujeros alargados largos paralelos a la dirección la carga LSLT = Agujeros alargados largos transversales a la dirección la carga φv = 0.7 Ωv = 2.0 Manual Diseño para la Construcción con Acero 369

24 VIII.2. Resistencia al aplastamiento en los agujeros para tornillos 2 4 En agujeros para tornillos basada en la separación los tornillos ton/cm por espesor Diámetro nominal l tornillo d b, cm (in) Tipo agujero Separación tornillos $ Fu (cm) ( kg/cm 2 ) rn/ωv ASD 16 (/8 ) φvrn LRFD rn/ωv ASD 19 (3/4 ) φvrn LRFD rn/ωv ASD 22.1 (7/8 ) φvrn LRFD φvrn ASD 2.4 (1 ) φvrn LRFD STD 2 2/ SSLT d b SSLP 2 2/ d b DVS 2 2/ d b LSLP 2 2/ d b LSLT 2 2/ d b STD, SSLT, SSLP, S S total DVS, LSLP LSLT S S total Notas: STD = Agujero estandard SSLT = Agujeros alargados cortos transversales a la dirección la carga SSLP = Agujeros alargados cortos paralelos a la dirección la carga OVS = Agujeros sobredimensionados LSLP = Agujeros alargados largos paralelos a la dirección la carga LSLT = Agujeros alargados largos transversales a la dirección la carga φv = 0.7 Ωv = 2.0 Manual Diseño para la Construcción con Acero 370

25 VIII.2. Resistencia al aplastamiento en los agujeros para tornillos 3 4 En agujeros para tornillos basada en la separación los tornillos ton/cm por espesor Diámetro nominal l tornillo d b, cm (in) Tipo agujero Separación tornillos $ Fu (cm) ( kg/cm 2 ) rn/ωv ASD 16 (/8 ) φvrn LRFD rn/ωv ASD 19 (3/4 ) φvrn LRFD rn/ωv ASD 22.1 (7/8 ) φvrn LRFD φvrn ASD 2.4 (1 ) φvrn LRFD STD 2 2/ SSLT d b SSLP 2 2/ d b DVS 2 2/ d b LSLP 2 2/ d b LSLT 2 2/ d b STD, SSLT, SSLP, S S total DVS, LSLP LSLT S S total Notas: STD = Agujero estandard SSLT = Agujeros alargados cortos transversales a la dirección la carga SSLP = Agujeros alargados cortos paralelos a la dirección la carga OVS = Agujeros sobredimensionados LSLP = Agujeros alargados largos paralelos a la dirección la carga LSLT = Agujeros alargados largos transversales a la dirección la carga φv = 0.7 Ωv = 2.0 Manual Diseño para la Construcción con Acero 371

26 VIII.2. Resistencia al aplastamiento en los agujeros para tornillos 4 4 En agujeros para tornillos basada en la separación los tornillos ton/cm por espesor Diámetro nominal l tornillo d b, cm (in) Tipo agujero Separación tornillos $ Fu (cm) ( kg/cm 2 ) rn/ωv ASD 16 (/8 ) φvrn LRFD rn/ωv ASD 19 (3/4 ) φvrn LRFD rn/ωv ASD 22.1 (7/8 ) φvrn LRFD φvrn ASD 2.4 (1 ) φvrn LRFD STD 2 2/ SSLT d b SSLP 2 2/ d b DVS 2 2/ d b LSLP 2 2/ d b LSLT 2 2/ d b STD, SSLT, SSLP, S S total DVS, LSLP LSLT S S total Notas: STD = Agujero estandard SSLT = Agujeros alargados cortos transversales a la dirección la carga SSLP = Agujeros alargados cortos paralelos a la dirección la carga OVS = Agujeros sobredimensionados LSLP = Agujeros alargados largos paralelos a la dirección la carga LSLT = Agujeros alargados largos transversales a la dirección la carga φv = 0.7 Ωv = 2.0 Manual Diseño para la Construcción con Acero 372

27 Manual Diseño para la Construcción con Acero 373

28 SOLDADRAS Introducción Definición soldadura Resultado la operación soldar. Proceso mediante el cual se unen piezas acero con la aplicación calor, con o sin fusión, con o sin adición material relleno y con o sin aplicación presión. Las soldaduras se clasifican acuerdo con la posición, forma y preparación las juntas. Procesos soldadura El tipo soldadura estructural aplicable en la construcción metálica es el arco eléctrico con electrodo metálico, aplicado manual, semiautomática o automáticamente. Los procesos aprobados en las normas diseño que se mencionan en este manual son la soldadura manual con electrodo recubierto, la soldadura automática arco sumergido, la protegida con gases y la soldadura con electrodo con corazón funnte. Puen utilizarse otros procesos si se califican acuadamente para los casos en que se vayan a utilizar. Tipos juntas Existen cinco tipos básicos juntas soldadas que se emplean en las estructuras acero: a tope, en esquina, en Té, traslapada y bor o orilla. Esta nomenclatura se refiere a la posición relativa que guardan entre sí las piezas que sevan a soldar. Ni la forma geométrica los cordones ni la preparación los bors la junta influyen en la clasificación filete o ranura. Junta a tope La junta a tope se usa principalmente para unir los extremos placas planas que tienen igual o aproximadamente el mismo espesor. La ventaja este tipo junta es la eliminación la excentricidad, que se presenta en las juntas traslapadas sencillas; al usarse con soldaduras penetración completa, este tipo junta minimiza el tamaño la conexión. Su sventaja estriba en la necesidad preparar los bors y alisarlos cuidadosamente antes aplicar la soldadura; por esto la mayor parte las juntas a tope se hace en taller, don es más fácil regular el proceso soldadura. Junta en esquina La junta en esquina se utiliza en especial para formar secciones rectangulares tipo cajón stinadas a columnas y también vigas que estarán sometidas a elevados esfuerzos torsionantes. Junta traslapada La junta traslapada se emplea bido a las siguientes ventajas: las piezas stinadas a conectarse no requieren una fabricación tan precisa como en los más tipos juntas y puen splazarse ligeramente para absorber pequeños errores fabricación. Los bors las piezas no necesitan una preparación especial y se cortan generalmente con soplete. La unión entre las partes se pue efectuar con soldadura filete pudiendo hacerse ésta tanto en campo como en taller. Finalmente, la junta traslapada permite conectar fácilmente placas distinto espesor como en el caso particular los nudos en las armaduras. Manual Diseño para la Construcción con Acero 374

29 Junta en Té La junta en Té se emplea en la fabricación trabes armadas, en la conexión atiesadores, ménsulas, etc. La soldadura pue ser filete o ranura. Junta bor Las juntas bor no son, en muchos casos, condiradas como juntas estructurales ya que se utilizan para obtener un acabado acuado, impedir el paso líquidos o gases entre las dos placas o mantenerlas alineadas. so juntas soldadas El uso una u otra junta pen numerosas consiraciones prácticas y diseño, entre las que se encuentran la posición las soldaduras, el tamaño y forma los miembros estructurales que concurren en la junta, las solicitaciones a que estarán sometidas, los costos relativos, el proceso utilizado para positar el metal aportación, la habilidad los soldadores disponibles, etc; en muchos casos, la única manera saber cómo se comportará una junta con respecto a estos parámetros es realizar pruebas no structivas y structivas en juntas molo en condiciones análogas a las que se presentarán en las estructuras reales. Hay, sin embargo, un número consirable tipos juntas que han mostrado eficiencia a través repetidas pruebas laboratorio y su empleo con éxito durante los daños en estructuras reales, por lo que se sabe que, utilizándolas, se puen obtener soldaduras buena calidad siempre que sean efectuadas por operarios capacitados y que se empleen en cada caso los electrodos y procesos acuados. A estas juntas se le da el nombre precalificadas y puen utilizarse sin necesidad efectuar pruebas previas. Tipos soldaduras Los cuatro tipos fundamentales soldaduras estructurales son filete, penetración, tapón y ranura. Las penetración se subdivin en soldaduras penetración completa y parcial. Cada tipo soldadura tiene su propio símbolo. 1) Soldaduras filete. Se obtienen positando un cordón metal aportación en el ángulo diedro formado por dos piezas. Su sección transversal es aproximadamente triangular. 2) Soldaduras penetración. Se obtienen positando metal aportación entre dos placas que puen, o no, estar alineadas en un mismo plano. Puen ser penetración completa o parcial, según que la fusión la soldadura y el metal base abarque todo o parte l espesor las placas, o la más lgada ellas. 3) Soldaduras tapón. Las soldaduras tapón se hacen en placas traslapadas o superpuestas, rellenando por completo, con metal aportación, un agujero circular, hecho en una ellas, cuyo fondo está constituido por la otra placa. 4) Soldaduras ranura. Las soldaduras ranura se hacen en placas superpuestas o traslapadas, rellenando por completo, con metal aportación, un agujero alargado, hecho en una ellas, cuyo fondo está constituido por la otra placa. Manual Diseño para la Construcción con Acero 37

30 Metal aportación Se usará el electrodo, o la combinación electrodo y funnte, acuados al metal base que se esté soldando, teniendo especial cuidado en aceros con altos contenidos carbón y otros alimentos aleados, y acuerdo con la posición en que se posite la soldadura estructural. Se seguirán las instrucciones l fabricante respecto a los patrámetros que controlan el proceso soldadura, como son voltaje, amperaje, polaridad y tipo corriente. La resistencia l material positado con el electrodo será compatible con la l metal base. Soldadura compatible con el metal base Para que una soldadura sea compatible con el metal base, tanto el esfuerzo fluencia mínimo como el esfuerzo mínimo ruptura en tensión l metal aportación positado, sin mezclar con el metal base, ben ser iguales o ligeramente mayores que los correspondientes l metal base. Por ejemplo, las soldaduras obtenidas con electrodos E60XX o E70XX, que producen metal aportación con esfuerzos mínimos especificados fluencia 331 y 36 MPa (3 400 y kg/cm 2 ), respectivamente, y ruptura en tensión 412 y 481 MPa (4 200 y kg/cm 2 ), son compatibles con el acero A36, cuyos esfuerzos mínimos especificados fluencia y ruptura en tensión son 20 y 400 MPa (230 y kg/cm 2 ), respectivamente. Posiciones la soldadura Des el punto vista la posición que ocupa el operario con respecto a la junta durante la ejecución las soldaduras, éstas se clasifican en soldaduras en posición plana, horizontal, vertical y sobre cabeza. Se consira que una soldadura se efectúa en posición plana cuando el metal aportación se posita s el lado superior la junta y la cara visible la soldadura es aproximadamente horizontal. En una soldadura en posición horizontal el metal aportación se coloca sobre una superficie también horizontal y contra otra vertical, manera que en caso común un filete lados iguales, la inclinación la cara exterior es 4º. Si la soldadura es ranura, su eje es una recta horizontal y la cara exterior se encuentra en un plano vertical. La posición vertical es aquella en la que el eje la soldadura forma una recta vertical y en las soldaduras sobre cabeza el metal aportación se coloca s la parte inferior la junta. La importancia la posición en que se efectúa la soldadura estriba en su grado dificultad. Se han enumerado, en orn creciente dificultad, las soldaduras más fáciles, en las que los rendimientos l electrodo y soldador son máximos, y en las que se reducen a un mínimo las posibilidas que haya fectos; éstas son las que se realizan en posición plana. Las más difíciles son las positadas sobre cabeza; por consiguiente, las estructuras ben diseñarse y fabricarse manera que la mayor parte las soldaduras, tanto taller como campo, se efectúen en posición plana y se reduzcan a un mínimo o aún se eliminen las soldaduras sobre cabeza. Las soldaduras manuales taller ben hacerse en posición plana siempre que sea posible, para lo cual, si es necesario, se mueven o giran las piezas por soldar modo que el operario tenga acceso por la parte superior la junta; si esto es posible o muy dificil lograr, puen hacerse en posición horizontal y algunos cordones cortos y poca importancia estructural positarse en posición vertical. Manual Diseño para la Construcción con Acero 376