APUNTES DE ESTRUCTURAS METLICAS. CAPTULO I: INTRODUCCIN. CAPTULO II: MEDIOS DE UNIN. CAPTULO III: PIEZAS SIMPLES. CAPTULO IV: PIEZAS COMPUESTAS. CAPTULO V: VIGAS DE ALMA LLENA. CAPTULO VI: ESTRUCTURAS RETICULARES PLANAS. TECNOLOGA DE ESTRUCTURAS. NORMATIVAS DE LA ASIGNATURA. ESTRUCTURAS METLICAS. EA-95. Compendio de las antiguas normas (MV-102 a MV-111) ESTRUCTURAS DE HORMIGN. EHE-98. Sustituye a la EH-91 NORMAS BSICAS DE LA EDIFICACIN (NBE) EA-95. Estructuras de acero en edificacin. AE-98. Acciones en la edificacin. CPI-96. Condiciones de proteccin contra incendios. CT-79. Condiciones trmicas de los edificios. NORMAS TECNOLGICAS DE LA EDIFICACIN (NTE) ECG-88. Cargas gravitatorias. ECR-88. Cargas de retraccin. ECS-88. Cargas ssmicas. ECT-88. Cargas trmicas. ECV-88. Cargas de viento. NORMAS PARA CONSTRUCCIN SISMORRESISTENTE. PDS-1-74. ECSE-94. NORMAS ESPAOLAS (UNE) 14.XXX. Soldaduras en estructuras metlicas. 76.XXX. Estructuras metlicas. CAPTULO I.. EL ACERO EN CONSTRUCCIN. 2CAPTULO I. EL ACERO EN CONSTRUCCIN. Es un producto frreo cuyo contenido en Carbono es igual o inferior al 2%. Cuando el contenido en Carbono es superior al 2% hablamos de fundiciones y tiene otras caractersticas o propiedades. Nos vamos a referir al acero. Sus caractersticas vienen recogidas en la EA-95 y en la UNE-36-080-73. Las propiedades mecnicas de los aceros dependen de su composicin qumica, del proceso de laminado y del tratamiento trmico que experimente. Estas propiedades son similares en traccin y compresin, y se determinarn por un ensayo de traccin. ENSAYO DE TRACCIN. Consiste en someter una probeta con una seccin F0 y con una longitud inicial L0; L0=5,65 Fo ; a un esfuerzo axil de traccin, creciente generalmente hasta la rotura y con una longitud final Lu (UNE 7010) Las normas UNE las publica AENOR. Este ensayo da lugar a un diagrama, que se llama tensin-deformacin y tiene una forma. r 3 E = tg = dd F 2 P 1.Zona elstica. Tramo lineal 2.Zona de deformacin 1 3.Zona de gran deformacin 2 f =Tensin de fluencia. r =Tensin de rotura. Consideramos r aunque la probeta rompa a una tensin menor p 0.8*f = FoN El alargamiento de la probeta lo mediremos como L = 100 *LoLo Lu El valor tpico que vamos a considerar es E = 2.1*106 Kp/cm2; como mdulo de elasticidad transversal G = 8.1*105 Kp/cm2 y el coeficiente de Poisson que vale = 0.3 CAPTULO I.. EL ACERO EN CONSTRUCCIN. 3 ENSAYO DE PLEGADO. Sirve para conocer si la ductibilidad del material es adecuada, se define como el ngulo para el que aparece la primera grieta al realizar el doblado sobre una probeta. t 6t ngulo que forman las dos partes rectas de la chapa Tenemos la medida cuando aparece la primera grieta; en cualquier parte de la zona de lectura. Este ensayo (UNE 7051) mide la utilidad, la capacidad de deformacin de la chapa; que el acero se pueda doblar sin sufrir agrietamiento. ENSAYO DE RESILIENCIA (UNE 7056) Sirve para medir la fragilidad del acero; la capacidad para partirse cuando se le aplica una carga. La fragilidad es una caracterstica contraria a la ductilidad, la capacidad para romperse sin apenas deformaciones. Fabricamos una probeta de acero en la que practicamos una entalladura de 2mm. A continuacin se le aplica en la seccin de entalladura una carga a travs de un pndulo y el trabajo realizado por dicho pndulo dividido por la seccin de la probeta expresa la resiliencia del acero. Cuanto ms frgil sea el acero, menos le costar atravesar la seccin. CAPTULO I.. EL ACERO EN CONSTRUCCIN. 4 ENSAYO DE FATIGA. Es la solicitacin de un acero a cargas de distinta intensidad (o signo) Son aceros que estn sometidos a cargas variables y la tensin de rotura por fatiga es inferior a la tensin de rotura por traccin esttica. Estos ensayos pueden ser traccin, de compresin, de flexin. Los tipos de carga que se aplicarn, podrn ser alternativos (cuando aplicamos desde a +); intermitentes (desde 0 a + o desde 0 a ); pulsatorio (-1 a 2 o +1 a +2 ) Cuando utilizamos uno de estos ensayos tendremos una curva tipo Whler. adm N Siempre son asintticas horizontalmente y ese valor es la admisible por fatiga. CLASES DE ACEROS. Segn la norma EA-95, se definen las clases de acero por su tipo y la calidad segn tabla 2.1.1 de dicha norma. R (Kg/cm2); es la tensin de rotura. GRADO TIPO b c d A37 A37b A37c A37d A42 A42b A42c A42d A52 A52b A52c A52d a utilizable en construcciones remachadas. b utilizable en construcciones remachadas o soldadas y es la ms habitual. c utilizable para construcciones con alta exigencia de soldabilidad. d utilizable para construcciones soldadas con exigencias especiales de resistencia. El comercial ms habitual es el A42b; la eleccin del acero depende segn las caractersticas del proyecto y las posibilidades de compra en cada momento. En partes secundarias podremos hacer uso de un acero de menor resistencia. CAPTULO I.. EL ACERO EN CONSTRUCCIN. 5 PRODUCTOS LAMINADOS. Para una estructura usamos aceros en una forma estandarizada; que nos ofrece el mercado y la ms adecuada en cada momento. Tenemos los productos laminados que recoge la norma espaola; vemos las caractersticas de cada uno. PERFILES IPN o doble T. Las uniones son redondeadas; tiene muy buena inercia respecto x y muy pequea respecto a y. Su uso es muy recomendable. PERFILES IPE. Sus lados son rectos. CAPTULO I.. EL ACERO EN CONSTRUCCIN. 6 PERFILES HE. Segn sea la seccin normal, ligera o pesada; se le denominar HEB, HEA o HEM. Es parecida a la anterior, pero de seccin cuadrada. PERFILES UPN. Son muy utilizados para formar perfiles compuestos. PERFILES L (angulares) Sirven como elemento de unin; las dimensiones son iguales. Los LD tiene los lados desiguales. CAPTULO I.. EL ACERO EN CONSTRUCCIN. 7PERFILES EN T. Pueden tener los lados iguales o no; L1 y L2 pueden ser iguales o no. Adems de esto tenemos las siguientes secciones. REDONDO. Macizo circular el dimetro vara de 6 a 50 mm CUADRADO. Seccin cuadrada maciza de lado a desde los 6 mm hasta los 50. CAPTULO I.. EL ACERO EN CONSTRUCCIN. 8 RECTANGULAR. Cuando tenemos una seccin rectangular a>500 mm, tendremos que la seccin ser fina, gruesa o media segn el espesor e. FINA....................e < 3 mm MEDIA................3 < e < 4.75 mm GRUESA..............e > 4.75 mm CONDICIONES DE SEGURIDAD. Se admite que la seguridad de una estructura es aceptable cuando mediante clculos, por los mtodos definidos en norma; y sometiendo la estructura a las acciones ponderadas establecidas en la combinacin que resulta ms desfavorable, se comprueba que la estructura, en su conjunto y cada uno de sus elementos son estticamente estables y que las tensiones calculadas no sobrepasan la correspondiente condicin de agotamiento. En cuanto a la estabilidad, si tenemos que existen nudos no rgidos (articulaciones); habr que disponer en la misma recuadros arriostrados por triangulaciones o por macizado con muro (este es, impedir que la estructura tenga movimiento horizontal) Se admite que la deformacin de una estructura es aceptable cuando; mediante clculos por los mtodos definidos en la norma y sometindola a las acciones caractersticas establecidas en la combinacin ms favorable, se comprueba que las deformaciones calculadas no sobrepasen en ningn momento los lmites de deformacin prescritos. En cuanto a los lmites de deformacin las flechas L son: -vigas puente gra.......................................................................................L/1000 -correas o viguetas de cubierta no visitable................................................L/250 -vigas de hasta 5 mts y viguetas que no soporten muros de fbrica...........L/300 -vigas de ms de 5 mts, que no soporten muros.........................................L/400 -vigas y cargaderos (cargas de muros de fbrica y pilares)........................L/250 -mnsulas y muros de fbrica .....................................................................L/300 -cualquier otro elemento.............................................................................L/500 CAPTULO I.. EL ACERO EN CONSTRUCCIN. 9 CLASIFICACIN DE LAS ACCIONES. -Acciones caractersticas; valor caracterstico de una accin es el que tiene la probabilidad de 0.05 (5%) de ser sobrepasado durante la ejecucin y vida til de la estructura o eventualmente en las pruebas de carga especificada. -Acciones ponderadas; una accin ponderada es el producto de una accin caracterstica por el coeficiente de ponderacin ( s ) que le corresponde en la combinacin de acciones en que se est considerando. A efectos de aplicacin de coeficiente de ponderacin; las acciones se clasifican en dos grupos. A) Acciones constantes: Actan o pueden estar durante largo perodo de tiempo o en todo momento, con valor fijo en posicin o magnitud. Se incluyen en este tipo el peso propio, las cargas permanentes, el peso y el empuje del terreno, las acciones trmicas y los asientos de las cimentaciones. B) Acciones variables: Se consideran las de uso o explotacin, las sobrecargas de ejecucin durante el perodo de montaje y construccin, las acciones del viento, la sobrecarga producida por la nieve y las acciones ssmicas. Los valores caractersticos de las acciones que pueden provocar impacto; se multiplicarn por los siguientes valores (esto es, por el efecto dinmico) -Acumulacin de personas a no ser que la norma contemple efecto dinmico...........................................................................................................1.5 -Ascensores, montacargas o gras elctricas..............................................1.25 -Gras accionadas a mano..........................................................................1.1 CAPTULO I.. EL ACERO EN CONSTRUCCIN. 10COEFICIENTES DE PONDERACIN. (TABLA 3.1.5. COEFI CI ENTES DE PONDERACI N) Coeficiente de ponderacin s si el efecto de la accin es: Hiptesis de la carga Clase de accin Desfavorable Favorable CASO I Acciones constantes 1.33 1.33 1.00 Ia (1) Sobrecargas 1.33 1.50 0.00 Viento 1.50 1.33 0.00 Acciones constantes 1.33 1.00 Ib Sobrecargas 1.50 0.00 Nieve 1.50 0.00 Acciones constantes 1.33 1.00 Ic Viento 1.50 0.00 Nieve 1.50 0.00 CASO II Acciones constantes 1.33 1.00 Sobrecargas 1.33 0.00 Viento 1.33 0.00 Nieve 1.33 0.00 CASO III Acciones constantes 1.00 1.00 Sobrecargas r(2) 0.00 Viento 0.25(3) 0.00 Nieve 0.50(4) 0.00 Acciones ssmicas 1.00 0.00 CASO I Acciones constantes y combinacin de dos acciones variables independientes. CASO II Acciones constantes y combinacin de tres acciones variables independientes. CASO III Acciones constantes y combinacin de acciones variables independientes, incluso las acciones ssmicas. (1) Para el efecto desfavorable se considerarn los valores de las dos columnas. (2) r es el coeficiente reductor para las sobrecargas, de valor: Azoteas, viviendas y hoteles (salvo locales de reunin): r = 0.50. Oficinas, comercios, calzadas y garajes: r = 0.60 Hospitales, crceles, edificios docentes, templos, edificios de reunin y espectculos y salas de reunin de hoteles: r = 0.80. Almacenes: r = 1. (Tabla 4.5 de la norma sismorresistente PDS1-74 Parte A) (3) Slo se considerar en construcciones en situacin topogrfica expuesta o muy expuesta (Norma Bsica NBE AE-88) CAPTULO I.. EL ACERO EN CONSTRUCCIN. 11(4) Slo se considerar en caso de lugares en los que la nieve permanece acumulada habitualmente ms de treinta das seguidos, en el caso contrario el coeficiente ser cero. CONDICIONES DE AGOTAMIENTO. Las relaciones de las tensiones normales y tangenciales; con las principales en un estado es el siguiente y II xy x x xy I y 2xy2y x y xI2 2 + + + = 2xyy x y xII2 2 + + = La norma como condicin de agotamiento para un estado plano de tensin, tendremos que la condicin de agotamiento ser la siguiente o agotamient u = 2xy y x2y2x u3 + + = Si en el Estado de Tensin Plano; tenemos las tensiones principales II I2II2I u + = Si tenemos un estado simple de traccin o compresin, tendremos u = y en un estado de cortadura simple ( 0y x= = ); tendremos que uuu576 . 03 == En un estado triple de tensin; tenemos CAPTULO I.. EL ACERO EN CONSTRUCCIN. 12( ) ( ) ( ) ( ) [ ]2yz2xz2xy2x z2z y2y x u621 + + + + + = y conociendo las tensiones principales tenemos que u es igual a ( ) ( ) ( ) [ ]2I III2III II2II I u21 + + = En los casos de flexin simple o compuesta, que tenemos una tensin normal y una tangencial tendremos 2xy2x u3 + = Esta ecuacin es muy habitual. CAPTULO II. MEDIOS DE UNIN. ROBLONES Y TORNILLOS. 1CAPTULO II. MEDIOS DE UNIN. REMACHES O ROBLONES. Un remache consiste en un vstago de dimetro d, provisto de una cabeza esfrica, que se introduce a travs de los taladros de las chapas a enlazar calentado al rojo cereza, estampndose otra cabeza en el extremo saliente. Al enfriarse contrae, comprimiendo las chapas unidas. Los roblones incluidos en la norma, son de tres clases; clase E que son los roblones de cabeza esfrica; se denomina ROBLN E l NBE EA-95 dimetro de la caa en mm l longitud de la caa en mm Los roblones de clase B; son los roblones de cabeza bombeada; se designan como ROBLN B l NBE EA-95 Los roblones de clase P; son los roblones de cabeza plana cuya nominacin se expresa ROBLN P l NBE EA-95 La referencia a la norma (NBE EA-95) puede suprimirse cuando sea innecesaria. Vemos las caractersticas de los roblones, en primer lugar da (dimetro del taladro de las chapas); ser igual al dimetro de la caa d+1. Los roblones al aplicarlos podrn unir dos chapas. Sin embargo, el agujero de la chapa es de da da = d+1 Los clculos, con los roblones; los hacemos con el dimetro da; ganndole milmetro al apretar dl sCAPTULO II. MEDIOS DE UNIN. ROBLONES Y TORNILLOS. 2 s espesor total de las chapas unidas. l longitud del vstago; igual a 1.33*d+s en milmetros. l = 1.33*d+s; si est remachado a mquina. l = 1.75*d+s; si est remachado a mano. d dimetro nominal del vstago en milmetros. t mnimo espesor de la chapa a unir (en centmetros) Como criterio para la eleccin de roblones, se toma: 2 . 0 5 = t d (cm) Los dimetros mas comnmente utilizados son 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 27, 30, 33, 36 milmetros. El tipo de acero para los roblones ACEROS TRACCIN R CORTANTE R ACEROS ROBLN (kg/mm2) (kg/mm2) ESTRUCTURA A-34 34-42 25-36 A-37/A-42 A-42 42-50 31-42 A-52 TORNILLOS. Consisten en un vstago de dimetro d; provisto de una cabeza de forma hexagonal; que se introduce en los taladros de la chapa a enlazar; teniendo en el extremo saliente del vstago una zona roscada, en la cual se colocan una arandela y una tuerca que al ir roscndose consigna el apriete de las chapas unidas. CLASES DE TORNILLOS. Segn EA-95; son de tres clases: -Clase T: tornillos ordinarios. -Clase TC: tornillos calibrados. -Clase TR: tornillos de alta resistencia. daCAPTULO II. MEDIOS DE UNIN. ROBLONES Y TORNILLOS. 3Los tornillos de clase T se designan TORNILLO T d l A4t NBE EA-95 d dimetro de la caa. l. longitud del vstago. A4t tipo de acero. NBE EA-95 Referencia a la norma. El tipo de acero y la referencia a la norma pueden suprimirse cuando sean innecesarias. Los tornillos de clase TC; se denominan TORNILLO TC d l A5t NBE EA-95 d dimetro de la espiga. l. longitud del vstago. En los tornillos ordinarios. Tendremos que da da = taladro = d+1 y para los tornillos calibrados; tendremos que da da = taladro = d Para el clculo a cortadura, tomaremos la seccin d. Para el clculo a traccin, tomaremos la seccin d1. Los tipos de tornillos, longitudes y aceros se facilitarn en tablas. CLCULO DE REMACHES Y TORNILLOS. El clculo tanto del material como de las uniones sern para: - cortadura. l d1sd d1 CAPTULO II. MEDIOS DE UNIN. ROBLONES Y TORNILLOS. 4- aplastamiento. - traccin y cortante. - flexin simple. De estas solicitaciones realizaremos el clculo de la unin. CLCULO A CORTADURA. Se produce de contacto entre chapas y se tomar la seccin resistente resultante del dimetro del vstago d. = d para T = d+1 para TC y TR Este esfuerzo se produce cuando, en el vstago; las chapas unidas tratan de deslizar una con respecto a la otra. Generalmente vamos a tener dos casos: De SIMPLE CORTADURA. y de DOBLE CORTADURA El espesor de las tres chapas a unir, es t1. No son aconsejables las uniones en simple cortadura, para evitar la aparicin de un momento N* t1; en la seccin del vstago; siempre que se pueda habr que adoptar la disposicin de doble cortadura. N* N* t1 t1/2 N*N*/2 N*/2 CAPTULO II. MEDIOS DE UNIN. ROBLONES Y TORNILLOS. 5La solicitacin de agotamiento de un remache o tornillo a cortadura, en la seccin del vstago definida por la posicin de contacto entre chapas. F m K NT = K es un coeficiente adimensional que vale 0.65 para tornillos ordinarios y 0.8 para tornillos calibrados y roblones. t es la resistencia de clculo y vale 2400 Kp/cm2 para el A4t (habitual en roblones y tornillos ordinarios) y 3000Kp/cm2 para el acero A5t el habitual de los tornillos calibrados. m se denomina al nmero de secciones transversales m = 1, para la simple cortadura. m = 2, para la doble cortadura. F ser la seccin resistente del vstago y ser igual a 4d2 Al producto u tK = se le llama tambin agotamiento a cortadura, para calcular el nmero de remaches o tornillos Nc, para absorber un esfuerzo N* a cortadura tendremos que t*u*cK F mNF mNN = = APLASTAMIENTO. Una unin entre chapas puede fallar si se aplastan las paredes de los taladros contra los vstagos de los tornillos o remaches, se admite que la seccin resistente de la chapa a aplastamiento es la proyeccin de la superficie lateral del taladro. Tenemos una rotura por aplastamiento que hace inservible la unin. N*Deformacin del taladro CAPTULO II. MEDIOS DE UNIN. ROBLONES Y TORNILLOS. 6La solicitacin de agotamiento de una chapa por aplastamiento contra el vstago de un robln o tornillo es t d K Na F = K es un coeficiente adimensional igual a 2 para remaches y tornillos calibrados; 1.6 para tornillos ordinarios y 3 para tornillos de alta resistencia. F es el lmite de fluencia del acero de la chapa, para el A-37 son 2400 Kp/cm2, para el A-42 son 2600 Kp/cm2 y para A-52 es 3600 Kp/cm2. da para tornillos calibrados y roblones es igual al dimetro del agujero y para tornillos ordinarios es igual al dimetro del vstago. t es el menor espesor de las chapas unidas Al producto L FK = , se le llama tensin de agotamiento por aplastamiento. Para conocer el nmero de remaches o tornillos a disponer en una unin para absorber un esfuerzo N* y no se produzca aplastamiento, tendremos F a*L a*1K d tNd tNn = = CLCULO DE LA SOLICITACIN A TRACCIN. Slo se admite en tornillo, no en roblones; la seccin ms solicitada es la correspondiente a la rosca, tenemos que N (solicitacin de un tornillos a traccin) r tF 8 . 0 N = t es la resistencia de clculo para A4t, que es igual a 2400 Kp/cm2 y para A5t ser igual a 3000 Kp/cm2. Fr ser la seccin resistente de la rosca y se facilitar en tablas (Ar) (Tablas 2.5.3.a T y 2.5.4.b TC) CLCULO A LA SOLICITACIN A TRACCIN Y A CORTANTE. Sobre el tornillo actan *TN y *QN . 1 Se realizar la comprobacin a traccin; segn el apartado anterior. 2 Se realizar la comprobacin de la tensin compuesta en el vstago, en el agotamiento de ambos esfuerzos. CAPTULO II. MEDIOS DE UNIN. ROBLONES Y TORNILLOS. 7t2*2*co3 + = ( )2tcmKp2400 t 4 A = ( )2tcmKp3000 t 5 A = * es la tensin ponderada originada por la fuerza de traccin = = d4dN2**vstago * es la tensin tangencial ponderada originada por el cortante Q* 4dQ2** = UNIN RESISTENTE A FLEXIN SIMPLE. Tendremos un flector y un cortante Respecto esto intentamos hallar una seccin resistente equivalente. PILAR QM* VIGAhsbc c1 *1*2CAPTULO II. MEDIOS DE UNIN. ROBLONES Y TORNILLOS. 8 21 11ccba2cc b2cc a = = bacc1= (1) Adems conocemos que h c c1 = + (2) A ssA= n m de columnas de tornillos = a msA ancho seccin rectangular (3) Con (1), (2) y (3); obtenemos c y c1. Tenemos que el momento de inercia de la seccin resistente equivalente es igual a 3c b3c aI313+= la tensin de traccin mxima en los tornillos es Ic M**1 = y la tensin de compresin mxima en la chapa Ic M1**2 = tambin deducimos que n AQ**= donde n es el nmero total de tornillos. Finalmente a) F*2 ; FLmite de fluencia del material de la chapa. b) t2*2*1 CO3 + = ; (resistencia clculo tornillo) a cc1bsssssCAPTULO II. MEDIOS DE UNIN. ROBLONES Y TORNILLOS. 9COMPROBACIN DEL MATERIAL EN LA UNIN. Deberemos comprobar la seccin para las secciones que reciben de las barras. Para el clculo se distinguen tres secciones. 1) Seccin bruta: Es cuando se excluyen los agujeros. 2) Seccin neta: Cuando se excluyen los agujeros eligiendo la lnea de mnima seccin quebrada u oblicua. 3) Seccin semineta: Cuando se excluyen los agujeros en la zona de traccin y no se excluyen en la de compresin. Se consideran en la zona de compresin. Para comprobar la seccin ms desfavorable, haremos las siguientes comprobaciones. En barra a traccin < n Fn*F ;FNseccin neta. En barra a compresin < F ;FNFseccin bruta. Cuando de una chapa estamos tirando a traccin tendremos que la seccin resistente es DISPOSICIONES CONSTRUCTIVAS DE TORNILLOS Y REMACHES. Segn la EA-95, en la figura 3.6.3.A tenemos para la disposicin constructiva las siguientes medidas y tolerancias. a del tornillo. t1 tornillo hasta el borde frontal. t2 tornillo hasta borde lateral. A continuacin observamos el grfico antes mencionado. S.neta S.bruta TRACCIN COMPRESIN CAPTULO II. MEDIOS DE UNIN. ROBLONES Y TORNILLOS. 10 a DISPOSICIONES LEGISLATIVAS. LEGISLACIN. Segn la norma; e (espesor de la chapa) mnimo, tendremos que para una distancia s entre centros de agujeros; los valores mnimos s; a 3 s para roblones a 5 . 3 s para tornillos Si conocemos el dimetro del tornillo o del robln, conocemos s El valor mximo a 8 s y e 15 s en todos los casos. Para piezas de traccin a 15 s y e 25 s . En caso de mas de dos filas paralelas de roblones o tornillos en la direccin del esfuerzo, la distancia s puede ser el doble del indicado. t2 t1 s s s t1t2 t2 st1 t1s s st2 t2 sCAPTULO II. MEDIOS DE UNIN. ROBLONES Y TORNILLOS. 11Las distancias entre centros de agujeros y bordes de las chapas; los valores mnimos al borde frontal t1 a 2 y al borde lateral t2 a 5 . 1 .valor mximo a cualquier borde a 3 t o e 6 t . Se recomienda aplicar, para la eleccin del de los tornillos 2 . 0 e 5 d e (cm) d (cm) La suma de los espesores de las piezas unidas ser menor o igual que d 5 . 4 para roblones o tornillos ordinarios; siendo d el dimetro del tornillo o robln para tornillos calibrados, la suma de espesores de las piezas unidas ser menor o igual que d 5 . 6 ; no hay limitacin para tornillos de alta resistencia. Como recomendaciones para la disposicin; se recomienda no disponer mas de cinco tornillos o remaches en una fila y tambin todas las uniones de fuerza llevarn un mnimo de dos remaches o tornillos. TORNILLOS DE ALTA RESISTENCIA. La resistencia de las uniones en las que se emplean tornillos de alta resistencia, se debe al aprovechamiento de las fuerzas de rozamiento desarrolladas al apretar fuertemente los diversos tornillos. Estas contrarrestan la accin de las fuerzas exteriores, que tienden a separar las piezas. En el remachado se produce una distribucin de tensiones mas irregular a lo largo de la seccin, mientras que en las uniones de tornillos de alta resistencia, esta distribucin es mucho mas uniforme sin presentar en las proximidades del agujero elevados puntos de tensin. La fuerza de apretadura origina en la espiga del tornillo; un esfuerzo de traccin muy elevado, el cual comprime las piezas a unir dando lugar a esfuerzos de deslizamiento que se oponen al resbalamiento de ambas superficies. La magnitud de las fuerzas que se pueden transmitir dependen fundamentalmente de 1) La intensidad de la fuerza de traccin en el cuerpo del tornillo. 2) El coeficiente de rozamiento que se haya conseguido. CAPTULO II. MEDIOS DE UNIN. ROBLONES Y TORNILLOS. 12Es de destacar que en este tipo de uniones, si estn bien realizadas; los tornillos no trabajan a cortadura y por consiguiente no es preciso calcularlas para estas solicitaciones. Si realizamos la distribucin de tensiones para tornillos y remaches. TORNILLOS DE ALTA RESISTENCIA. Se designan como TR d l (tipo de acero) (ref. norma) donde, como siempre, tenemos que d es el dimetro de la caa y l la longitud del vstago. Los TAR llevarn en la cabezas, marcadas en relieve, las letras TR y la sigla correspondiente al tipo de acero empleado en su fabricacin. Fuerzas de rozamiento N N NpNpNpNpRemaches Tornillos Alta ResistenciaCAPTULO II. MEDIOS DE UNIN. ROBLONES Y TORNILLOS. 13Tambin estn tabuladas las longitudes de apretadura de los TAR en la tabla 2.5.7.c de la EA-95. FUERZA DE APRETADURA DE UN TORNILLO DE ALTA RESISTENCIA. Los TAR debern apretarse hasta conseguir en su espiga una tensin bajo la accin simultnea de la traccin y de MT; al que est sometido a un 80% de su lmite de fluencia. El MT a aplicar ser igual a 0 aN d K M = 18 . 0 K (AE-95) KSu valor est comprendido entre 0.15 y 0.19. ddimetro nominal del tornillo. Noaxil de pretensado en el tornillo (Np) Estos valores, desde el momento de apretadura, tambin estn tabulados. Es conveniente decapar la superficie al chorro de arena y con soplete; y no pintndolas para aumentar el coeficiente de rozamiento. Para los distintos aceros tenemos los siguientes coeficientes. A-37 45 . 0 = A-42 52 . 0 = A-52 60 . 0 = En el caso de que no apliquemos esto tenemos que 30 . 0 = CLCULOS DE TORNILLOS DE ALTA RESISTENCIA. No es necesario calcularlo a cortadura y al apretar la tuerca se produce sobre el tornillo un esfuerzo de traccin segn su eje longitudinal y tensiones tangenciales originadas por un par de apriete. d KMNa0= Tendremos, por tanto, que el esfuerzo de agotamiento a deslizamiento por tornillo s 0 un N 07 . 1 T = CAPTULO II. MEDIOS DE UNIN. ROBLONES Y TORNILLOS. 14 07 . 1 coef. experimental AE-95 ns n de caras en contacto entre chapas. nF seccin total tornillos. FLmite de fluencia del acero. nT Esfuerzo de agotamiento a deslizamiento por tornillo. Tambin existen tablas que relacionan No y Tu para cada tipo de tornillo y una cara de deslizamiento. COMPROBACIN DE SOLICITACIONES A TRACCIN. Si cada tornillo est sometido a una fuerza ponderada de traccin N*; segn su eje, el rozamiento que origina cada tornillo ser un coeficiente de rozamiento que multiplica a (No-N*) ( )*0N N Qu comprobacin realizamos? La resistencia al resbalamiento ser ( )s*0n N N 07 . 1 Si por tanto tenemos una unin con TAR, que tiene una traccin normal y una traccin axial, tendremos que comprobar A)Esfuerzo normal al eje ( )s*0 un N N 07 . 1 T = B)Esfuerzo axil al ejen n 0 uF 8 . 0 N N = = nF Seccin total TAR. FLmite de fluencia del acero. N* N* N0N0CAPTULO II. MEDIOS DE UNIN. ROBLONES Y TORNILLOS. 15SOLICITACIONES A FLEXIN SIMPLE. En este caso la unin est solicitada por un esfuerzo cortante Q* que se reparte normalmente a los ejes de los tornillos. Y un momento flector N* que provoca solicitaciones de traccin y compresin, segn los ejes de los tornillos. 1.-MOMENTO DE INERCIA DE LOS TORNILLOS. 2mn1 mmd F I == I = Momento de inercia en cm4. Fm = Seccin de un tornillo en cm2. dm = Distancia de cada tornillo al eje. n = n de tornillos. 2.-TENSIN NORMAL DEBIDA A LA FLEXIN. Tenemos que n mx nmx**mxF FId MP = = donde *mxP es para cada tornillo y es la fuerza de traccin sobre el ncleo (Kg) M* = Momento flector ( ) cm Kg dmx = Distancia mxima de los tornillos al eje (cm) Fn = Seccin total de los tornillos. M* Es el peor tornillodm Eje de simetra de la seccinmaxQ*CAPTULO II. MEDIOS DE UNIN. ROBLONES Y TORNILLOS. 16 3.-DESLIZAMIENTO. nQT**= T* = Cortante por tornillo (Kg) Q* = Esfuerzo cortante aplicado (Kg) n = n de tornillos. COMPROBACIONES QUE HAY QUE REALIZAR. 1.- COMPROBACIN DEL ESFUERZO A TRACCIN. El momento flector ha de ser tal que la traccin que resulte en cualquier tornillo no supere el valor de Nu, siendo este n F 0 uF 8 . 0 N N = = Siendo N0 la fuerza de traccin del tornillo Fn = Seccin total de los tornillos F = Lmite de fluencia del acero. Por lo que se ha de cumplir que u*mxN P < Siendo *mxP lo que aplicamos y uN lo que aguanta. 2.-COMPROBACIN DEL ESFUERZO DE DESLIZAMIENTO. La fuerza de agotamiento en direccin normal al eje del tornillo por cara de deslizamiento y por tornillo ha de ser inferior a Tu, siendo este =0 uN 07 . 1 T Tu = Es la mxima tensin que aguanta el tornillo. N0 = Es la fuerza de traccin del tornillo. = Coeficiente de rozamiento. Por lo tanto tendremos que se ha de cumplir que T* < TuAplicamos Que aguantaCAPTULO II. MEDIOS DE UNIN. ROBLONES Y TORNILLOS. 17SOLICITACIONES A FLEXIN COMPUESTA. Sobre la unin acta un momento flector M*, un esfuerzo cortante Q* y un esfuerzo axil N* paralelo al eje de los tornillos. 1.-MOMENTO DE INERCIA DE LOS TORNILLOS. 2mn1 mmd F I == I = Momento de inercia de los tornillos. Fm = Seccin de un tornillo (cm2) dm = Distancia de cada tornillo al eje. n = n de tornillos. 2. TRACCIN-COMPRESIN. *n*nmx** *mx*N F N FId MN P P + = + = + = *mxP = Fuerza de traccin en el tornillo. M* = Momento flector aplicado. dmx = Distancia mxima de los tornillos al eje. Fn = Seccin total de los tornillos. N* = Fuerza de traccin aplicada. n = n de tornillos De las tensiones tomamos la peor posible para estar del lado de la seguridad. El tornillo que est peor, segn el dibujo, es el que est a mayor distancia. M*Q* +N*CAPTULO II. MEDIOS DE UNIN. ROBLONES Y TORNILLOS. 18Id Mmx*= 3.-DESLIZAMIENTO. Es igual que el caso anterior nQT**= T* = Cortante por tornillo (Kg) Q* = Esfuerzo cortante aplicado (Kg) N = n de tornillos. COMPROBACIONES QUE HAY QUE REALIZAR. 1.-COMPROBACIN DEL ESFUERZO A TRACCIN. La traccin sobre cualquier tornillo, debida a al combinacin del esfuerzo axial y del momento flector, no debe exceder la magnitud Nu siendo esta n F 0 uF 8 . 0 N N = = N0 = Fuerza de traccin de los tornillos. Fn = Seccin total de los tornillos F = Lmite de fluencia del acero. Se tendr que cumplir: u*N P < 2.-COMPROBACIN DEL ESFUERZO POR DESLIZAMIENTO. La fuerza admisible por tornillo, en direccin normal al eje ha de ser superior a Tu, siendo este ( )s*0 un N N 07 . 1 T = Si estamos aplicando T* para cada tornillo y lo mximo que aguanta es Tu, tendremos que se ha de cumplir u*T T < N0 = Fuerza de atraccin sobre el tornillo. N* = Fuerza de atraccin aplicada. = coeficiente de rozamiento. ns = n de superficies en contacto. CAPTULO II. MEDIOS DE UNIN. ROBLONES Y TORNILLOS. 193.-COMPROBACIN DE SECCIONES. Debemos distinguir: a) Secciones comprimidas, que ser la superficie de la seccin sin descuento de agujeros, es decir, la seccin bruta. b) Secciones traccionadas, la parte de la barra o chapa del elemento que estamos uniendo, situada anteriormente la seccin y en contacto con aquella otra a la que se une, desarrolla por compresin de los tornillos de alta resistencia una fuerza bruta T que contrarresta en las secciones debilitadas por agujeros, la fuerza realmente existente. Esta fuerza T se admite igual al 40% de la fuerza que transmite la barra, multiplicada por la relacin entre el nmero de tornillos de la seccin considerada y el total de la unin. En la zona aFP**= ; donde F es la seccin bruta. En la seccin 1 ( )n**F724 . 0 1 P = ; donde Fn es la seccin neta. n**FP886 . 0 = P*P*Zona a Zona b 1 2 3CAPTULO II. MEDIOS DE UNIN. ROBLONES Y TORNILLOS. 20En la seccin 2n**F734 . 0721 P = n**FP 543 . 0 = En la seccin3n**F724 . 073721 P = n**FP172 . 0 = Los tornillos de alta resistencia consiguen con su apriete favorecer a los tornillos ms desfavorables. CAPTULO II. MEDIOS DE UNIN. UNIONES SOLDADAS 1CAPTULO II. MEDIOS DE UNIN. UNIONES SOLDADAS. Soldadura: Es unir dos metales de idntica o parecida composicin por la accin del calor, directamente o mediante la aportacin de otro metal tambin de idntica o parecida composicin. Durante el proceso hay que proteger al material fundido contra los gases nocivos de la atmsfera, principalmente contra el oxgeno y el nitrgeno. PROCEDIMIENTOS DE SOLDADURA. La norma EA-95 autoriza para uniones de fuerza en estructuras de edificacin los siguientes procedimientos: 1.-Soldeo elctrico manual; por arco descubierto con electrodo fusible revestido. 2.-Soldeo elctrico semiautomtico o automtico; por arco en atmsfera gaseosa con alambre electrodo fusible. 3.-Soldeo elctrico automtico; por arco sumergido con alambre electrodo fusible desnudo. 4.-Soldeo elctrico por resistencia. Otros procedimientos no mencionados requerirn norma especial. Soldadura por fusin: La accin del calor origina la fusin localizada de las piezas y estas se unen sin o con la aportacin de otro material. Soldadura por presin: Las piezas se calientan hasta hacerse plsticas y luego se unen mediante una presin mecnica. Soldadura por arco: Es el procedimiento ms importante y casi exclusivamente utilizado para las estructuras metlicas. Las piezas se unen al provocarse un arco elctrico entre ellas y un electrodo revestido que constituye el metal de aportacin. El electrodo est sujeto a una pinza que sujeta al soldador, es el polo negativo, y el positivo son las piezas que se quieren unir; una buena soldadura depende de los siguientes factores: 1.-Dimetro del electrodo. 2.-Distancia del electrodo a las piezas para unir (tamao del arco) 3.-Velocidad de avance del electrodo (habilidad del soldador) 4.-Temperatura en el proceso; de 3000 a 4000 C. CAPTULO II. MEDIOS DE UNIN. UNIONES SOLDADAS 2 El gas producido por el revestimiento; protege al material en la parte exterior del cordn queda una capa externa de escoria; el gas hace que la escoria se pueda retirar fcilmente. Se crea un arco elctrico; que hace que el material vaya saltando y se crea el cordn de soldadura. Soldadura automtica: El electrodo es continuo y desnudo; avanzando sumergido, de manera automtica, en un polvo de proteccin; su principal cualidad es su uniformidad para cordones largos. Soldadura semiautomtica: MATERIALES DE APORTACIN. Electrodo desnudo: Est constituido simplemente por una varilla metlica. El material fundido no se encuentra defendido contra los gases nocivos de la atmsfera interrumpiendo el arco con frecuencia. Se emplea para soldaduras de baja calidad. Electrodos revestidos: Estn constituidos por una varilla metlica recubierta por un fundente adecuado. El revestimiento se funde con el arco dando origen a gases que protegen, de los gases de la atmsfera, al metal de aportacin. Tambin permite que las escorias se puedan separar fcilmente despus de la soldadura. Los principales revestimientos son de tipo bsico, celulsico, oxidante y cido. Electrodos con alma: Estn constituidos por una varilla metlica hueca rellena por un fundente adecuado. El revestimiento se funde con el arco dando origen a gases que protegen de los gases de la atmsfera al metal de aportacin. CAPTULO II. MEDIOS DE UNIN. UNIONES SOLDADAS 3 RELACIN ESPESOR-DIMETRO-INTENSIDAD. Espesor chapas (mm) Dimetro electrodos (mm) Intensidad corriente (A) 2-4 2.5-3 60-100 4-6 3-4 100-150 6-10 4-5 150-200 >10 6-8 200-400 DISPOSICIONES DE LA SOLDADURA. Segn la EA-95; para los procedimientos 1, 2 y 3 las dos disposiciones fundamentales son: 1.-Soldaduras a tope con elementos en prolongacin, en T o en L. 2.-Soldaduras de ngulo, en rincn, en solape, en esquina o en ranura. En el procedimiento 4 las disposiciones fundamentales son: 1.-Soldadura a tope con elementos en prolongacin en T o en L. 2.-Soldadura por punto. SOLDADURA A TOPE. Consiste en unir las chapas situadas en el mismo plano para chapas superiores a 6 mm o para soldar por ambos lados, hay que preparar los bordes. El objetivo de esta soldadura es conseguir una penetracin completa y que constituya una transicin lo ms perfecta posible entre los elementos soldados. A tope en prolongacin diam.2 3 En U En doble UEn prolongacinCAPTULO II. MEDIOS DE UNIN. UNIONES SOLDADAS 4 SOLDADURA EN NGULO. Consiste en unir dos chapas situadas en distinto plano bien ortogonales o superpuestas; los tipos de cordones con relacin a su posicin respecto a la fuerza que van a soportar es la siguiente: 1.-Cordn de ngulo; chapas ortogonales. 2.-Cordn frontal, su direccin es normal a la fuerza. Soldaduras a tope en LEn TCAPTULO II. MEDIOS DE UNIN. UNIONES SOLDADAS 5 3.-Cordn lateral; su direccin es paralela a la fuerza. 4.-Cordn oblicuo; su direccin en oblicua a la fuerza La soldadura de ngulo nos la podemos encontrar en rincn, en solape, en esquina y por puntos. CLASIFICACIN DEL CORDN DE SOLDADURA SEGN LA POSICIN. En rincn En solape En esquina Por puntos(1)(2)(3)(4)(5) (6)CAPTULO II. MEDIOS DE UNIN. UNIONES SOLDADAS 6(1)Cordn plano: Su superficie es horizontal y el material de aportacin se vierte desde arriba. (2)Cordn en ngulo horizontal: Une un plano horizontal con otro vertical y su direccin es horizontal. (3)Cordn horizontal: Se sita en un plano vertical y su direccin es horizontal. (4)Cordn vertical: Su direccin es vertical. (5)Cordn de techo en ngulo: En un plano horizontal pero por su cara inferior. (6)Cordn de techo a tope: Se sita en un plano horizontal; pero por su cara inferior igualmente. DEFORMACIONES Y TENSIONES INTERNAS. Durante los procesos de soldadura, existen grandes desprendimientos de calor, que dan lugar a dilataciones de la pieza y a las posteriores contracciones durante el perodo de enfriamiento, impedida por el resto del material base, lo cual origina la aparicin de tensiones internas y deformaciones en las piezas, estas tensiones de traccin son proporcionales a la longitud de soldadura. El estado de tensiones es triaxial; pero lo ms importante son las tensiones longitudinales. Las tensiones triaxiales pueden originar roturas sin deformacin, por ello se deben evitar los cruces de tres cordones. DEFECTOS DE LA SOLDADURA. Debido a mltiples causas pueden aparecer defectos en la soldadura, que si son importantes pueden comprometer seriamente la estabilidad de la estructura de la que forman parte, por ello es necesario someter a las soldaduras a una inspeccin tanto ms intensa cuanto ms importante es la estructura, que garantice la bondad y correcta (1)(2)(3)CAPTULO II. MEDIOS DE UNIN. UNIONES SOLDADAS 7ejecucin de las mismas. Esta inspeccin forma parte del control general de la obra y tanto el proyectista, como el director de obra deben prestar la mxima atencin. CAUSAS DE LOS DEFECTOS. 1.-Del proyecto: -Posicin inadecuada. -Mala accesibilidad. No se considerarn las de rincn con un ngulo menor de 60. A efectos de clculo no vale. -Concentracin de cordones. -Dimensionamiento incorrecto. 2.-De los materiales. -Mala soldabilidad (exceso de C, Mn, Ph, S) -Defectos. -Humedad en electrodos bsicos. 3.-Efectos del proceso de soldeo. -Voltaje. -Intensidad. -tambin puede ser de proceso no adecuado; electrodo sin recubrimiento. -Preparacin de bordes incorrectamente ejecutada. 4.-Efectos de la ejecucin. -Soldadores no homologados. -Malas condiciones climticas (lluvia, viento, fro) -Falta de limpieza en la zona a soldar. -Exceso de prisa (muy habitual) -Falta de control. TIPOS DE DEFECTOS EN LA SOLDADURA. Los clasificamos en dos grupos: DEFECTOS INTERNOS. -Falta de penetracin: Esto ocurre cuando el chafln de la soldadura no est totalmente lleno o cuando la unin entre el metal base y el metal de aportacin no es perfecta en algn punto. CAPTULO II. MEDIOS DE UNIN. UNIONES SOLDADAS 8 En la radiografa se acusa como una lnea negra y continua. -Grietas: Consisten en fracturas en el material de aportacin; o en el metal base; pueden ser transversales o longitudinales; es un defecto muy grave. En las radiografas se acusan como lneas finas oscuras de forma variada. -Inclusiones, escoria y otros cuerpos englobados en la soldadura: Estas inclusiones suelen ser aisladas o alineadas y quedan por falta de limpieza al terminar la pasada. En las radiografas se acusan como sombras oscuras de contornos irregulares y poco claros. -Poros u oclusiones gaseosas: Son cavidades debidas a inclusiones gaseosas procedentes, generalmente de humedad en el material base o electrodo. En las radiografas se acusan como sombras negras de contorno circular. -Falta de fusin: Es la falta de unin entre el metal de aportacin y el metal base. No hay cristales comunes. Un caso particular es el desbordamiento; es un defecto bastante grave. En las radiografas se acusan como lneas oscuras y delgadas. Son los internos, los mas peligrosos, porque son los ms difciles de ver. DEFECTOS SUPERFICIALES. -Mordeduras: Es un rebaje o canal en el metal base que est contiguo al cordn de soldadura. Este defecto es muy habitual y es producido por un incorrecto manejo del electrodo. En la radiografa se acusa como una sombra oscura de contorno difuso en los bordes de la soldadura. -Picaduras: Es un rebaje o canal en el cordn de la soldadura, se produce por un incorrecto manejo del electrodo. En las radiografas se acusa como una sombra oscura de contorno difuso. -Desbordamientos: Parte del material de aportacin desborda el cordn, quedando fuera y sin fusionar con el material base. Son defectos longitudinales, no puntuales. CAPTULO II. MEDIOS DE UNIN. UNIONES SOLDADAS 9 MTODOS PARA EL CONTROL DE LA SOLDADURA. Tenemos un primer grupo de ensayos destructivos. Los ensayos destructivos slo se utilizan para probar procesos de soldadura; para homologar soldadores o para el ensayo de soldaduras. Se realizan sobre placas de prueba cortadas, de uniones realizadas, para proporcionar probetas de ensayo. Consisten bsicamente en ensayos de traccin, plegado y resiliencia. Los ms habituales son los de traccin; aplicamos la probeta en la mquina y vemos cuanto resiste. ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS. 1.-Inspeccin visual: Sirven, mediante una lupa, para detectar defectos superficiales. 2.-Partculas magnticas: Consiste en recubrir la zona de soldadura a inspeccionar con una suspensin de polvo fino, de partculas sensibles al magnetismo y se somete al influjo de un campo magntico. Cualquier impureza o defecto superficial o prximo a la superficie interrumpe las lneas de fuerza magntica, forzando a las partculas a agruparse en la zona defectuosa. 3.-Lquidos penetrantes: Es un sistema para determinar defectos superficiales y es de bastante aplicacin, por su economa. Es muy importante que lo haga un operario experimentado. Sobre la superficie de la soldadura bien limpia y seca, se aplica una capa de lquido de muy baja viscosidad; la cual se introduce en todos los defectos superficiales, se vuelve a limpiar la soldadura eliminando el lquido sobrante y se aplica a la superficie un lquido absorbente o revelador, acusndose de esta manera el fallo. MordeduraPicaduraDesbordamientoCAPTULO II. MEDIOS DE UNIN. UNIONES SOLDADAS 104.-Radiografas: Se utilizan radiografas de pequea longitud de onda rayos x o , que despus de atravesar una soldadura impresiona una pelcula fotogrfica; los defectos se acusan mediante manchas oscuras, es un mtodo muy utilizado, aunque de ms elevado costo que el anterior. Este sistema detecta defectos superficiales e internos. 5.-Ultrasonidos: Se utilizan las vibraciones de alta frecuencia de 0.5 a 5 Megaciclos, que mediante un palpador son forzadas a atravesar la zona a examinar; la seal puede ser recogida por otro palpador en la cara opuesta o bien por el primer palpador que recoge el eco, producido por la cara opuesta y por los posibles defectos. La seal recogida es convertida electrnicamente en ondas. CLCULO EN LAS UNIONES SOLDADAS. 1.-Uniones con soldadura a tope: La soldadura a tope no debe producir discontinuidad en la seccin y su sobre-espesor no ser mayor que el 10% del espesor de la chapa ms delgada; si las chapas son de distinta seccin, la de mayor seccin se adelgazar en la zona de contacto con pendientes no mayores que el 25% para obtener una transicin suave de seccin. La norma EA-95 dice que una soldadura a tope que una totalmente dos piezas realizadas con las condiciones recogidas en la norma y cuyo espesor no sea menor que el espesor de la pieza mas delgada, no requiere clculo. 2.-Uniones con soldadura de ngulo: Definiciones. Garganta de un cordn en ngulo (a): Es la altura del tringulo issceles que puede inscribirse dentro de la seccin recta del cordn de la soldadura. Sobre elevacin25% (pte. rebaje) aCAPTULO II. MEDIOS DE UNIN. UNIONES SOLDADAS 11Longitud eficaz de un cordn en ngulo (L): Es la longitud total del cordn descontados los crteres de los extremos. Se toma convencionalmente la longitud de esos crteres igual a a; por lo tanto la longitud sera a L 2 . Si se adoptan precauciones para impedir la formacin de crteres, no se efecta esta deduccin. Seccin de garganta: Es la seccin del cordn determinada por el plano bisector del ngulo diedro que lo contiene. rea de seccin de garganta: Es la obtenida multiplicando la garganta del cordn por su longitud eficaz a L En cuanto a las fuerzas de solicitacin, la fuerza que debe resistir cada cordn se supone uniformemente repartida sobre la seccin L a TIPOLOGA DE LAS UNIONES SOLDADAS EN NGULO. 1.-Uniones soldadas planas: Son aquellas en la que los diferentes cordones estn contenidos en el mismo plano o las que permite abatir todas las secciones de garganta sobre un mismo plano. 2.-Uniones soldadas espaciales: Aquellas en la que no es posible abatir sobre un mismo plano todas las secciones de garganta de los distintos cordones que las componen. 3.-Uniones mixtas: Aquellas uniones constituidas por soldaduras de ngulo y soldaduras a tope. planoCAPTULO II. MEDIOS DE UNIN. UNIONES SOLDADAS 12 TENSIONES A CONSIDERAR EN UNA SOLDADURA DE NGULO. Tenemos el cordn de soldadura y dijimos que el plano de garganta era el que defina el bisector del tringulo issceles. Dentro de ese plano definimos ; n y a = Tensin normal al plano de garganta. n = Tensin tangencial normal a la arista. a = Tensin tangencial paralela a la arista. Si nos referimos a los planos que componen la soldadura. aLa n n a CAPTULO II. MEDIOS DE UNIN. UNIONES SOLDADAS 13 n: Es la tensin normal que acta en el plano de cada una de las caras de soldadura. tn: Tensin tangencial normal a la arista y contenida en el plano de cada una de las caras de la soldadura. ta: Tensin tangencial paralela a la arista; contenida en el plano de una de las rectas de soldadura. De esta manera definimos las tensiones que mas nos interesan. Nos dice la norma que la CONDICIN DE SEGURIDAD es: ( ) u a n o + + =2 * 2 * 2 *8 . 1 Establecemos 0 (tensin normal de comparacin) que ha de ser igual a u (resistencia de clculo del acero); si queremos seguir la norma. CLCULO DE LAS UNIONES PLANAS. ta tn nCORDONES FRONTALES CORDONES LATERALES CORDONES OBLICUOS N* N* N* N* N* N* CAPTULO II. MEDIOS DE UNIN. UNIONES SOLDADAS 141.-UNIN SLO CON CORDONES LATERALES. u coL aN =75 . 0* 0*= ; 0 =n ; L aNa=2** Hemos descubierto las tensiones en el plano, en funcin de las fuerzas que haya en el plano. Recordando que: ( )2 * 2 * 2 *8 . 1 a n co + + = Sustituyendo: 8 . 1 8 . 1* 2 * = = a a co Por lo tanto tenemos que: 8 . 12* =L aNco u coL aN =75 . 0* L a Los productos de L a , de todas las soldaduras que existan en la unin. n0 2*N2*N(sale del plano)CAPTULO II. MEDIOS DE UNIN. UNIONES SOLDADAS 152.-UNIN SLO CON CORDONES FRONTALES. L aNn = =221** * 0*=a ( )2 * 2 * 2 * 2 * 2 *8 . 1 8 . 1 n a n co + = + + = En este caso, tendremos que su valor ha de ser: u coL aN =85 . 0* 3.-UNIN SLO CON CORDONES OBLICUOS. Cuando son fuerzas de traccin, siempre hay que colocar dos chapas para evitar el momento, es decir: En esta unin: u coL a K N =* ; 2cos 4 . 0 4 . 11 += K 4.-UNIN CON CORDONES FRONTALES Y LATERALES COMBINADOS. A) h L 5 . 12 h L 5 . 12 u coL aN =75 . 0* n 2*N2*N2*NN*Por el momento no se va a caer, pero hay que evitarlo. TIPO 3L1 L2 L2 hSe calcula como unin, slo con cordones laterales. CAPTULO II. MEDIOS DE UNIN. UNIONES SOLDADAS 16B) h L h 5 . 1 5 . 02 2222 L LL += a)No existe el cordn TIPO 3. *1 *2*N K N Nmx + = = iu i iL a N 2 2*275 . 0 ua L N =1 1*1 22 11senK += b)Existe el cordn TIPO 3. *3*2*31N N Nmx + = = iu i iL a N 2 2*275 . 0 ua L K N =3 3*3 2cos 4 . 0 4 . 11 += K c) h L < 5 . 02 Se calcula como en el caso B)b), ( h L h 5 . 1 5 . 02 y existe el cordn TIPO 3; se aplican las mismas frmulas que en b)) h L1 2L2LCAPTULO II. MEDIOS DE UNIN. UNIONES SOLDADAS 17SOLICITACIONES A FLEXIN SIMPLE. eeCAPTULO II. MEDIOS DE UNIN. UNIONES SOLDADAS 18CASOS EN LA FLEXIN SIMPLE. 1.-SLO SOLDADURAS FRONTALES LONGITUDINALES. ( ) u a n co + + =2 * 2 * 2 *8 . 1 n comparaci co a)Caso general. 2*2 * *23L a e Pn = = ; 0*=a b) e>>L u coL a e P =2*55 . 3 2.-SLO SOLDADURAS FRONTALES TRANSVERSALES. a)Caso general. We Pn = =*21 ; 0 =a u coWe PWe P =* *18 . 1 4 . 1 =yIW Mdulo resistente de las soldaduras. b) t>>a u coa t L e P *18 . 1 3.-SOLDADURAS FRONTALES LONGITUDINALES Y TRANSVERSALES. -TIPO 1: u coW e PW e P =* *18 . 1 4 . 1 -TIPO 2: u coW e Pa h a h + *1 12 218 . 1 -TIPO 3: u coa LPa h LW e P ++ =23 3*21 13 *28 . 1 4 . 1 CAPTULO II. MEDIOS DE UNIN. UNIONES SOLDADAS 19FLEXIN Y ESFUERZO CORTANTE COMBINADO. inciso 02 = + = d A I I 3 121L a I I = = A)FLEXIN Y ESFUERZO CORTANTE COMBINADO. ( ) u coa h eL a P ++ =2222 2*8 . 135 . 0 B)UNIN CON SLO CORDONES FRONTALES. ( ) u coL aPL a a L e P + + =75 . 0121 1*1 1 1 1* LaL1 L eP*2LL1 L eP*2LCAPTULO II. MEDIOS DE UNIN. UNIONES SOLDADAS 20C)UNIN CON 2 CORDONES LATERALES Y UN CORDN FRONTAL ( ) h L h < < 2 5 . 02 ( ) e P Ma h a L M a L Mu = + = =* *2 2 2 2121 175 . 014 . 0 M* se descompone proporcionalmente a M1 y M2. Soldadura 1: Se calcula slo a flexin. Soldadura 2: Se calcula a flexin y cortante combinado (slo soldaduras laterales) PRESCRIPCIONES DE LA EA-95 PARA LA EJECUCIN DE SOLDADURA. UNIONES CON SOLDADURA A TOPE. En una soldadura a tope de chapas de distinta seccin, la de mayo seccin se adelgazar en la zona de contacto, con pendientes no mayores que el 25 por 100, para obtener una transicin suave de seccin. La soldadura a tope no debe producir discontinuidad en la seccin, y su sobreespesor s no ser mayor que el 10 por 100 del espesor e de la chapa ms delgada. L2eP*h b L1 CAPTULO II. MEDIOS DE UNIN. UNIONES SOLDADAS 21 UNIONES CON SOLDADURA DE NGULO. Las prescripciones dimensionales para las soldaduras de ngulo se recogen en la Parte 5 de la EA-95. Se recomienda que la garganta de la soldadura no se mayor que la exigida por el clculo, respetando el mnimo establecido. En general, se preferiran las soldaduras planas o cncavas a las convexas. Cuando se empleen procedimientos de soldadura para los que resulte garantizada una penetracin e, que rebase el punto de la raz terica, por ejemplo, mediante procedimientos automticos o semiautomticos de soldeo bajo polvo o en atmsfera inerte, puede tomarse para la garganta de soldadura el valor: 2 mnea a + = determinndose emn mediante ensayos para cada procedimiento de soldeo (figura 3.7.3.A). En un perfil o chapa traccionados no es recomendable disponer una soldadura de ngulo perpendicular a la direccin del esfuerzo. Si se dispone una soldadura frontal en el extremo de una plata banda traccionada (figura 3.7.3.B), se biselar este extremo cuando la platabanda est sometida a variaciones de tensin importantes (vigas de rodadura de puentes gra, por ejemplo). La soldadura frontal debe ser triangular de lados desiguales asegurando una transicin suave de la seccin. Se recomienda que las chapas que vayan a unirse mediante soldaduras de ngulo en sus bordes longitudinales, a otra chapa, o a un perfil, para construir una barra compuesta, no tengan un ancho mayor que treinta veces su espesor (figura 3.7.3.C). Cuando por alguna circunstancia especial no pueda cumplirse la condicin anterior, pueden utilizarse soldaduras de ranura en las chapas que forman parte de una pieza comprimida, para asegurar la pieza contra el pandeo local. Las soldaduras de ranura se utilizarn slo en las condiciones previstas en la Parte 5. CAPTULO II. MEDIOS DE UNIN. UNIONES SOLDADAS 22Las uniones que tienen soldaduras de ngulo se clasifican, para su comprobacin, en tres clases: -Uniones planas, constituidas nicamente por soldaduras de ngulo cuyas aristas estn en un solo plano (figura 3.7.3.D). -Uniones espaciales, constituidas nicamente por soldaduras de ngulo cuyas aristas no estn en un solo plano (figura 3.7.3.E). -Uniones mixtas, constituidas por soldaduras de ngulo y soldaduras a tope (figura 3.7.3.F). CAPTULO II. MEDIOS DE UNIN. UNIONES SOLDADAS 23Las tensiones que deben considerarse en una soldadura en ngulo; hay que tener en cuente dos tipos de tensiones: a)Referidas al plano de la garganta (figura 3.7.3.1.a) donde es la tensin normal, perpendicular al plano de la garganta; n es la tensin tangencial normal a la arista; a es la tensin tangencial paralela a la arista. b)Referidas al plano de una de las caras de la soldadura en la que ha sido abatida la seccin de garganta (figura 3.7.3.1.b). n es la tensin normal que acta en el plano de una de las tres caras de la soldadura; tn es la tensin tangencial normal a la arista contenida en el plano de una de las caras de la soldadura; ta es la tensin tangencial paralela a la arista, contenida en el plano de una de las caras de la soldadura. CONDICIN DE SEGURIDAD La condicin de seguridad, de base experimental, de una soldadura en ngulo es: ( ) u a n co + + =2 * 2 * 2 *8 . 1 donde: co es la tensin de comparacin; * es la tensin normal ponderada, referida al plano de garganta; n* es la tensin tangencial ponderada, normal a la arista, referida al plano de garganta. a* es la tensin tangencial ponderada, paralela a la arista, referida al plano de garganta; u es la resistencia de clculo del acero. CAPTULO II. MEDIOS DE UNIN. UNIONES SOLDADAS 24CLCULO DE LAS SOLDADURAS DE NGULO QUE CONSTITUYEN UNA UNIN PLANA. Se har de acuerdo con los procedimientos de la norma UNE 14 035, teniendo en cuenta que los esfuerzos que deben considerarse son los ponderados y que la condicin de seguridad se refiere a la resistencia del acero y no a la tensin admisible. En el Anejo 3.A6 se resumen los casos ms usuales de uniones planas y las frmulas prcticas para el clculo. CLCULO DE LAS SOLDADURAS DE NGULO QUE CONSTITUYEN UNA UNIN ESPACIAL. En el Anejo 3.A6 se resumen los casos ms frecuentes en la prctica estudiados en la norma UNE 14 035. En las soldaduras de ngulo habrn de tenerse en cuenta los siguientes valores umbrales a)Valor mnimo a l 15 h b b l b)Valor mximo a l 60 b l 12 UNIONES CON SOLDADURA DE RANURA. CAPTULO III. PIEZAS DE DIRECTRIZ RECTA SOMETIDAS A COMPRESIN. 1CAPTULO III. PIEZAS DE DIRECTRIZ RECTA SOMETIDAS A COMPRESIN. PILARES. TEMA 1. PANDEO DE LAS PIEZAS SIMPLES SOLICITADAS A COMPRESIN AXIAL. En piezas prismticas rectas bajo la accin de cargas axiles de compresin (P) se verifica lo siguiente: Mientras la carga permanezca por debajo de un determinado valor Pki la barra conserva su forma recta siendo su equilibrio estable. Incrementando P hasta alcanzar dicho valor, adems de la posibilidad del estado de equilibrio con la forma recta de la pieza aparecen otros posibles estados de equilibrio; en los que la forma se convierte en curva con desplazamientos infinitesimales de sus diversos puntos. Para nuevos incrementos de la carga P, los desplazamientos se hacen finitos y la pieza prismtica se encuentra sometida a flexin compuesta debido al descentramiento de la carga P, con relacin a la directriz de la barra cuyo valor mximo ser 2Ly P ; la pieza prismtica se comporta como si al alcanzar la carga exterior el valor crtico que de lugar al cambio de forma se produjese una prdida repentina de capacidad de resistencia hasta el punto que en las piezas de acero sobreviene la ruptura bajo tensiones de compresin que no solo son inferiores a las de rotura, sino a aquellas correspondientes a los lmites de fluencia y proporcionalidad. < kiP P la barra conserva la forma recta y su equilibrio es estable. = kiP P tenemos un equilibrio inestable, aparecen una serie de posibles estados de equilibrio. > kiP P tendremos flexiones compuestas. L x 2LyxyP P CAPTULO III. PIEZAS DE DIRECTRIZ RECTA SOMETIDAS A COMPRESIN. 2WMFP+ = FPtrmino de compresin. WMmomento debido al desplazamiento. P carga axil aplicada; F rea de la seccin; = xy P M momento flector; la y es en cada seccin; W mdulo resistente de la seccin. kiP puede ser muy inferior a la carga de compresin que tenamos antes. Las piezas rectas a compresin; hemos de comprobarlas a pandeo; esto hace que se rompa a valores mnimos de F y P . Es muy peligroso. tensin de pandeo. Cuando kiP P > ; para pequeos incrementos de P; podemos ver grandes deformaciones y por lo tanto grandes tensiones. FRMULA DE EULER. Euler determin la carga crtica de rotura Pki para una pieza que axialmente comprimida satisface las siguientes condiciones: 1.-La pieza es biarticulada, de seccin transversal constante e I constante. 2.-El mdulo de elasticidad E permanece constante hasta la rotura. CAPTULO III. PIEZAS DE DIRECTRIZ RECTA SOMETIDAS A COMPRESIN. 33.-El eje de la pieza es matemticamente recto. 4.-La carga externa P acta exactamente en el eje. 5.-Los recorridos de los puntos del eje de la pieza son muy pequeos. =22L I EPki carga de pandeo de Euler. F L I EFPkiki = =22 ; FIiFIi = =2 i radio de giro 222Li Eki = 2 221 = =LiiL 22 Eki = esbeltez de la barra. Para que sea aplicable la expresin de Euler, se debern considerar valores menores a ki ; para valores mayores a ki las esbelteces que obtenemos no cumplirn las condiciones de . cte E = ,llevando a ejes de coordenadas y ki , resulta la hiprbola cbica de Euler que nos permite deducir el valor crtico de en funcin de o viceversa; pero ser vlida slo para valores de p > . ppZona vlida de la Expresin de Euler. kiCAPTULO III. PIEZAS DE DIRECTRIZ RECTA SOMETIDAS A COMPRESIN. 4En la zona vlida de la expresin de Euler; para y p, < ; p > . Al saber que F p 8 . 0 ; ( ) = Ealidad proporcion p; . Tendremos por lo tanto que para el acero. ACERO ( )2/ cm KgP p (adimensional) A-37 1.920 103,9 A-42 1.980 99,82 A-52 2.880 84,83 CLCULO DE LAS PIEZAS SIMPLES SOLICITADAS A COMPRESIN AXIAL. La carga crtica de Euler supone un resultado terico; en la prctica es imposible construir piezas matemticamente rectas y que las cargas acten centradas en el eje de la pieza; la norma EA-95; desarrolla expresiones que permite establecer la tensin crtica en situaciones mas reales mediante correcciones introducidas haciendo intervenir el lmite de fluencia F del material. MTODO OMEGA ( ) . Consiste en multiplicar la carga P real aplicada a la pieza por un coeficiente que depende de la esbeltez de la pieza y del tipo de acero; para su determinacin los coeficientes estn tabulados en funcin de y se determina la tensin de pandeo por la expresin FFP < =*. A tambin se le puede llamar coeficiente de pandeo. PIEZAS RECTAS COMPRIMIDAS. Segn la norma EA-95; existen 2 clases de piezas: simples y compuestas. Las piezas simples son: 1.-Las de un solo perfil; 2.-dos perfiles o chapas yuxtapuestas unidas por: -tornillos: su separacin cumplir ( ) agujero diam a a s . ; 15 < CAPTULO III. PIEZAS DE DIRECTRIZ RECTA SOMETIDAS A COMPRESIN. 5; 25 e s < ( e espesor mnimo de las piezas) -soldadura: su separacin cumplir ; 25 e s < ( e espesor mnimo de las piezas) mm s 300 < 3.-Perfiles con forros discontinuos de chapa; enlazados mediante tornillos o soldaduras, a distancias que cumplen i s < 50 ; ( i radio de giro mnimo del perfil) Un perfil tendr dos radios de giro; uno con respecto a cada eje; entonces se toma el mnimo. Tenemos piezas compuestas; las clases de piezas compuestas son las formadas por dos o ms perfiles o cordones longitudinales enlazados entre s. Los elementos de enlace pueden ser presillas, que son chapas o perfiles resistentes a flexin y unidas rgidamente por piezas simples. Definiremos l1 ; como la separacin entre presillas y s; la distancia entre el c.d.g. de los perfiles. Las celosas es otro sistema ; es una red de tringulos formada por diagonales o montantes y diagonales. CAPTULO III. PIEZAS DE DIRECTRIZ RECTA SOMETIDAS A COMPRESIN. 6CONDICIONES DE LOS ELEMENTOS DE ENLACE. a) El nmero de tramos en que se divide la pieza compuesta ser igual o mayor que tres. Siempre que sea posible la longitud l1 de cada uno de los tramos ser constante a lo largo de toda la pieza. b) La longitud de todo tramo cumplir la condicin siguiente i l 501. c) La disposicin y las dimensiones de los enlaces se mantendrn constantes en toda la pieza. d) En las piezas con celosa, el ngulo que forman las diagonales con el eje de la pieza est usualmente comprendido entre 30 y 60. e) En los extremos de toda pieza compuesta con presilla o con celosa se dispondr presillas unidas rgidamente a cada pieza axil simple. DISPOSICIONES DE PIEZAS COMPUESTAS. CAPTULO III. PIEZAS DE DIRECTRIZ RECTA SOMETIDAS A COMPRESIN. 7 CAPTULO III. PIEZAS DE DIRECTRIZ RECTA SOMETIDAS A COMPRESIN. TEMA 3. 1CAPTULO III. PIEZAS DE DIRECTRIZ RECTA SOMETIDAS A COMPRESIN. PILARES. TEMA 3. LONGITUDES IDEALES DE PANDEO Y MOMENTOS DE INERCIA VIRTUAL. LONGITUD DE PANDEO. La longitud de pandeo kl de una pieza sometida a un esfuerzo normal de compresin a la longitud de otra pieza ideal recta prismtica biarticulada y cargada en sus extremos tal que tenga la misma carga crtica que la pieza real considerada. La longitud de pandeo viene dada por la expresin l lk = ;donde l es la longitud real de la pieza y el coeficiente de esbeltez. PIEZAS DE SECCIN CONSTANTE SOMETIDAS A COMPRESIN UNIFORME. Tenemos el caso ms general de pieza biarticulada, en este caso; la articulacin se puede mover. =1 Guarda relacin con la deformada de la pieza. CAPTULO III. PIEZAS DE DIRECTRIZ RECTA SOMETIDAS A COMPRESIN. TEMA 3. 2En el caso de pieza biempotrada. En este caso vemos que 5 . 0 = ,los se deducen intuitivamente, viendo los puntos de inflexin de la deformada. Otro caso sera el de la pieza empotrada-articulada. En este caso 7 . 0 = CAPTULO III. PIEZAS DE DIRECTRIZ RECTA SOMETIDAS A COMPRESIN. TEMA 3. 3Cuando el caso sea de pieza empotrada-libre. Aqu tenemos que 2 = Y finalmente, de encontrarnos un caso de pieza biempotrada con desplazamiento. Finalmente, para este caso, 1 = LP P CAPTULO III. PIEZAS DE DIRECTRIZ RECTA SOMETIDAS A COMPRESIN. TEMA 3. 4Estos son los casos fundamentales que se presentan en piezas de seccin constante; para el efecto de pandeo. Tenemos tambin coeficientes en estructuras de barras triangulares y celosas. (Tabla 3.2.4.2 pg.119. Coeficiente de esbeltez en barras de estructuras triangulares.) COEFICIENTE EN SOPORTES DE ESTRUCTURAS PORTICADAS DE UNA ALTURA. Tenemos un prtico L Lx = ( ) ( ) ( )26 02 . 0 6 4 . 1 4 1 5 . 0 s c s c m + + + + + = 2 . 04; 10 ;201= = =a bIsl Ib IcPPm ; estas son magnitudes auxiliares. CAPTULO III. PIEZAS DE DIRECTRIZ RECTA SOMETIDAS A COMPRESIN. TEMA 3. 5Para cualquier tipo de prtico que nos podamos encontrar; los coeficientes que precisemos los hallaremos en la norma EA-95. (Tabla 3.2.4.3 pgs. 120, 121 y 122. Coeficientes de esbeltez en soportes de estructuras porticadas de una altura.) COEFICIENTES DE ESBELTEZ EN PILARES DE EDIFICACIN EN GENERAL. En una estructura de edificacin constituida por vigas y pilares se toma como longitud L de un pilar la distancia entre las caras superiores de dos forjados consecutivos o la distancia entre el apoyo de la base en el cimiento y la cara superior del primer forjado. En el extremo superior o en el inferior de un pilar con unin rgida, en el nudo se define como grado de empotramiento K del pilar en el plano del prtico, el valor. Para el nudo al que pertenece el pilar , segn el el ejemplo expuesto. WWVVPPWWVVLILILILILILIk+ + ++= L I; Son el momento de Inercia y longitud del pilar. Lp L LvLwNudo que queremos estudiar Pilar al que pertenece el nudo a estudiar Iv ; LvIp ; Lp Iw ; LwI , LCAPTULO III. PIEZAS DE DIRECTRIZ RECTA SOMETIDAS A COMPRESIN. TEMA 3. 6P PL I ; Son el momento de Inercia y longitud del pilar superior o inferior al nudo. V VL I ; Son el momento de Inercia y longitud del pilar izquierdo al nudo. W WL I ; Son el momento de Inercia y longitud del pilar derecho al nudo. = 0 K ARTICULADO. =1 K EMPOTRAMIENTO EN CIMIENTO. Estudiando el pandeo en un pilar; tenemos que para con los valores de 1K y 2K , vamos a las siguientes tablas de la EA-95. (Tabla 3.2.4.4.A pg. 123. Coeficiente de esbeltez para pilares de estructuras con recuadros arriostrados.) (Tabla 3.2.4.4.B pg.123. Coeficiente de esbeltez para pilares de estructuras sin recuadros arriostrados.) CAPTULO III. PIEZAS DE DIRECTRIZ RECTA SOMETIDAS A COMPRESIN. TEMA 3. 7Llamaremos 1K al nudo inferior y 2K al nudo superior. COEFICIENTE EN PIEZAS DE SECCIN CONSTANTE SOMETIDAS A COMPRESIN VARIABLE. El clculo de la pieza se har considerando el mximo esfuerzo normal ponderado que acta sobre ella *mxN ,para que sea aplicable este procedimiento abreviado es necesario que el esfuerzo normal conserve invariable su direccin durante el pandeo. Esta condicin, puede en general, darse por satisfecha en el estudio simplificado del pandeo de los cordones comprimidos de vigas y mnsulas de alma llenas que no estn arriostradas transversalmente. En una pieza solicitada por un esfuerzo normal de compresin variable en forma lineal o parablica a lo largo de su directriz; el coeficiente se tomar de la (Tabla 3.2.4.5 pg.124. Piezas de seccin constante con esfuerzo normal variable.) 0.0 0.0 1.0 1.0 K1K2K1 K2 CAPTULO III. PIEZAS DE DIRECTRIZ RECTA SOMETIDAS A COMPRESIN. TEMA 3. 8Segn el caso, tendremos que el coeficiente KNNC1 += As mismo lo hace para leyes de este tipo y leyes parablicas Hacemos un ejemplo de una viga de un puente Las vigas verticales trabajan a compresin y las diagonales a traccin. Viga Pratt: -Longitud L; -Canto h; -Carga uniforma P; -Cordn comprimido no arriostrado lateralmente. LCordn comprimido hNN NNx NCAPTULO III. PIEZAS DE DIRECTRIZ RECTA SOMETIDAS A COMPRESIN. TEMA 3. 9Tenemos que el Mf en la viga, a una distancia x ser igual a ( ) ( )22x x LPx Mf = (ejemplo a repasar) Entrando en la tabla 3.2.4.5. para 692 . 0 0= = NN; ser entonces la longitud de pandeo kL . L L Lk = = 692 . 0 TIPOS DE TRIANGULACIONES. Los mas empleados son los siguientes: 1.-Pratt: Adecuado para luces moderadas; su ventaja principal radica en que las diagonales que son las barras mas largas de las piezas de relleno, estn solicitadas generalmente a traccin, mientras que los montantes trabajan en compresin. 2.-Howe: Tambin se emplea para luces moderadas; si bien tiene como inconveniente las ventajas que damos al tipo Pratt; es decir, las diagonales trabajan en compresin mientras que los montantes lo hacen a traccin. Esta viga es la ms peligrosa. 3.-Warren: Se utiliza en luces pequeas y medianas, su aspecto es mas agradable que las citadas anteriormente, ya que su malla es menos tupida. 4.-En K: Es apropiada para grandes luces. 5.-En rombo: Tambin empleada en grandes luces. A estos tipos de triangulacin primarios pueden interponerse otros denominados secundarios, cuya misin consiste exclusivamente, en acortar longitudes de pandeo de las barras comprimidas o reducir su flexin. CAPTULO III. PIEZAS DE DIRECTRIZ RECTA SOMETIDAS A COMPRESIN. TEMA 3. 10 COEFICIENTE EN PIEZAS DE SECCIN CONSTANTE SOMETIDAS A COMPRESIN VARIABLE DEBIDO A CARGAS PUNTUALES. CASO DE CARGA PUNTUAL P1. En el caso de compresin producida por la actuacin de una carga puntual actuando en un punto intermedio de la pieza, la longitud de pandeo KL se calcular mediante la expresin L LK = ; donde se obtiene de la tabla 3.2.4.6 en funcin de la pieza en sus extremos y de la relacin L L1 que define la posicin de la carga. En el caso de actuacin de n cargas puntuales iP el coeficiente de esbeltez ser =ni i12 ; =niiiPP1 i coeficiente que corresponde a iP , como si actuase aisladamente. CAPTULO III. PIEZAS DE DIRECTRIZ RECTA SOMETIDAS A COMPRESIN. TEMA 3. 11En el ejemplo anterior: ( )22x x LPMf = En el cordn comprimido tenemos: hL PNmx=82 (Tabla 3.2.4.5 pg.124. Piezas de seccin constante con esfuerzo normal variable.) Da los valores de en funcin de NN. Tenemos que saber de nuestra viga a que distribucin corresponde. 1.-Identificamos la viga. 2.-Hallamos la relacin entre N y N . 3.-Hallamos el valor de . Datos C y K . Depende del tipo de apoyo que se tenga. Estamos ante un puente, en el cual, el cordn superior es un cordn comprimido. LhCAPTULO III. PIEZAS DE DIRECTRIZ RECTA SOMETIDAS A COMPRESIN. TEMA 3. 12 Es una ley parablica biarticulada. Ahora habra que hallar la relacin 080 2 ==L P NN Nos vamos a la tabla y para 0 =NN, la toma un valor de 0.692. 692 . 0 = N=0 N=0 82L PN =Ley de axiles del cordn comprimido CAPTULO III. PIEZAS DE DIRECTRIZ RECTA SOMETIDAS A COMPRESIN. TEMA 3. 13 COEFICIENTE EN PIEZAS DE SECCIN CONSTANTE SOMETIDAS A COMPRESIN VARIABLE DEBIDA A CARGAS PUNTUALES. En este caso, vamos a tener un pilar pero aplicamos la carga en un punto medio del pilar. Tendremos dos casos: 1.-Caso de actuacin de una sola carga puntual en un punto indeterminado de la barra, se obtendr en funcin de la tabla 3.2.4.6 en funcin de las vinculaciones de la pieza y de la relacin LL1 2.-Caso de actuacin de n cargas puntuales Pi. En ese caso, el valor de ser =2i ia =iiiPPa 1LNN PPN=P Ley de axiles P1+P2 P1 P2 iSera el coeficiente que hemos hallado antes, suponiendo la carga aplicada aisladamente al pilar. CAPTULO III. PIEZAS DE DIRECTRIZ RECTA SOMETIDAS A COMPRESIN. TEMA 3. 14Ejemplo.- P1=N P2=2N Siendo N un valor cualquiera. 31211 = += =N NNPPai 322222 = += =N NNPPai Ahora tendremos que hallar 1 Para la tabla, la relacin que necesitamos es = 3 . 01LLtabla 3.2.4.6 EA-95 4 . 1 = Para hallar 2 02 = L 02=LL P1 P2L 3 . 0P1 L 3 . 0L P2 L CAPTULO III. PIEZAS DE DIRECTRIZ RECTA SOMETIDAS A COMPRESIN. TEMA 3. 15Entrando en la tabla 3.2.4.6, tendremos que para un pilar empotrado y libre y con una relacin 02 =LL y 2 = . Sabemos que el valor de es: =2i ia 22 221 1 + = a a Sustituyendo los valores + = 43296 . 131 83 . 1 = La manera de cargar mas ptima es la de menor . (Tabla 3.2.4.6. pg. 125 Piezas con una carga puntual intermedia.) ESBELTEZ MECNICA DE UNA PIEZA SIMPLE DE SECCIN CONSTANTE. La esbeltez mecnica se define iLk= ; siendo kL longitud de pandeo ( ) L Lk = i radio de giro =AIi Slo tendr que considerarse que una pieza puede pandear en un plano si no dispone de arriostramiento, de suficiente rigidez, contenido en dicho plano de posible pandeo que impidan el pandeo en toda la altura. Tenemos un pilar, que va a ser un perfil y aplicamos una carga P en su centro de gravedad; queremos saber como se comporta el pilar. Tambin definimos unos ejes. CAPTULO III. PIEZAS DE DIRECTRIZ RECTA SOMETIDAS A COMPRESIN. TEMA 3. 16Para estudiar la posibilidad de pandeo; suponemos el perfil empotrado en la base. Puede pandear, desplazndose con respecto a uno de sus ejes o respecto a los dos. Vamos a arriostrar el pilar del ejemplo xxyyxyGGG (1)(2)G G Pilar girado respecto aleje xxPlano yy (1)CABEZA{LIBRE PLANO XX ARRIOSTRADO PLANO YY (ARTICULACIN) CAPTULO III. PIEZAS DE DIRECTRIZ RECTA SOMETIDAS A COMPRESIN. TEMA 3. 17 7 . 0 = 2 = PLANO XX: yy y Ky YiLL L L = = = =22 2 PLANO YY: xx x Kx xiLL L L = = = =7 . 07 . 0 7 . 0 En toda pieza que se considere tendremos que conocer el rea (A), los momentos de inercia (Ix e Iy) y los radios de giro (ix e iy). ESBELTEZ EN PIEZAS COMPUESTAS DE SECCIN CONSTANTE. En piezas compuestas, se denomina eje de inercia material (EM) al que pasa por el baricentro de las secciones de todos los perfiles simples que forman la pieza; al eje que no cumple esta condicin se le denomina eje de inercia libre (EL). Tendremos un perfil compuesto EMELCAPTULO III. PIEZAS DE DIRECTRIZ RECTA SOMETIDAS A COMPRESIN. TEMA 3. 18 Vamos a hallar la esbeltez mecnica de una pieza compuesta en un plano perpendicular a un eje de inercia material; consideramos el pandeo como el giro alrededor del eje material. GIRO ALREDEDOR EM (PANDEO EN PLANO PERPENDICULAR A EJE DE INERCIA MATERIAL). EMKkiLiLEM= = La esbeltez mecnica ideal de una pieza compuesta a un plano perpendicular a un eje de inercia libre. GIRO ALREDEDOR EL (PANDEO EN PLANO PERPENDICULAR A EJE DE INERCIA LIBRE). Tendremos que 2122 + =miLK En este caso ELELELEMCAPTULO III. PIEZAS DE DIRECTRIZ RECTA SOMETIDAS A COMPRESIN. TEMA 3. 19KL longitud de pandeo; i radio de giro (EL); m nmero de perfiles simples cortados por el plano de pandeo; 1 esbeltez complementaria. La esbeltez complementaria es la esbeltez aportada por las piezas de unin de cordones. Vamos a ver las mas representativas. a) PRESILLAS: min 111iL= min 1i radio de giro de los cordones. b) DIAGONALES IGUALES: 21312s LdA nAD = L1i1sL1d CAPTULO III. PIEZAS DE DIRECTRIZ RECTA SOMETIDAS A COMPRESIN. TEMA 3. 20 A Seccin bruta de todos los cordones; DA seccin diagonales; s separacin entre los ejes de los cordones; n nmero de diagonales enfrentadas (planos). c) MONTANTES Y DIAGONALES. + =M DAsAds L nA3 3211 MA Seccin de montantes. ESBELTEZ MECNICA EN UNA PIEZA DE SECCIN VARIABLE CON EXTREMOS ARTICULADOS. En este caso tendremos que el radio de giro MmxAI ci = mxI Momento de inercia mximo respecto al eje normal al plano de pandeo; MA valor medio del rea de la pieza = Ldx AAxM; sL1dCAPTULO III. PIEZAS DE DIRECTRIZ RECTA SOMETIDAS A COMPRESIN. TEMA 3. 21 c coeficiente segn (tabla 3.2.5.4 pg. 129 Coeficiente c en piezas de seccin variable) iL= Vemos mas recomendaciones sobre la esbeltez. En general se recomienda que 200 ELEMENTOS PRINCIPALES DE LA ESTRUCTURA; 250 PARA ELEMENTOS SECUNDARIOS Y ARRIOSTRAMIENTO. Si tenemos cargas dinmicas, reduciremos ese valor a un 25%. ESPESORES DE ELEMENTOS PLANOS EN PIEZAS COMPRIMIDAS. Si trabajamos con perfiles conformados de chapas, los espesores de dichas chapas deben estar relacionados con sus alturas para evitar abollamientos locales al estar toda la pieza comprimida. Cada elemento plano de una pieza comprimida tendr espesor suficiente para que no sufra abolladura antes del agotamiento de la pieza por pandeo conjunto. Abolladura es la deformacin normal al plano de una chapa cuando se somete a compresin, lo cual reduzca la solicitacin de agotamiento. Deberemos comprobar cuando tengamos perfiles formados por chapas Feh2400 < CAPTULO III. PIEZAS DE DIRECTRIZ RECTA SOMETIDAS A COMPRESIN. TEMA 3. 22( ) e h, (Tabla 3.2.6 pg. 132 Lmite de espesor en piezas comprimidas) CLCULO DE BARRAS SOMETIDAS A COMPRESIN. a) Piezas de simetra sencillas; son aquellas piezas que tienen seccin simtrica respecto a un eje de inercia, pero no respecto al otro. b) Piezas de seccin doble o puntual; son aquellas piezas que tienen seccin simtrica respecto a los dos ejes de inercia. Cuando estudiemos un caso de pandeo, hemos de considerar la esbeltez segn los ejes de inercia; cuando tengamos la mayor estudiaremos el pandeo segn su esbeltez. PIEZAS SOMETIDAS A COMPRESIN CENTRADA. (Carga aplicada en el centro de gravedad de la seccin de la pieza) Aqu no se producen momentos. cdg cdg cdg cdg CAPTULO III. PIEZAS DE DIRECTRIZ RECTA SOMETIDAS A COMPRESIN. TEMA 3. 23En piezas sometidas a compresin centrada; ha de verificarse que uAN =* * u resistencia de clculo del acero; *N esfuerzo normal o axil ponderado de compresin; A rea de la seccin bruta de la pieza; coeficiente de pandeo (Tabla 3.2.7 pg. 133 Coeficientes de pandeo del acero) PIEZAS SOMETIDAS A COMPRESIN EXCNTRICA. En soportes de estructuras la compresin suele venir, a veces acompaada de flexin; que equivale a un esfuerzo normal actuando excntricamente, en este caso habrn de realizarse las siguientes comprobaciones en las piezas. Vemos que significa esto Se producirn momentos respecto a los dos ejes. x N My =* * y N Mx =* * Las comprobaciones a realizar son: Comprobacin de resistencia.- En barras de seccin constante a compresin excntrica se verificar en todo punto N*yxyx xyG CAPTULO III. PIEZAS DE DIRECTRIZ RECTA SOMETIDAS A COMPRESIN. TEMA 3. 24uyyxxIx MIy MAL ++ =** ** Esta es la compresin que en el punto mas desfavorable, aguanta la pieza. En el punto sealado con un crculo tenemos la mxima compresin. Esta primera comprobacin a resistencia hay que hacerla siempre. Comprobacin a pandeo.- En piezas de simetra sencilla o doble; solicitada por una compresin excntrica contenida en el plano de simetra en al que puede producirse pandeo en dicho plano y estar impedido en el plano normal a este, se verificar que ucWMAN + =** * Esto se producira segn lo antes comentado; por lo tanto tenemos ANxx xxIy M yyyyIx M N* 12GCAPTULO III. PIEZAS DE DIRECTRIZ RECTA SOMETIDAS A COMPRESIN. TEMA 3. 25 CARGA N* CONTENIDA EN EL EJE 1 PANDEO PRODUCIDO SEGN EL EJE 2 (PLANO 1-1) PANDEO IMPEDIDO SEGN EL EJE 1 (PLANO 2-2) CW Es el mdulo resistente relativo al borde de compresin. Adems si tenemos piezas de simetra sencilla y el c.d.g. mas prximo al borde comprimido que al traccionado habr que comprobar que utWMAN ++=* **10002 300 tW Mdulo resistente relativo al borde en traccin Si no podemos hacer ninguna de estas comprobaciones, tendremos que en una pieza de doble simetra o simetra puntual; uy xIx MIy MAN ++=* * ** uyyxxWMWMAN + +=** ** Esta ltima expresin es idntica a la de arriba. Es funcin de la mayor esbeltez. CLCULO DE LOS ENLACES DE LAS PIEZAS COMPUESTAS. Los enlaces de compresin, sometidos a compresin centrada se dimensionarn para resistir las solicitaciones que en ellos provoca un esfuerzo cortante ideal ponderado (T*). CLCULO DE ENLACE CON PRESILLAS =80* uA T CAPTULO III. PIEZAS DE DIRECTRIZ RECTA SOMETIDAS A COMPRESIN. TEMA 3. 26=1 20 is no puede ser menor de 1. s Separacin entre cordones; 1i radio de giro mnimo de los cordones; A rea de la seccin bruta de los cordones. CLCULO DE ENLACES CON CELOSAS. 80* uAT = PIEZAS DE DIRECTRIZ RECTA SOMETIDAS A TRACCIN 1PIEZAS DE DIRECTRIZ RECTA SOMETIDAS A TRACCIN. Segn su constitucin, se clasifica en piezas simples y compuestas. -Piezas simples: Son las constituidas por 1.-Un solo perfil. 2.-Perfiles o chapas yuxtapuestas. -Unidos mediante roblones o tornillos, cuyas separaciones s cumplan las condiciones, a s 15 e s 25 a Dimetro del taladro, e espesor mnimo de las piezas. -Unidos mediante soldadura continua; cuya separaciones s cumplan las condiciones, e s 25 ) ( 300 mm s 3.-Perfiles con forro discontinuo de chapa; con uniones mediante roblones, tornillos o soldadura cuyas separaciones s cumplan la condicin de que i s 50 i radio de giro mnimo del perfil que lo tenga menor. -Piezas compuestas: Son las constituidas por dos o ms cordones longitudinales enlazados entre s . Cada cordn tendr la constitucin de una pieza simple; en general estos cordones van enlazados entre s por medio de presillas o de celosas. Los enlaces cumplirn las condiciones siguientes: a.-En la piezas con traccin centrada, el enlace es tericamente innecesario; pero por razones de buena prctica de construccin se recomienda no separar estas presillas mas de 200 veces el radio de giro mnimo, de cada cordn; ni mas de 2 metros. b.-En las piezas con traccin excntrica los enlaces cumplirn las condiciones impuestas a los enlaces de las barras comprimidas. (Tema ant.) Para las barras PIEZAS DE DIRECTRIZ RECTA SOMETIDAS A TRACCIN 2a.-El nmero de tramo en que se divida la pieza ser mayor o igual a 3 y siempre que sea posible la longitud l1 de cada uno de los tramos ser constante a lo largo de toda la pieza. b.-La longitud l1 ha de ser igual a i l = 501 i Radio de giro mnimo de la pieza simple considerada. c.-La disposicin y las dimensiones de los enlaces se mantendrn constantes en toda la pieza. d.-En las piezas con celosa, el ngulo que forman las diagonales con el eje de la pieza estar comprendido entre 30 y 60. e.-En los extremos de toda pieza compuesta con presilla o con celosa se dispondrn presillas o cartelas de nudo rgidamente a cada pieza simple. TRACCIN CENTRADA. Se calcularn solamente en el esfuerzo normal de traccin. Tendremos uAN =** u RESISTENCIA DE CLCULO DEL ACERO, *N ESFUERZO NORMAL PONDERADO, nA REA DE LA SECCIN NETA. Cuando los medios de unin de la pieza solicitada a traccin centrada sean exclusivamente tornillos TR, se verificarn las dos condiciones siguientes uAN =** unA F N =4 . 0** A REA SECCIN BRUTA, F SUMA DE ESFUERZOS QUE TRANSMITEN LOS TORNILLOS SITUADOS EN LA SECCIN NETA. PIEZAS DE DIRECTRIZ RECTA SOMETIDAS A TRACCIN 3TRACCIN EXCNTRICA. Se verificar la seccin un n WMAN + =* ** *M MOMENTO FLECTOR PONDERADO; nW MDULO RESISTENTE DE LA SECCIN NETA; *M PRODUCIDO POR LA EXCENTRICIDAD ( ) y N M =* * y N M =* * x N M =* * yyxxn WMWMAN** **+ + = Cuando los medios de unin sean TR; exclusivamente se verificarn las dos condiciones siguientes uWMAN + =* ** un n WMA F N + =* **4 . 0 GxyMyMx2b2b2h2hPIEZAS DE DIRECTRIZ RECTA SOMETIDAS A FLEXIN (VIGAS) 1PIEZAS DE DIRECTRIZ RECTA SOMETIDAS A FLEXIN (VIGAS) GENERALIDADES Las vigas se clasifican en 1.-Vigas de alma llena: En la que tendremos a.-Perfiles laminados sencillos o compuestos; b.-Vigas armadas; mediante chapas soldadas entre s. 2.-Vigas en celosa Para luces y cargas moderadas se utilizan vigas constituidas por perfiles laminados sencillos o mltiples. Para mayores luces o cargas, normalmente se utilizan vigas de celosa. El nombre de alma llena se aplica por no estar aligerada dicha parte, al contrario de lo que ocurre en las vigas de celosa. Por motivos econmicos; se suele preferir el empleo en primer lugar de los perfiles laminados y luego de las vigas armadas. As mismo, por economa del material AlmaCordn superiorCordn inferior1.a) 1.b)2)PIEZAS DE DIRECTRIZ RECTA SOMETIDAS A FLEXIN (VIGAS) 2se utilizan las vigas de celosa en lugar de las armadas aunque su ejecucin requiera una mayor mano de obra. CLCULO DE VIGAS CLCULO GENERAL A FLEXIN SIMPLE. En vigas resueltas con perfiles laminados, los que se utilizan frecuentemente son el IPN y el IPE; el perfil HEB no es econmico puesto que a igualdad de mdulo resistente Wx; con el perfil IPN utiliza mayor seccin de acero. Tanto los perfiles IPN como los IPE se pueden reforzar con platabandas para aumentar su mdulo de inercia y su mdulo resistente. Con esta disposicin estamos aumentando la inercia s platabanda perfil I I I + = Repasando un poco lo que es la flexin Platabandas h ha AyB*max*Diagrama Diagrama *Simplif.*PIEZAS DE DIRECTRIZ RECTA SOMETIDAS A FLEXIN (VIGAS) 3Tenemos que la tensin de los puntos a una altura y de la seccin. xxI y M =** ; xxxxWMIhM ***max2 == Estas han sido las tensiones normales a una seccin, provocadas por el flector. Vemos las tensiones tangenciales *; provocadas por el esfuerzo cortante *Q La expresin t I S Qxyy=** yS MOMENTO ESTTICO DE LA SECCIN COMPRENDIDA ENTRE y y 2h RESPECTO A LA FIBRA NEUTRA (respecto x) t ESPESOR DEL ALMA. Esto se simplifica dando un valor cero en las alas y constante en el alma, y el valor que se toma es ah t Q=* ah ALTURA DEL ALMA. En vigas cortas y muy cargadas donde *Q pueda ser importante se afinar el clculo de * utilizndose la expresin exacta. Tendremos que la comprobacin de la seccin sometida a flexin simple se realizar utilizando la expresin de la condicin de agotamiento en un estado plano de tensiones que es F +2 * 2 *3 Por lo tanto en una seccin; en un punto tal como este A deberamos comprobar que FWM < =**max y que para un punto tal como el B F B B < +2 * 2 *3 ; xaBIhM2** = ; aBh tQ=** PIEZAS DE DIRECTRIZ RECTA SOMETIDAS A FLEXIN (VIGAS) 4CLCULO DE DEFORMACIONES. Las flechas se calcularn con el I de la seccin bruta, las flechas de una viga de celosa puede asimilarse a la de una viga de alma llena cuyo I sea igual al 75% del correspondiente a los cordones. La flecha f en el centro del vano, de una viga de alma llena apoyada de seccin constante y constituida por un perfil simtrico de canto