CONEXIONES ATORNILLADAS EN ARMADURAS

2013CONEXIONES ATORNILLADAS EN ARMADURAS

CONEXIONES ATORNILLADAS EN ARMADURAS

08/05/2013

UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALACENTRO UNIVERSITARIO DE OCCIDENTEDIVISION CIENCIAS DE LA INGENIERIADISEO DE ESTRUCUTURAS METALICASING. JOSE NIMATUJ

CONEXIONES ATORNILLADAS EN ARMADURAS

RUDY RUNGE RIVERA 1999 30751EVERT FERNANDO VILLAGRAN MOMOTIC2001 30575MARVIN ALEXANDER FUENTES OROZCO 2006 30151 ANDREA JIMENA LIMA MAZARIEGOS 2006 30867 JUAN CARLOS CARRILLO PAXTOR2007 30401 ANIBAL ARTEMIO AVILA GONZALEZ 2008 31484

QUETZALTENANGO, 8 DE MAYO DE 2013.

INTRODUCCIN

Durante muchos aos el mtodo aceptado para conectar los miembros de una estructura de acero fue el remachado. Sin embargo, en aos recientes, el uso de remaches ha declinado rpidamente debido al tremendo auge experimentado por la soldadura, y ms recientemente, por el atornillado con pernos o tomillos de alta resistencia.

Un factor importante en el diseo de armaduras es la construccin de sus juntas, el montaje de estructuras de acero por medio de tomillos es un proceso que adems de ser muy rpido requiere mano de obra menos especializada que cuando se trabaja con remaches o con soldadura. Las juntas atornilladas son una ventaja econmica, en comparacin con los otros tipos de conexin. Aunque el costo de adquisicin de un tomillo de alta resistencia es varias veces mayor que el de un remache, el costo total de la construccin atornillada es menor que el de la construccin remachada, debido a los menores costos por mano de obra y equipo y al menor nmero de tomillos requeridos para resistir las mismas cargas.

CONEXIONES ATORNILLADAS EN ARMADURAS

Un factor importante en el diseo de armaduras es la construccin de sus juntas. Como una sola armadura, por lo regular, tiene varias juntas, estas deben ser relativamente fciles de producir y econmicas, en especial si hay muchas armaduras de un solo tipo en el sistema estructural del edificio. Las consideraciones que se requieren en el diseo de conexiones para realizar las juntas incluyen la configuracin de la armadura, formas y tamaos de los miembros y el mtodo de sujecin que consiste, por lo general, en soldadura o tornillos de alta resistencia.

En la mayora de los casos, el mtodo preferido de sujecin de conexiones hechas en el taller de fabricacin es la soldadura. En la mayor parte de las situaciones, las armaduras se fabricaran en taller en las ms grandes unidades posibles, lo cual significa desde la armadura completa en el caso de pequeas armaduras para cubrir claros o la unidad de mayor tamao que pueda ser transportada en el caso de grandes armaduras. El atornillado se utiliza sobre todo, para realizar conexiones en el sitio de la construccin. En la armadura pequea, el nico atornillado se hace, por lo general para realizar las conexiones a apoyos y a elementos soportados o al contra venteo.

Para las armaduras grandes, el atornillado tambin puede hacerse en puntos de empalme entre las unidades fabricadas en taller. Todo esto se somete a muchas consideraciones con respecto a la naturaleza del resto de la estructura del edificio, la ubicacin particular del sitio y las practicas de fabricacin local y montaje.

En la figura 11.16 se muestras dos formas comunes de armaduras ligeras de acero. En la figura 11.16 los miembros de la armadura consisten en pares de angulos y las juntas se resuelven con placas de unin de acero a las cuales se conectan los miembros. Para cuerdas superiores e inferiores, los angulos, a menudo, se hacen continuos a travs de la junta, reduciendo el de los angulos. Para armaduras de forma plana y cuerdas parlelas de tamao modesto, las cuerdas, en ocasiones se hacen a partir de tes, con miembros interiores sujetados al alma de la figua 11.16b.

En la figura 11.17 se ilustra una disposicin comn de varias juntas de la armadura ligera de techo que emplea el sistema mostrado en la figura 11.16. esta es una forma comnmente utilizada en el pasado para construs techos con pendientes fuertes, con muchas armaduras de claro corto fabricadas de una sola pieza en el taller, por lo general, con juntas remachadas. Las armaduras de esta forma, en la actualidad, en su mayor parte se sueldan o utilizan tornillos de alta resistencia, como se muestra en la figura 11.17. El diseo de las juntas para construir la armadura mostrada en la figura 11.17 representara muchas consideraciones, incluyendo:

1. Tamao de los miembros y magnitud de carga: Esta ultima determina, principalmente, el tamao y tipo de conector (tornillo) requerido, basndose en la capacidad individual del conector.2. Tamao de los lados de los ngulos: se relaciona con el dimetro mximo de tornillo que puede ser utilizado, basando en las distancias mnimas al borde.3. Espesor y tamao del perfil de las placas de unin: es preferible tener el menor peso agregado a la estructura (principalmente, debido al costo por libra de acero), lo cual se logra reduciendo las placas a un espesor y tamao general mnimo.4. Disposicin de los miembros en las juntas. La tentativa general es hacer que todas las lneas de accin de las fuerzas (establecidas en las lneas de tornillos) concurran en un solo punto, con lo que se evita la torsin en la junta.

Muchos de los puntos mencionados se determinan a partir de datos. Las distancias mnimas al borde para tornillos (tabla 11.2) pueden ser equiparadas a los gramiles comunes para ngulos (tabla 11.4). Las fuerzas e los miembros pueden relacionarse con la capacidades de los torillos en la tabla 11.1 de forma que el intento general es mantener el numero de tornillos a un mnimo, a fin de hacer que el tamao requerido de la placa de unin sea el ms pequeo.

Otros temas requieren un poco de juicio o habilidad en la manipulacin de los detalles de la junta. En el caso de juntas apretadas o complejas, a menudo, es necesario estudiar la forma de la junta con las disposiciones cuidadosamente dibujadas a gran escala. De estos dibujos se pueden deducir las dimensiones reales y la forma de los extremos de los miembros y las placas de unin.La armadura mostrada en la figura 11.17 tiene algunas caractersticas que son bastante comunes en armaduras pequeas. Todos los extremos de los miembros estn conectados con solo dos tornillos, el mnimo requerido por la especificaciones. Esto simplemente, indica que el tornillo de menor tamao seleccionado tiene suficiente capacidad para generar las fuerzas en todos los miembros con solo dos tornillos. En la junta de la cuerda superior entre el apoyo y el caballete, la cuerda superior aparece como continua (sin corte en la junta). Esto es bastante comn cuando las longitudes de los miembros disponibles son mayores que las distancias de junta a junta en la armadura, un ahorro en la fabricacin de los miembros, lo mismo que en la conexin.

Tablas 11.1 y 11.2

TIPOS DE TORNILLOS

Existen varios tipos de tomillos que pueden usarse para conectar miembros de acero; stos se describen en los siguientes prrafos. Tornillos ordinarios o comunes. Estos tomillos los designa la ASTM como tomillos A307 y se fabrican con aceros al carbono con caractersticas de esfuerzos y deformaciones muy parecidas a las del acero A36. Estn disponibles en dimetros que van de 5/8 pulgada hasta 1 pulgada en incrementos de 1/8 pulgada.

Tornillos de alta resistenciaestos tornillos se fabrican a base de acero al carbono tratado trmicamente y aceros aleados; tienen resistencias a la tensin de dos o ms veces la de los tornillos ordinarios.

En ocasiones se fabrican tornillos de alta resistencia a partir de acero A449 con dimetros mayores de 1 pulg.Que es el dimetro mximo de los A325 y A490. Estos tomillos pueden usarse tambin como pernos de anclaje de alta resistencia y para barras roscadas de diversos dimetros.

VENTAJAS DE LOS TORNILLOS DE ALTA RESISTENCIAEntre las muchas ventajas de los tornillos de alta resistencia, que en parte explican su gran xito, estn las siguientes: Las cuadrillas de hombres necesarias para atornillar, son menores que las que se necesitan para remachar. Dos parejas de atornilladores pueden fcilmente colocar el doble de tornillos en un da, que el nmero de remaches colocados por una cuadrilla normal de cuatro remachadores, resultando un montaje de acero estructural ms rpido. En comparacin con los remaches, se requiere menor nmero de tornillos para proporcionar la misma resistencia. Unas buenas juntas atornilladas pueden realizarlas hombres con mucho menor entrenamiento y experiencia que los necesarios para producir conexiones soldadas o remachadas de calidad semejante. La instalacin apropiada de tornillos dealta resistencia puede aprenderse en cuestin de horas. No se requieren pernos de montaje que deben removerse despus (dependiendo de las especificaciones) como en las juntas soldadas. Resulta menos ruidoso en comparacin con el remachado. Se requiere equipo ms barato para realizar conexiones atornilladas. No hay riesgo de fuego ni peligro por el lanzamiento de los remaches calientes. Las pruebas hechas en juntas remachadas y en juntas atornilladas, bajo condiciones idnticas, muestran definitivamente que las juntas atornilladas tienen una mayor resistencia a la fatiga. Su resistencia a la fatiga es igual o mayor que la obtenida con juntas soldadas equivalentes. Donde las estructuras se alteran o desensamblan posteriormente, los cambios en las conexiones son muy sencillos por la facilidad para quitar los tomillos.

Llave de cola usada para apretar tomillos. Un extremo de la llave est dimensionada para recibirlos tomillos y tuercas hexagonales y el otro extremo est ahusado y se usa para alinear agujeros de tomillos entre diferentes piezas conectadas. (Cortesa del AISC.)

Para casos de fatiga y para conexiones sometidas a tensin directa, es deseable usar conexiones que no se deslicen. A stas se les llama conexiones de deslizamiento crtico.Para lograr esta situacin, los tomillos deben apretarse hasta que alcanzan una condicin plenamente tensionada en la que ellos estn sometidos a fuerzas de tensin extremadamente grandes.

Los tomillos completamente tensados son un proceso caro, as como su inspeccin, por lo que slo deben usarse cuando es absolutamente necesario, y cuando las cargas de trabajo ocasionan un gran nmero de cambios en los esfuerzos con la posibilidad de que se generen problemas de fatiga.

CONEXIONES TIPO FRICCIN Y TIPO APLASTAMIENTO

Cuando los tornillos de alta resistencia se tensan por completo, las partes conectadas quedan abrazadas fuertemente entre s; se tiene entonces una considerable resistencia al deslizamiento en la superficie de contacto. Esta resistencia es igual a la fuerza al apretar multiplicada por el coeficiente de friccin.

Si la fuerza cortante es menor que la resistencia permisible por friccin, la conexin se denomina tipo friccin. Si la carga excede a la resistencia por friccin, habr un deslizamiento entre los miembros con un posible degollamiento de los tornillos y al mismo tiempo las partes conectadas empujarn sobre los tornillos.

JUNTAS MIXTAS:En ocasiones los tomillos pueden usarse en combinacin con soldaduras y otras veces en combinacin con remaches (como cuando se aaden a viejas conexiones remachadaspara permitirles recibir mayores cargas). Las especificaciones LRFD contienen algunas reglas especficas para tales situaciones.

Tornillos en combinacin con soldaduras para construcciones nuevas no se usan tomillos ordinarios A307 ni los de alta resistencia, en conexiones tipo aplastamiento, para compartir la carga con soldaduras. (Antes de que la resistencia ltima de la conexin se alcance, los pernos se deslizarn y la soldadura tendr que tomar una proporcin mayor de la carga; la proporcin exacta es difcil de determinar). En tales circunstancias la soldadura tendr que disearse para resistir la carga total.

TRANSMISIN DE CARGA Y TIPOS DE JUNTAS

Tipos elementales de juntas atornilladas sujetas a fuerza axial (o sea que las cargas pasan por el centro de gravedad del grupo de conectores). Para cada uno de esos tipos se analizan los mtodos de transmisin de la carga.

Para esta exposicin inicial se har referencia a la parte a) de la figura 12.1. Se supone que las placas mostradas estn conectadas con un grupo de tomillos apretados sin holgura. En otras palabras, los tornillos no estn lo suficientemente apretados como para oprimir fuertemente las placas. Si se supone que hay poca friccin entre las placas,stas se deslizarn un poco debido a las cargas aplicadas que se muestran. En consecuencia, las cargas en las placas tendern a degollar a los conectores en el plano entre las placas y a apoyarse contra los lados de los pernos como se muestra en la figura.

Estos conectores se encuentran entonces en condiciones de corte simple y aplastamiento.Estos deben tener suficiente resistencia para soportar esas fuerzas satisfactoria-mente y los miembros que forman la junta deben ser lo bastante fuertes para prevenir su desgarramiento por los conectores.

JUNTA TRASLAPADALa junta mostrada en la parte a) de la figura 12.l se denomina junta traslapada. Este tipo de junta tiene el inconveniente de que el eje de gravedad de la fuerza en un miembro no es colineal con el eje de gravedad de la fuerza en el otro miembro. Se presenta un parque causa una flexin que no es de desearse en la conexin como se muestra en la figura.Por esta razn, la junta traslapada, que se usa slo para conexiones menores, debe disearse con dos conectores por lo menos en cada lnea paralela a la longitud del miembro para minimizar la posibilidad de una falla por flexin.

JUNTA A TOPEUna junta a tope se forma cuando se conectan tres miembros como se muestra en la figura12.1 b). Si la resistencia al deslizamiento entre los miembros es insignificante, los miembros se deslizarn un poco y tendern a degollar simultneamente a los tornillos en los dos planos de contacto entre los miembros. Los miembros se apoyan sobre los tomillos y se dice que stos se encuentran sometidos a cortante doble y aplastamiento.

La junta a tope tiene dos ventajas principales sobre la junta traslapada; stas son:l. Los miembros se arreglan en forma tal que la fuerza cortante P se reparte en dos partes, por lo que la fuerza en cada plano es slo la mitad de la que se tendra en un solo plano si se usara la junta traslapada. Desde el punto de vista del cortante la capacidad de carga de un grupo de tornillos en cortante doble es tericamente el doble que la del mismo nmero de tornillos en cortante simple.2. Se tiene una condicin de carga ms simtrica. (La junta a tope proporciona una condicin de simetra si los miembros externos son del mismo espesor y resisten las mismas fuerzas. El resultado es una reduccin o eliminacin de la flexin descrita para la junta traslapada.)

CONEXIONES DE PLANO DOBLEEn este tipo de conexiones los tomillos estn sujetos a cortante simple y aplastamiento, pero el momento flexionante no se presenta; en la figura 12.2 a) se muestra un colgante con este tipo de conexin en la que los tomillos estn sujetos a cortante simple en dos planos diferentes.

FALLAS EN JUNTAS ATORNILLADASLa figura 12.3 muestra varias maneras como pueden ocurrir las fallas en juntas atornilladas.Para disear adecuadamente las juntas atornilladas es necesario entender claramente estas posibilidades. Estas se describen a continuacin:

Figura 12-3 a) Falla de un tomillo por cortante simple. b) Falla deJa placa por tensin. c) Falla de la placa por aplastamiento. d) Falla de la placa por cortante detrs del perno. e) Falla de una junta a tope por cortante doble.

La posibilidad de falla en una junta traslapada por corte del tomillo en el plano entre los miembros (cortante simple) se muestra en a). En b) se muestra la posibilidad de una falla a tensin de una de las placas a travs del agujero de un tomillo. En c) se muestra la posible falla del tomillo o de la placa por aplastamiento entre ambos. En d) se muestra otro posible desgarramiento del miembro. En e) se muestra la falla por cortante doble en dos planos de] tomillo.

CONEXIONES TIPO APLASTAMIENTO: CARGAS QUE PASAN POR EL CENTRO DE GRAVEDAD DE LACONEXIN

RESISTENCIA AL CORTANTE En las conexiones tipo aplastamiento se supone que las cargas por transmitirse son mayores que la resistencia a la friccin generada al apretar los tornillos; como consecuencia se presenta un pequeo deslizamiento entre los miembros conectados, quedando los tornillos sometidos a corte y aplastamiento. La resistencia de diseo de un tornillo en cortante simple es igual a veces la resistencia nominal a cortante(ksi) del tornillo multiplicada por el rea de su seccin transversal. Los valores dados por las especificaciones LRFD son de 0.75 para tornillos de alta resistencia, remaches y ordinarios A307.Las resistencias nominales a cortante de tornillos y remaches se proporcionan en la tabla J3.2 de las especificaciones LRFD. Para los tornillos A325 los valores son 48 ksi las cuerdas no estn excluidas de los planos de cortante y 60 ksi si las cuerdas estn excluidas. (Para los tornillos A490 los valores son 60 y 75 ksi.) La resistencia a cortante de un tomillo en cortante doble se considera que es igual a dos veces su resistencia a cortante simple.El estudiante podra preguntarse qu se hace en la prctica del diseo en lo que respecta a la exclusin o no exclusin de las cuerdas de los planos de cortante. Si se usan tomillos y tamaos de miembros normales, las cuerdas casi siempre quedarn excluidas de los planos de cortante. Es cierto que algunos proyectistas extremadamente conservadores siempre suponen que las cuerdas no estn excluidas en el plano de cortante.

En ocasiones se requiere usar tornillos de alta resistencia con dimetros mayores que los disponibles con tornillos A325 y A490. Un caso es el uso de tornillos muy grandes para asegurar bases de mquinas. Para tales situaciones, la especificacin A3.3 delLRFD permite el uso de tornillos A449 templados y revenidos. Esta especificacin establece que tales tornillos pueden usarse slo cuando se requieren dimetros mayores de 1 pulg y slo en conexiones tipo aplastamiento.

RESISTENCIA AL APLASTAMIENTO La resistencia al aplastamiento de una conexin atornillada no es, como podra esperarse, determinada a partir de la resistencia de los tornillos mismos; ms bien se basa en la resistencia de las partes conectadas y del arreglo de los tomillos. Su resistencia calculada depende de la separacin entre los tornillos y de sus distancias a los bordes, de la resistencia Fu especificada a tensin de las partes conectadas, as como de sus espesores.

La resistencia de diseo por aplastamiento de un tornillo es igual a (0.75) veces la resistencia nominal por aplastamiento de la parte conectada (Rn) En la seccin 13.10 de las especificaciones LRFD se dan expresiones para funcin de los dimetros (d) de los tornillos y de los espesores de los miembros que se apoyan contra los tornillos

a. Slo carga esttica.b. Roscas permitidas en los planos de corte.c. La resistencia nominal por tensin de la porcin roscada de una barra recalcada, basada en el rea de la seccin transversal en su dimetro mayor de rosca AD , ser mayor que el rea nominal de la barra antes de recalcarla multiplicada porFyd. Para tomillos A325 y A490 sujetos a carga de fatiga a tensin, vea apndice K3.e. Cuando las conexiones tipo aplastamiento usadas para empalmar miembros a tensin, tienen un conector tipo cuya longitud medida en forma paralela a la lnea de fuerza excede 50 pulg, los valores tabulados debern reducirse en un20%. Algunas de las expresiones tambin contienen un trmino de separacin (s) que representa la distancia entre los centros de agujeros de tamao estndar en la direccin de la lnea de fuerza,. Si se tienen agujeros de ranura corta o larga con sus ranuras perpendiculares a la lnea de fuerza, ses la distancia entre los centros de esos agujeros. Para agujeros agrandados y para agujeros con ranura paralela a la lnea de fuerza, s se debe incrementar con el incremento apropiado de separacin C1 dado en la tabla 12.3 (tabla 13.7 del LRFD.

a) Cuando Le > 1.5 d y S 3d, y cuando hay dos o ms tomillos en la lnea de fuerzaSi la deformacin alrededor de los agujeros de los tomillos es una consideracin de diseo (es decir, si queremos deformaciones 0.25 pulg).

Rn=2.4 dtFu(Ecuacin J3-la del LRFD)

Para los problemas considerados en este texto supondremos normalmente que las deformaciones alrededor de los agujeros para tomillos son importantes. Entonces, a menos que se especifique otra cosa, se usar el valor 2.4 dtFupara clculos de aplastamiento.Si la deformacin alrededor de los agujeros para los tomillos no es una consideracin de diseo (es decir, si las deformaciones> 0.25 pulg son aceptables)Para el agujero de tomillo ms cercano al borde

Rn= LetFu 3.0 dtFu(Ecuacin J3-lb del LRFD)

Para los tomillos restantes

Rn = (s- d/2)tFu 3.0 dtFu (Ecuacin J3-lc del LRFD)

Para agujeros de ranura larga perpendicular a la lnea de fuerza

Rn =2.0dtFu(Ecuacin .T3-ld del LRFD)

b) Cuando Le < 1.5 d y s< 3d, o cuando hay un solo tomillo en la lnea de fuerzaPara un solo tomillo o para el tomillo ms cercano al borde cuando hay dos o ms tomillos en la lnea de fuerza

Rn = LetFu 2.4 dtFu(Ecuacin J3-2a del LRFD)

Rn = (s d/2)tFu 2.4 dtFu(Ecuacin J3-2b del LRFD)

Valores para Rnestn previstos en la seccin J3. 10 de las especificaciones paraAgujeros de ranura corta perpendiculares a la lnea de fuerza. Recordemos como sedescribi en la seccin 12.9 de este captulo que los agujeros agrandados y de ranura corta y larga pueden usarse para conexiones tipo friccin a menos que las cargas acten perpendicular a las ranuras.

Las pruebas hechas en juntas atornilladas han demostrado que ni los tornillos ni el metal en contacto con stos fallan realmente por aplastamiento. Sin embargo, estas pruebas han demostrado que la eficiencia de las partes conectadas en tensin y compresin se ve afectada por la magnitud de los esfuerzos de aplastamiento. Por ello, las resistencias nominales por aplastamiento dadas por las especificaciones LRFD tienen valores arriba de los cuales, la resistencia de las partes conectadas resulta afectada. En otras palabras esos esfuerzos de diseo por aplastamiento aparentemente tan altos no son en realidad esfuerzos de aplastamiento, sino ndices de las eficiencias de las partes conectadas. Si se permiten esfuerzos de aplastamiento mayores que los valores dados, los agujeros se alargan ms de pulg y afectan la resistencia de las conexiones.

De lo anterior podemos ver que las resistencias por aplastamiento dadas son especificadas para proteger los sujetadores contra fallas de aplastamiento porque ellos no necesitan tal proteccin. Los mismos valores de aplastamiento se usarn para una junta particular independientemente del grado de los tornillos usados e independientemente de la presencia o ausencia de las roscas de los tornillos en el rea de aplastamiento.

Resistencia mnima de conexiones

Las especificaciones LRFD (seccin Jl.7) establecen que, excepto para celosas, tensores y largueros de pared, las conexiones tendrn resistencias de diseo suficientes para soportar cargas factorizadas de al menos 10klb.

El ejemplo 12.1 muestra los clculos necesarios para determinar la resistencia de una conexin tipo aplastamiento. Al usar un procedimiento similar, se calcula en el ejemplo 12.2 el nmero de tornillos necesarios para una cierta condicin de carga. En cada caso, el espesor de aplastamiento por usar es igual al espesor total menor en un lado o en el otro. Por ejemplo, en la figura 12.6 es igual al menor de 2x1/2 pulgadas a la izquierda3/4pulgada a la derecha.

Los valores dados para las resistencias de tornillos en este captulo, sean estos tipo aplastamiento o de deslizamiento crtico, pueden obtenerse de las tablas llamadas DesignShearStrength of OneBolt(Resistencia de diseo por cortante de un tornillo) y DesignBearingStrength al Bolt Ho/es (Resistencia de diseo por aplastamiento en agujeros de tornillos) en la seccin 8 del Manual.

En las tablas de conexiones del Manual LRFD y en la literatura tcnica sobre tomillos, vemos constantemente abreviaciones usadas al hacerse referencia a los diversos tipos de tornillos. Por ejemplo, podemos ver A325-SC, A325-N, A325-X, A490-SC, etc.

Tales abreviaciones se usan para representar lo siguiente:A325-SC, tornillos A325 de deslizamiento crtico o completamente tensionados.A325-N, tornillos apretados sin holgura o de aplastamiento con roscas incluidas en los planos de corte.A325-X, tornillos A325 apretados sin holgura o de aplastamiento con roscas excluidas de los planos de corte.

Tablas importantes y factores para el desarrollo de Ejemplos.

rea neta (An)El trmino rea neta de la seccin transversal o simplemente rea neta se refiere al rea bruta de la secesin transversal menos la de ranuras, muescas y agujeros. Al considerar el rea de stos por lo general es necesario restar un rea un poco mayor que la nominal del agujero. Por ejemplo, en la fabricacin de estructuras de acero para conectarse con tomillos, los agujeros se hacen con un dimetro 1/16 pulg mayor que el correspondiente al tomillo o remache. Adems, se considera que el punzonado del agujero daa o aun destruye, 1/16 pulg( 1.6 mm) ms del metal circundante; por tanto, el rea de los agujeros que se resta corresponde a un dimetro 1/8 (3 mm) mayor que el dimetro nominal del conector. El rea que se resta por agujeros es rectangular e igual al producto del dimetro del agujero por el espesor del metal. (Si los agujeros deben ser ranurados como se describe en el capitulo 12, la prctica usual es agregar 1/16 pulg en el ancho real de los agujeros.)Las placas con espesores mayores que el dimetro del conector, son difciles de punzonar a la medida requerida sin que se presente una deformacin excesiva del material circundante. Estos agujeros deben pre barrenarse a dimetros ligeramente menoresen 3/16 pulg que los especificados, y luego, cuando las piezas estn ya ensambladas, rimarseal dimetro justo. Con este proceso se daa poco el material y, como los agujerosresultantes son. lisos y de paredes uniformes, no se considera necesario restar un 1/16 pulgpor dao a los lados. Algunas veces, cuando deben conectarse piezas de gran espesor,los agujeros se taladran al dimetro del conector, ms 1/32 pulg; est proceso resulta muycostoso y debe evitarse siempre que sea posible.

Puede resultar necesario adoptar una mayor tolerancia dimensional durante los montajes para tomillos de alta resistencia con dimetros mayores de 5/8 pulg. Para esta situacin pueden usarse agujeros mayores que los estndar sin reducir la eficiencia de la conexin. Estos agujeros pueden ser ovalados, como se describe en la seccin 12.9.El ejemplo 3.1 ilustra los clculos necesarios para determinar el rea neta de una placa trabajando a tensin.

EJEMPLO Determine el rea neta de la placa de 3/8 x 8 pulg mostrada en la figura 3.2. La placa estconectada en sus extremos con dos lneas de tomillos de pulg.

Solucin.rea neta= An= (3/8) (8) (2) (3/8) = 2.34 pulg2 (1510 mm2)Las conexiones de los miembros a tensin deben disearse de modo que no tengan excentricidad.

EJEMPLOS

EJEMPLO 1:

Determine la resistencia de diseo Pude la conexin tipo aplastamiento mostrada en la figura 12.5. Considere acero A572 grado 50, tornillos A325 de 7/8 pulgada, agujeros de tamao estndar, cuerdas excluidas del plano de corte, distancias al borde> 1 dey distancias centro a centro de agujeros> 3 d.

Resistencia a diseo de las placas:Ag= (1/2)(12)= 6.0 pulg2An =6.00 - (2)(1.0)(1/2) = 5.0 pulg2 = AePu =tFyAg = (0.9)(50)(6.0) = 270 klbPu =tFuAe = (0.75)(65)(5.0) = 243.7 klb

Resistencia de diseo de tomillos en cortante simple y aplastamiento sobre 1/2 pulg.Pu =(0.6)(60)(4) = (0.75)(0.6)(60)(4) = 108 klb Pu = 2.4dtFu= (0.75)(2.4)(7/8)(1/2)(65)(4) = 204.7 klb

Pude diseo = 108 klb

EJEMPLO 2

Cuntos tomillos A325 de 3/4pulg en agujeros de tamao estndar con cuerdas excluidas del plano de corte se requieren para la conexin tipo aplastamiento mostrada en la figura 12.6? Considere acero A36, distancias al borde>1 d y distancia centro a centro de agujeros>3d.

Solucin. Tomillos en doble cortante y aplastamiento sobre pulg:Resistencia de diseo por cortante Por tomillo= (0.75)(2 x 0.44)(60) = 39.6 klbResistencia de diseo por Aplastamiento por tomillo= (0.75) (2.4) (3/4)(3/4) (58) = 58.7 klbNmero de tomillos requeridos = (300/39.6) = 7 + Use 8 o 9 tomillos (dependiendo del arreglo)

Cuando se atornillan cubreplacas a los patines de secciones W los tornillos deben tomar el cortante longitudinal en el plano ubicado entre las placas y los patines. El esfuerzo cortante longitudinal en la viga de la figura 12.7 resistido por una cubreplaca y el patn del perfil W, puede determinarse con la expresinfv= VQ/ lb. La fuerza cortante total a travs del patn en 1 pulg de longitud es igual a (b)(1.0)(VQ/Ib) = VQII.La especificacin LRFD-E4 estipula una separacin mxima permisible para tomillos usados en las placas externas de miembros armados; igual al espesor de la placa externa ms delgada multiplicado por o bien 12 pulg; rige el menor valor. El espaciamiento de las parejas de tomillos en la figura 12.7 puede determinarse dividiendo la resistencia de diseo de dos tomillos por la fuerza cortante que debe tomarse por pulgada en una seccin especfica. Los espaciamientos tericos variarn de acuerdo con la variacin de la fuerza cortante externa a lo largo del claro. El ejemplo 12.3 muestra los clculos necesarios para determinar el espaciamiento de los tomillos en una viga con cubreplaca.

EJEMPLO 3

En una cierta seccin de la viga con cubreplaca mostrada en la figura 12.7, la fuerza cortante externa factorizadaVues de 275 klb. Determine la separacin requerida entre tomillos A325 de 7/8 pulg. usados en una conexin tipo aplastamiento. Suponga que se cumplen los requisitos de distancia al borde y de centro a centro (1 dy 3d) y que las cuerdas en los tomillos estn excluidas del plano de corte. Acero A36.

Solucin.Ix =3630 + (2)(16 x 3/4)(11.405)2 = 6752 pulg4Cortante factorizado por pulgada = VuQ/I

= (275)(16x(3/4)x11.405)/(6752) = 5.574 klb/plg

Tomillos en cortante simple y aplastamiento sobre 0.75 pulgResistencia de diseo por cortante para dos tomillos

= (2)(0.75)(0.6)(60) = 54 klb

Resistencia de diseo por aplastamiento para dos tomillos

= (2)(0.75)(2.4)(7/8)(3/4)X58= 137 klbP= (54)/(5.574) = 9.69 pulg(digamos 9 pulg centro a centro)

Mximop = (3/4)() = 15.88 pulg o 12 pulg

Coloque los tomillos a 9 pulg entre centro

Bibliografa:

DISEO DEESTRUCTURASDE ACEROMtodo LRFD2 edicinjack c. McCormacclemson university