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CONEXIONES EN EDIFICIOS DE ACERO Y SU AUTOMATIZACIÓN PARA EL DISEÑO ESTRUCTURAL

Luis F. Zapata Baglietto, MSc. Karina Carbajal Valdivia

INTRODUCCIÓN
l Este estudio presenta el conocimiento actual que se tiene del diseño de conexiones típicas en edificios de acero, según las Especificaciones AISC 1999 y las Provisiones AISC 2002 l El diseño de las conexiones es uno de los factores másimportantes que tiene que tomarse en cuenta. l El tratamiento por el diseñador de las conexiones conduce a una sistematización del cálculo de las mismas lo que permite hacer uso de hojas de cálculo para el diseño automatizado de las mismas.

Edificio de acero (Estructuración típica)

- pórticos arrostrados, (1 y 4), - pórticos soportados, (2 y 3), - pórticos de momentos (A, B, C, D) Encuentros que originan conexiones en edificios de acero

VIGATRABE COLUMNATRABEARRIOSTRE COLUMNA-TRABE ARRIOSTRETRABEARRIOSTRE

ENCUENTROS

COLUMNA-PL DE APOYO

CONEXIONES TÍPICAS

Conexión simple
Transmite corte

Conexión semi rígida
transmite momento y corte

Conexión de momento
transmite momentos y corte

Conexión Viga-columna con arriostre diagonal

Transmite corte y accionesaxiales

Comportamiento de las conexiones M vs. Θ
Para definir el comportamiento de una conexión se aplicaron fuerzas a especimenes y se midieron los momentos aplicados vs. la rotación. Como limite se definió una linea de cierre.

• • •

Conexión simple (PR) : momento pequeño y rotación grande. Conexión semi rígida (PR) : momento y rotación restringidos. Conexión rígida (FR) : momentoplástico de viga y rotación pequeña.

Conexión Viga-Columna en Pórticos de momentos
Todas estas conexiones han sido ya sometidas a sismos reales siendo su comportamiento bueno, excepto en el caso de las conexiones rígidas viga- columna que tuvieron muchos problemas en el terremoto de Northridge, California, USA, 1994.

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Problemas que se presentaron: 1. Rajadura en las soldaduras de unión delas alas de las vigas a las alas de la columna. Esto ocurrió especialmente en el ala inferior de las vigas por inversión de momentos, se debe a falla frágil en las soldaduras. 2. En otros casos, se produjeron rajaduras en las alas de las columnas, penetrando éstas también en las almas de las columnas; esta falla se denomina falla lamelar. 3. También se produjeron rajaduras en el ángulo a lo largode la línea de los pernos.

Solución de Conexión Viga-Columna
Evitar la formación de rótulas plásticas en la zona de unión de la viga a la columna; la soldadura es un elemento frágil. Es necesario alejar la rótula desde el nudo hacia la viga, lo que se consigue con las alternativas que se muestran.

PRIMERA ALTERNATIVA: CARTELAS VERTICALES
Al colocar las cartelas verticales se disminuyenlos esfuerzos en las soldaduras que conectan las ala de la viga a la columna, entonces los mayores esfuerzos se concentran en el perfil donde la ductilidad es mayor y es posible desarrollar una rótula plástica.

Solución de Conexión Viga-Columna

SEGUNDA ALTERNATIVA: CARTELAS HORIZONTALES
Al aumentarse el área de las alas y el tamaño de la soldadura, los esfuerzos mayores se concentran en elperfil

3.-Solución de Conexión Viga-Columna

TERCERA ALTERNATIVA: CONEXIÓN “HUESO DE PERRO”
La disminución de las alas en las cercanías del nudo propicia que la formación de la rótula plástica sea en la sección disminuida de la viga; a esta solución se le denominada “hueso de perro” y fue propuesta por el Prof. Engelhardt

Especificaciones para diseño de conexiones en zona sísmicasEstán en vigencia las Provisiones S ísmicas AISC de 2002 y FEMA 350. Para el diseño de edificios de acero se han establecido varias categorías de acuerdo a los cuidados que se tomen para el diseño de sus elementos: Para construcciones con pórticos de momentos: • Pórticos ordinarios de momentos (OMF, siglas en inglés): construcción en zonas no sísmicas, R = 3.5 • Pórticos especiales de momentos...
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