Transcript 12.- Conexiones apernadas

CONEXIONES APERNADAS
El proceso de diseño de conexiones apernadas
consiste en el análisis de:
1.
2.
3.
4.
Determinación del número de pernos (Nb) y/o
verificar la resistencia de los mismos
Disposición de los pernos en la conexión
Verificación del diseño de la conexión
Consideraciones de fabricación, montaje, inspección
y costos
Criterios de resistencia método LRFD
carga de diseño
Nb = resistencia de diseño
La resistencia de diseño será el valor que se obtenga, según el caso, por:
- Tracción
- Corte
- Corte y tracción simultáneos
- Cargas aplicadas excéntricamente
En la evaluación de estas resistencias se considera si la
conexión es de Aplastamiento o de Deslizamiento crítico
Disposición de los pernos de la conexión:
El detalle de la conexión puede modificar su capacidad resistente,
por lo tanto se debe prestar atención a los siguientes aspectos:
- Separación entre pernos
- Distancia de los agujeros a los bordes
- Distancias que permitan colocar y apretar los pernos
- Longitudes de prensado de los pernos
Verificación del diseño de la conexión:
1) Verificar la resistencia de diseño de los elementos conectados por:
 tracción
- Cedencia en el área o sección total
- Rotura en el área o sección efectiva
 Corte
- Cedencia en el área o sección total
- Rotura en el área o sección efectiva
 Bloque cortante
2) Verificar la resistencia de diseño de los pernos por:
 Aplastamiento
 Efecto de apalancamiento
3) Verificar las conexiones de deslizamiento crítico para que:
 No se produzca deslizamiento bajo las cargas de servicio
 La resistencia al corte y al aplastamiento de la conexión debe ser
mayor que las solicitaciones producidas por las cargas mayoradas
Requisitos de resistencia método LRFD
Tracción axial
La resistencia de diseño de los pernos por tracción axial será:
 Rnt =  Ft Ab
Donde  = factor de reducción de la resistencia nominal = 0,75
Ft = Tensión nominal de tracción (ver tabla n° 1)
Ab= Area nominal del perno
Tabla n° 1
Corte
La resistencia de diseño de los pernos en conexiones de
aplastamiento será:
 Rnv =  Fv Ab
En la tabla n°2 se dan los valores de  Rnv
Los pernos se identifican con el sufijo N si la parte roscada
del perno está incluida en los planos del corte y con el sufijo
X se la partecroscada está excluida de los planos de corte
Tabla n° 2
Conexiones de deslizamiento crítico. Estado límite de servicio
Bajo las cargas de servicio la resistencia de diseño será:
 Rnv =  Fnv Ab Ns
 = 1 en conexiones con agujeros estándar, agrandados, de
ranura corta y larga y de ranura larga cuando el eje largo del
agujero es perpendicular a la línea de acción de la fuerza
 = 0,85 en conexiones con agujeros de ranura larga cuyo eje
largo del agujero es paralelo a la línea de acción de la fuerza
Ns = número de planos de corte en la conexión
Ab = área nominal del perno
 =1
 = 0,85
Tabla n° 3
Conexiones de deslizamiento crítico.
Estado límite agotamiento resistente
Bajo las cargas mayoradas la resistencia de diseño al
agotamiento resistente será:
Rstr   1,13  Tb N b N s
 = 1 para conexiones con agujeros estándar
 = 0,85 para conexiones con agujeros agrandados y de
ranura corta
 = 0,70 para conexiones con agujeros de ranura larga normales a la dirección de
la fuerza aplicada
 = 0,60 para conexiones con agujeros de ranura larga paralelos a la dirección de
la línea de acción de la fuerza aplicada
 = coeficiente de deslizamiento promedio
 =
0,33 para superficies Clase A: superficies no pintadas libres de óxidos de
laminación
=
0,50 para superficies Clase B: superficies no pintadas limpiadas con chorro a
presión
 =
0,40 para superficies Clase C: superficies galnanizadas en caliente o
superficies rugosas
Tb = carga mínima de pretensión de los pernos (ver tabla 5)
Nb = número de pernos en la conexión
Ns = número de planos de corte en la conexión
Tabla n° 4
Tabla n° 5
Aplastamiento.
Considerando la deformación del agujero, para agujeros normales o
estándar, la resistencia al aplastamiento se calculará de la siguiente
manera:
Cuando d0 ≥ 1,5 db y s ≥ 3db
ØRn = Ø 2,4 db t Fu
Cuando d0 < 1,5 db o s < 3db
ØRn = Ø d0 t Fu ≤ Ø 2,4 db t Fu
Para un solo perno o el agujero más cercano al borde de la conexión
con dos a más pernos en la línea de acción de la fuerza
ØRn = Ø [s – db / 2 ] t Fu ≤ Ø 2,4 db t Fu
Para el resto de los pernos
Ø = 0,75
t = espesor de la plancha
Fu= resistencia nominal de agotamiento del material de la plancha
db= diámetro nominal del perno
d0 = distancia mínima de los centros de agujeros estándar a
cualquiera de los bordes libres
s = separación centro a centro entre agujeros estandar
Tabla n° 6
Deslizamiento crítico
Elongación excesiva del agujero por deformación de la placa
db
espesor t
s
Desgarramiento de la placa
espesor t
d0
- En las conexiones por deslizamiento crítico la resistencia de diseño
de los pernos en el estado límite de agotamiento resistente será:
Rstr

Tu  ver tabla n° 4
  1,13  Tb N b N s 1 

1
,
13
T
N
b b

 = 1 para conexiones con agujeros estándar
 = 0,85 con agujeros agrandados y de ranura corta
 = 0,70 con agujeros de ranura larga normales a la dirección de la fuerza
 = 0,60 con agujeros de ranura larga paralelos a la dirección de la fuerza
 = coeficiente de deslizamiento promedio
 = 0,33 para superficies Clase A
 = 0,50 para superficies Clase B
 = 0,40 para superficies Clase C
Tb = carga mínima de pretensión de los pernos (ver tabla 5)
Nb = número de pernos en la conexión
Ns = número de planos de corte en la conexión
Tu = resistencia de tracción requerida bajo cargas mayoradas
Resistencia de diseño de los elementos conectados
En las conexiones apernadas se verifica que las planchas y otros
elementos conectados tengan la resistencia de diseño adecuada,
determinada según los siguientes criterios:
- Tracción
Cedencia:  Rn = 0,90 Fy A
Rotura:  Rn = 0,75 Fu Ae
- Corte
Cedencia:  Rn = 0,90 (0,60Fy )A
Rotura:  Rn = 0,75 (0,60Fu )Anc
- Bloque cortante
Cuando Fu Ant ≥ 0,60 Fu Anc
Cuando Fu Ant < 0,60 Fu Anc
 Rn = Ø ( 0,60 Fy Av + Fu Ant )
 Rn = Ø ( 0,60 Fu Anc + Fy At )
Ejercicio 1: Determinar el número de pernos de Ø ¾” en agujeros estándar y de
calidad A325, requeridos para desarrollar la capacidad total de las planchas de acero
de Fy = 4570 kg/cm2 y Fu = 5620 kg/cm2. La superficie de la conexión clasifica
como Clase B. La relación Carga Variable a Carga Permanente es CV = 4 CP. Los
pernos deben colocarse en dos líneas paralelas a la fuerza.
Vista lateral
N/2
6 mm
N
9 mm
6 mm
N/2
Vista en planta
N
152 mm
N
Resistencia de las planchas:
Cedencia por tracción en el área total de la plancha de 9 mm
 N =  Fy A
 N = 0,90 x 4570 x (0,9x15,2) = 56266 kg
Rotura por tracción en el área neta de la plancha de 9 mm
An =[ A – Nb(db +1/8)] tp
An =[ 15,2 – 2(3/4 +1/8)2,54] 0,9
An = 9,68 cms2
Máximo valor de An = 0,85 A = 0,85 x (0,9x15,2) = 11,63 cm2
Entonces, An = 9,68 cm2
 N = 0,75 x 5260 x 9,68 = 40801 kg
Como 40801 < 56266, la resistencia de las planchas es 40801 kg
Nu = 1,2 CP + 1,6 CV = 40801 kg
1,2 CP + 1,6 (4CP) = 40801 kg
CP = 5369 kg
Carga de servicio N = CP + CV = 5369 + 4(5369) = 26843 kg
Bajo cargas de servicio, la capacidad de un perno A-325 Ø ¾” en corte doble para
superficie clase B:
 Rnv =  Fv Ab Ns
 Fv = 1200 kg/cm2 (Tabla n° 3) Superficie clase A
 Fv = 1200 x 0,5 / 0,33 = 1800 kg/cm2 Superficie clase B
Ab = 2,85 cm2 (Tabla n° 3)
 Rnv = 10260 kg/por cada perno
Ns = 2
26843 kg
Nb = 10260 kg/perno
Nb = 2,62 pernos = 3 pernos
En el estado límite de agotamiento resistente, la capacidad de un perno A-325 Ø
¾” en corte doble para superficie clase B:
- Aplastamiento.
asumimos d0 ≥ 1,5 db y s ≥ 3db
ØRn = Ø 2,4 db t Fu
ØRn = 0,75 x 2,4 x 1,91 x 0,9 x 5620
ØRn = 17390 kg/por cada perno
40801 kg
Nb = 17390 kg/perno
Nb = 2,35 pernos = 3 pernos
- Corte (deslizamiento crítico).
Rstr   1,13  Tb N b N s
Rstr   1,13  Tb N b N s
Ø = 1 (agujero estándar)
 = 0,5 (superficie clase B)
Ns = 2 (2 planos de corte)
Tb = 12700 kg/cm2 (ver tabla n° 5)
Nb = 1 (asumimos 1 perno)
Ø Rstr = 14351 kg/por cada perno
40801 kg
Nb = 14351 kg/perno
Nb = 2,84 pernos = 3 pernos
En este caso, priva la condición de agotamiento resistente sobre
la carga de servicio. Por razones de simetría es conveniente usar
4 pernos en dos líneas.