UNIONES Y CONEXIONESLa construccin en estructuras metlicas debe entenderse como prefabricada por excelencia, lo que significa que los diferentes elementos que componen una estructura deben ensamblarse o unirse de alguna manera que garantice el comportamiento de la estructura segn fuera diseada. El proyecto y detalle de las conexiones puede incidir en forma significativa en el costo final de la estructura. La seleccin del tipo de conexiones debe tomar en consideracin el comportamiento de la conexin (rgida, flexible, por contacto, por friccin, etc.), las limitaciones constructivas, la facilidad de fabricacin (accesibilidad de soldadura, uso de equipos automticos, repeticin de elementos posibles de estandarizar, etc.) y aspectos de montaje (accesibilidad para apernar o soldar en terreno, equipos de levante, soportes provisionales y hasta aspectos relacionados con clima en el lugar de montaje, tiempo disponible, etc.).Hoy en da estas variables se analizan en forma conjunta e integral, bajo el concepto de constructividad, materia en la que el acero muestra grandes ventajas.

Remaches en caliente o roblonesLas primeras estructuras metlicas empleadas en los puentes a mediados del siglo XIX se construan a partir de hierro colado y/o forjado, materializndose las uniones mediante remaches en caliente o roblones. Para hacer este tipo de uniones, las planchas que se deban unir se perforaban en un rgimen que se determinaba por clculo, reforzando los empalmes y traslapes con planchas igualmente perforadas de acuerdo al mismo patrn. Muchas veces estas planchas adicionales llegaron a representar hasta el 20% del peso total de la estructura. Los roblones o remaches tienen una cabeza ya preformada en forma redondeada y se colocan precalentados a una temperatura de aprox. 1.200C, pasndolos por las perforaciones y remachando la cara opuesta hasta conformar la segunda cabeza. Al enfriarse, su caa sufrir una contraccin que ejercer una fuerte presin sobre los elementos que se estn uniendo. Este sistema de conexin funciona por la enorme dilatacin trmica del acero que permite que, an elementos relativamente cortos como los roblones, se contraigan significativamente al enfriarse desde los 1.200C hasta la temperatura ambiente. (El coeficiente de expansin lineal del acero es0,0000251 x longitud del elemento x diferencial de temperatura = contraccin/expansin de la pieza).En la prctica, este procedimiento est superado por el desarrollo y evolucin del acero como de las posibilidades de unirlo. Hoy existen bsicamente dos procedimientos para materializar las uniones entre los elementos de una estructura metlica: las Uniones Soldadas y las Uniones Apernadas.

SoldaduraLa soldadura es la forma ms comn de conexin del acero estructural y consiste en unir dos piezas de acero mediante la fusin superficial de las caras a unir en presencia de calor y con o sin aporte de material agregado. Cuando se trabaja a bajas temperaturas y con aporte de un material distinto al de las partes que se estn uniendo, como por ejemplo el estao, se habla de soldadura blanca, que es utilizada en el caso de la hojalatera, pero no tiene aplicacin en la confeccin de estructuras.

Cuando el material de aporte es el mismo o similar al material de los elementos que se deben unir conservando la continuidad del material y sus propiedades mecnicas y qumicas el calor debe alcanzar a fundir las caras expuestas a la unin. De esta forma se pueden lograr soldaduras de mayor resistencia capaces de absorber los esfuerzos que con frecuencia se presentan en los nudos. Las ventajas de las conexiones soldadas son lograr una mayor rigidez en las conexiones, eventuales menores costos por reduccin de perforaciones, menor cantidad de acero para materializarlas logrando una mayor limpieza y acabado en las estructuras.

Sin embargo, tienen algunas limitaciones importantes que se relacionan con la posibilidad real de ejecutarlas e inspeccionarlas correctamente en obra lo que debe ser evaluado en su momento (condiciones ergonomtricas del trabajo del soldador, condiciones de clima, etc.) Hoy en da, una tendencia ampliamente recomendada es concentrar las uniones soldadas en trabajos en el taller y hacer conexiones apernadas en obra.

Las posiciones de soldadura tpicas son: plana, vertical, horizontal y sobre cabeza; y expresan parcialmente las dificultades de la soldadura en terreno

Fuente: Indura en Vliz S, Sebastin; Seminario FAU 2009Los tipos de conexiones de perfiles y planchas por soldadura son las siguientes:

Fuente: Indura en Vliz S, Sebastin; Seminario FAU 2009

Por su parte, los tipos de soldaduras que se pueden practicar se detallan en el siguiente esquema:

Fuente: Indura en Vliz S, Sebastin; Seminario FAU 2009

A su vez, hay diferentes formas de practicar los biseles en los perfiles o planchas a soldar:

Fuente: Indura en Vliz S, Sebastin; Seminario FAU 2009Entre los variados tipos de soldadura se pueden mencionar: Soldadura Oxiacetilnica, en que la temperatura se logra encendiendo una mezcla de gases de oxgeno y acetileno en el soplete capaz de fundir los bordes de las planchas a unir a la que se le agrega el material de aporte proveniente de una varilla con la que se rellena el borde a soldar. El principio de la soldadura con mezcla de oxgeno y acetileno se emplea tambin en el corte de planchas. Soldadura al Arco, los procesos ms utilizados hoy son la soldadura por arco elctrico en que se genera un arco voltaico entre la pieza a soldar y la varilla del electrodo que maneja el operador que produce temperaturas de hasta 3.000C. Los materiales que revisten el electrodo se funden con retardo, generando una proteccin gaseosa y neutra en torno al arco elctrico, evitando la oxidacin del material fundido a tan alta temperatura. Este proceso puede ser manual, con electrodo revestido o automtica con arco sumergido.

Soldadura por Electrodo Manual Revestido (Stick Metal Arc Welding)Consiste en un alambre de acero, consumible, cubierto con un revestimiento que se funde bajo la accin del arco elctrico generado entre su extremo libre y la pieza a ser soldada. El alambre soldado constituye el metal de relleno, que llena el vaco entre las partes, soldndolas.

Fuente: Curso Ilafa, arquitecto Sandro Maino AnsaldoSoldadura por arco sumergido (Submerged Arc Welding)Para la soldadura de arco sumergido se emplea un equipo compuesto de un alambre de acero desnudo, asociado a un dispositivo inyector de fundente. Al generarse el arco elctrico, el alambre se funde soldando las partes y el fundente es depositado sobre la soldadura, protegindola.

El proceso de arco sumergido, es un proceso industrial que al ser automtico le confiere mayor calidad a la soldadura.

Fuente: Curso Ilafa, arquitecto Sandro Maino AnsaldoLa soldadura por resistenciase logra generando el arco voltaico entre dos electrodos que estn presionando las planchas a unir, el que encuentra una resistencia en las planchas generando una alta temperatura que las funde y las une. Se emplea principalmente en la unin de planchas superpuestas como soldadura de punto. Tambin se aplica entre electrodos en forma de rodillos generando una soldadura de costura.

En el clculo de las estructuras, la resistencia de las uniones est dada por la longitud de la soldadura en el sentido longitudinal de los elementos traccionados o comprimidos. Cada unin deber tener determinada cantidad de centmetros lineales de soldadura. Sin embargo, esta situacin es, frecuentemente, imposible de lograr, especialmente si se est trabajando con perfiles de menor tamao. Para suplir esta dificultad se agregan planchas en las uniones llamadas gousset, cuyo nico objeto es permitir conexiones entre elementos a unir y lograr el largo de soldadura requerido para el nudo.

La soldadura es una operacin que requiere un trabajo delicado, realizado por un operario calificado. Una soldadura mal realizada puede quedar porosa y frgil y expone a la totalidad de la estructura a un desempeo diferente al que ha sido diseado con el consecuente riesgo de colapso. En muchos pases la calificacin de los soldadores se hace ante instituciones certificadoras y debe revalidarse cada cierta cantidad de aos.Conexiones apernadasOtra forma frecuente de materializar uniones entre elementos de una estructura metlica es mediante pernos. Hoy, el desarrollo de la tecnologa ha permitido fabricar pernos de alta resistencia, por lo que estas uniones logran excelentes resultados.

Pernos y uniones apernadas: Fuente: Curso Ilafa, arquitecto Sandro Maino AnsaldoHa sido generalmente aceptado que es mejor que las uniones soldadas se realicen en taller o maestranza, en que se puede trabajar en un ambiente controlado, en forma automatizada (soldadura de arco sumergido, por ejemplo) o con los operadores en posiciones suficientemente cmodas para garantizar un buen cordn de soldadura. Asimismo, en taller es mucho ms factible el someter las soldaduras a un exigente control de calidad, que incluye la certificacin mediante rayos-x o ultrasonido de las soldaduras, lo que en terreno frecuentemente es costoso y a veces imposible de realizar.

En concordancia con lo anterior, la tendencia actual y creciente es a realizar las uniones apernadas en terreno (cuya inspeccin y control de obra es mucho ms fcil y econmica de hacer) y las uniones soldadas en taller. An as, la construccin y materializacin de estas uniones apernadas requiere de un cuidadoso y detallado planeamiento en los planos de fabricacin, cuya precisin milimtrica debe ser estrictamente respetada en la maestranza a fin de evitar descalces o problemas en el montaje. Entre las ventajas de las uniones apernadas se cuenta con que existe una amplia gama de dimensiones y resistencia, no se necesita una especial capacitacin, no exige un ambiente especial para el montaje y simplica los procesos de reciclado de los elementos.TornillosLos tornillos son conexiones rpidas utilizadas en estructuras de acero livianas, para fijar chapas o para perfiles conformados de bajo espesor (steel framing). Las fuerzas que transfieren este tipo de conexiones son comparativamente bajas, por lo que normalmente se tienen que insertar una cantidad mayor de tornillos (hay que tener presente que los tornillos deben ser utilizados preferentemente para unir chapas delgadas). Los tornillos pueden ser autorroscantes o autoperforantes (no necesitan de perforacin gua y se pueden utilizar para metales ms pesados). Entre las ventajas de estas conexiones hay que destacar que son fciles de transportar, existe una gran variedad de medidas, largos, dimetros y resistencia; y finalmente, que son fciles de remover, factor importante para el montaje y desmontaje de los componentes de la estructura.

Diseo de UnionesUn aspecto importante en el diseo de uniones y conexiones es la determinacin, que se debe hacer en la etapa de proyecto de estructura, del tipo de conexin que se disea: si es rgida o articulada (flexible). Se llaman conexiones rgidas aquellas que conservan el ngulo de los ejes entre las barras que se estn conectando, en tanto sern articuladas o flexibles, aquellas que permitan una rotacin entre los elementos conectados (aunque en la realidad no existan conexiones 100% rgidas ni 100% flexibles). Ambas se pueden ejecutar por soldadura o apernadas, pero ser determinante el diseo, el uso de elementos complementarios (ngulos, barras de conexin, nervaduras de refuerzo, etc.), las posicin de los elementos de conexin y las holguras y/o los elementos que permitan la rotacin relativa de un elemento respecto del otro.

Uniones Rgidas: Reliance Control factory, Swindon (1967) Richard RogersUniones articuladas o flexibles: Aeropuerto StanstedMs informacin respecto de lo anterior se podr encontrar en los cursos que se presentan en este mismo sitio >ver

CONEXIONES EN ACEROApernadas o soldadas?Francis Pfenniger - arquitectoEditorwww.arquitecturaenacero.org1. IntroduccinHemos comentado en varias oportunidades que construir en acero es, esencialmente, asumir una construccin prefabricada. Por otra parte, ms all de las mltiples ventajas que representa la construccin prefabricada que tambin hemos comentado reiteradamente, hay que tener en consideracin que, tambin en esencia,prefabricar es unir. As, construir en acero es, en esencia tambin, unir o conectar. En efecto, ningn sistema o mtodo de construccin prefabricada, cualquiera sea el material con que ella se ejecute, puede hacer abstraccin de la necesidad de ocuparse en detalle de los sistemas y elementos con que las partes prefabricadas han de unirse para conformar la estructura o la totalidad del edificio.Las conexiones son como el adhesivo que mantiene las partes de la estructura unidas y permite que absorban las cargas a las que estn sometidas. Son pues, un aspecto crtico en el comportamiento de la estructura. Se ha demostrado que, histricamente, la mayor recurrencia de fallas estructurales mayores en las estructuras de acero se debe a fallas en los sistemas de conexiones.Las conexiones y su diseo- dependen de cuatro factores principales: Tipo de cargas el tipo y direccin de los esfuerzos que convergen sobre una conexin es determinante de su diseo. Resistencia y rigidezde los elementos y de las conexiones. Economa las conexiones tienen una relacin directa con el costo total de la estructura. (Conexiones repetitivas pueden tener un impacto importante en la reduccin de costos) Dificultad de ejecucin aunque una conexin puede ser muy eficiente en relacin al uso de los materiales (y en consecuencia, ser razonablemente econmica) an puede significar un costo importante en obra en funcin de su complejidad.

2. Tipos de conexiones en aceroSegn AISC, las conexiones se clasifican en funcin de su relacin momento-rotacin y son, bsicamente, de tres tipos: conexiones simples, conexiones rgidas (FR) y conexiones semi rgidas (PR). Sin perjuicio de lo anterior, agregamos al final las conexiones con diagonales o arriostramientos que, no siendo una conexin propiamente dicha, constituyen una solucin interesante de tener en cuenta. Su incorporacin en el texto responde ms bien a un ordenamiento de temas afines que faciliten la comprensin.

Conexiones Simples:Las conexiones simples o de corte son conexiones muy comunes en construccin en acero. Se asume que las conexiones de corte no transfieren momentos flectores, permitiendo la rotacin en el extremo del miembro. Las conexiones simples se pueden materializar conectando el alma del elemento soportado mientras las alas quedan desconectadas. Las conexiones simples en vigas o enrejados deben ser diseadas como flexibles y se permite dimensionarlas solamente para reacciones de corte, excepto que se indique lo contrario en los documentos de diseo. Las conexiones flexibles de vigas deben ser capaces de acomodar las rotaciones de los extremos de las vigas calculadas como simplemente apoyados.

(Fuente ALACERO: MDULO DE UNIONES APERNADAS Y SOLDADAS, departamento de Ingeniera Macro Steel Project, ver anexos abajo, al final del artculo)Si bien es cierto que las conexiones simples o de corte poseen algo de restriccin rotacional, como lo ilustra la curva A de la Figura 3, esta magnitud es comnmente ignorada y la conexin es idealizada como totalmente flexible.Comportamiento de la conexin simple o de corte (Fuente ALACERO: MDULO DE UNIONES APERNADAS Y SOLDADAS, departamento de Ingeniera Macro Steel Project, ver anexos abajo, al final del artculo)Los ngulos para las conexiones de corte se pueden fijar tanto mediante soldadura como mediante pernos. Conexiones Rgidas (FR):Las conexiones rgidas o de momento debern proveer continuidad entre el elemento soportado y el soportante conservando inalterado el ngulo entre ellos durante la deformacin producto de la accin de las fuerzas sobre el nudo. As, las conexiones rgidas deben proveer suficiente resistencia y rigidez para mantener el ngulo constante entre los miembros conectados durante la aplicacin de las cargas y evitar toda rotacin relativa entre el elemento soportado y el elemento soportante. Por lo mismo, las deformaciones de flexin se producen en los miembros (pilares o vigas) que convergen al nudo. Las conexiones de momento completamente restringidas en los extremos empotrados de vigas y enrejados deben ser diseadas para el efecto combinado de fuerza de momento y de corte inducidos por la rigidez de las conexiones. Las alas del elemento soportado se contactan directamente al elemento soportante o a una placa de conexin. Las conexiones consideradas como totalmente rgidas raramente proporcionan una rotacin cero entre los miembros, sin embargo, esta flexibilidad es generalmente ignorada.

Comportamiento de la conexin de momento(Fuente ALACERO: MDULO DE UNIONES APERNADAS Y SOLDADAS, departamento de Ingeniera Macro Steel Project, ver anexos ver anexos abajo, al final del artculo)

Fuente Clases tericas Alacero, Prof. Sandro Maino, ver en anexosClases tericasAnte la accin de fuerzas horizontales Importantes (sismos) la conexin conserva el ngulo entre columnas y vigas mientras se induce deformacin en las columnas y vigas. Conexiones Semi Rgidas (PR):Las conexiones de momento parcialmente restringida, poseen un ngulo intermedio entre la flexibilidad de la conexin simple o de corte y la rigidez total de la conexin de momento FR. Las conexiones de momento PR son permitidas sobre la evidencia de que las conexiones a usar son capaces de proporcionar, como mnimo, un previsible porcentaje de empotramiento.

Conexin de momento parcialmente restringida (PR)(Fuente ALACERO: MDULO DE UNIONES APERNADAS Y SOLDADAS,departamento de Ingeniera Macro Steel Project, ver anexos ver anexos abajo, al final del artculo)Comportamiento de la conexin de momento PR.(Fuente ALACERO: MDULO DE UNIONES APERNADAS Y SOLDADAS, departamento de Ingeniera Macro Steel Project, ver anexos abajo, al final del artculo)3. Conexiones con diagonalesComo se mencionara antes, los esfuerzos laterales inducidos por sismos o vientos, tienden a deformar el edificio como se muestra en la figura a) siguiente. Las conexiones de momento, aunque eficaces, demandan una gran rigidez y resistencia a la conexin lo que representa importantes impactos en el material y costo de la conexin. Una alternativa que permite contrarrestar el efecto de la deformacin y reducir significativamente los costos son las conexiones mediante diagonales. Si la fuerza horizontal es aplicada desde la izquierda, una diagonal como se seala en la figura b) siguiente permitira evitar la deformacin. Sin embargo, las fuerzas horizontales pueden presentarse tanto en un sentido como en el contrario, por lo que se deber contrarrestar la deformacin en el sentido contrario mediante la diagonal complementaria, como se aprecia en la figura c) siguiente.

Fuente: Arquitectura y Acero; Borgheresi, Pfenniger; ICHA 2001Estas diagonales, conocidas como arriostramientos, presentan distintas soluciones segn las condiciones de diseo que afectan al marco. Lo que hay que tener presente es que, segn la direccin de la fuerza, los esfuerzos en las diagonales sern, alternadamente, de traccin y de compresin. Aunque estas diagonales se podran disponer slo en un sentido, dicho elemento nico tendr que asumir tanto los esfuerzos de traccin como los de compresin. Sin embargo, el acero es menos eficiente a la compresin, entre otros aspectos, por el efecto de la deformacin de pandeo, lo que hara probablemente ms robusto y pesado dicho elemento. Una solucin econmica es disponer de las diagonales en ambos sentidos a fin de privilegiar el trabajo conjunto de traccin en una direccin y compresin en la otra.Es usualmente aceptado que una estructura de marcos arriostrados es significativamente ms liviana (y econmica) que una estructura de marcos (y uniones) rgidas. Sin embargo, en muchos casos la disposicin de las diagonales afecta aspectos arquitectnicos y funcionales, como, por ejemplo, la posicin de ventanas y puertas en las fachadas, o la libre organizacin de las plantas interiores. Existen varias formas de hacer los arriostramientos y de posicin de las diagonales que permiten resolver parte de estas limitaciones.

Fuente Clases tericas Alacero, Prof. Sandro Maino, ver en anexosClases tericasUna alternativa que permite dar mayor flexibilidad al espacio son las soluciones de arriostramientos excntricos que, adicionalmente son interesantes desde el punto de vista del funcionamiento de la estructura puesto que dejan en las vigas zonas de deformacin plstica que pueden ser muy eficientes para disipar energa ante deformaciones muy elevadas sin afectar la estabilidad de la estructura. En la prctica, la formacin intencionada de rtulas plsticas asegura una mayor robustez del edificio y adems, una menor probabilidad de colapso frente a esfuerzos cortantes

Arriostramientos en V invertida Obra Gruesa Edificio Municipalidad de Macul, Santiago de Chile. Clculo Estructural Sergio Contreras.

Ejemplos de conexiones de diagonales(Fuente ALACERO: MDULO DE UNIONES APERNADAS Y SOLDADAS, departamento de Ingeniera Macro Steel Project, ver anexos abajo, al final del artculo).4. Conexiones soldadas

La soldadura es la forma ms comn de conexin del acero estructural y consiste en unir dos piezas de acero mediante la fusin superficial de las caras a unir en presencia de calor. Se ejecuta con o sin aporte de material agregado. Son procedimientos que mediante la aplicacin de energa manifestada en calor y/o presin permiten lograr la unin ntima y permanente de elementos metlicos dejndolos con la continuidad apta para que trabajen mecnicamente como un todo homogneo, conservando sus cualidades fsicas (ver en soluciones constructivas, uniones y conexiones, soldadura). Si la soldadura ha sido convenientemente realizada deber permitir que la zona de unin posea las mismas propiedades mecnicas que las piezas que se han unido, conservando sus cualidades de trabajo a traccin, compresin, flexin, etc.En general, se reconoce a la soldadura algunas ventajas como el otorgar mayor rigidez a las conexiones, demandar menor cantidad de acero para materializar la conexin y permitir una significativa reduccin de costos de fabricacin. Adicionalmente se le reconoce como ventajas el evitar las perforaciones en los elementos estructurales y simplificar los nudos complejos.Sin embargo, se le reconocen tambin algunas desventajas, como las ya mencionadas dificultades que representa la soldadura en obra y el demandar mayores calificaciones a los operarios en obra para soldar que para hacer uniones apernadas. Lo anterior hace que las conexiones soldadas en obra sean mucho ms costosas que las soluciones apernadas, lo que se replica en los costos y dificultades de las inspecciones requeridas a las faenas de soldadura.Las propiedades resistentes de la seccin de una soldadura o de un grupo de soldadura, se determina considerando su longitud y garganta efectiva. Los tipos de soldadura ms comunes son las soldaduras de filetes, soldaduras de penetracin parcial, soldaduras de penetracin completa y soldaduras de tapn.Los detalles y exigencias de cada una de ellas se Especificacin ANSI/AISC 360-10 para construccin en acero, versin oficial en espaol de ALACERO (que se encuentra en los anexos y en:http://www.construccionenacero.com/noticias/Paginas/DescargagratuitaversinenespaoldelaEspecificacinANSIAISC360-10.aspx) y, adems en el documento anexo de ALACERO: MDULO DE UNIONES APERNADAS Y SOLDADAS, departamento de Ingeniera Macro Steel Project, y en las tablas correspondientes, todas concordantes con AISC 2005.Ms all de todo lo all detallado, sin embargo, la recomendacin de base es, en la medida de lo posible, hacer las conexiones soldadas en taller, aunque esto no siempre es posible.

5. Conexiones apernadasComo est dicho, a las conexiones apernadas se le reconocen como ventajas el ser un mtodo simple de conexin en obra, lo que las convierte en una solucin de conexin ms econmica que la soldadura en obra. Sin embargo, entre las desventajas hay que sealar que requiere de perforacin de las planchas y elementos a conectar.

Se conocen dos tipos de conexiones apernadas:Conexiones de tipo aplastamiento:Son las conexiones en que la carga es resistida por la cortante en los pernos y por aplastamiento sobre los mismos.

La resistencia de diseo est definida por la presencia o no- de la rosca. Un perno con roscas incluidas en el plano de corte se le asigna una menor resistencia de diseo que a un perno con roscas excluidas del plano de corte.Conexiones de deslizamiento crtico:Son las conexiones en que el deslizamiento sera inconveniente para la capacidad de servicio de la estructura a que pertenecen dichas uniones. Estas incluyen conexiones sometidas a cargas de fatiga o a inversin importante de carga, vibraciones y sismo.

Las conexiones apernadas de elementos secundarios y/o no estructurales (barandas, costaneras, escaleras de gato y escaleras menores) se pueden ejecutar con pernos corrientes ASTM A307. Sin embargo, para conexiones estructurales el cdigo AISC establece que el uso de pernos de alta resistencia debe satisfacer las disposiciones de la ASTM 325 y A490. Los pernos deben ser apretados a una tensin que se regula segn las tablas que se sealan en la Especificacin ANSI/AISC 360-10 para construccin en acero, versin oficial en espaol de ALACERO (que se encuentra en los anexos y en:http://www.construccionenacero.com/noticias/Paginas/DescargagratuitaversinenespaoldelaEspecificacinANSIAISC360-10.aspx). Esta tensin se debe poder asegurar mediante algn mtodo como el del giro de la tuerca, un indicador de tensin directo, llave calibrada o diseo alternativo.La condicin de apriete ajustado de los pernos slo se acepta en conexiones de tipo aplastamiento y en aplicaciones de traccin o combinacin de corte y traccin, solamente para pernos ASTM A325 (se entiende por apriete ajustado como la ms firme alcanzada tanto por pequeos impactos de una llave de impacto o por el mximo esfuerzo de un trabajador con una llave de palanca corriente que permite que las piezas conectadas queden en contacto firme). Es importante detallar en los planos de fabricacin y montaje los pernos que estn sujetos a apriete ajustado.Otros aspectos importantes del diseo y especificacin de las conexiones apernadas se refieren al tamao de las perforaciones (variables entre 2 y 3 mm de dimetro superior al perno) y a su distanciamiento (que no debe ser menor a 22/3 del dimetro nominal, aunque se prefiere usar el valor de 3 veces el dimetro). Ambas estn reguladas por las tablas J.3.3. de AISC.

Otro aspecto regulado es la distancia entre el centro de una perforacin y el borde de una parte conectada, lo que se detalla en las tablas J.3.4 y J.3.5. de la Especificacin ANSI/AISC 360-10 para construccin en acero, versin oficial en espaol de ALACERO (que se encuentra en los anexos y en:http://www.construccionenacero.com/noticias/Paginas/DescargagratuitaversinenespaoldelaEspecificacinANSIAISC360-10.aspx).Ms all de todo, una recomendacin generalmente aceptada es que las uniones apernadas son especialmente adecuadas para las conexiones a materializar en obra.6- Conexiones soldadas o conexiones apernadas?Hay varias consideraciones que hacer en relacin a la seleccin del tipo de conexin a ejecutar. En trminos generales se acepta y recomienda que las uniones soldadas se ejecuten en taller y las uniones apernadas se hagan mayoritariamente en obra. Hay diversas razones para esto, pero vale la pena recordar algunas. La soldadura en terreno suele ser de mayor costo y de mayor dificultad que la soldadura en taller. A lo anterior hay que sumar que el trabajo de soldadura requiere de una calificacin muy alta y ciertamente superior al trabajo de apernado.Desde luego, las condiciones de trabajo y ergonmicas a las que se expone el operador son radicalmente distintas.En obra, las condiciones del trabajo a la intemperie, eventualmente expuesto a temperaturas extremas, humedad, viento y lluvia hacen de la faena una actividad compleja, imprevisible e incluso insegura. Por otra parte, la posicin de trabajo en obra no siempre es la ms adecuada y segura. Muchas veces, la nica posicin posible del soldador en obra es, precisamente, la ms compleja desde el punto de vista de la operacin (como es el caso de las soldaduras sobre cabeza).

Todas estas variables son parcial o totalmente controladas en taller: desde la posicin de trabajo hasta las condiciones del medio pueden ser optimizadas en taller. No hay exposicin a lluvia, exceso de asoleamiento ni viento y, eventualmente, hay condiciones de temperatura ms controladas. A lo anterior se suma que hay muchas tecnologas y procedimientos de soldadura automatizada que se pueden ejecutar en taller que no es posible de trasladar a terreno, sea por el tamao y peso de la maquinaria, la alta demanda de energa o porque los procedimientos exigen el movimiento de la pieza a soldar ms que del equipo de soldadura. Desde la soldadura de arco sumergido hasta la soldadura de plasma, e incluso los procesos de corte, destaje, perforacin y armado en lnea son ms eficientes y seguros en taller.

Soldadura de arco sumergidoAdicionalmente, el trabajo de control e inspeccin de la soldadura en taller es mucho ms eficiente y seguro. Todo ello redunda en que, desde el punto de vista de los resultados, es posible esperar una mejor calidad de soldadura si es ejecutada en taller.Por otra parte, materializar uniones apernadas en obra o terreno es ms fcil, seguro y exige menor calificacin. Lo anterior vale, tambin, para la inspeccin, control y aseguramiento de la calidad de las conexiones apernadas en obra.

Montaje Tiger & TurtleEn sntesis, un principio general recomendable es HACER CONEXIONES SOLDADAS EN TALLER Y HACER CONEXIONES APERNADAS EN OBRA.Sin embargo, como el principio enunciado anteriormente no siempre es posible de aplicar, se deber considerar el diseo integral del sistema de conexiones a aplicar caso a caso, proyecto a proyecto, incorporando todas las variables concurrentes del proyecto. Para ello, el trabajo integrado entre los diseadores, arquitectos, ingenieros estructurales, fabricantes y montadores, resulta altamente conveniente.

CONEXIONES TPICAS EN ESTRUCTURAS DE ACEROFrancis Pfenniger - arquitectoEditorwww.arquitecturaenacero.orgComo se comenta en el documento de Conexiones de acero publicado en este sitio en febrero 2013, los tipos de conexiones para las estructuras de acero se clasifican principalmente en funcin de su grado de rigidez las que -siguiendo a AISC2010 - son bsicamente tres: conexiones simples o de corte, conexiones rgidas (FR) y conexiones semi rgidas (PR). En este documentomostraremos algunas soluciones de conexiones tpicasque se presentan en la construccin de estructuras de acero. Para mayor precisin recordamos algunas definiciones bsicas de trminos que se usan en la explicacin. As, entenderemos porconexin(inglsconnection) la combinacin de elementos estructurales y elementos de unin para transmitir fuerzas entre dos o ms miembros (AISC 360/2010, traduccin oficial al espaol por ALACERO); porjunta(inglsjoint)el rea donde se unen dos o ms extremos, superficies o bordes, y que incluye las planchas, angulares, pernos, remaches y soldaduras empleados. Se clasifican en juntas soldadas y juntas empernadas y pornodo(inglsconnection assembly, node)la zona completa de interseccin de columnas y vigas, incluyendo las planchas de continuidad y las planchas adosadas. El nodo comprende las conexiones (estas ltimas definiciones segn Covenin 1618-98), lo que se grafica en el esquema siguiente:

Los documentos tenidos a la vista estn disponibles en forma completa en este sitio y son:a. Material Educacional elaborado por AISC con el apoyo delCollege of Architecture at the University of North Carolina at Charlotte,bajo la direccin general de David Thaddeus, cuya versin completa en ingls (link)b. Mdulo de Uniones apernadas y soldadas elaborado para ALACERO por Meta Steel Proyect 2010 (link)c. Clases Tericas desarrolladas para ALACERO, por parte del Prof. Maino (link)d. Manual de conexiones de CBCA, cuya versin en portugus tambin entregamos adjunta en este sitio (link)e. Especificacin ANSI/AISC 360-10 para construcciones de acero; versin en espaol traducida para ALACERO por Ing. Carlos Aguirre y revisin Ing. Arnaldo Gutirrez.f. Norma Venezolana Covenin 1618-1998; Estructuras de acero para edificaciones, mtodo de los estado lmitesTodos estos documentos sugieren distintas formas de clasificacin de las conexiones, cada una de las cuales tiene un orden y un sentido lgico y riguroso, aunque todas hacen referencia a los tipos de conexiones que menciona AISC ya comentados.El Manual del CBCA presenta distintos tipos de conexiones ordenados y clasificados segn:a. grados de rigidez (siguiendo AISC)b. los medios de unin (soldados o apernados)c. las solicitacionesd. lugar de la ejecucin: en Obra o en TallerTodas las variables mencionadas son relevantes en la toma de decisin del proyecto (anlisis, diseo y detallado), la fabricacin, el montaje, la inspeccin y el control y el aseguramiento de la calidad, partiendo por el concepto estructural. Las ventajas y desventajas de los medios de unin y las preferencias de lugares de ejecucin han sido comentadas, pero se debern tener especialmente en cuenta en consideracin de las condiciones especficas y locales del proyecto, como accesibilidad, transporte, visibilidad de la conexin, disponibilidad de talleres, mano de obra calificada, equipamiento local y muchos otros largos de enumerar.Por su parte, las Clases Tericas desarrolladas para ALACERO por el Prof. S. Maino, ordena las conexiones segn los miembros conectados:a. Viga con columnab. Viga con vigac. Columna con columnad. Columna con fundacine. Arriostramientosf. TubularesEsta aproximacin nos parece importante desde el punto de vista del proyecto, puesto que permite visualizar la conexin no slo como un punto crtico desde la perspectiva de la estructuracin del edificio si no como un nudo, visible (o no), puesto en el espacio y que forma parte de la expresin de edificio.Con el objeto de facilitar la comprensin de las conexiones, hemos organizado la presentacin de estas soluciones tpicas a partir tres variables concurrentes que permitan seleccionar la conexin deseada: por miembros que vincula(I.); por tipo de conexin(A)y segn el medio de unin utilizado(1). La idea es presentar, en esta primera oportunidad, algunas de las soluciones tpicas para los nudos que se sealan en el ndice que presentamos a continuacin. Sin embargo, en las ediciones siguientes las iremos completando progresivamente, incorporando soluciones estandarizadas que respondan a la clasificacin y, asimismo, agregando nuevos detalles y ejemplos que surjan de los propios proyectos comentados.Este ndice se ordena como sigue:I. CONEXIONES VIGA-COLUMNA A. DE CORTE 1. Apernadas 2. Soldadas 3. Apernadas o soldadas B. DE MOMENTO 1. Apernadas 2. Soldadas 3. Apernadas o soldadasII. CONEXIONES VIGA VIGA A. DE CORTE 1. Apernadas 2. Soldadas 3. Apernadas o soldadas B. DE MOMENTO 1. Apernadas 2. Soldadas 3. Apernadas o soldadas C. EMPALMES 1. Apernadas2. Soldadas3. Apernadas o soldadasIII. CONEXIONES DE EMPALME COLUMNACOLUMNA 1. Apernadas 2. Soldadas 3. Apernadas o soldadasIV. CONEXIONES COLUMNA - FUNDACIN

V. ARRIOSTRAMIENTOS

VI. CONEXIONES EN MIEMBROS TUBULARES

VII. CONEXIONES ESPECIALES

Antes de presentar los ejemplos y detalles es preciso destacar que no se hace nfasis en los requisitos y detalles sismo resistentes de las conexiones, las que se encuentran en los documentos de AISC 358 (Conexiones precalificadas) y 341 (provisiones ssmicas) anexos, pero desgraciadamente slo disponibles en ingls. Adems, es preciso mencionar que por facilitar la exposicin se utiliza un modelo simplificado, actualmente superado, segn el cual el alma de las vigas transfiere solo fuerza cortante y las alas el momento flector. Para graficar el glosario hay que atenerse al grfico siguiente:I. CONEXIONES VIGA-COLUMNALas conexiones entre las vigas y las columnas son una de las conexiones ms frecuentes en las estructuras de acero y concebirlas y disearlas correctamente corresponde no slo a una decisin de clculo estructural sino de manera muy significativa, a una decisin del proyecto y la construccin. La conexin entre vigas y columnas se puede resaltar expresivamente en el edificio, dependiendo de su visibilidad. A. Conexiones de corte:Ya hemos comentado los atributos de las conexiones de corte el documento Conexiones en Acero apernadas o soldadas? publicado en este mismo sitio (link). Valga slo agregar algunas consideraciones adicionales: Las conexiones de corte sonmuy utilizadas en las estructuras de acero. Se pueden materializar conectando slo al alma del miembro soportado, dejando las alas no conectadas. Las conexiones de asiento son las nicas que conectan a las alas del miembro soportado Los ngulos de las conexiones de corte se pueden conectar indistintamente por soldadura o apernados. Las conexiones con ngulos simples tienden a tener menor capacidad de carga que las conexiones con doble ngulo. Aunque las conexiones con planchas de corte son ms econmicas, su aplicacin debe ser evaluada cuidadosamente.A continuacin se presentan algunos ejemplos y soluciones tpicas de CONEXIONES DE CORTE VIGA-COLUMNA. I.A.1. CONEXIONES VIGA-COLUMNA,DE CORTE APERNADASa)Con DOBLE NGULO apernado en taller al alma de la viga y apernado en obra al alma de la columnaEsta conexin es aplicable tanto para conexiones viga-columna como para conexiones de viga (secundaria) a viga (principal). Se trata de una conexin de corte toda vez que los ngulos se fijan al alma de la viga y transfieren la fuerza de corte.

Fuente: ALACERO; MDULO DE UNIONES APERNADAS Y SOLDADAS; Macro Steel Project Anexo 8 Los ngulos son apernados al alma de la viga en taller. Posteriormente, en obra, los ngulos son apernados al alma de la columna (o de la viga principal, segn corresponda). Si la altura de la viga principal y de la viga secundaria coincide, se deben rebajar ambas alas de la viga secundaria para permitir la nivelacin superior de las alas. Si tienen altura diferente, bastar con rebajar las alas superiores de la viga secundaria

Fuente: Gerdau; LIGAES PARA ESTRUTURAS DE AO; Guia Prtico para Estruturas com Perfis Laminados Las perforaciones para los pernos se pueden desfasar o desplazar a fin de no quedar enfrentadas para facilitar la instalacin. Existe una cierta rotacin debido a la separacin entre las alas de la viga y el alma de la columna debido a la flexibilidad del material de la conexin (ala sobresaliente del ngulo).Fuente: Clases tericas Prof. S. Maino

Fuente: Material Educativo AISC: STRUCTURE OF THE EVERYDAY; Structural Steel Connections; D. ThaddeusEn algunos casos se agrega un ngulo inferior para apoyar la viga, lo que facilita el montaje y asegura la transmisin de las fuerzas verticales a la columna.

Fuente: Clases tericas Prof. S. Maino

I.A.2. CONEXIONES VIGA-COLUMNADE CORTE SOLDADASa) Con DOBLE NGULO soldado en taller al alma de la viga y soldado en obra al alma de la columna (o de la viga principal): (AISC d. 23 y 24) Esta conexin es aplicable tanto para conexiones viga-columna como para conexiones viga a viga (viga secundaria a viga principal). Se trata de una conexin de corte toda vez que los ngulos se fijan al alma de la viga y la columna. Los ngulos dobles son soldados en taller al alma de la viga Si las alas de las vigas son muy anchas para calzar entre las alas de la columna se debern rebajar las alas de la viga. Existe la posibilidad de cierta rotacin entre la viga y la columna debido a la separacin entre las alas de la viga y el alma de la columna. Esto se debe a la flexibilidad del material de la conexin (ala sobresaliente del ngulo conector). La soldadura vertical transfiere las cargas del alma de la viga al alma de la columna. La soldadura alrededor del permetro del ala sobresaliente del ngulo de fijacin inhibir la flexibilidad de la conexin. La soldadura de retorno se dispone en la parte superior de cada angular Fuente: Material Educativo AISC: STRUCTURE OF THE EVERYDAY;Structural Steel Connections; D. ThaddeusI.A.3.CONEXIONES VIGA-COLUMNADE CORTE SOLDADAS O APERNADASa) Con DOBLE NGULO - soldado en taller al alma de la viga y apernado en obra al alma de la columna (o de la viga principal):

Esta conexin es aplicable tanto para conexiones viga-columna como para conexiones viga a viga (viga secundaria a viga principal). Se trata de una conexin de corte toda vez que los ngulos se fijan al alma de la viga y transfieren la fuerza de corte. Los ngulos dobles se sueldan al alma de la viga en taller. Si la altura de la viga principal y de la viga secundaria coincide, se deben rebajar ambas alas de la viga secundaria para permitir la nivelacin superior de las alas. Si tienen altura diferente, bastar con rebajar las alas superiores de la viga secundaria. Hecho lo anterior, se apernan los ngulos de la viga secundaria al alma la viga principal. Si se trata de una conexin viga columna, se apernan al alma de la columna. Igualmente que en el caso anterior, es posible que exista una cierta rotacin debido a la separacin entre las alas de la viga y el alma de la columna debido a la flexibilidad del material de conexin (ala sobresaliente del ngulo).Fuente: Material Educativo AISC: STRUCTURE OF THE EVERYDAY; Structural Steel Connections; D. Thaddeus

b) Con PLANCHA EXTREMA DE CORTE soldada en taller al alma de la viga y apernada en obra al ala de la columna:Se trata de una conexin de corte ya que las alas de la viga no se aseguran para evitar la rotacin de la viga. La plancha de cabeza se suelda al alma de la viga, habiendo hecho previamente las perforaciones para pasar los pernos. En obra se hace la conexin apernada a la columna.Fuente: ALACERO; MDULO DE UNIONES APERNADAS Y SOLDADAS; Macro Steel Project Anexo 9Ver animacin de esta conexin en linkgviomj3ipoj

c) Con PLANCHA DE CORTE SIMPLE (Single Plate) soldada en taller a la columna y apernada en obra a la vigaComo se coment anteriormente, esta es una conexin simple muy econmica y es una conexin de corte por cuanto la placa se fija al alma de la viga.Fuente: Material Educativo AISC: STRUCTURE OF THE EVERYDAY;Structural Steel Connections; D. Thaddeus La plancha de corte es perforada o punzonada y luego soldada en taller al alma de la columna Luego, es apernada al alma de la viga principald) Con ngulos soldados a las alas de la viga en taller y apernadas a la columna en obra:Se trata de una conexin simple o de corte ya que los pernos que fijan el ngulo inferior (asiento) a la columna trabajan al corte. Los ngulos son perforados antes de ser soldados a las alas de la viga. El ngulo inferior, denominado asiento es de mayor seccin y espesor que el ngulo superior ya que transfiere la reaccin de la viga a la columna. El ngulo superior otorga estabilidad a la viga. A diferencia de otras conexiones, esta conexin no se hace alalma sino a las alas de la viga. Tanto el angular de asiento como el de estabilidad tienen acotados su espesor para permitir cierto grado de rotacin en la viga.

Fuente: Material Educativo AISC:STRUCTURE OF THE EVERYDAY;Structural Steel Connections; D. ThaddeusVer animacin en LinkB. CONEXIONES DE MOMENTO

Las conexiones de momento proveen continuidad entre los miembros soportantes y los soportados. Las alas del miembro soportado se fijan indistintamente a un elemento de conexin o directamente al miembro soportante. A continuacin se presentan algunos ejemplos y soluciones tpicas de conexiones de momento viga-columna.Por el momento presentaremos slo las conexiones de momento viga columna soldadas o apernadasI.B.3. CONEXIONES VIGA-COLUMADE MOMENTO SOLDADAS O APERNADASa) Con planchas (cartelas) soldadas en taller a la columna y vigas apernadas en obra:

Se trata de una conexin de momento ya que las alas superiores e inferiores soldados a la columna evitan la rotacin del extremo de la viga. La plancha de corte (single plate) se aperna en taller al alma de la viga. Las planchas, superior e inferior, se apernan a las alas de la viga. La plancha de corte es soldada al alma de la columna y trasfiere la fuerza de corte. Las planchas evitan la rotacin de la viga y transfieren los momentos a la columna.

Fuente: Material Educativo AISC:STRUCTURE OF THE EVERYDAY;Structural Steel Connections; D. Thaddeusb) Con plancha sobresaliente soldada en el extremo de la viga en taller y apernada a la columna en obra: Se trata de una conexin de momento ya que la mayor dimensin de la plancha soldada a la cabeza de la viga evita la rotacin del extremo de la viga y transfiere los esfuerzos de momento a la columna. La plancha de cabeza se perfora y se suelda en taller al extremo de la viga. Las perforaciones en la columna se ejecutan en taller. Las cartelas atiesadoras en la columna son soldadas en taller para transferir las fuerzas de las alas de la viga.

Fuente: Material Educativo AISC: STRUCTURE OF THE EVERYDAY;Structural Steel Connections; D. ThaddeusII. CONEXIONES VIGA-VIGALas conexiones viga-viga son muy frecuentes en estructuras de acero y permiten aprovechar las ventajas estructurales del acero aplicando de una modulacin de columnas distanciadas conectadas mediante vigas principales y conectar los componentes que conforman los planos de piso directamente a las vigas principales.II. A.1. CONEXIONES VIGA-VIGADE CORTE APERNADASa) Con DOBLE NGULO apernado en taller al alma de la viga y apernado en obra al alma la viga principalEsta conexin es aplicable para conexiones de viga (secundaria) a viga (principal), aunque tambin se aplica en conexiones viga-columna, como se muestra en I.A.1. Se trata de una conexin de corte toda vez que los ngulos se fijan al alma de la viga y transfieren fuerza de corte. Los ngulos son apernados al alma de la viga en taller Posteriormente, en obra, los ngulos son apernados al alma de la viga principal Si la altura de la viga principal y de la viga secundaria coincide, se deben rebajar ambas alas de la viga secundaria para permitir la nivelacin superior de las alas. Si tienen altura diferente, bastar con rebajar las alas superiores de la viga secundaria.

Fuente: Gerdau; LIGAES PARA ESTRUTURAS DE AO; Guia Prtico para Estruturas com Perfis Laminados

Fuente: Material Educativo AISC: STRUCTURE OF THE EVERYDAY;Structural Steel Connections; D. ThaddeusII.A.3. CONEXIONES VIGA-VIGADE CORTE SOLDADAS O APERNADASa) Con DOBLE NGULO - soldado en taller al alma de la viga secundaria y apernado en obra al alma de la viga principal: (AISC d.21 y 22)Esta conexin es aplicable tanto para conexiones viga-viga como para conexiones viga a columna, segn se muestra en I.A.3 . Se trata de una conexin de corte toda vez que los ngulos se fijan al alma de la viga y transfieren fuerza de corte. Los ngulos dobles se sueldan al alma de la viga en taller. Si la altura de la viga principal y de la viga secundaria coincide, se deben rebajar ambas alas de la viga secundaria para permitir la nivelacin superior de las alas. Si tienen altura diferente, bastar con rebajar las alas superiores de la viga secundaria. Hecho lo anterior, se apernan los ngulos de la viga secundaria al alma la viga principal. Igualmente que en el caso anterior, es posible que exista una cierta rotacin debido a la separacin entre las alas de la viga y el alma de la columna debido a la flexibilidad del material de conexin (ala sobresaliente del ngulo).fig.1: Fuente: Gerdau; LIGAES PARA ESTRUTURAS DE AO; Guia Prtico para Estruturas com Perfis Laminadosfig.2: Fuente: Material Educativo AISC: STRUCTURE OF THE EVERYDAY;Structural Steel Connections; D. Thaddeusb) Con PLANCHA DE CABEZA soldada en taller al alma de la viga secundaria y apernada en obra al ala de viga principal:Se trata de una conexin de corte ya que las alas de la viga no se aseguran para evitar la rotacin de la viga. La plancha de cabeza se suelda al alma de la vigasecundaria, habiendo hecho previamente las perforaciones para pasar los pernos. En obra se hace la conexin apernada a la viga principal.

Fuente: Material Educativo AISC: STRUCTURE OF THE EVERYDAY;Structural Steel Connections; D. Thaddeusc) Con PLANCHA DE CORTE SIMPLE (Single Plate) soldada en taller la viga principal y apernada en obra al alma de la viga secundaria:Como se coment anteriormente, esta es una conexin simple muy econmica y es una conexin de corte por cuanto la placa se fija al alma de la viga.

Fuente: Material Educativo AISC: STRUCTURE OF THE EVERYDAY;Structural Steel Connections; D. Thaddeus La plancha de corte es perforada o punzonada y luego soldada en taller al alma de la viga principal Luego, las vigas secundarias con las perforaciones hechas en taller, se fijan mediante pernos a la plancha de corte que est soldada a la viga principalII.C.1. CONEXIONES VIGA-VIGAEMPALMES DE MOMENTO APERNADOLas conexiones de empalme de vigas son situaciones que se presentan con frecuencia en la construccin de estructuras de acero debido a que las piezas se fabrican de largos establecidos por razones comerciales y de transporte.a) Empalme de momento apernado en obra (s. AISC d. 37 y 38) Las planchas conectoras de las alas restringen la rotacin, haciendo de esta conexin una conexin de momento. Todas las perforaciones de esta conexin se hacen en taller. Asimismo, se hacen en taller las perforaciones de las alas y el alma de las vigas a conectar. Las planchas de corte se apernan en obra a las alas superiores e inferiores. Las dos planchas que fijan el alma de las vigas son responsables de transferir la fuerza de corte. Los pernos que fijan las planchas de alma de la viga trabajan a corte Las planchas que fijan las alas son responsables de transferir el momento de flexin.Fuente: Material Educativo AISC: STRUCTURE OF THE EVERYDAY; Structural Steel Connections; D. Thaddeus

Detalle de conexin de empalme de momento apernado de vigas-Fuente: ALACERO; MDULO DE UNIONES APERNADAS Y SOLDADAS; Macro Steel Project Anexo 6

CONEXIONES BASE-COLUMNAFrancis Pfenniger - arquitectoEditorwww.arquitecturaenacero.orgLas columnas se definen bsicamente como elementos que estn sometidos a esfuerzos axiales de compresin, aunque ocasionalmente sometidos a esfuerzos horizontales (viento y sismo) que pueden introducir solicitaciones importantes de traccin, flexin y hasta torsin. En las estructuras de acero, las columnas se pueden formar a partir de las mltiples posibilidades y variedades de perfiles conformados y/o laminados y tambin a partir de soluciones soldadas y de la combinacin de varias de estas alternativas. La geometra y disposicin de las columnas depender de cada proyecto y del modelo estructural que lo ordene. Sin embargo, todas las columnas, independientes de su diseo, debern transmitir los esfuerzos al terreno a travs de las fundaciones. En ese contexto, la conexin de la columna a la fundacin es un elemento crtico en el diseo estructural que tiene gran importancia en el diseo arquitectnico.Por tratarse de la trasmisin de cargas axiales de compresin en estructuras que en acero son usualmente esbeltas o muy esbeltas (o pueden serlo, dados los atributos comentados del acero), hay dos aspectos que se deben tomar en consideracin.El primero, que no ser tratado en profundidad en esta seccin, es el pandeo, que puede ser lateral o por flexin. El pandeo lateral, corresponde a la caracterstica que tienen los elementos esbeltos de desplazarse en el sentido transversal a la carga cuando sta supera un determinado valor. Otra forma de pandeo es el pandeo por flexin (o pandeo de Euler).Ambas dependen de que se supere la llamada carga crtica, que es dependiente de la seccin de la columna, de su longitud o altura y de las conexiones que se produzcan en sus extremos.

Es comprensible que las secciones robustas y los elementos menos largos estn menos expuestos a las deformaciones de pandeo que las secciones muy esbeltas. Existen diversas estrategias para contrarrestar la excesiva esbeltez, aparte de aumentar la seccin de la columna. Entre ellas se cuentan las columnas de seccin variable y las columnas de seccin variable compuestas y las tensadas.El otro aspecto importante se refiere al punzonamiento que, dada la esbeltez de la columna, sta puede ejercer en su base sobre el elemento de cimentacin que la recibe. Las bases de la columna tienen, pues, la funcin de hacer la transicin entre el acero y el hormign a fin de que no se sobrepasen las tensiones admisibles y que las cargas verticales se distribuyan de manera uniforme hasta la fundacin y, a travs de ella, al terreno. Esta conexin ser brevemente revisada en este documento.CONEXIONES RGIDAS Y ARTICULADASLa primera diferenciacin que se debe hacer es si esta conexin corresponde a una conexin rgida o a una conexin articulada. Es sabido que las conexiones rgidas en la base son usualmente ms costosas, entre otros aspectos, porque demandan una mayor cantidad de material concurrente a la conexin, tanto en el acero como en la fundacin.Las conexiones articuladas en la base han tenido importantes aplicaciones y se han diversificado desde las construcciones de las grandes naves de las ferias internacionales y las grandes estaciones del siglo XIX. La Galera de las Mquinas (Dutert y Contamin, 1889) y la estacin de Dresden (Giese y Weidner 1898) son una buena muestra de ello.Galerie des Machines _ Dutert y Ciontamin

Estacin de Dresden Giese y Weidner 1898Esta concepcin, sin embargo, ha evolucionado y se la tecnificado y aligerado mucho.

Base columnas ed. Diseo FAU (fotografa Francis Pfenniger)Sin embargo, como se observa en las fotografas adjuntas, an en las conexiones articuladas la carga puntual de la rtula se distribuye en una base que es significativamente ms grande que el apoyo, por lo que permite distribuir la carga puntual en una superficie de contacto con la fundacin mayor. La rtula o articulacin se produce as en un punto superior al de la placa base, que es la que va conectada rgidamente a los cimientos.En los casos en que estas conexiones quedan a la vista, el impacto del diseo de las rtulas es muy determinante de la expresin final del edificio. El detalle de esta conexin depender en gran medida del clculo estructural, sin embargo su diseo deber ser concebido y considerado a partir del proyecto de arquitectura.Existe, sin embargo, una gran cantidad de edificaciones en las que la conexin de las columnas a las fundaciones no participa en forma tan significativa en la expresin del edificio. En esos casos, la solucin ms frecuente para conectar la base de una columna a sus apoyos es la instalacin de una placa base soldada a la base de la columna. Esta placa, cuya dimensin es mayor a la seccin de la columna, es usualmente soldada a la base de sta en taller. Su funcin, como est dicho, es distribuir sobre la base del hormign de la fundacin la carga puntual de la columna. Para lograr esto, la placa debe de un espesor tal que permita, efectivamente, lograr este cometido.

Columnas con su placa base antes de ser instaladas: proyecto YPF Tigre Nordelta en www.arquitecturaenacero. orgLa placa base tiene unas perforaciones que permiten la fijacin de ella a la fundacin mediante pernos de anclaje que atraviesan la placa y se fijan mediante tuercas. La posicin de los pernos de anclaje determinar si se trata de una conexin fija o articulada. La disposicin de slo dos pernos en el eje de la columna permitir una rotacin relativa en el sentido perpendicular al eje de los pernos de anclaje.Por el contrario, 4 o ms pernos dispuestos en prximos a las esquinas de la placa base, generarn una conexin ms rgida. Para mejorar la rigidez en la base se pueden incluir cartelas en los vrtices de la columna.Otra solucin posible es agregar una cartela horizontal puesta en una altura superior a la placa base y conectar la columna mediante pernos que pasan tanto a travs de la placa base como de esta segunda cartela.Presentamos a continuacin algunos ejemplos de conexiones de columnas a fundaciones extrados del libro Edificio de acero en altura media publicado por el ICHA en 2006, cuyo proyecto de clculo estructural fue desarrollado por Luis Leiva y Asociados.Como se puede apreciar, se trata de columnas de soldadas de una seccin muy esbelta que se apoyan en sendas fundaciones de hormign armado.

Uno de los aspectos interesantes de comentar se refiere al proceso constructivo.Con frecuencia, las barras de anclaje se instalan en la fundacin antes de vaciar el concreto, por lo que su posicionamiento y alineacin es un aspecto que se debe cuidar.

Por otra parte, la nivelacin de la base de la fundacin debe ser perfecta de manera de asegurar una superficie de contacto continua y perfecta entre la placa base y el hormign. Por ello, se suele dejar un espacio de 50mm (segn diseo) que se rellenar con un mortero tipogroutcon posterioridad a la colocacin de la columna. Este mortero autonivelante y con aditivos ocupa y rellena completamente el espacio entre la placa base un el concreto de la fundacin.Ocasionalmente se instalan tuercas de nivelacin en las barras de anclaje por debajo de la placa base. Girndolas stas permiten la nivelacin y apoyo transitorio de la columna antes de la ejecucin del morterogrout.

Unin anti-sismo. SOMPatente US6681538.Editado por Tectnica Blog -NuriaPrietoLa patente diseada por SOM para resolver uniones bajo cargas ssmicas define un detalle constructivo para estructuras de acero. El detalle propone una rtula que permite unir vigas y soportes de acero en situaciones de carga ssmica elevada. sta resiste los momentos y cortante generados por las cargas a travs de elementos metlicos estandarizados, sin embargo puede utilizarse tambin en estructuras de hormign o estructuras mixtas de acero y otro material.

La unin plantea una parte atornillada al soporte y otra unida mediante una pletina soldada (por puntos). Ambas piezas se conectan mediante un pasador metlico. Para asegurar la conexin a pesar de los movimientos de corte en sentido perpendicular a la rtula, todos los elementos se curvan en sus aristas. La tornillera utilizada para la unin de los elementos es de alta resistencia. La pieza fue probada mediante exmenes en laboratorios de mecnica aplicada a la construccin desde 2010, obteniendo resultados positivos, que garantizan su funcionamiento en terremotos muy fuertes.

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ALACERO MODULO DE UNIONES APERNADAS Y SOLDADAS.doc7363 Kb

Covenin 1618-1998 Estructuras de acero para edificaciones (1).pdf2729 Kb

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