Capitulo_xiii Uniones Soldadas

7/28/2019 Capitulo_xiii Uniones Soldadas

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CAPITULO XIII UNIONES SOLDADAS

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CAPTULO XIII:

UNIONES SOLDADAS

13.1. INTRODUCCINEste captulo se ha estructurado de modo que primeramente se reflexiona sobre el

comportamiento real de las uniones estructurales, resaltando, entre otras cosas, las

ventajas de realizar una adecuada caracterizacin. A continuacin se lleva a cabo un

anlisis detallado de diferentes tipos de uniones simples con cordones a tope y

sobretodo con cordones en ngulo. Se establecen procedimientos de clculo de las

uniones basados en la NBE-EA95, el CTE y el EC3, para diversas condiciones de

solicitacin de las mismas, que permiten obtener las variables de diseo de la unin. Enuna tabla se resumen las expresiones prcticas, deducidas de las citadas normas, que

permiten llevar a cabo un clculo rpido para las situaciones ms comunes.

El captulo se centra en el tratamiento de las uniones soldadas sometidas a acciones

estticas, que por otra parte suelen ser ms comunes en la construccin. En otra parte

del temario (captulo III) se analizan las uniones soldadas sometidas a cargas de fatiga.

Una vez visto el comportamiento del cordn individual o grupo de cordones que

configuran una unin plana, se estudia el comportamiento de la unin estructural en su

conjunto como una situacin ms real sometida a acciones estticas. Seguidamente se

analizan algunas uniones espaciales tipificadas como una generalizacin de las uniones

planas. A continuacin se estudian con cierto detalle diversos casos prcticos de

uniones flexibles viga-pilar y la clsica unin rgida viga-pilar con las implicaciones de

resistencia para los elementos adyacentes. Se sigue con un apartado dedicado a las

estructuras trianguladas con la consideracin de nudos articulados, diferenciando entre

estructuras constituidas por barras de perfiles laminados abiertos o piezas de seccintubular y se finaliza el tema con las bases de pilares.

13.2 ETAPAS E HIPOTESIS DE CLCULO

Las etapas asociadas el proyecto de una unin soldada no difieren sustancialmente de

las que se precisan cubrir cuando se procede a disear un elemento estructural. Se

comienza con la concepcin y diseo general de la unin (disposicin de las piezas a

unir, geometra, nmero y disposicin de cordones, etc.). A continuacin se determinan


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los esfuerzos que solicitan la unin para pasar a obtener las tensiones en cada cordn.

Finalmente se lleva a cabo la comparacin con los estados lmites a comprobar.

Las uniones soldadas debern verificar los requisitos de ejecucin, montaje y control

establecidos en la correspondiente norma que se est aplicando (EA-95, CTE-SE-A,EC-3 Parte 1-8, Instruccin EAE). Las piezas a unir sern de acero estructural soldable

con un espesor mnimo de 3mm 4mm, dependiendo de la norma. Adems, en los

procedimientos de clculo expuestos ms adelante se admiten las siguientes hiptesis:

*Los cordones se suponen homogneos, istropos y elsticos

*Las piezas conectadas se suponen lo suficientemente rgidas como para que lasdeformaciones asociadas resulten despreciables.

*No se considera la influencia de las tensiones residuales ni la asociada a laforma de los cordones.

*Se asume que el material de aportacin presenta caractersticas mecnicas,lmite elstico y tensin de rotura, no inferiores a las del metal base.

*Se supone que se han tomado las medidas oportunas para evitar ocurrencias derotura frgil.

13.3. ANLISIS DE LAS UNIONES ESTRUCTURALES

13.3.1 Comportamiento de las uniones estructurales

Es sabido que el comportamiento rotacional de las uniones reales suele ser el de una

situacin intermedia entre dos casos extremos: el de las uniones rgidas y el de las

articuladas. Cuando las diferentes partes de la unin son suficientemente rgidas

(idealmente rigidez infinita), no hay diferencia entre los giros respectivos de los

extremos de las barras conectadas y se dice que la unin es rgida (Figura 1.a). La unin

experimenta, simplemente, un giro global como slido rgido que es, precisamente, la

rotacin del nudo considerada en los mtodos de anlisis de estructuras.

FIGURA 1.CLASIFICACIN DE LAS UNIONES DE ACUERDO CON SU RIGIDEZ

(a) Unin rgida (b) Unin articulada (c) Unin semirrgida


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Por contra, si la unin no tiene rigidez, la viga trabaja como simplemente apoyada,

independientemente del comportamiento de las otras piezas conectadas (Figura 1.b). Es

lo que se denomina unin articulada. Para casos intermedios, (rigidez no es nula ni

infinita), el momento transmitido producir una diferencia entre las rotaciones

absolutas de las dos piezas conectadas (Figura 1.c). En este caso la unin es

semirrgida.

Una forma simple de representar este concepto es la de considerar un resorte en espiral,

dispuesto entre los extremos de las barras que se conectan. La rigidez rotacional de este

resorte (S) es el parmetro que relaciona el momento transmitido Mj y el giro relativo

, que es la diferencia entre los giros absolutos de las dos piezas conectadas. Cuando la

rigidez rotacional (S) es cero, o cuando es relativamente pequea, la unin se consideracomo articulada. Por el contrario, cuando la rigidez al giro (S) es infinita, o

relativamente alta, la unin entra en la categora de rgida. En los casos intermedios, la

unin se considera semirrgida.

En las uniones semirrgidas, las cargas provocan un momento flectorMj y un giro

relativo entre las piezas conectadas. El momento y el giro relativo se relacionan

mediante una ley caracterstica que depende de las propiedades de la unin. La figura 2

ilustra esta relacin en diferentes tipos de juntas para el supuesto de un anlisis global

elstico lineal.

FIGURA 2.MODELOS DE UNIONES PARA ANLISIS GLOBAL ELSTICO LINEAL

(a) Unin rgida(= 0 )

(b) Unin articulada(Mj = 0 )

(c) Unin semirrgida(Mj y 0 )

Mj

MjMj


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Del mismo modo que el comportamiento de las barras y la influencia de su seccin recta

puede valorarse a travs de la curva M-de una viga biapoyada, cargada en su punto

medio (Figura 3 siendoMel momento flector en el centro de la viga y la suma de los

giros en los extremos de la barra), el comportamiento de la unin se rige por una leysimilar, en la que M= Mj es el momento transmitido a travs de la unin y el giro

relativo entre la pieza conectada y el resto de la unin. A la rigidez a flexinEI/L y la

resistencia de clculo Mb.Rd de la barra, corresponden la rigidez inicial Sj,ini y la

resistencia de clculoMj.Rd de la unin.

Al igual que las secciones se clasifican de acuerdo con su capacidad para soportar

inestabilidades locales y la posibilidad admitir redistribuciones plsticas, las uniones

tambin se clasifican en trminos de ductilidad o capacidad de rotacin. En esta

clasificacin se trata de medir su resistencia a inestabilidades locales, o incluso roturas

frgiles prematuras (especialmente debidas a fallos en los elementos de la unin), con

las consiguientes consecuencias sobre el anlisis global admitido. El inters prctico deesta clasificacin es el de comprobar en el anlisis elastoplstico global, la posibilidad

de que se cree un mecanismo de colapso plstico de la estructura, lo cual implica la

formacin de rtulas en, al menos, alguna de las uniones.

Es importante destacar la influencia de utilizar uniones semirrgidas en lugar de las

articuladas o rgidas a la hora de realizar el anlisis global, y no solo sobre los

desplazamientos, sino tambin sobre la magnitud y distribucin de los esfuerzos a

travs de la estructura. En la figura 4 se muestran a modo de ejemplo los diagramas de

FIGURA 3.CURVASM- CARACTERSTICAS PARA BARRAS Y UNIONES

/2/2

Unin

Mj,RdMb.Rd

Barra

EI/L Sj,ini


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momentos flectores en un prtico simple solicitado por una carga uniformemente

distribuida, en dos supuestos diferentes: uniones viga-pilar articuladas, o semirrgidas.

Consideraciones similares pueden aplicarse lgicamente a las deformaciones por

flexin.

13.3.2. Ventajas de una correcta caracterizacin

Tanto los requerimientos del Eurocdigo 3, como la necesidad de modelizar el

comportamiento de la estructura de una forma ms realista, conducen a la consideracin

del comportamiento semirrgido cuando sea preciso. Muchos proyectistas de estructuras

no estn de acuerdo con esta interpretacin bsica del Eurocdigo 3, considerando el

trabajo adicional que supone el anlisis de esfuerzos. Obviamente, una forma, no muy

correcta, de evitar esta nueva tarea es la de seguir calculando las uniones como

articuladas o totalmente rgidas. Sin embargo, tales caractersticas tienen que ser

justificadas al final del proceso de clculo. Por otra parte, estos tipos de uniones

resultan antieconmicos en numerosas situaciones.

Hay que destacar, adems, que los conceptos de unin articulada y unin rgida no han

desaparecido sino que siguen vigentes en el EC3. As, cuando una unin es casi rgida,

o, por el contrario, casi articulada, puede considerarse como verdaderamente rgida o

verdaderamente articulada en el proceso de clculo.

A la hora de valorar si la unin debe considerarse como rgida, semirrgida o articulada

es necesario comparar la rigidez de la unin con la de la viga. Esta ltima depende a su

vez de su longitud y del momento de inercia de la seccin recta. Para el proyectista

FIGURA 4.DISTRIBUCIN ELSTICA DE MOMENTOS EN UN PRTICO SIMPLE

(a) Uniones articuladas (b) Uniones semirrgidas


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puede resultar muy estimulante el ir ms all del simple todo o nada de la

clasificacin tradicional. Las ventajas de considerar un comportamiento semirrgido en

las uniones pueden entenderse de dos formas:

1. El EC3 requiere analizar la influencia del comportamiento real de la uniones sobrela respuesta global de la estructura, es decir, sobre el grado de precisin con el que

se han determinado los diferentes esfuerzos, la distribucin de momentos y los

desplazamientos. Esto puede resultar difcil cuando el diseo de las uniones se

realiza en una fase posterior a la de clculo de esfuerzos, lo que puede exigir

algunas iteraciones entre el anlisis global de la estructura y las comprobaciones del

diseo de detalle. En cualquier caso, pueden preverse las siguientes situaciones:

Para que una junta pueda considerarse como rgida, es prctica comn elincorporar rigidizadores en el alma del pilar. El EC3 facilita los medios paracomprobar si tales refuerzos son realmente necesarios para la rigidez y laresistencia de la unin permitiendo un diseo ms econmico.

Cuando las uniones se consideran articuladas y posteriormente nos encontramoscon que ofrecen una rigidez significativa, es decir, son semirrigidas, el

proyectista puede reducir la seccin de la viga ya que los momentostransmitidos a travs de las uniones reducen su momento mximo.

2. El proyectista decide, en las fases preliminares del clculo, tomar en consideracin

no solo las propiedades de las barras, sino tambin las caractersticas de las uniones.Esta nueva metodologa no es, ni mucho menos, incompatible con la separacin de

tareas, relativamente frecuente, entre los que llevan la responsabilidad del anlisis

global de la estructura y los que se encargan del diseo en detalle de las uniones. De

hecho, ambas tareas suelen realizarlas diferentes personas, o incluso diferentes

compaas, dependiendo de las costumbres de la industria local o nacional. El

adoptar esta forma de afrontar el diseo, requiere un buen conocimiento entre, por

un lado, los costos y la complejidad de las uniones, y de otro, la optimizacin de losresultados y el comportamiento estructural, a travs de la ms precisa consideracin

del comportamiento de las uniones y su influencia sobre la respuesta global. Los

siguientes ejemplos pueden servir de aclaracin:

En ocasiones puede prescindirse de los rigidizadores de alma en pilares, con laconsiguiente reduccin de costos. A pesar de la reduccin de rigidez y,

posiblemente, de resistencia, la unin puede seguir considerndose como rgiday conservar la suficiente resistencia. Es por ejemplo el caso de las uniones viga-

pilar en estructuras porticadas industriales.


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Con carcter ms general, merece la pena considerar la influencia de la rigidezde las uniones con vistas a conseguir el mejor balance entre el costo de lasmismas y el de vigas y pilares que se conectan. As, en estructuras arriostradas,el empleo de uniones semirrgidas, probablemente ms costosas que las

articuladas, permite reducir la seccin de las vigas. En cambio, en estructuras noarriostradas, el empleo de uniones semirrgidas, menos costosas que las rgidas,exige aumentar la seccin de las vigas y, posiblemente, los pilares.

Por supuesto, este anlisis puede plantear alguna dificultad, como la que supone el

intento de mejora en cualquier actividad. La filosofa de fondo puede resumirse en los

siguientes trminos: Si tienes que hacer algo, obtn el mayor provecho posible de

ello. As, el Eurocdigo 3 nos sita en la disyuntiva de elegir entre la actitud

tradicional, reacia a los cambios, incluso en situaciones en las que hay algo que ganar, y

la actitud innovadora, animada siempre a buscar los mejores resultados, tanto tcnicos

como econmicos.

13.3.3 Uniones y conexiones

El entramado bsico de los prticos planos de estructuras de edificacin lo constituyen

las vigas y los pilares, enlazados entre si mediante conexiones. Estas conexiones pueden

ser entre una viga y un pilar, entre dos vigas (empalme de vigas), entre dos pilares, o

entre el pilar y su cimentacin (Figura 5 y Figura 6)

FIGURA 5.DIFERENTES TIPOS DE CONEXIONES EN ESTRUCTURAS DE EDIFICACIN

B AA

C

D

A

A

A

D

C

A

D


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La conexin se define como el conjunto de componentes fsicos que sujetanmecnicamente las piezas a enlazar. Se considera localizada en la zona en la que se

produce el enlace. Cuando se tienen en cuenta tanto la conexin como las

correspondientes zonas de interaccin entre las piezas enlazadas, se utiliza el trmino

unin. Dependiendo del nmero de elementos conectados entre si, se diferencian dos

tipos de configuraciones para las uniones viga-pilar (Figura 6): uniones simples (desde

un lado) y uniones dobles (desde ambos lados). En una configuracin de unin doble se

consideran por separado la unin de la izquierda y la de la derecha. El empalme devigas o de pilares consta de dos conexiones (izquierda y derecha en vigas y conexin

superior e inferior en pilares). Por su parte la unin pilar-cimentacin consta de la

conexin entre el pilar y la base de hormign y la conexin entre el cimiento de

hormign y el terreno.

FIGURA 6.UNIONES Y CONEXIONES

Conexin superior

Conexin inferior

Em alme de ilares

MbMb

Conexinizquierda

Conexinderecha

Em alme de vi as

"Conexin" entrecolumna y hormign

"Conexin" entrehormign y suelo

Unin de ilar a cimentacin

(a) Unin de un solo lado (b) Unin doble

Unin

Conexin

Uninderecha

Uninizquierda

Conexinderecha

Conexin izquierda

Unin vi a ilar


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13.3.4 Clasificacin de las uniones estructurales

Para llevar a cabo el anlisis global de la estructuras es necesario la caracterizacin de

las mismas. En este sentido se consideran tres grandes modelos: estructuras con nudos

articulados (simples), estructuras con nudos semirrgidos (semi-continuas) y estructurasde nudos rgidos (continuas).

La caracterizacin de la estructura segn uno u otro modelo es funcin del tipo de

uniones, clasificadas en trminos de rigidez y/o resistencia y del mtodo de anlisis

global que se utilice. La clasificacin de las uniones atendiendo a su rigidez y a su

resistencia se realiza de acuerdo con criterios que se exponen a continuacin y

determina el modelo de estructura a considerar en el anlisis de la misma.

13.3.4.1 Clasificacin segn su rigidez

La clasificacin en uniones rgidas, semirrgidas y articuladas se realiza comparando la

rigidez de clculo de la junta con dos lmites de rigidez como los que se ilustran

cualitativamente en la figura 7. Con el nimo de simplificar, se han reducido los lmites

de rigidez de forma que permiten la comparacin directa con la rigidez de clculo de la

junta cualquiera que sea la idealizacin que se utilice posteriormente en el anlisis. En

un apartado posterior se cuantificanlos lmites para estructuras arriostradas o no.

Hay que tener en cuenta que la rigidez de la unin no depende slo de su diseo y/o

dimensiones sino de la rigidez de las piezas que conecta. Por ello una determinada

unin, caracterizada por su rigidez inicial Sj,ini se comporta de modo diferente

dependiendo de la rigidez de la viga que conecta, lo que implica que la misma unin

pudiera ser rgida, semirrgida o articulada para diferentes longitudes de la viga unida.

FIGURA 7.CLASIFICACIN DE LAS UNIONES SEGN LA RIGIDEZ

Sj,ini

Articulada

Semirrigida

RigidaM j

Lmites de rigidez

Rigidez inicial de la junta

1. Rgida de resistencia total no dctil2. Rgida de resistencia total dctil3. Rgida de resistencia parcial dctil?4. Semirrgida de resistencia total dctil

Articulada

Momentode clculo

Clasificacin de la unin por rigidez


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13.3.4.2 Clasificacin segn su resistencia

En trminos de resistencia, las uniones se clasifican (Figura 8) como de resistencia total

o parcial, segn la relacin entre su propia resistencia y la de las barras unidas. Se

trata de comparar el momento resistente de clculo de la unin con el lmite superior de

resistencia total y con el inferior de unin articulada.

Se puede dar la circunstancia de que una misma unin sea de resistencia total si conecta

una viga de acero S275 y sin embargo resulte de resistencia parcial si la misma viga es

de acero S355. En la prctica diaria, las uniones de resistencia parcial se utilizan

siempre que se trate de transmitir las fuerzas internas, sin agotar la capacidad resistente

de las barras conectadas. Si se aplica el clculo plstico la principal utilidad de esta

clasificacin es la de contemplar la posibilidad de permitir la formacin de una rtula

plstica en la unin al realizar el anlisis global.

13.3.4.3 Clasificacin segn su dctilidad

La ductilidad se relaciona directamente con el giro mximo max que puedeexperimentar la unin sin rebasar el momento resistente de clculo (Figura 9). El

concepto capacidad de giro, utilizado en las uniones, es equivalente al de ductilidad

anteriormente definido. Una junta de resistencia parcial puede requerirse para que acte

como una rtula desde el instante en que se alcanza su momento plstico resistente. En

este caso la unin deber tener la suficiente capacidad de giro. El lmite entre el

comportamiento no dctil y dctil (Figura 9) se establece en el rango entre los 0,02 y

0,04 radianes.

FIGURA 8.CLASIFICACIN DE LAS UNIONES POR RESISTENCIA

Mj,Rd

Resistencia parcial

Resistencia total

Articulada

Mj

Lmites de resistenciaResistencia de la

1. Rgida de resistencia total no dctil2. Rgida de resistencia total dctil3. Rgida de resistencia parcial dctil?4. Semirrgida de resistencia total dctil5. Semirrgida de resistencia parcial

Clasificacin de la unin por resistencia


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13.3.4.4 Lmites para la clasificacin

Dada la dificultad para apoyar la clasificacin en la caractersticaM- determinada por

va experimental, en el EC3 se dan unos lmites cuantificables que permiten clasificar

las uniones atendiendo a su rigidez y a su resistencia. Los lmites establecidos son los

siguientes:

*Clasificacin segn rigidez

Unin rgida: Sj,ini > 25EI/L (en estructuras sin arriostrar)Sj,ini > 8EI/L (en estructuras arriostradas)

Unin semirrgida: 25EI/L > Sj,ini > 0,5EI/L (en estructuras sin arriostrar)

8EI/L > Sj,ini > 0,5EI/L (en estructuras arriostradas)

Unin articulada: Sj,ini < 0,5EI/L

*Clasificacin segn resistencia

Uniones de resistencia total: Mj,Rd> Mresistencia total

Uniones de resistencia parcial: Mresistencia total>Mj,Rd> 0,25Mresistencia total

Uniones articuladas: Mj,Rd< 0,25Mresistencia total

Sj,ini: rigidez inicial de la unin (relacin entre momento transmitido y el giro relativo)

EI/L: rigidez a flexin de la pieza de longitudL conectada a travs de la unin

Mj,Rd: momento resistente de clculo que agotara la unin

Mresistencia total: momento resistente de clculo de la ms dbil de las piezas conectadas

FIGURA 9.CLASIFICACIN DE LAS UNIONES SEGN LA DUCTILIDAD

Poco dctil

Muy dctil

1. Rgida de resistencia total no dctil2. Rgida de resistencia total dctil3. Rgida de resistencia parcial dctil?4. Semirrgida de resistencia total dctil5. Semirrgida de resistencia parcial dctil

Clasificacin de la unin por resistencia


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13.3.5 Modelizacin de las uniones

El comportamiento de las uniones influye decisivamente sobre la respuesta de la

estructura. Por ello, para el anlisis y el clculo de la estructura es imprescindible

modelizar las uniones, lo mismo que se modelizan las vigas o los pilares.Tradicionalmente se han venido considerando los siguientes tipos de uniones:

La consideracin de conjunta de la resistencia y la rigidez rotacional conduce a tres

modelos significativos:

Uniones rgidas de resistencia total;

Uniones rgidas de resistencia parcial;

Uniones Articuladas.

No obstante, cuando se considera la rigidez al giro, podemos encontrarnos con uniones

diseadas teniendo en cuenta criterios econmicos, que no son rgidas ni articuladas,

sino semirrgidas. Esto proporciona un par de nuevas posibilidades en la modelizacin

de las uniones:

Las uniones semirrgidas de resistencia total

Las uniones semirrgidas de resistencia parcial

En el Eurocdigo 3 se tienen en cuenta estas posibilidades. Las diversas combinaciones

de las condiciones de rigidez y resistencia de la unin dan lugar a tres trminos para

modelizar las estructuras Tabla 1.


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Continuas: Aplicable nicamente a uniones rgidas de resistencia total. Se trata deuna unin que asegura la continuidad de giro entre las piezas conectadas.

Semicontinuas: Incluye las uniones rgidas de resistencia parcial, las semirrgidas deresistencia total y las semirrgidas de resistencia parcial. La unin slogarantiza una continuidad rotacional parcial entre las piezas unidas.

Simples: Cubre nicamente el caso de uniones articuladas. La unin evitacualquier continuidad rotacional entre los miembros conectados.

La interpretacin del comportamiento en cada modelo depende del mtodo de anlisis

estructural aplicado. Para un anlisis elstico global, slo son relevantes las propiedades

de rigidez del modelo de unin. En el anlisis rgido-plstico, la principal caracterstica

de la unin es su resistencia. En otros casos, hay que tener en cuenta propiedades de

rigidez y de resistencia. Las diferentes posibilidades se ilustran en Tabla 2.

MTODO DE ANLISIS ESTRUCTURALMODELO

Anlisis elstico

Anlisis

Rigido-plstico

Anlisis

Elstico-perfectamente plstico.

Anlisis Elstoplstico

Continuo Rgida Resistencia total Rgida/Resistencia total

Semicontinuo Semirrigida Resistencia parcialRgida/Resistencia parcial

Semirrgida/Resistencia total

Semirrgida/Resistencia parcial

Simple Articulada Articulada Articulada

TABLA 2. MODELOS DE UNIN Y MTODOS DE ANLISIS ESTRUCTURAL

La Tabla 3 muestra como encuadrar, mediante una modelizacin simplificada, las

formas tpicas de unin con las categoras bsicas establecidas para modelizar las

uniones: simple, semicontinua y continua.

TABLA 3. MODELIZACIN SIMPLIFICADA DE UNIONES SEGN EC3


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13.3.6 Caracterizacin e idealizacin de las uniones que transmiten momento

Un paso importante cuando se disea una estructura, consiste en la caracterizacin de la

respuesta rotacional de las uniones, es decir, en la evaluacin de sus propiedades

mecnicas en trminos de rigidez, resistencia y ductilidad. Esto es debido a la influenciaque tiene sobre la distribucin de los esfuerzos en las barras, las consiguientes

dimensiones de stas y los costes de fabricacin.

13.3.6.1 El mtodo de los componentes

Para llevar a cabo la caracterizacin pueden seguirse mtodos experimentales,

numricos o analticos si bien los nicos prcticos para el diseador son los

procedimientos analticos. stos permiten una prediccin de la respuesta de la unin

basada en el conocimiento de las propiedades mecnicas y geomtricas de cada uno de

los componentes de dicha unin. El Eurocdigo propone utilizar un procedimiento

analtico, denominado mtodo de los componentes. Se aplica a todo tipo de acero,

configuracin geomtrica, tipo de esfuerzo (fuerza axial y/o momento flector,...) o tipo

de secciones de las piezas. El mtodo de los componentes considera cualquier unin

como un conjunto de componentes bsicos individuales. As por ejemplo los

componentes principales para la unin soldada viga-pilar de la Figura 10, seran:

Cada uno de estos componentes bsicos posee su propia resistencia y rigidez tanto a

traccin, como a compresin o cortadura. El alma del pilar est sometida a esfuerzos

simultneos de compresin, traccin y cortadura. Esta coexistencia de varios

componentes dentro del mismo elemento de la unin puede llevar obviamente, a

producir interacciones de tensiones que probablemente disminuirn la resistencia de los

componentes bsicos individuales.

FIGURA 10.COMPONENTES EN UNA UNION VIGA-PILAR SOLDADA

a)Zona de compresin:

Alma del pilar en compresin

Ala y alma de la viga en compresin

b)Zona de traccin:

Alma del pilar en traccin

Ala del pilar en flexin

Alma de viga en traccin

c)Zona de cortante

Panel de alma del pilar en cortadura

a

bc


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La aplicacin del mtodo de los componentes requiere de los siguientes pasos ( ):

a)La identificacin de los componentes activos en la unin considerada.b)La evaluacin de la rigidez y/o caractersticas de resistencia de cada

componente bsico individual.

c)El ensamblaje de todos los componentes constitutivos y evaluacin de la rigidezy/o caractersticas de resistencia de la unin completa.

El procedimiento de ensamblaje consiste en obtener las propiedades mecnicas de la

unin completa, a partir de las de todos los componentes individuales constitutivos. Eso

requiere una distribucin preliminar de las fuerzas que actan en la unin, obteniendo

las fuerzas internas que actan en los componentes, de forma que estn en equilibrio. En

el EC3, se describen los procedimientos analticos de ensamblaje para la evaluacin de

la rigidez inicial y el momento resistente de clculo de la unin; estas dos propiedades

permiten definir el momento-rotacin caracterstico de la unin cualquiera que sea el

tipo de anlisis.

FIGURA

11.A

PLICACIN DEL MTODO DE LOS COMPONENTES A UNA UNION VIGA-PILAR SOLDADA

MTODO DE LOS COMPONENTES

Tres pasos

Primer paso:Identificacin de loscomponentes

Segundo paso:Respuesta de loscomponentes

Tercer paso:Ensamblaje de loscomponentes

Alma de pilar Alma de pilar Alma de pilaren cortadura en compresi n en traccin

Rigidez de la unin S j,ini = Ez/kiResistencia de la unin M Rd = min(F Rdi ).z

F

F

M=Fz

F

1

FRd1Ek1

F

1

FRd2Ek2

F

1

FRd3Ek3

M

M Rd

Sj,ini

Coeficiente de rigidez ki de cada componenteResistencia FRdi de cada componente


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13.3.6.2 Idealizacin de la unin

El comportamiento no-lineal del resorte en espiral, que caracteriza la respuesta real de

la unin, no resulta adecuado para la prctica cotidiana. Sin embargo, la curva

caracterstica momento-rotacin, si puede ser idealizada sin prdida significativa deexactitud. Una de las idealizaciones ms simples posible es la relacin elstico-

perfectamente plstico (Figura 12 izda). Este modelo es similar al usado

tradicionalmente para el comportamiento de secciones transversales de elementos

sometidos a flexin (Figura 12 dcha).

El momento resistente de clculoMj,Rd que corresponde a la meseta de la curva, puede

entenderse como un pseudo momento resistente plstico de la unin. El hecho de

despreciar los efectos de endurecimiento por deformacin y los posibles efectos de

membrana explica la diferencia entre la curva caracterstica real Mj- y la curva

caracterstica idealizada. De hecho, hay diferentes maneras de idealizar la caracterstica

Mj- de una unin. La eleccin se subordina al tipo de anlisis estructural que se

utilice (Figura 132):

FIGURA 12.BILINEARIZACIN DE LAS CURVAS MOMENTO-ROTACIN DE LA UNIN Y LA PIEZA

S ,ini/

Mj

Mj,Rd

EI/L

Mb , Mc

Mpl,Rd

(a) Unin (b) Pieza


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En el caso de una idealizacin elstica para anlisis elstico (Figura 13 A) la

caracterstica principal es la rigidez a rotacin constante ofrecindose dos posibilidades

en el EC3. Para una comprobacin elstica (a) la rigidez constante se toma igual a la

inicial Sj.ini, debiendo verificarse que el momento de clculoMsd que transmite la unin

no supera el mximo momento resistente elstico de la misma definido como 2/3Mj,Rd.

En caso de una comprobacin plstica (b) la rigidez constante se toma igual a Sj.ini/.

Siendo =2 para una unin soldada viga-pilar y =3 para otros tipos de uniones

soldadas.

En la idealizacin rgida-plstica para anlisis rgido-plstico (Figura 13 B) slo esnecesario que la unin posea la resistencia de clculo Mj,Rd. Para permitir la posible

formacin de rtulas plsticas y el giro de las uniones, se comprobar que la unin tiene

una capacidad de rotacin suficiente.

En el supuesto de la idealizacin no-lineal para anlisis elasto-plstico (Figura 13 C)

tienen igual importancia la rigidez y las propiedades de resistencia de la unin. Las

posibles idealizaciones van desde las representaciones bilineales, trilineales,... a la curva

totalmente no-lineal. De nuevo se requiere capacidad de rotacin en uniones donde es

probable que se formen las rtulas plsticas y giren.


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13.4 UNIONES SOLDADAS A TOPE

Sern de penetracin total si la fusin entre el material base y el de aportacin se

produce en todo el espesor. Para lograr una soldadura sana con mnima cantidad de

aportacin se recurre a la preparacin de bordes, aspecto cubierto con detalle en el temaanterior. Se denominan uniones a tope con penetracin parcial cuando la penetracin es

inferior al espesor. En todo caso pueden ser uniones a tope de piezas en prolongacin o

uniones a tope en T (Figura 14).

Con esta configuracin de la unin se consigue que no haya un cambio cualitativo en la

transmisin de los esfuerzos entre las piezas soldadas, por lo que se realiza de forma suave

sin que se produzcan distorsiones ni concentraciones de tensin importantes. Dado que las

dimensiones resistentes de la unin habitualmente coinciden con las de la pieza de menorresistencia, este tipo de uniones no precisan ser calculadas cuando estn solicitadas por

acciones estticas siempre y cuando se cumplan las siguientes condiciones (Figura 15)

*Se cumplen las recomendaciones de ejecucin (preparacin de bordes, orden deejecucin, etc.).

*El cordn es continuo y de penetracin completa, para lo que se dispondrn encaso necesario las correspondientes chapas de entrada y salida que garanticen uncordn saneado en toda su longitud.

*Se sanea la raz o se utiliza chapa dorsal en caso de inaccesibilidad.

*En caso de unir piezas de diferentes espesores y/o anchos la transicin de la piezamayor a la menor se har con una pendiente que no supere el 25%.

*El sobreespesor del cordn no ser superior al 10% del espesor de la pieza msdelgada.

*La forma del cordn ser adecuada.

*Se evitarn situaciones que induzcan el desgarro laminar como las uniones conesfuerzo transversal a la direccin de laminacin.

FIGURA 14.UNIONES SOLDADAS A TOPE CON PRENETRACIN TOTAL Y PENETRACIN PARCIAL


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En el caso de uniones a tope con penetracin parcial, la resistencia de clculo se toma

como la de los cordones de soldadura, teniendo en cuenta que el espesor de garganta

ser la profundidad de penetracin que se consiga de forma estable, determinada

mediante ensayos.

Las uniones a tope con piezas en T se comprobarn como una soldadura a tope con

penetracin total si se cumplen las condiciones indicadas. En otro caso, se comprobarn

como soldaduras en ngulo.

FIGURA 15UNIONES SOLDADAS A TOPE.CONDICIONES DE EJECUCIN

e2

e1

b1b2

25 /o

o

25 /o

o

Chapas de salida

e2e

FIGURA 16.UNIONES SOLDADAS A TOPE CON PIEZAS EN T. CONDICIONES DE CLCULO

mmc

tc

taa

nom

nom

nomnom

35

2,1,

+


20/58


- 13-20 -


21/58


- 13-21 -


22/58


- 13-22 -


23/58


- 13-23 -


24/58


- 13-24 -


25/58


- 13-25 -


26/58


- 13-26 -


27/58


- 13-27 -


28/58


- 13-28 -


29/58


- 13-29 -


30/58


- 13-30 -


31/58


- 13-31 -


32/58


- 13-32 -


33/58


- 13-33 -


34/58


- 13-34 -


35/58


- 13-35 -


36/58


- 13-36 -


37/58


- 13-37 -


38/58


- 13-38 -


39/58


- 13-39 -


40/58


- 13-40 -


41/58


- 13-41 -


42/58


- 13-42 -


43/58


- 13-43 -


44/58


- 13-44 -


45/58


- 13-45 -


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- 13-46 -


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49/58


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Capitulo_xiii Uniones Soldadas