Uniones Empernadas

Posibles Modo de Falla en Uniones Empernadas

Para prevenir que uno o más de los modos posibles de falla se hagan presente, se debe proveer un número adecuado de pernos, con las separaciones entre conectores, distancias a los bordes, longitudes de pernos y demás exigencias geométricas recomendadas por las Especificaciones; todo ello presuponiendo que tanto el proceso de fabricación como el de montaje satifacen lo requerimientos de calidad.

Resistencia Nominal de Pernos Individuales La norma AISC reconoce dos categorías generales de requerimientos de comportamiento para conexiones con pernos de alta resistencia: conexiones críticas al deslizamiento y conexiones tipo aplastamiento. La diferencia básica entre los dos tipos es la hipótesis de deslizamiento que ocurre bajo cargas de servicio, lo que resulta en el uso de valores de resistencia nominal diferentes.

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El tipo de conexión crítica al deslizamiento asume que no debe existir deslizamiento bajo condiciones de cargas de servicio y que la transferencia de la carga a través de la conexión se realiza mediante las fuerzas de agarre generadas entre las placas que se conectan. Este tipo de conexión es principalmente usada en estructuras que tienen casos con cargas altas de impacto o cuando no se desea deslizamiento en la junta. Las conexiones tipo aplastamiento asumen deslizamiento solamente bajo cargas muy altas. Si este deslizamiento ocurre la junta transferirá las cargas a través de corte en los pernos y aplastamiento de las placas. Este tipo de conexión es usada para estructuras menos susceptibles a impacto, reversiones de carga o vibraciones.

La resistencia de diseño de pernos individuales es determinada de acuerdo con la sección J3 de la norma LRFD. Los estados límites a revisar son: Para conexiones tipo aplastamiento: 

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Pernos sometidos a corte, la resistencia a corte del perno y la resistencia al aplastamiento de los agujeros de los pernos. Pernos sometidos a tracción, resistencia a tracción del perno. Pernos sometidos a corte y tracción, resistencia a la tracción del perno incluyendo el efecto del corte presente y la resistencia al aplastamiento del agujero.

Para conexiones críticas al deslizamiento: 

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Pernos sometidos a corte, resistencia al deslizamiento, resistencia a corte del perno y resistencia al aplastamiento del agujero. Pernos sometidos a corte y tracción combinadas, resistencia al deslizamiento incluyendo el efecto de la fuerza presente a tracción, resistencia a corte de los pernos y resistencia al aplastamiento en los agujeros.

Resistencia al Corte de los Pernos Este estado límite considera la falla por cortante del vástago del perno en el plano c-d-e-f. Cuando existe un solo plano de corte, el perno está en corte simple. Capas adicionales de material pueden incrementar los planos de corte y, por lo tanto, la resistencia por corte del perno (cortante doble).

Adicionalmente, los pernos de alta resistencia se pueden especificar con la rosca incluida (N) o excluida (X) del plano de corte de la conexión. La resistencia a corte de pernos con

la rosca incluida es aproximadamente 25% menor que la de pernos con a rosca excluida. La norma LRFD, sección J3.6 especifica que la resistencia de diseño a corte es Rn donde es 0.75 y ... R n = ( Fv A

b

)n

... donde n es el número de pernos de la conexión, Fv es la resistencia nominal a corte y A b es el área nominal del perno.

Resistencia al Aplastamiento en los Agujeros de los Pernos

Deformación del material en el agujero del perno Como se muestra en la Figura, este estado límite considera tanto fractura por desgarramiento de las partes conectadas y deformación alrededor de los agujeros de los pernos. La resistencia al aplastamiento es función del material que se conecta, el tipo de agujero y el espaciamiento y la distancia a los bordes; es independiente del tipo de perno y la presencia o ausencia de la rosca en el área de aplastamiento. La resistencia al aplastamiento se debe chequear tanto para conexiones tipo aplastamiento como para conexiones críticas al deslizamiento.

La sección J3.10 de la norma AISC-LRFD, especifica la resistencia de diseño al aplastamiento como Rn donde = 0.75 y Rn es la resistencia nominal por aplastamiento y se debe chequear tanto para conexiones tipo aplastamiento como para conexiones críticas al deslizamiento. La resistencia nominal por aplastamiento es: a) Cuando d0 de fuerza:

1.5 d o s

3 d y existen dos o más pernos en la línea

Para agujeros estándar, agujeros de ranura corta o larga perpendicular a la línea de fuerza, agujeros agrandados en conexiones críticas a deslizamiento cuando la línea de fuerza es paralela al eje del agujero: 

Cuando la deformación alrededor de los agujeros de los pernos es una consideración de diseño: Rn = 2.4 d t Fy



Cuando la deformación alrededor de los agujeros de los pernos no es una consideración de diseño, para el perno más cercano al borde y para los pernos restantes

Para agujeros de ranura larga perpendicular a la línea de fuerza:

d0 es la separación desde el C.G. del perno hasta el borde de la placa

b) Cuando d0 < 1.5 d o s < 3 d ó para una sola fila de pernos en la línea de acción de la fuerza: 

Para agujeros estándar, agujeros de ranura larga o corta perpendiculares a la línea de acción de la fuerza,

agujeros agrandados en conexiones de deslizamiento crítico, agujeros de ranura en conexiones de deslizamiento crítico cuando la línea de fuerza es paralela al eje del agujero: Para el agujero de un perno o para el agujero más cercano al borde cuando dos o mas pernos están en la línea de acción de la fuerza. y para los pernos restantes



Para agujeros de ranura larga perpendicular a la línea de la fuerza:

Para un solo agujero de perno o para el agujero más cercano al borde cuando dos o mas pernos están en la línea de fuerza. y para los pernos restantes d0 = distancia medida a lo largo de la línea de acción de la fuerza desde el borde de la parte conectada al centro de un agujero estándar o el centro de un agujero de ranura larga o corta perpendicular a la línea de acción de la fuerza. Para agujeros agrandados y de ranura paralelos a la línea de acción de la fuerza, Le se incrementará con el factor C2 de la tabla J3.8. S = distancia medida a lo largo de la línea de acción de las fuerzas entre los centros de agujeros estándar o entre los centros de agujeros de ranura corta o larga perpendiculares a la línea de acción de la fuerza. Para agujeros agrandados, de ranura corta o larga paralelos a la línea de acción de la fuerza, s se incrementará por el factor C1 de la tabla J3.7. d = diámetro nominal del perno, t = espesor de la parte conectada crítica. Para pernos avellanados y remaches, dedúzcase la mitad de la profundidad del avellanado, Fu = Resistencia mínima de agotamiento en tracción especificada para la parte conectada.

Procedimiento de Diseño de Conexiones Empernadas

1. Determinar el número de pernos y/o verificar su capacidad resistente

La capacidad de los pernos, según el caso, será el valor menor que se obtenga por:    

Tracción. Corte. Corte y Tracción simultáneas. Cargas aplicadas excéntricamente.

2. Disposición de los pernos en la conexión

El detallado de la conexión puede modificar su capacidad resistente, en consecuencia se debe prestar atención a los siguientes aspectos:   

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Separación entre pernos. Distancia de los agujeros a los bordes. Distancias que permitan colocar y apretar los pernos. Longitudes de prensado.

3. Verificación del diseño de la conexión 3.1. Capacidad Resistente de los elementos conectados.

Tracción

Cedencia en la sección total Rotura en la sección

Bloque de corte

efectiva Cedencia en la sección total

Corte

Rotura en la sección neta de corte

3.2. Capacidad de los pernos.  

Resistencia de aplastamiento. Efecto de apalancamiento.

En el caso de conexiones de deslizamiento crítico se debe hacer una doble verificación. 

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No debe producirse deslizamiento bajo cargas de servicio. La resistencia al corte y al aplastamiento de la conexión debe ser mayor que las solicitaciones generadas por las cargas mayoradas.

http://webdelprofesor.ula.ve/nucleotrujillo/americab/08conexionesApernadas/8-10.html