estruturas metálicas e mixtas. tema 7....

Estruturas Metálicas e Mixtas. Tema 7. Unións

ARTURO NORBERTO FONTÁN PÉREZ Fotografía. Ponte de La Vicaria

Yeste, Albacete (2007). Van principal: 168 m.

ETS Enxeñeiros de Camiños, Canais e Portos

Contido. Tema 7. Unións

2

1. Xeneralidades. 2. Clasificación. 3. Unións aparafusadas. 4. Unións soldadas. 5. Unións entre elementos sometidos a esforzo axil. 6. Unións entre elementos sometidos a flexión e cortante. 7. Unións viga-soporte. 8. Unións entre pezas de sección tubular. 9. Unións á cimentación. 10. Elementos de apoio.

Estruturas metálicas e mixtas. Tema 7

Fotografías. Ponte Juscelino Kubitschek (Brasilia, 2002). Vans centrais: 240 m.

7.1. Xeneralidades

A estrutura metálica caracterízase pola necesidade de unións (gran consumo de man de obra). A maioría dos faios nas estruturas metálicas prodúcense por:

- inestabilidades (pandeo por flexión, pandeo por flexotorsión, pandeo lateral, aboladura,…). - colapso das unións (mal proxectadas ou mal executadas).

As unións proxectaranse de forma que sexan de sinxela e segura execución. Procurarase reducir ao mínimo o número de unións a realizar en obra. Aconséllase seguir a boa práctica construtiva e proxectar as unións de obra como aparafusadas. Denomínanse empalmes as unións en prolongación de elementos da mesma ou de moi semellante sección. Denomínanse unións híbridas a aquelas en que dous ou máis medios de unión distintos, soldadura ou parafusos, colaboran para transmitir un determinado esforzo entre dúas pezas distintas. Poderase supor que as barras dunha estrutura triangulada están articuladas nos nós cando:

- o ángulo formado por barras contiguas está comprendido entre 30° e 150°, - non hai cargas aplicadas en puntos intermedios (salvo peso propio, acción directa do vento), - a relación luz/canto da estrutura é igual ou superior a 6.

3 Estruturas metálicas e mixtas. Tema 7

EAE § 55


4



Fotografía. Pasarela Python (Pythonbrug) (Amsterdam, 2001). Van central: 60 m.

7.2. Clasificación

Diagrama momento-rotación: representación gráfica da relación entre o momento aplicado na unión e o xiro relativo entre as pezas a unir.

MRd Momento último (maior ordenada do diagrama). ΦCd Capacidade de rotación (maior abscisa do diagrama). Sj Rixidez da unión (pendente da rama lineal que pasa pola orixe). Zona 1: rama lineal. Zona 2: zona de comezo das plastificacións. Zona 3: rama de grandes deformacións.

Poden obterse mediante ensaios ou mediante métodos numéricos. A efectos de cálculo poden substituírse por diagramas simplificados, bilineais ou trilineais, obtidos a partires do real coa única condición de que todos os seus puntos queden por debaixo deste. As unións deben proxectarse de forma coherente co conxunto da estrutura e acorde ás hipóteses realizadas na análise global. En xeral, para a análise global as unións modelizaranse mediante o seu diagrama momento-rotación. A capacidade de rotación debe demostrarse experimentalmente ou mediante métodos numéricos, a non ser que a EAE indique métodos simplificados para calculala.


EAE § 57.2

7.2. Clasificación

Pola súa resistencia: • Articuladas: non son capaces de transmitir momentos apreciables. Deberán ser capaces de soportar os

xiros que resulten da análise global. • De resistencia completa: o momento último é igual ou maior que o das pezas a unir, MRd ≥ Mpl,Rd. • De resistencia parcial: nin son articuladas nin de resistencia completa. O seu momento último non

poderá ser menor que o determinado na análise, MRd ≥ MEd. Pola súa rixidez:

• Articuladas: son aquelas que non desenrolan momentos significativos. Deben soportar as forzas e as rotacións obtidas no cálculo.

• Ríxidas ou empotramentos: son aquelas nas que a súa deformación non ten influencia apreciable nas leis de esforzos globais da estrutura nin na deformabilidade xeral da mesma. Non teñen movementos relativos significativos entre as pezas que unen. Deben soportar as forzas e momentos do cálculo.

• Semirríxidas: son aquelas que non poden ser clasificadas como articulacións nin como unións ríxidas. Modélanse como resortes coas características do diagrama momento-rotación.


EAE § 57.4

,b

j inib

E IS2 L⋅

≤⋅

,

pórtico intraslacionalpórtico traslacional

bj ini

b

k 8E IS kk 25L> →⋅

≥ ⋅ > →

Ib e Lb, inercia e lonxitude da viga conectada.

EAE § 57.3


7



Fotografía. Pasarela Langkawi Sky (Malaysia, 2005). Van central: 125 m.

7.3. Unións aparafusadas



Tipos de parafusos: salvo xustificación utilizaranse parafusos dos grados: Nomenclatura (exemplo): M16x80 – 5.6 Os parafusos de alta resistencia poden pretensarse, que consiste en apertalos fortemente mediante un par torsor de modo que as chapas a unir comprímense e os parafusos tracciónanse, e os esforzos en dirección perpendicular ao eixo do parafuso resístense por rozamento entre as chapas.

Mecanismo resistente en dirección normal ao eixo da espiga do parafuso: • Por cortante: as chapas a unir deslizan entre si e entran en contacto coa espiga do parafuso orixinando

un esforzo cortante en dita sección.

• Por rozamento: o aperte dos parafusos produce compresión entre as chapas orixinando unhas forzas de rozamento que impiden o deslizamento entre chapas. Depende do momento de aperte e o coef. de rozam.

• Por rozamento e cortante conxuntamente.


EAE § 58.1

.ub ybf 00MPa f 0 500 300MPa= = ⋅ =65


Tipos especiais de parafusos: • De cabeza abelanada (avellanada): deben quedar igualados coa cara exterior da chapa externa. • Calibrados: de diámetro de espiga igual ao do burato. • De inxección: dispoñen dunha perforación na cabeza por onde se inxecta resina para

reencher toda a folgura existente entre a súa espiga e o burato. Bulóns ou pasadores: son parafusos de tamaño relativamente grande empregados en articulacións nas que

se require liberdade de xiro. Designación da calidade dos aceiros para bulóns (N/mm2):


EAE § 29.3

EAE § 29.4

Roblóns: similares a parafusos pero en lugar de usar porca (tuerca), remáchanse. En desuso. De ser necesario o seu estudo recoméndase o emprego de normas ou recomendacións antigas (MV103, EA95, EM62).

COM § 58.1


Categorías de unións aparafusadas: Categoría A: son unións nas que os parafusos traballan a cortante e esmagamento (aplastamiento). Categoría B: son unións realizadas con parafusos de alta resistencia pretensados que se desexa que non deslicen no ELS. Admítese que, en ELU, a unión deslice e os parafusos traballen a cortante e esmagamento. Categoría C: son unións realizadas con parafusos de alta resistencia pretensados que se desexa que non deslicen no ELU. Comprobarase ademais que en ELU a unión resiste a cortante e esmagamento como categoría A, salvo que: Categoría D: son unións nas que os parafusos traballan a tracción. Categoría E: son unións realizadas con parafusos de alta resistencia pretensados traballando a tracción.


EAE § 58.2

con ou .

con .

mín

mín

dt S235 S2752 4dt S355

3 1

>

>

Solicitacións Categoría Comportamento Pretensado Grado

Cortadura A Cortante e esmagamento en ELU Non 4.6 a 10.9 B Sen deslizamento en ELS Si 8.8 ou 10.9 C Sen deslizamento en ELU Si 8.8 ou 10.9

Tracción D Tracción en ELU Non 4.6 a 10.9 E Tracción en ELU Si 8.8 ou 10.9

Pode haber combinacións: E+B, E+C, D+A. Cando a peza estea sometida a fatiga, a impactos ou a esforzos alternativos, recoméndase que se empreguen parafusos pretensados, aínda que se calculen como traballando a cortante e esmagamento.


Buratos para parafusos: Efectúanse mediante taladrado ou punzonado (pezas de pequeno espesor e non sometidas a fatiga). Para facilitar a montaxe das pezas, en unións aparafusadas resistentes por rozamento poden empregarse buratos a sobremedida ou buratos rasgados (en ranura), curtos ou largos. As tolerancias para buratos a sobremedida e buratos rasgados, tanto en anchura como en lonxitude, indícanse na táboa:


EAE § 58.3

para parafusos de 12 e 14 mmdiámetro burato = diámetro parafuso + ou para parafusos de 16 a 24 mm

ou para parafusos de 27 mm ou maiores

1 mm1 2 mm2 3 mm

CTE_A § 11.1


Funcionamento resistente: • Forzas perpendiculares ao eixo do parafuso:

Nos parafusos pretensados esta solicitación resístese por rozamento. Nos parafusos non pretensados o esgotamento pode producirse por: - Rotura a tracción da chapa [1]. - Esmagamento da chapa pola presión do parafuso [2]. Rotura dúctil. - Desgarro ou rotura por cortante da chapa (proximidade aos bordes) [3]. - Rotura do parafuso por cortante [4] e/ou flexión [5]. Rotura fráxil.


• Forzas paralelas ao eixo do parafuso: - Rotura a tracción dos parafusos [6]. Se as chapas a unir son deformables, pode aparecer o fenómeno denominado “efecto panca” (efecto palanca) que produce traccións adicionais nos parafusos da unión.

tF F Q= +


Disposicións construtivas: Os buratos para parafusos deben dispoñerse de forma que: - Se dificulte a corrosión das pezas a unir. - Se eviten os problemas de pandeo local das pezas a unir. - Permitan a colocación dos parafusos de maneira fácil. - Non reduzan innecesariamente a resistencia das pezas a

unir a esmagamento.


EAE § 58.4

No caso de buratos rasgados, as distancias mediranse dende os centros dos semicírculos extremos.

e1 Distancia dende o centro dun burato a un borde contiguo, medida en dirección do esforzo a transmitir. e2 Dist. dende o centro dun burato a un borde contiguo, medida en dirección normal ao esforzo a transmitir. p1 Distancia entre centros de buratos contiguos, medida en dirección do esforzo a transmitir. p2 Distancia entre filas contiguas de parafusos, medida en dirección perpendicular ao esforzo a transmitir. m Distancia do eixo do taladro a calquera superficie paralela a dito eixo.


Resistencia dun parafuso a cortante:

Resistencia dun parafuso a esmagamento:


EAE § 58.6 , ,v Ed v RdF F≤

, ,≤v Ed b RdF F

Se todos os planos de corte pasan pola zona sen rosca do vástago do

parafuso

Se algún dos planos de corte pasan pola zona roscada e os parafusos son 4.6, 5.6 e 8.8

Se algún dos planos de corte pasan pola zona roscada e os

parafusos son 6.8 ou 10.9

,.

γ⋅ ⋅ ⋅

= ub sv Rd

M 2

0 6 f A nF ,.

γ⋅ ⋅ ⋅

= ub sv Rd

M 2

0 5 f A nF,. ub

v RdM 2

0 6 f A nFγ⋅ ⋅ ⋅

=

A Área do vástago do parafuso. As Área resistente a tracción (táboa 58.7). fub Tensión última a tracción do parafuso. n Número de planos de corte.

,u

b RdM 2

f d tF α βγ

⋅ ⋅ ⋅ ⋅=

t Espesor chapa. d Diámetro do parafuso. fu Resistencia a tracción da chapa.

Simple cortadura

Dobre cortadura

,.γ⋅ ⋅ ⋅

= uv Rd

M 2

1 5 f d tF

Para unións de solape único cunha soa fila de parafusos, deberán colocarse arandelas baixo a cabeza e baixo a porca (tuerca) do parafuso e a resistencia máxima a esmagamento será:

; ; ;

. .. ; . ; .

1 1 ub

0 0 u

2 2

0 0

e p 1 fmín 13 d 3 d 4 f

2 8 e 1 4 pmín 1 7 1 7 2 5d d

α

β

= − ⋅ ⋅

⋅ ⋅= − −


Resistencia a tracción:

• Resistencia a tracción do parafuso:

• Resistencia a punzonamento da chapa: Non será preciso comprobar a punzonamento cando o espesor da chapa cumpra:

Interacción cortante-tracción: Os parafusos suxeitos simultaneamente a esforzos de tracción e a esforzos normais ao seu eixo, ademais do anterior, deberán cumprir a condición:


EAE § 58.7 , ,≤t Ed t RdF F

t Espesor chapa. fu Resistencia a tracción da chapa. Ft,Ed Esforzo de tracción que debe incluír as posibles forzas de panca. dm Menor diámetro medio entre os círculos circunscrito e inscrito á porca (tuerca) ou á cabeza.

, ,≤t Ed p RdF B

EAE § 58.7.1

,.γ⋅ ⋅

= ub sv Rd

M 2

0 9 f AF

,. π

γ⋅ ⋅ ⋅ ⋅

= m up Rd

M 2

0 6 d t fB

⋅≥

⋅ub

mínu

d ft6 f

, ,

, ,.+ ≤

⋅v Ed t Ed

v Rd t Rd

F F1

F 1 4 F


Resistencia a deslizamento: O aperte controlado dos parafusos pretensados proporciónalles un esforzo de pretensado do 70% da súa resistencia a tracción:

Este esforzo de pretensado pode obterse cun dos seguintes métodos: - Chave dinamométrica: aplícase un par torsor preciso:

En condicións de subministro (parafusos lixeiramente engraxados): k = 0.18 Recoméndase aumentar Mt un 10% para garantir os valores de aperte.

- Arandela con indicación directa de tensión. - Método combinado: 75% do par torsor + xiro complementario (segundo ensaios). A resistencia a deslizamento dun parafuso de alta resistencia pretensado tomarase:


EAE § 58.8

.0 ub sN 0 7 f A= ⋅ ⋅

ks Factor segundo o tipo de burato (1, estándar; 0.85, a sobremedida; ...). n Número de posibles planos de deslizamento. μ Coeficiente de rozamento, que depende do estado das superficies de contacto. γM3 Coeficiente de minoración da resistencia (1.1, unións tipo B; 1.25, unións tipo C, híbridas ou con fatiga). Ft,Ed Tracción no parafuso procedente dun esforzo axil de tracción na unión (nunca por flector!).

t 0M k d N= ⋅ ⋅

EAE § 76.7

( ), ,.ss Rd 0 t Ed

M 3

k nF N 0 8 Fµγ⋅ ⋅

= ⋅ − ⋅

, ,s Ed s RdF F≤


Unións con bulóns: permiten libremente o xiro relativo entre as pezas que unen. A unión será capaz de transmitir o esforzo FEd se a súa xeometría cumpre as seguintes condicións: Dada unha peza que cumpra as seguintes condicións xeométricas, poderá resistir o esforzo FEd se:


EAE § 58.9

Ed M 0 0

y

Ed M 0 0

y

F 2 da2 t f 3

F dc2 t f 3

γ

γ

⋅ ⋅≥ +

⋅ ⋅

⋅≥ +

⋅ ⋅

.

.

0

Ed M 0

y

d 2 5 t

Ft 0 7fγ

≤ ⋅

⋅≥ ⋅

t Espesor peza. d Diámetro bulón. d0 Diámetro burato. fy Límite elástico do aceiro. fu Resistencia a tracción.


Unións con bulóns ou pasadores (continuación):


EAE § 58.9

Resistencia Non desmontable Desmontable

Cortante

Igual

Flexión

Ademais:

Combinación cortante + flexión

Igual

Esmagamento

Ademais:

, ,

. upv Ed v Rd

M 2

0 6 A f nF F

γ⋅ ⋅ ⋅

≤ =

2dA4

π ⋅=

. el ypEd Rd

M 0

1 5 W fM M

γ⋅ ⋅

≤ =

3

eldW

32π ⋅

=

,

. yEd b Rd

M 0

1 5 t d fF F

γ⋅ ⋅ ⋅

≤ =

,

,

22v EdEd

Rd v Rd

FM 1M F

+ ≤

, , .Ed ser Rd ser el ypM M 0 8 W f≤ = ⋅ ⋅

, , , , .b Ed ser b Rd ser yF F 0 6 t d f≤ = ⋅ ⋅ ⋅

( ), ,, . .b Ed ser 0

H ser y2

E F d d0 591 2 5 f

d tσ

⋅ ⋅ −= ⋅ ≤ ⋅

⋅

( )EdEd

F b 4 c 2 aM

8⋅ + ⋅ + ⋅

=

t Espesor chapa. d Diámetro bulón. d0 Diámetro burato. E Módulo elasticidade. A Área bulón. Wel Módulo elástico bulón. n Nº planos de corte. fup Resist. tracción bulón. fyp Límite elástico bulón. fy Límite elástico chapa. Fv,Ed Esforzo normal en ELU. MEd Momento flector en ELU. MEd,ser Mom. flector en ELS. Fb,Ed,ser Esforzo esmag. en ELS.

Para o caso da figura: Tamén se o bulón é desmontable, a presión local de contacto entre bulón e peza en ELS debe cumprir:


Resistencia de elementos con buratos: a redución de resistencia por buratos contémplase en . • Resistencia a desgarro: Nos extremos de vigas unidos a outras vigas ou a soportes mediante unións que obriguen a desmembrar unha ou ambas das alas, ou nos extremos de pezas traccionadas unidas mediante parafusos ou soldadura a cartelas, é preciso comprobar a resistencia das pezas e cartelas a desgarro.


EAE § 34

,y nvu nt

Ed ef RdM 2 M 0

f Af AN N3γ γ⋅⋅

≤ = +⋅

1. Esforzo de tracción pequeno. 2. Esforzo cortante grande. 3. Esforzo cortante pequeno. 4. Esforzo de tracción grande.

O extremo da peza solicitada por un esforzo axil centrado co seu eixo ou a cartela correspondente serán seguros se se cumpre que: NEd Esforzo axil de cálculo. Nef,Rd Resistencia ao desgarro. Ant Área neta da zona sometida a tracción. Anv Área neta da zona sometida a cortante. En unións nas que o esforzo actúe excentricamente, tales como as unións con dobre casquillo de angular de extremo de vigas, tomarase para Ant a metade do seu valor real.

EAE § 58.5.1


Resistencia de elementos con buratos (continuación): • Angulares unidos por un lado e outros elementos asimetricamente unidos en tracción: A resistencia última de cálculo dun angular único a tracción unido por unha única fila de parafusos nun lado é: • Angulares de reforzo:


EAE § 58.5.2

Con 1 parafuso Con 2 parafusos Con 3 ou máis parafusos ,

3 net uu Rd

M 2

A fN βγ⋅ ⋅

=,2 net u

u RdM 2

A fN βγ⋅ ⋅

=( )

,

.2 0 uu Rd

M 2

2 e 0 5 d t fN

γ⋅ − ⋅ ⋅ ⋅

=

Interpolar β para valores intermedios de p1.

Anet Área neta do angular.

EAE § 58.5.3 Cando sexa preciso colocar angulares de reforzo entre un angular e unha cartela, a unión do angular de reforzo ao angular dimensionarase para resistir un esforzo 20% superior ao de cálculo, e a súa unión á cartela para resistir un 40% superior. Para unha sección en U unida a unha cartela con axuda de dous angulares de reforzo, os valores son 10% e 20%.


Resume de comprobacións en parafusos (casos máis habituais):


TRACCIÓN

CORTADURA

SOLICITACIÓN COMBINADA

ESMAGA-MENTO

DESGARRO

FLEXIÓN

Para

fuso

sen

pret

ensa

r

------

Para

fuso

pr

eten

sado

DISPOSICIÓNS CONSTRUTIVAS ------

Buló

n ou

pa

sado

r

------ DISPOSICIÓNS

CONSTRUTIVAS PARTICULARES

Fv,Ed ≤ Fv,Rd Fv,Ed ≤ Fb,Rd Fv,Ed ≤ Nef,Rd MEd ≤ MRd Ft,Ed ≤ Ft,Rd

.

.M 3

M 3

1 11 25

γγ

=

=ELS: ELU:


Esforzos nas unións (tanto en unións aparafusadas como soldadas): Os esforzos que recibe unha unión determinaranse a partires da análise global da estrutura, tendo en conta os efectos de segunda orde e os das imperfeccións cando sexan relevantes. As unións dimensionaranse para resistir, alomenos, os esforzos que reciben (unións de resistencia parcial). En ningún caso os esforzos a considerar, NEd, MEd ou VEd se tomarán como inferiores a: - En pezas sometidas predominantemente a esforzos axís (soportes, tirantes, pezas de celosías, …):

- En puntos interiores de pezas flectadas: Na proximidade de zonas onde se prevexan rótulas plásticas:

- En extremos articulados de pezas flectadas. Recoméndase unións de resistencia total.


EAE § 56.1

. .plelEd el y Ed w y

VMM 0 5 W f V 0 2 A f2 3

= = ⋅ ⋅ = ≈ ⋅ ⋅

.plEd y

NN 0 5 A f

2= = ⋅ ⋅

Ed pl y yM M 2 S f= = ⋅ ⋅

.plEd w y

VV 0 2 A f

3= ≈ ⋅ ⋅


Reparto de esforzos nunha unión (tanto en unións aparafusadas como soldadas): • Admitirase en calquera caso o reparto de esforzos entre os distintos elementos que compoñen unha

unión determinada baseado nunha análise lineal elástica da mesma. • Alternativamente, nos casos autorizados expresamente na EAE e baseándose no teorema de mínimo da

plasticidade, admitiranse repartos baseados en análises non lineais. • Admitirase como correcto calquera reparto de esforzos entre os distintos elementos da unión, por

métodos elásticos ou plásticos, que cumpran as seguintes condicións: - Equilibrio. As forzas e momentos supostos para cada elemento da unión están en equilibrio cos

esforzos solicitantes. - Resistencia. Cada elemento da unión resiste os esforzos que lle foron adxudicados no reparto suposto. - Capacidade de deformación. Cada elemento ten suficiente capacidade de deformación para que o

reparto suposto sexa fisicamente posible. - Proporcional á rixidez. O reparto de esforzos debe gardar proporción coas rixideces de cada elemento.

Unha determinación rigorosa do reparto de esforzos nunha unión só é posible en xeral recorrendo a métodos experimentais ou a métodos numéricos que consideren a non-linealidade de materiais, parafusos, ... Estes métodos só se xustifican no caso de unións moi repetitivas ou moi importantes.

Reparto de esforzos entre parafusos: • O reparto de esforzos entre parafusos no ELU efectuarase mediante métodos lineais para:

- Unións de categoría C. - Unións de categorías A ou B cando a resistencia a cortante do parafuso sexa menor á de esmagamento. - Unións sometidas a impacto, vibracións ou ciclos de carga alternadas (exceptuando o vento).

• Para outros casos, o reparto pode efectuarse por métodos plásticos ou elásticos.


EAE § 56.2

EAE § 58.10


Reparto de esforzos entre parafusos (método elástico lineal, elementos ríxidos, sen efecto panca): • Solicitacións que producen esforzo cortante:

Supoñendo que os esforzos que actúan na unión Pu son os de deseño (método plástico), suporase que unha das pezas a unir se move con respecto a outra xirando arredor dun centro instantáneo de rotación. A deformación en cada parafuso suporase proporcional (método elástico) á lonxitude do radio vector que une o parafuso co CIR e normal a el.


EAE § 60.2

, ,;' '

Ed i Ed iiy Ed iz Ed

p p

M z M yF FI I⋅ ⋅

= =

( )'n

2 2p i i

i 1I y z

=

= +∑

Supoñendo os n parafusos iguais (Ai = A = constante): - Se Pu pasa por G (l = 0):

- Se Pu non pasa por G (l ≠ 0), os esforzos actuantes poden descompoñerse nun cortante Pu actuando en G ([1]) máis un momento torsor MEd = Pu·l, que provoca en cada parafuso un esforzo Fi,Ed de compoñentes:

As compoñentes debidas ao cortante [1] máis as compoñentes debidas ao torsor [2] deben sumarse vectorialmente. O parafuso máis solicitado é o máis afastado do CIR.

[1]

[2]

,u

i EdPFn

=

yi e zi Coordenadas do eixo do parafuso i respecto a G.

EAE § 60.2.2


Reparto de esforzos entre parafusos (método elástico lineal, elementos ríxidos, sen efecto panca): • Solicitacións que producen esforzo cortante:

- Se Pu pasa por G (l = 0):

- Se Pu non pasa por G (l ≠ 0) e sen descompoñer en cortante e torsor: Se todos os parafusos son iguais (Ai = A = constante). - Se Pu pasa por G (l = 0):

- Se Pu non pasa por G (l ≠ 0) e sen descompoñer en [1] e [2]: Exemplo descompoñendo:


u ii

i

P ARA⋅

=∑

Ai Sección do parafuso i. r'i Distancia do parafuso i a G. ri Distancia do parafuso i a I. Ri Cortante no parafuso i. n Número de parafusos.

ui

PRn

=

';

'

2i u i

i 2i

r P l rr Rl n rθ

⋅ ⋅= =

⋅∑

∑

( )( )

';

'

2i i u i i

i 2i i i

A r P l A rr Rl A A rθ

⋅ ⋅ ⋅ ⋅= =

⋅ ⋅∑∑ ∑


Reparto de esforzos entre parafusos (continuación): • Solicitacións que producen tracción en parafusos pretensados:

Dado que as chapas están previamente comprimidas, pode Suporse que tanto as traccións como as compresións son absorbidas polos parafusos.

• Solicitacións que producen tracción en parafusos non pretensados: As traccións absórbenas os parafusos e as compresión sopórtanse por contacto entre chapas.z


, ,

2i i

i ii t Ed i

I A dM d AF F

I

= ⋅

⋅ ⋅= =

∑

1c c h+ =

m Aap⋅

=

m Nº de columnas de parafusos. A Área dun parafuso (todos iguais). a Ancho ficticio dos parafusos a tracción.

,

t c t c 11

t c

1

3 31 1

c t t Ed

1 1F F a c b c2 2 c a b a bc h

c b b ac c

a c b c M c M c M c AI F3 3 I I I

σ σ

σ σ

σ σ

= ⇒ ⋅ ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ ⋅ − ⋅⇒ = ⇒ = ⋅ −=

⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅= + = = ⇒ =

M

m=2 Tσ

Cσc 1

a


28



Fotografías. Ponte Slauerhoff (Slauerhoffbrug)

(Leeuwarden, Holanda, 2000).

7.4. Unións soldadas

Xeneralidades: Soldadura é un procedemento de unión directa entre metais no que se produce intercambio de cristais entre eles. Na práctica, a soldadura realízase cunha importante achega de calor que produce: - Fundición do metal. - Disolución dos metais a unir. - Tratamentos térmicos nas zonas próximas á unión con temperatura inferior ao punto de fusión.

Modifican prexudicialmente as características do metal. Poden provocar fraxilidade. Segundo a fonte de enerxía, a soldadura pode ser: - Quecemento por combustión (oxiacetilénica). - Eléctrica (arco eléctrico). O procedemento habitual en elementos estruturais metálicos é a soldadura por arco eléctrico: - Soldadura manual ou automática. - Electrodos consumibles ou non consumibles. - Arco espido (desnudo) ou recuberto (mediante

unha atmosfera inerte que evita a oxidación e permite un arrefriamento lento.

As unións soldadas son pouco deformables, económicas, sinxelas e rápidas de executar, pero requiren persoal cualificado, protección en obra e un intenso control de calidade para evitar roturas fráxiles ou por fatiga. As soldaduras amparadas pola EAE deberán efectuarse sobre pezas de máis de 4 mm de espesor:


EAE § 59

mínt 4mm≥


Soldadura por arco eléctrico. Métodos máis habituais: - Soldadura manual con electrodo recuberto (MMA) [1]. - Soldadura semiautomática baixo protección gasosa, con fío macizo ou tubular recheo de flux, con

transferencia en chuvia (spray) (MAG, metal active gas) [2]. (MIG, metal inert gas). - Soldadura semiautomática con fío tubular recheo de flux, sen protección gasosa, con transferencia en

chuvia (spray) [3]. Como un electrodo revestido ao revés. - Soldadura automática por arco somerxido [4].


EAE § 77.3 EAE § 59.1.2

[4]

[1] [3]

[2]


Tipos de unións e de cordóns: • Pola posición relativa das pezas a unir

as unións poden ser: - A tope. - En T. - A solape.

• Os cordóns de soldadura poden ser: - En ángulo: Laterais: paralelos ao esforzo. Frontais: normais ao esforzo. Oblicuos: casos intermedios.

- A tope: De penetración completa. De penetración parcial.

• Os cordóns de soldadura poden ser: - Continuos. - Descontinuos.


EAE § 59.2


Cordóns en ángulo: • Espesor de garganta a: debe tomarse igual á altura do maior triángulo que poda inscribirse na sección

de metal de achega (aportación), medida normalmente ao lado exterior de dito triángulo. Se pode demostrarse que o método de soldadura empregado permite conseguir unha penetración apreciable de forma constante, poderá engadirse esta penetración no valor do espesor de garganta.


EAE § 59.7

Denomínase plano de garganta ao definido pola garganta e polo eixo do cordón (charnela), intersección dos dous planos a unir mediante o cordón de soldadura.


Cordóns en ángulo: • Disposicións construtivas:

- Xeneralidades: O ángulo entre as pezas a unir estará comprendido entre 60° e 120°. Se o ángulo está comprendido entre 45° e 60°, o cordón considerarase de penetración parcial. Para ángulos < 45° ou >120°, o cordón considerarase de simple atado, salvo ensaios.

- Espesor de garganta: Cando tmáx > 2·tmín haberá que tomar medidas especiais para evitar problemas de fisuración en frío.

- Remate: Deben prolongarse nas esquinas nunha lonxitude de 3·a, sempre que se poida no mesmo plano.

- Cordóns descontinuos: Permítense para cargas estáticas e ambientes con grados de corrosividade baixos. Esíxese unha lonxitude mínima dos cordóns parciais, e limítase a distancia libre entre os seus

extremos.


. ..

máx

mín máx

máx

3mm t 10mm0 7 t a 4 5mm t 20mm

5 6mm t 20mm

→ ≤⋅ ≥ ≥ → ≤ → >

tmín Espesor da peza máis delgada a unir. tmáx Espesor da peza máis grosa a unir.

EAE § 59.3.1

EAE § 59.3.2

EAE § 59.3.3

EAE § 59.3.4


Cordóns en ángulo: • Disposicións construtivas (continuación):

- Excentricidades: Disporanse evitando a aparición de flectores que

teñan por eixo o do propio cordón. - Lonxitude mínima para cordóns laterais: Os cordóns en ángulo que transmiten

esforzos axís de barras terán unha lonxitude mínima:

- Solapes: Establecerase un solape mínimo:


EAE § 59.3.5

EAE § 59.3.6

EAE § 59.3.7

15 aL

W⋅

≥

W Ancho da peza a unir.

mín5 tSolape

25mm⋅

≥

tmín Menor espesor das pezas a unir.


Cordóns en ángulo: • Resistencia:

- Estúdase un cordón de lonxitude suficientemente pequena e suponse que as tensións son uniformes. - Tensións no plano da garganta:

- Tensións nunha das caras da soldadura:

- Relación entre tensións abatendo 45° :

- A resistencia do cordón é suficiente se se cumpren simultaneamente as condicións:


EAE § 59.8

σ┴ Tensión normal ao plano. τ┴ Tensión tanxencial normal á charnela. τll Tensión tanxencial paralela á charnela.

n┴ Tensión normal ao plano. t┴ Tensión tanxencial normal á charnela. tll Tensión tanxencial paralela á charnela.

σll non afecta á resistencia da soldadura.

Obtéñense das solicitacións exteriores.

2 2 2 2n t n t t2 2 2 2

σ τ τ⊥ ⊥ ⊥ ⊥ ⊥ ⊥= ⋅ + ⋅ = − ⋅ + ⋅ =ll ll

( ) .2 2 2 u u

w M 2 M 2

f f3 0 9σ τ τ σβ γ γ⊥ ⊥ ⊥+ ⋅ + ≤ ≤ ⋅

⋅ll

fu Resistencia a tracción do aceiro das pezas a soldar. βw Tensión tanxencial normal á charnela. γM2 Coeficiente de minoración de resistencia (1.25).


Cordóns en ángulo: • Resistencia (continuación):

- Lonxitude efectiva dun cordón: é a lonxitude (incluíndo as prolongacións de esquina) na que se mantén o espesor de garganta nominal. Non se consideran efectivos para transmitir esforzos os cordóns menores de 30 mm ou 6·a. En unións a solape nas que :

Esta redución non se aplicará cando a distribución de tensións ao longo da soldadura sexa igual á distribución de tensións no metal de base contiguo. Exemplo: unión ala-alma en vigas armadas.

Para cordóns de máis de 1700 mm de lonxitude que unan rixidizadores transversais a elementos de chapa tomarase:

- Un cordón de espesor de garganta a e lonxitude Lw transmitirá unha forza F se a tensión tanxencial media no cordón cumpre:

- Estase do lado da seguridade se se toma, para calquera valor de α:


EAE § 59.8

wL 150 a≥ ⋅,

.. ww ef 1 w 1

0 2 LL L 1 2 1150 a

β β ⋅= ⋅ = − ≤

⋅

, . . ww ef 2 w 2

LL L 0 6 1 1 117000

β β= ⋅ ≤ = − ≤Lw Lonxitude do cordón. Lw,ef Lonxitude efectiva.

cosu

w 2w w M 2

F fa L 2

τβ γ α

= ≤⋅ ⋅ ⋅ +

F

uw

w w M 2

F fa L 3

τβ γ

= ≤⋅ ⋅ ⋅

Método alternativo simplificado de comprobación de resistencia dun cordón en ángulo


Cordóns a tope: • Disposicións construtivas:

- De penetración completa: o metal de achega ocupa sen defectos todo o espesor das pezas a unir. - De penetración parcial: o espesor ocupado polo metal de achega é inferior ao das pezas a unir.

Disporanse evitando a aparición de flectores parasitos que teñan por eixo o do propio cordón. Prohíbense os cordóns a tope descontinuos.

• Resistencia: - De penetración completa: sen defectos, non precisan ser calculados. - De penetración parcial: sen defectos, a resistencia é igual á dun cordón en ángulo de igual a.

Cando a preparación de bordes é en V, U ou J: En unións en T con 2 cordóns a tope de penetración parcial reforzados con 2 cordóns en ángulo, pode suporse que a unión é de penetración completa se: Non se empregarán cordóns a tope de penetración parcial en unións sometidas a fatiga, nin cando teñan que transmitir esforzos de tracción normais ao seu eixo.


EAE § 59.4

EAE § 59.9.1

EAE § 59.9.2 noma a 2mm= −

ou

nom1 nom2

nom

a a ttc 3mm5

+ ≥

<t Espesor da peza a unir.


Soldaduras de botón ou en rañura (ranura): • Soldaduras en botón:

- Reenchen buratos circulares ou alargados executados nunha peza que solapa a outra. - Usaranse só cando non exista outro medio para transmitir esforzos cortantes ou impedir o pandeo ou

a separación de partes solapadas. Non deberán utilizarse para transmitir esforzos de tracción. - Prohíbese terminantemente reencher con soldadura os buratos practicados na estrutura para colocar

parafusos provisionais de montaxe. • Soldaduras en rañura:

- Fórmanse por soldaduras en ángulo no interior de buratos circulares ou alargados. - Só deben usarse para transmitir esforzos cortantes ou impedir o pandeo ou a separación de solapes.

• Disposicións construtivas: Limítase a: - Forma dos buratos. - Tamaño dos buratos. - Disposición dos buratos.

• Resistencia: considérase aceptable se:


EAE § 59.5

EAE § 59.10 ,w Ed u

ww w M 2

F fA 3

τβ γ

= ≤⋅ ⋅τw Tensión tanxencial media na soldadura.

Fw,Ed Esforzo de cálculo a transmitir. Aw Área do burato se é en botón ou a·Lw se é en rañura. Lw Lonxitude do cordón (medida a unha distancia a/2 do borde interior da rañura).


Defectos das soldaduras: reducen a sección do cordón e aumentan o efecto entalla (fatiga).

• Superficiais (visibles dende o exterior): - Mordedura. - Picadura. - Desbordamento. - Falta de penetración. - Gretas.

• Internos (non visibles dende o exterior):

- Porosidade ou sopladuras. - Inclusión de escorias. - Pegadura. - Fisuras internas.


EAE § 91.2.2.5 Debe establecerse un control sobre o proceso de execución que permita detectar, cualitativa e cuantitaviamente, os defectos e establecer criterios de aceptación, reparación ou rexeite.


Control das soldaduras: • Destrutivos. En procesos industriais e unións moi repetitivas, ensáianse pezas de proba ata rotura para

determinar as súas condicións. Non se usa en edificación. • Semidestrutivos. Consisten en perforar a soldadura cunha fresa nalgún punto onde se presume un

defecto para comprobar o seu estado. Posteriormente repárase o cordón con achega de material. • Non destrutivos:

- Inspección visual. Control básico que proporciona moita información feito por unha persoa experta. - Líquidos penetrantes (LP). Só detectan defectos superficiais. Rocíase (spray) un líquido de baixa

tensión superficial e cor viva (penetrante) que penetra facilmente nos ocos, e logo aplícase un revelador (polvo) para extraer o penetrante por capilariedade do defecto e que sexa visible.

- Partículas magnéticas (PM). Créase un campo magnético no entorno da soldadura e espolvoréase a zona con partículas magnéticas, que se agruparán visualizando as liñas deste campo. Calquera defecto será unha zona singular na xeometría.

- Ultrasons (US). Son vibracións acústicas de frecuencia superior ao son audible. Un defecto no cordón fai que se perda parte da enerxía emitida (por reflexión ou absorción) alterando a onda recibida.

- Radiografías (RX). Como unha fotografía pero con radiación de onda corta (raios X). Un defecto provoca maior ennegrecemento na placa de incidencia pois a enerxía absorbida é menor.

Regras de boa práctica para evitar deformacións angulares (por quecemento): • Principio de simetría. • Principio de máxima liberdade. • Accesibilidade e posición final. • Principio de arrefriamento.


EAE § 91.2.2.5

• Evitar estados de tripla tracción.


Desgarro laminar: - Evitaranse as tensións residuais segundo o espesor das pezas a unir. - En especial, cando existan tensións de tracción (residuais de soldeo ou por forzas exteriores).

Unións híbridas:

- O medio de unión (parafuso ou soldadura) que posúa maior rixidez deseñarase para soportar a totalidade da carga.

- Excepto nas unións de categoría C (parafusos pretensados sen deslizamento en ELU) que se pode asumir que comparten a carga sempre que os parafusos se aperten despois de efectuarse a soldadura. A resistencia da unión será a suma da resistencia de cada elemento de unión.

Reparto de esforzos entre os cordóns dunha unión: • A distribución de esforzos pode efectuarse supoñendo un comportamento elástico ou plástico da unión. • En xeral é aceptable considerar unha distribución de forzas simplificada dentro da unión, sempre que se

cumpran as condicións de: - Equilibrio. - Resistencia. - Capacidade de deformación. - Proporcionalidade respecto da rixidez.


EAE § 59.6

EAE § 63

EAE § 59.11


Reparto de esforzos entre cordóns (método elástico lineal, elementos ríxidos, sen efecto panca): • Solicitacións que producen esforzo cortante:

Supoñendo que os esforzos que actúan na unión Pu son os de deseño (método plástico), suporase que unha das pezas a unir se move con respecto a outra xirando arredor dun centro instantáneo de rotación. A deformación en cada punto dos cordóns de soldadura suporase proporcional (método elástico) á lonxitude do radio vector que une o punto co CIR e normal a el.

• Solicitacións que producen tensións normais: Aplícase a teoría de Navier-Bernouilli.


EAE § 60.2

( )2 2p i i y zA

I y z dA I I= + ⋅ = +∫

- Se Pu pasa por G (a = 0) a tensión tanxencial media nun punto:

- Se Pu non pasa por G (a ≠ 0), os esforzos actuantes poden descompoñerse nun cortante Pu actuando en G ([1]) máis un momento torsor MEd = Pu·al, que provoca en cada punto unha tensión tanxencial media de compoñentes:

As compoñentes debidas ao cortante [1] máis as compoñentes debidas ao torsor [2] deben sumarse vectorialmente. O punto máis desfavorable será o máis afastado do CIR.

[1]

[2]

,u

w EdPtA

=

y e z Coordenadas do punto respecto a G. Ip Momento de inercia polar da área dos cordóns respecto a G. A Área total dos cordóns.

EAE § 60.2.1 , ,;Ed Ed

wy Ed wz Edp p

M z M yt tI I⋅ ⋅

= =


Exemplos de cálculo de soldaduras de ángulo: - Caso I. Tracción, só soldaduras laterais:

- Caso II. Tracción, só soldaduras frontais:


n 0 0t 0 0

F Ft2 a L 2 a L

στ

τ

⊥ ⊥

⊥ ⊥

= =

= ⇒ = ⇒ = =

⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ll ll

2 Fn 0 4 a L

F 2 Ft2 a L 4 a L

t 0 0

σ

τ

τ

⊥⊥

⊥ ⊥

⋅= = ⋅ ⋅ ⋅ = ⇒ = ⇒ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅

= = ll ll

2 2

2 u u

w M 2 w M 2

2 F 2 F f 2 a L f3 0 F4 a L 4 a L β γ β γ

⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⇒ + ⋅ + ≤ ⇒ ≤ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅

22 2 u lw u lw

w M 2 w M 2

F f 2 a L f0 3 0 F2 a L 3

β ββ γ β γ

⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⇒ + ⋅ + ≤ ⇒ ≤ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅


Exemplos de cálculo de soldaduras de ángulo: - Caso III. Tracción, só soldaduras oblicuas:

- Caso IV. Flexión simple, só soldaduras frontais lonxitudinais:


sen

sen sen

cos cos

2 Fn 0 4 a L

F 2 Ft2 a L 4 a L

F Ft2 a L 2 a L

θσ

θ θτ

θ θτ

⊥⊥

⊥ ⊥

⋅ ⋅= = ⋅ ⋅

⋅ ⋅ ⋅ = ⇒ = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ = =

⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ll ll cosu

2w M 2

2 a L fF2 θ β γ

⋅ ⋅ ⋅⇒ ≤

+ ⋅ ⋅

sen sen cos2 2 2

u

w M 2

2 F 2 F F f34 a L 4 a L 2 a L

θ θ θβ γ

⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⇒ + ⋅ + ≤ ⇒ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅

2

2

2 3 F eF e L 2 a Ln

I 2 2 3 F et 02 a L

F Ft2 a L 2 a L

σ

τ

τ

⊥⊥

⊥ ⊥

⋅ ⋅ ⋅= ⋅ ⋅ ⋅= ⋅

⋅ ⋅ ⋅ = ⇒ = − ⇒ ⋅ ⋅

= = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ll

ll

22 2 u

2w M 2

F e L f2 3 3 2 32 a L e β γ

⋅ ⇒ ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ + ≤ ⋅ ⋅ ⋅

Se e >>> L2

u u2

w M 2 w M 2

L 2 3 F e f a L f0 Fe a L 3 2 eβ γ β γ

⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅⇒ ≈ ⇒ ≤ ⇒ ≤

⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅31I 2 a L

12= ⋅ ⋅ ⋅


45



Fotografía. Ponte The Helix (Singapur, 2010). Vans: 45-65-65-65-45 m.

7.5. Unións entre elementos sometidos a esforzo axil


EAE § 60


47



Fotografía. Ponte Abbas Ibn Firnas (Córdoba, 2011). Vans: 132.5 m.

7.6. Unións entre elementos sometidos a flexión e cortante


EAE § 61


49



Fotografía. Ponte Octávio Frías de Oliveira (São Paulo, Brasil, 2008).

7.7. Unións viga-soporte


EAE § 62


51



Fotografía. Ponte Gustave-Flaubert (Rouen, Francia, 2008). Van central: 100 m.

7.8. Unións entre pezas de sección tubular


EAE § 64


53



Fotografía. Pasarela Robert I. Schroder (Walnut Creek, California, 2010). Van central: 73 m.

7.9. Unións á cimentación


EAE § 65


55



Fotografía. Pasarela Salford Quays Millenium (Manchester, Reino Unido, 2000). Van central: 91.2 m.

7.10. Elementos de apoio


EAE § 66

estruturas metálicas e mixtas. tema 7....

Documents