JUNTAS SOLDADAS CON CARGAS CONCÉNTRICAS - III

Los productos de aluminio se sueldan con un proceso de arco protegido y gas inerte o un proceso de soldadura por resistencia Para el proceso de arco protegido y gas inerte, la Aluminum Association especifica aleaciones de aporte para unir aleaciones de metal base particulares, como se indica en la tabla 16-4. Se dan los esfuerzos cortantes permisibles para tales soldaduras. Es de hacerse notar que el calor de la soldadura reduce las propiedades de la mayoría de las aleaciones de aluminio a 1.0 plg de la soldadura, por lo que esto se debe tener en cuenta en el diseño de ensambles soldados.

JUNTAS SOLDADAS CON CARGAS CONCÉNTRICAS - II

Se supone que las soldaduras de filete tienen una pendiente de 45° entre las dos superficies unidas, como se muestra en la figura 16 -7(b). El tamaño de la soldadura se denota como la altura de un lado del filete triangular. Los tamaños típicos varían desde 1/8 plg hasta 1/2 plg en intervalos de 1/16 plg. Se supone que el esfuerzo desarrollado en las soldaduras de filete es un esfuerzo cortante sin importar la dirección de aplicación de la carga. Es esfuerzo cortante máximo acurre en la garganta del filete (véase 16-7), donde el espesor es 0.07 veces el tamaño nominal de soldadura. Por lo tanto el esfuerzo cortante en la soldadura producido por la carga P es:

JUNTAS SOLDADAS CON CARGAS CONCÉNTRICAS - I

La soldadura es un proceso de unir en el que se aplica calor para hacer que dos piezas de metal se unan metalurgicamente. El calo se puede aplicar con una llama de gas, un arco eléctrico o con una combinación de calentamiento por resistencia eléctrica y presión

Los lipes de soldadura incluyen las soldaduras de ranura, filete, puntos (como se muestra en la figura 16-7) y otros. Las soldaduras de ranura y filete son las de uso mis recuente en conexiones estructurales puesto que se adaptan con facilidad a los perfiles y placas que conforman las estructuras, Las soldaduras de puntos se usan para unir láminas de acero relativamente delgadas y perfiles formados en frío. las variables que intervienen en el diseño de juntas soldadas son la forma y el tamaño de la soldadura, la selección del material de aporte, la longitud de la soldadura y la posición de ésta con respecto a la carga aplicada.

JUNTAS REMACHADAS Y ATORNILLADAS EXCÉNTRICAMENTE CARGADAS - Ejemplo - III

JUNTAS REMACHADAS Y ATORNILLADAS EXCÉNTRICAMENTE CARGADAS - Ejemplo - II

Resultados

JUNTAS REMACHADAS Y ATORNILLADAS EXCÉNTRICAMENTE CARGADAS - Ejemplo - I

En la figura 16-4 la fuerza neta dirigida hacia abajo Pes de 26.4 kN en cada una de las placas do la ménsuls La distancia a es do 0.75 m. Determino ol tamaño requerido de los tornillos ASTM A325 para fijarla ménsula. Considero que la conexión es do fricción.

JUNTAS REMACHADAS Y ATORNILLADAS EXCÉNTRICAMENTE CARGADAS - III

Por último, todas las fuerzas horizontales y todas las fuerzas verticales se suman para cualquier tomillo particular. En seguida se determina la resultante de las fuerzas horizontales y verticales

JUNTAS REMACHADAS Y ATORNILLADAS EXCÉNTRICAMENTE CARGADAS - II

Se supone que la magnitud de la fuerza en un tornillo producida por el momento es proporcional a su distancia R del centroide. Esta magnitud es:

JUNTAS REMACHADAS Y ATORNILLADAS EXCÉNTRICAMENTE CARGADAS - I

Las juntos previamente consideradas se limitaron a casos en los que la línea de acción de la carga en la junta pasaba por el centroide del arreglo de remaches o tornillos. En esos casos la carga aplicada se reparte por igual entre todos los sujetadores. 

Cuando la carga no nasa por el centroide del arreglo de sujetadores, se llama junta cargada excéntricamente v en los sujetadores ocurre una distribución no uniforme de tensas. En juntas excéntricamente cargadas, se debe considerar e efecto del momento o par en el sujetador 

La figura 16-4 muestra una ménsula afianzada unida a la cara de una par en el sujetador motor eléctrico. La fuerza neta dirigida hacia abajo por el peso del motor y la tensión de la banda actúa a una distancia a del centro del patín de la columna. Por tanto el sistema de fuerzas total que actúa en los tornillos de las mensula se compone de la fuerza cortante directa P más el momento P x A 

Cada una de estas componentes se puede considerar por separado y luego sumadas utilizando el principio de superposición. La figura 16-5 (a)muestra que por lo que se refiere a la fuerza cortante P, se supone que cada tornillo soporta un parte igual de la carga, como en las juntas concéntricamente cargas. Pero en la parte (b)de la figura, debido al momento, cada tornillo se ve sometido a una fuerza que actúa perpendicular a una línea radical que parte del centroide del arreglo de tornillos.

EJEMPLO 2 - JUNTAS REMACHADAS Y ATORNILLADAS - II

Resultados

Comentario En este caso la capacidad a tensión es la menor, así que la capacidad de la junta es de 6070 lb.

EJEMPLO 2 - JUNTAS REMACHADAS Y ATORNILLADAS - I

Ejemplo Determine la carga permisible para una junta do fas mismas dimensiones que la junta del 16-2 ejemplo 16-1. pero ahora use dos tornillos ASTM A490 de 3/8 plg de diámetro en una conexión de apoyo sin roscas en el plano de cortante.

EJEMPLOS-JUNTAS REMACHADAS Y ATORNILLADAS - III

Comentario Como la falla por cortante ocurriría con una carga de 1715 Ib. ésa es la capacidad de ta junta.

EJEMPLOS-JUNTAS REMACHADAS Y ATORNILLADAS - II

Resultados

EJEMPLOS-JUNTAS REMACHADAS Y ATORNILLADAS - I

Ejemplo Para la junta traslapada simple mostrada en la figura 16-2 determine la carga permisible en ella si las dos placas de ¼ plg de espesor por 2 plg de ancho y estan unidas por dos remaches de acero ASTM A502, grado 1, de ¼ plg de diámetro. –las placas son de acero estructural ASTM A36 

CONEXIONES ATORNILLADAS

El análisis do conexiones atornilladas es igual al de conexiones remachadas si se permite que el tornillo ejerza apoyo en el agujero, como en una conexión sometida a apoyo. Esto ocurriría en las juntas donde la fuerza de sujeción provista por los tomillos es pequeña Sin embargo, la mayoría de las conexiones atornilladas se hacen con tornillos la alta resistencia, como los A325 y A490, apretados a un elevado nivel de tensión. Las grandes fuer/as de sujeción resultantes forman una junta de fricción donde las fuerzas de fricción entre las dos superficies acopladas transmiten la mayor parte de la carga soportada por la junta. Los tornillos también se diseñan para cortante, con las resistencias enumeradas en la tabla 16-1. Pero el esfuerzo de apoyo no se considera en una junta de fricción

ESFUERZOS PERMISIBLES - II

Para estructuras de aluminio, la Aluminum Association publicó sus Specificationsfor AluminumSiruclwe.il2). La tabla 16-1 da esfuerzos permisibles para estructuras de acero. La tabla 16-2 resume algunos esfuerzos permisibles para aluminio.

ESFUERZOS PERMISIBLES - I

En el caso de miembros no cubiertos por reglamentos y especificaciones, los esfuerzos permisibles se pueden determinar con los factores de diseño presentados en el apéndice A-20. Para el diseño de estructuras de acero para edificios, por lo general se usan las especificaciones del American Institute of Steel Construction (AISC) (1).

CONEXIONES REMACHADAS - III

Falla por tensión 

Una fuerza de tensión directa aplicada a través del centroide del arreglo de remaches produce un esfuerzo de tensión Por tanto la capacidad de tu junta a tension seria

CONEXIONES REMACHADAS - II

Falla por apoyo. Cuando un remaché cilíndrico ejerce presión contra la pared de un agujero en la placa, existe una presión no uniforme entre ellas. Como uno una simplicidad de la distribución del esfuerzo real, se supone que el área sometida a apoyo, A es el área rectangular calculada multiplicando el espesor de la placa / por el diámetro del remache D. Esta área se puede considerar como el área proyectada del agujero del remane, tanto la capacidad de resistir apoyo o aplastamiento de una junta es:

CONEXIONES REMACHADAS - I

En las conexiones remachadas, se supone que las placas unidas no están fuertemente sujetas entre sí como para provocar fuerzas de fricción entre ellas y transmitir cargas. Por consiguiente, los remaches ejercen presión en los agujeros, y se debe investigar la falta por apoyo. También podría ocurriría falla por cortante como por tensión. El método de análisis de estos tres modos de falla se describe a continuación. 

Falla por cortante. 

Se supone que el remache se ve sometido a cortante directo cuando, se aplica una carga de tensión a la junta, siempre que la línea de acción de la carga pase por el centroide de la disposición de remaches. También se supone que la carga total aplicada se reparte por igual entre lodos los remaches. La capacidad de una junta con respecto a cortante del remache es:

MODOS DE FALLA - Gráfica

MODOS DE FALLA - II

Cuando la junta se somete a una fuerza de tensión, se transmite una fuerza cortante a través de la sección transversal de los remaches entre las dos placas. 

Por tanto la falla por cortante es un modo de falla de junta El cuerpo del remache debe ejercer presión contra el material de las placas que se van a unir, con la posibilidad de falla por apoyo o aplastamiento, Esto provocaría el aplastamiento del material, normalmente en las placas La falta por tensión de las placas que se van a unir se debe investigar porque la presencia de los agujeros para los remaches provoca que la sección transversa] del material en la junta sea menor queen la parte principal del miembro sometido a tensión. El cuarto modo de falla posible es desprendimiento de extremo, en el cual el remache hace que el material entre el borde de la placa y el agujero se desprenda. 

Las juntas remachadas y atornilladas adecuadamente diseñadas deben tener una distancia del centro del remache o tornillo al borde de la placa que se va a unir de por lo menos dos veces el diámetro del tornillo o remache. La distancia al borde se mide en la dirección hacia la cual está dirigida la presión de apoyo. St se hace caso a esta recomendación, entonces no debe ocurrir el desprendimiento del borde. Esto se supondrá en los ejemplos de este capitulo. 

Así pues los modos de talla por cortante, apoyo y tensión sólo se considerarán al evaluar la resistencia de la junta. Las juntas soldadas fallan por cortante en el material de la soldadura o por fractura del metal base de las parles unidas por las soldaduras. Una junta adecuadamente fabricada y con buen diseño, que se suelda, siempre fallará en el metal base 

Por tanto el objetivo del diseño de las conexiones soldadas es determinar el tamaño y la longitud requeridos de la soldadura en la junta.

MODOS DE FALLA - I

En el caso de conexiones remachadas y atornilladas, existen cuatro posibles modos de falla que tienen que ver con cuatro tipos diferentes de esfuerzos presentes cerca de la junta. La figura 16-2 ilustra clases de esfuerzos en una junta traslapada simple donde dos placas planas están un idas con dos remaches. La junta se prepara perforando punzonando agujeros en cada placa. En seguida los remaches, cuya forma original es una de las mostradas en la figura 16-3, se insertan en los agujeros, y las cabezas se recalcan y sujetan las dos placas. 

En una buena junta remachada, el cuerpo del remache también se recalca un poco, lo que provoca que llene por completo el agujero. Así se forma una junta apretada que no permite el movimiento relativo de los miembros unidos.

TIPOS DE CONEXIONES - Gráfica

TIPOS DE CONEXIONES

Las estructuras y los dispositivos mecánicos dependen de las conexiones entre los elementos de carga pura mantener su integridad. 

Las conexiones constituyen la ruta por la que las caigas se transfieren de un elemento a otro. Los tres tipos comunes de conexiones son las remachadas, la soldadas y las atornilladas. La figura 16-1 muestra una tolva para almacenar material a granel suspendida por soleras rectangulares de una viga en T. 

Durante la fabricación de la tolva, se soldaron orejetas de apoyo en el exterior de la paredes laterales. Las orejetas contienen un arreglo de agujeros que permiten que las soleras se atornillen en el sitio de ensamble. 

Antes de la instalación de la viga en T. las soleras se remacharon en su alma. La carga originada por el peso de la tolva y los materiales se transfiere de las paredes de la tolva a la orejetas a través de las soldaduras. 

En seguida los cuatro tornillos transfiere la carga a las soleras, las cuales actúan como miembros sujetos a tensión por ultimo, los seis remaches transfieren la carga a la T.

OBJETIVOS DE ESTE CAPÍTULO

Los miembros de carga que forman parte de estructuras y máquinas deben actuar juntos para realizar sus funciones deseadas, Después de completar el diseño o el análisis de los miembros principales, se requiero especificar las conexiones adecuadas entre ellos Como su nombre lo indica, las conexiones enlazan los miembros. El objetivo primordial de este capitulo es proporcionar datos y métodos de análisis para el diseño seguro de juntas remachadas, juntas atornilladas y juntas soldadas. Después de terminar el estudio de este capítulo, el lector será capaz de: 

1. Describir la geometría típica de las j unías remachados y atornilladas. 
2. Identificar los modos probables de falla de una junta. 
3. Reconocer los estilos lipicos de remaches. 
4. Identificar cuándo un sujetador está a cortante simple o a cortante doble 
5. Analizar una junta remachada o atornillada con respecto a su capacida de resistir fuera cortante. 
6. Analizar una junta remachada o atornillada con respecto a su capacidad de resistir fuerza de tensión 
7. Analizar una junta remachada o atornillada con respecto a su capacidad de resistir esfuerzo de apoyo 
8. Usar los esfuerzos permisibles pañi conexiones de acero estructural publicadas por el American Instituto o f Steel Constntciion(AISC