MEDIOS DE UNIN DE ESTRUCTURAS METLICAS

PICAZO IRANZO, lvaro.Departamento de Tecnologa de la Edificacin (5420).Escuela Universitaria de Arquitectura Tcnica - U.P.M.

Grupo Energa, Edificacin y Patrimonio.

RESUMEN

La presente ponencia versa sobre los diferentes mtodos empleados en la unin de estructurasmetlicas a lo largo de la historia de estas.La casi totalidad de las estructuras metlicas estn formadas por diferentes elementos, o perfilessimples, que se unen entre s para formar las estructuras. Esta resistencia global solo se podrlograr si garantizamos la correcta unin de los elementos y la transmisin de esfuerzos de unos aotros.Se analizan diversos tipos de unin, tanto de carcter fijo, como remaches y soldaduras, y otrosdesmontables; tornillos. Los remaches han sido el elemento de unin ms empleado, perosustituido hace tiempo por la unin mediante soldadura. Los tornillos son empleadosgeneralmente en uniones provisionales y de montaje, o en lugares donde no se dispone de laenerga elctrica necesaria para la ejecucin de las soldaduras.Cabe por ltimo indicar otro tipo de unin, que es el de los tornillos de alta resistencia. Es elmtodo de unin aparecido ms recientemente y aunque semejante a las uniones remachadas y/oatornilladas resulta diferente en lo que respecta a la forma de transmisin de esfuerzos.En la ponencia se desarrollan la historia, las caractersticas, los comportamientos y algunosdetalles constructivos de cada una de las uniones citadas anteriormente.

NDICE1.- Introduccin2.- Evolucin histrica

2.1.- Roblonado2.2.- Atornillado2.3.- Tornillos de alta resistencia2.4.- Soldadura

3.- Comportamiento de las uniones3.1.- Clasificacin de uniones metlicas3.2.- Uniones viga soporte

3.3.- Uniones resistentes a traccin 3.4.- Uniones resistentes a compresin 4.- Bibliografa

1.- Introduccin

En todo tipo de construccin metlica, y ms concretamente en el caso de las estructurasmetlicas de edificacin resulta necesario enlazar entre si perfiles simples para formar barrascompuestas, como tambin es necesario fijar las barras, ya sean simples o compuestas, en suposicin definitiva dentro del conjunto de la construccin.

Denominamos uniones, o costuras de fuerza, a las que tienen por misin fundamental latransmisin de cargas de un perfil a otro, o de una barra a otra, y uniones o costuras de simpleacoplamiento a aquellas cuya misin principal es la de mantener unidos entre si los perfiles queforman una barra compuesta.

Los empalmes empleados en las uniones de barras o perfiles en prolongacin se consideran, atodos los efectos, como uniones de fuerza.

Cualquier unin es siempre un punto delicado en una estructura metlica y por ello es necesariopreverlas todas en el proyecto, no autorizando durante su ejecucin ms empalmes y uniones que

aquellos que se especifiquen, y en los sitios que se hayan definido. Como es natural, estarecomendacin es fundamental para los empalmes, ya que las uniones entre barras, dan lugar alos nudos y estos siempre deben tener una situacin clara y perfectamente definida.

Debido a que hemos definido las uniones como puntos crticos de una estructura, su nmero debereducirse al mnimo necesario, as como tratar de ejecutarlas con toda clase de garantas. Lagaranta de calidad es mayor al realizar las uniones en taller, frente a la obra, por lo que seprocurar reducir al mnimo las que hayan de efectuarse en el tajo, siendo para esto muyimportante una buena coordinacin entre el proyectista y el constructor de la estructura. El peligrode defectos es mayor, para las uniones de obra, cuando se utiliza la soldadura como medio deunin, frente a otros sistemas, por lo que resulta muy recomendable hacer las uniones de montajemediante atornillado, ya que as se asegura una mayor calidad, sin que sea necesario dependerde una mano de obra muy cualificada.

Para calcular los elementos de unin se determinarn las solicitaciones que sobre ellos actan yse acomodaran a las mismas hiptesis consideradas en el clculo del conjunto de la estructura ode sus elementos. En cada unin se estudiar la forma de realizarla con el menor nmero deelementos, de forma que la transmisin de esfuerzos se verifique correctamente y se reduzcan almnimo los esfuerzos secundarios. En cuanto al coeficiente de seguridad que se aplique a launin, este deber ser el mismo que se ha adoptado para el clculo de la estructura, o bien paralas barras a que sirva de enlace. nicamente en uniones de montaje, que deban realizarse encondiciones difciles, deber aumentarse prudencialmente el coeficiente de seguridad, para asprever posibles defectos en su ejecucin.

Cuando las barras estn comprimidas puede permitirse que la transmisin de esfuerzos se realicepor contacto directo, siempre que las superficies que hayan de estar en contacto estndebidamente mecanizadas para as asegurarlo y evitar concentraciones de tensiones queapareceran de otra forma.

Cuando se dispongan empalmes de barras, que en general deben evitarse, salvo que seannecesarios y estn previstos en el proyecto, los elementos y medios de unin que hayan deconstituir dicho empalme se tienen que dimensionar para que resistan el esfuerzo que ha detransmitirse a travs de la unin, o bien para que puedan transmitir el esfuerzo mximo que laseccin de la pieza empalmada puede aceptar en tal punto. En general, en los empalmes, cuandolos cubrejuntas o elementos anlogos posean, como mnimo, los mismos valores estticos que labarra empalmada, no se hace necesaria la comprobacin del empalme en cuanto a tales -elementos se refiere, aunque s es necesario comprobar los medios de unin en s.

2.- Evolucin histrica

Los medios de unin han marcado, de manera importante, el avance que ha experimentado laconstruccin de estructuras metlicas desde que se empez a utilizar el acero laminado en 1856hasta nuestros das.

El primer medio de enlace que aparece es el robln, elemento que trabaja a cortadura yaplastamiento. En la actualidad es muy raro, por no decir que imposible, encontrar esta tcnica deunin en construccin de estructuras. Ha quedado apartada a causa de los inconvenientes quepresenta; mala distribucin tensional en la junta, mal aprovechamiento de los materiales en piezastraccionadas, poca seguridad de rigidez en las uniones, ya que los roblones pueden quedar"sueltos" e imposibilidad de realizar un clculo exacto, as como medios de construccin costosos.

Tras los roblones se desarrollaron las uniones mediante los tornillos, en sus modalidades detornillos ordinarios y calibrados. Su finalidad fundamental era obtener uniones desmontables. Susinconvenientes son anlogos a los de las uniones roblonadas y, por tanto, su empleo no es muyextenso en edificacin, donde se buscan uniones estructurales permanentes.

En 1910 irrumpe en el mundo de la construccin metlica una nueva tcnica de enlace: Lasoldadura. Conocida desde antes, no hace su entrada hasta ese ao porque entonces sedesarrollan los electrodos revestidos que depositan un metal de altas caractersticas mecnicas.Esta tcnica de enlace va, poco a poco, sustituyendo al remachado hasta hacerlo desaparecercasi por completo. Las ventajas que presenta son claras, y de entre ellas las ms importantes, sonla de poder utilizar todo el material para piezas traccionadas; posibilidad de uniones a tope conuna mejor distribucin tensional en la misma y, como consecuencia de todo esto, proyecto deestructuras ms ligeras; posibilidad fcil de formacin de slidos de igual resistencia; posibilidadde formacin de uniones rgidas y estructuras homogneas y continuas, etc. Tambin tieneinconvenientes, principalmente los peligros de introduccin de tensiones internas (producto delciclo trmico del soldeo), y de rotura frgil y por fatiga, sta ltima se produce en piezassolicitadas por cargas dinmicas.

Los tornillos hacen de nuevo su aparicin en el campo de las construcciones metlicas en sumodalidad de tornillos de alta resistencia, pretensados. Dado el concepto de su utilizacin, puedeconsiderarse como una tcnica de enlace relativamente nueva. Una junta de este tipo hacetrabajar al tornillo a traccin y a la junta en s por rozamiento, a causa de la gran presin decontacto que engendra la apretadura del tornillo. Se producen uniones aptas para resistir todaclase de solicitaciones, incluso momentos, y por tanto pueden utilizarse para la formacin denudos rgidos. Todos los tornillos que forman la junta trabajan simultneamente, ya que, como seha dicho, las solicitaciones quedan resistidas por el rozamiento entre las chapas. Por esta raznpueden emplearse en uniones mixtas, en combinacin con soldadura y en caso de reparacin yrefuerzo de estructuras ya existentes.

En la actual construccin metlica los tornillos de alta resistencia constituyen el medio msextendido de unin en obra, junto con la soldadura. Su tcnica est bastante estudiada y sigue enexperimentacin continua, pero como ya se ha dicho, es una tcnica de enlace solo"relativamente" nueva.

Existe otra tcnica de unin de estructuras metlicas, que solamente se ha empleado en planexperimental, que es la unin por encoladura de piezas metlicas mediante el empleo deadhesivos. Las caractersticas de las uniones as logradas auguran un gran xito a esta tcnica.Se utiliz por primera vez en gran escala en las estructuras de construcciones aeronuticas enaleaciones ligeras. Desde ah se ha pasado a utilizar en uniones entre piezas de acero. La ventajaque presenta, respecto a la soldadura, es que no produce modificaciones estructurales en el metalde base; con respecto al remachado, su ventaja es la de aprovechar la seccin completa de laspiezas. Como ventaja presenta tambin una buena uniformidad en la distribucin de tensiones a lolargo de la junta. Entre los inconvenientes, quizs el principal sea el de su falta de resistencia atemperaturas superiores a 250 C.

2.1.- Roblonado

Un remache consiste en una espiga de dimetro , provista de una cabeza de asiento, que estdestinada a introducirse a travs de las piezas a enlazar, previamente perforadas, de forma que -una vez introducido se le forme una segunda cabeza que efecte el cierre de la unin. Cuando seha formado esta segunda cabeza el remache se ha transformado en un robln. La segundacabeza, o cabeza de cierre, se forma mediante estampacin en caliente del extremo libre de laespiga. Esta estampacin puede hacerse a mano o mecnicamente, utilizando prensas hidrulicaso herramientas de aire comprimido.

Los roblones que se utilizaban normalmente en la construccin de estructuras metlicas son losde cabeza semiesfrica. Los agujeros para el roblonado deben ser de 1 mm mayor que eldimetro nominal del remache. Esto es una regla general para el dimensionado de los agujeros.

Los agujeros en las piezas debern hacerse siempre mediante taladrado y no por punzonado,debido a la acritud que esta operacin introduce y que puede dar lugar a roturas. nicamente esadmisible el punzonado en chapas finas, de hasta 10 mm de espesor. El taladro inicial debe

realizarse de dimetro algo menor que el definido, para hacer luego una presentacin o montajeinicial de las piezas y terminar el agujero hasta que se alcance su dimetro definitivo porescariado. El tener agujeros ms grandes de lo estrictamente necesario representa un granpeligro, ya que la espiga del remache no lo llenar por completo y no sern reales las hiptesis declculo.

La longitud de la espiga deber elegirse de forma que al ser colocado, en el proceso de formacinde la cabeza, se rellene completamente el agujero al producirse la recalcadura o forja de la espigay adems se obtenga la cabeza de las dimensiones adecuadas.

Ejecucin: En el proceso de roblonado, en primer lugar se calientan los remaches en unhornillo de hasta que se alcanza una temperatura correspondiente al rojo cereza claro. Antesde introducir el remache en el agujero se le libera de la cascarilla que se haya podido formarsobre su superficie. Durante el roblonado propiamente dicho, se mantiene la cabeza de asientosujeta mediante la sufridera, mientras que el doile o estampa, accionado casi siempre por airecomprimido, recalca primero la espiga para que as rellene todo el agujero, y despus forja lacabeza de cierre. Todo el proceso ha de realizarse muy rpidamente, ya que al terminar laoperacin, la temperatura debe conservarse en la correspondiente al rojo sombra.

Forma de trabajo: Los roblones constituyen medios de unin puntuales que estn solicitadospor cortadura o esfuerzo cortante y por aplastamiento, o sea, por la compresin de la espigacontra las paredes de los agujeros.

2.2.- Atornillado

Para formar uniones desmontables, as como para lograr una mayor velocidad de ejecucin delas uniones, se utilizan los tornillos.

Se distinguen tres clases de tornillos: Los ordinarios o tornillos negros; los calibrados oajustados y los de alta resistencia, que tienen su estudio separado, ya que producen una unindiferente a los dos primeros.

La forma de trabajar de los tornillos es anloga a la de los roblones, de ah que el clculo delas costuras atornilladas, as como su morfologa, sean las mismas y se puedan estudiar demanera conjunta.

Tornillos calibrados; se exige para los dimetros del agujero y de la espiga un ajuste H 11/ h 11.Para estructuras, y para tornillos de dimetros entre 20 y 30 mm, se admite una holgura de 0,3mm entre espiga y agujero.

Tornillos ordinarios; los tornillos que no cumplen las condiciones indicadas anteriormente paralos tornillos calibrados se designan como tornillos negros u ordinarios.

Arandelas; es obligatorio su uso, para evitar que la rosca o su terminal penetren en el agujero yse produzcan tensiones adicionales a las calculadas por aplastamiento.

Cuando la construccin est solicitada por esfuerzos dinmicos, se emplearn arandelas deseguridad.

Agujeros; estos tendrn un dimetro de agujero 1 mm mayor que el nominal del tornillo, o sea,que el de su espiga, redondeando el valor en milmetros.

2.3.- Tornillos de alta resistencia

En estas uniones, de concepcin diferente a las atornilladas con tornillos normales ordinarios,negros o calibrados, las costuras se realizan mediante tornillos denominados de altaresistencia o AR, apretados fuertemente con el fin de engendrar una gran reaccin de

rozamiento entre las superficies en contacto y aprovechar esta reaccin de rozamiento para latransmisin de los esfuerzos de los perfiles unidos.

Una caracterstica importante de los tornillos de alta resistencia es que se introducen con unapequea holgura en las piezas a unir, para luego tensarlos mediante apretadura de la tuerca ocabeza, para as producir una presin importante entre las superficies en contacto, que es lo queda lugar a la gran reaccin de rozamiento de que hablba en el prrafo anterior. El esfuerzo,orientado perpendicularmente al vstago o espiga del tornillo, se transmite entre los elementospor el rozamiento esttico de las superficies, mientras que el vstago del tornillo queda solicitadopor traccin axil y por torsin, como consecuencia del momento de apretadura que se aplica.

Si se incrementa el esfuerzo que solicita a la unin es muy probable que se pueda llegar asobrepasar la resistencia de rozamiento. Si esto sucede, el movimiento que se inicia haceque los vstagos de los tornillos entren en contacto con los bordes de los agujeros yentonces la transmisin del esfuerzo se lleva a cabo, adems de por rozamiento, porcortadura, aunque este esfuerzo sea, en general, de tan poca magnitud que, no se llega aproducir la rotura por cortante debido a la gran resistencia del material del tornillo.

Caso de que la carga siga aumentando y se llegue a sobrepasar el valor del limite elsticode los elementos unidos, puede desaparecer parcialmente el pretensado de los tornilloscomo consecuencia de la estriccin, aunque este fenmeno se puede considerar igualmentedespreciable.

Los tornillos AR difieren de los tornillos ordinarios solo en que el redondeo de acuerdo entrevstago y arandela ser como mnimo de r = 1 mm para 14 mm; r = 1,5 mm para 16 a 20; r= 2 mm para 22. Adems, la tolerancia ser basta para la cabeza y vstago y media para la -rosca.

Este medio de unin se emplear siempre con arandelas bajo la cabeza y bajo la tuerca y sernde espesores acordes a los tornillos empleados

2.4.- Soldadura

Soldar es unir dos piezas de igual o distinta naturaleza mediante una perfecta unin entre ellas,casi siempre con la aportacin de calor, con o sin aplicacin de presin, y con o sin empleo dematerial de aportacin, pudiendo tener este la misma o distinta composicin que los metales aunir.

El procedimiento de soldadura ms antiguo entre los conocidos es el de soldadura por forja, queconsiste en calentar las piezas a unir hasta su punto de fusin, para luego unirlas entre s porpresin.

Actualmente la soldadura se realiza de diversas maneras; aprovechando el calor generado por lacombustin de un gas, generalmente acetileno, en una atmsfera de oxgeno; por el generado porel paso de una corriente elctrica aprovechando el efecto Joule o el producido por el calordesarrollado en un arco elctrico. En la actualidad estos son los procedimientos empleadosindustrialmente, aunque incluyen diversas variantes que en nada afectan su naturaleza esencial.Mediante el empleo de estos tres sistemas bsicos se pueden soldar toda clase de metales yaleaciones, con muy pocas excepciones.

De estos sistemas nace una gran diversidad de procedimientos. Los de mayor inters industrialson los derivados del sistema de soldeo por arco, aunque tambin tienen gran importancia los desoldeo por resistencia, procedimiento que tambin comentaremos.

En cuanto a la soldadura elctrica por arco, que es el sistema de mayor importancia industrialentre todos los que existen, puede decirse que comenz al descubrirse el arco elctrico, por SirHumphrey Davy, en la primera parte del siglo XIX. En 1801 Sir Humphrey Davy vi que al acercar

los terminales de un circuito elctrico de una tensin relativamente baja, saltaba entre ellos unarco de una luz cegadora y que adems produca una gran cantidad de calor. El tamao eintensidad de dicho arco dependa del tiempo y naturaleza de los terminales empleados.

El arco elctrico permaneci como una curiosidad cientfica hasta que en 1881 se descubri lalmpara de arco voltaico, y cinco aos despus, en 1886, se instal el primer horno por arcocon fines metalrgicos en Milton Stafordshire (EE.UU.) para poder obtener aluminio a partir dela almina que.

Realmente la unin de metales por el procedimiento del arco elctrico data del ao 1881, en queun inventor norteamericano, que se llamaba De Meritens, empleaba el calor general en un arco decarbn para unir unas piezas. A partir de entonces aparecen los procedimientos de Zerener,Bernardos y Slavianoff.

De todos stos puede decirse que el precursor del mtodo empleado en la actualidad es el deSlavianoff, en el que se emplea un electrodo metlico por primera vez, en lugar de los electrodosde carbn.

Poco a poco, el procedimiento de unin por soldadura fue avanzando y en 1902 un taller deLocomotoras de Pensilvania (EE.UU.) aplic el procedimiento de electrodo de carbn en granescala a sus talleres de reparacin. En 1906 la firma "Lloyd & Lloyd", de Birmingham (Inglaterra),estableci un taller de soldadura con todos los adelantos conocidos entonces y en 1910, enSuecia, Oscar Kjellber, invent el electrodo revestido. Antes de esto, los electrodos empleadoseran de acero extrasuave, conocido como "acero sueco" que produca soldaduras frgiles y dbi-les. El arco sobrecalentaba y quemaba el metal de soldadura y este se haca frgil al reaccionarcon el oxgeno, el nitrgeno y el hidrgeno del aire. La manera de evitar esto era producir "algo"que recubriera al electrodo de tal forma que el aire no pudiera ponerse en contacto con el metalaportado en la soldadura. Este recubrimiento, adems de impedir el acceso del aire al arco"protegindolo", sirve para ayudar a saltar el arco entre la pieza y el electrodo.

Con la primera guerra mundial la soldadura tuvo un gran auge, y ya en el ao 1920 se fabric elprimer barco completamente soldado. La tcnica del soldeo continu su rpida evolucin y ya enla segunda gran guerra se puede decir que la casi totalidad construccin metlica se resuelvemediante uniones soldadas, sin empleo de remaches, con un considerable ahorro de material, y,por consiguiente, de dinero.

Existe otro tipo de soldadura, la soldadura por fusin. Son aqullas en que la unin se efectamediante la fusin de un determinado metal que se aporta para constituir el enlace o unin entrelas piezas. Ese enlace se denomina cordn de soldadura, o simplemente, soldadura. En la figuraadjunta se muestran, esquemticamente, unos cordones de soldadura realizados, el primero atope entre dos chapas con sus bordes preparados, y el segundo, entre chapas para formar unaunin en ngulo.

Figura 01. Soldadura a tope y en ngulo

En cualquier unin soldada aparecen, al hacer un examen radiogrfico, dos partes totalmentedefinidas y otra que hace de unin entre ellas. Las dos primeras las constituyen la zona del metalfundido y la del metal de base, y la intermedia es la llamada zona de transicin.

La zona del metal fundido est constituida por el metal aportado y el propio metal de base que seha solidificado partiendo del estado liquido y ha sufrido una serie de transformaciones, tanto deorden qumico y fsico como estructural.

La zona de transicin se compone por una mezcla del metal de base y metal de aportacin en lacual se han desarrollado tambin procesos trmicos que han conducido a transformaciones es-tructurales que extienden esta zona incluso dentro del llamado metal de base. Lastransformaciones que en esta zona se operan son de gran importancia para la consecucin deun buen resultado en la soldadura, y son las que en gran parte determinan la aparicin defisuras y de otro tipo de defectos.

La zona del metal de base sufre solo variaciones de temperatura entre las cuales la mayora delos metales o aleaciones no presentan cambios fsico-qumicos o estructurales.

3.- Comportamiento de las uniones

Como ya se mencion al inicio, las uniones tienen, dentro de los proyectos de las construccionesmetlicas, especial importancia y dificultad. Cualquier unin es una zona particularmentepeligrosa y la mayora de los accidentes son debidos a uniones mal proyectadas o malejecutadas.

Es muy sintetizar todos los modelos de unin que pueden presentarse. Los criterios de proyectoy ejecucin evolucionan constantemente y dependen, adems, del proceso de fabricacin,transporte y montaje.

Dada su importancia conceptual y econmica, ya que aproximadamente representan el 40% delimporte de la estructura, han de concebirse del modo ms sencillo posible, eliminando elementosinnecesarios y procurando unificar y tipificar al mximo los diferentes modelos.

Puede resultar extrao a primera vista indicar que detalles constructivos con mayor cantidad deacero pueden resultar ms econmicos que otros, con menos, pero con mayores exigencias demano de obra. Una basa de un pilar formada por una sola placa gruesa sin cartelas puede serms econmica que la de otra basa fina acartelada.

Figura 02. Economa de ejecucin

El anlisis de las uniones, posiblemente, sea la parte ms difcil de la construccin metlica. Enellas hay una concentracin de esfuerzos muy importantes y la evaluacin de las tensiones ydeformaciones que se presentan solamente pueden obtenerse mediante el anlisis experimental,o utilizando mtodos numricos en el campo elastoplstico. De los resultados obtenidos sedesprenden procedimientos simplificados que son los que normalmente se utilizan en la prctica.

El estudio de una determinada unin comprende su diseo, el anlisis de los esfuerzos que ha deresistir y, en funcin de stos, el clculo de los elementos y medios de unin que la componen,tales como cartelas, casquillos, cordones de soldadura o tornillos.

3.1.- Clasificacin de uniones metlicas

En funcin de su capacidad de resistencia tenemos: - Uniones de resistencia total, en las que su capacidad de carga es igual o superior a la delelemento ms dbil de la unin.- Uniones de resistencia parcial, aquellas que su capacidad de carga es inferior a la del elementoms dbil de la unin pero, lgicamente, superior a los esfuerzos de clculo.

Las uniones resistentes a esfuerzo de flexin podemos clasificarlas como:- Rgidas, las que mantienen los ngulos que forman entre s las piezas enlazadas. El giro delnudo es igual al de las barras a l unidas.- Semirrgidas, son las uniones flexibles en las que se produce un giro relativo entre las barrasenlazadas en el nudo, pero existiendo una transmisin de momentos. Para modelizar este tipo deenlace se unen las barras a los nudos mediante muelles que coartan el giro.- Simples, son enlaces que se comportan como uniones articuladas, en los que la barra se une alnudo sin coartar sus giros.

Figura 03. Uniones resistentes a flexin

Todas las uniones tienen que tener un comportamiento suficientemente dctil, capaz dedesarrollar su capacidad resistente en el rango plstico sin que se presente un fallo prematuromotivado por una deformacin excesiva.

En la figura siguiente se muestran tres diferentes uniones de una barra traccionada, formada pordos perfiles UPN, enlazada a dos cartelas.

Figura 04. Curva carga - desplazamiento

- Unin a): La unin soldada es totalmente resistente. La curva carga - desplazamiento alcanzaprcticamente la deformacin mxima coincidiendo con la plastificacin de la seccin.- Unin b): La unin atornillada desarrolla tambin la totalidad de la capacidad de carga de la

barra, pero su comportamiento, al cortarse la barra por la seccin debilitada por los taladros, esfrgil. En este caso no es posible aprovechar la capacidad plstica de los elementos enlazados, nirealizar un clculo plstico con la redistribucin de esfuerzos que conlleva.- Unin c): La otra unin atornillada es parcialmente resistente y por lo tanto un punto dbil en laestructura. El fallo de la unin no permite desarrollar, siquiera, la capacidad de carga de la barracuya tensin no alcanza el lmite elstico, ya que antes se presenta el fallo de la unin.

3.2.- Uniones viga soporte

Son las uniones que se producen entre un elemento estructural, trabajando a flexin y cortadura,que transmite sus cargas a otro, sometido principalmente a compresin. El Cdigo Tcnico de laEdificacin clasifica las uniones en funcin de su rigidez y de su resistencia, as tendremos:

En funcin de su rigidez:- Nominalmente articuladas; son aquellas en las que no se desarrollan momentos significativosque puedan afectar a los miembros de la estructura. Tienen que ser capaces de transmitir lasfuerzas y de soportar los giros de clculo.- Rgidas; aquellas cuya deformacin no tiene influencia significativa sobre la distribucin deesfuerzos en la estructura, ni sobre su deformacin global. Tienen que ser capaces de transmitirlas fuerzas y momentos de clculo.- Semirrgidas; las que no son rgidas ni nominalmente articuladas.

En ausencia de anlisis precisos se pueden considerar como:- Articuladas; las uniones por soldadura del alma de una viga metlica en doble T sin unin delas alas al pilar. Ntese que aunque el Cdigo Tcnico indica nicamente la unin mediantesoldadura, el medio puede ser otro (uniones atornilladas).- Rgidas; Las uniones soldadas de vigas en doble T a soportes en las que se materialice lacontinuidad de las alas a travs del soporte mediante rigidizadores de dimensiones anlogas alas de las alas.

Otra clasificacin, como he indicado, es en funcin de su resistencia:- Nominalmente articuladas; aquellas capaces de transmitir los esfuerzos obtenidos en el anlisisglobal de la estructura y su resistencia de clculo a flexin no es mayor de la cuarta parte delmomento resistente plstico de clculo de la pieza de menor resistencia unida y siempre queexista una capacidad de giro suficiente.- Totalmente resistentes o de resistencia completa; su resistencia es igual o superior que la delos elementos que conecta.- Parcialmente resistentes; su resistencia es inferior que la de los elementos unidos, perosiempre debe ser capaz de transmitir las fuerzas y momentos obtenidos en el anlisis de laestructura.

3.2.1.- Uniones viga soporte soldadas articuladas

Es conveniente realizar la unin por medio de angulares, debido a la dificultad de conseguir lanecesaria exactitud dimensional. Nunca deben soldarse las alas y, adems, la longitud de loscordones debe ser la requerida estrictamente por el clculo.

Figura 05. Unin soldada articulada

Si la unin se realiza soldando directamente el alma de la viga a la columna mediante cordonesen ngulo la disposicin ser la de la figura inferior, recomendndose como valor de la longituddel cordn de soldadura, lv, el comprendido entre la mitad y dos tercios de la altura til del alma.Una longitud de soldadura superior a este valor hace que esta unin no sea considerable comoarticulada, ya que se crea un momento de empotramiento que, al no ser despreciable, puedeoriginar el agrietamiento de la soldadura.

Figura 06. Unin soldada articulada

3.2.2.- Uniones viga soporte atornilladas articuladas

Es, posiblemente, la unin ms aconsejable si la unin se tiene que realizar en obra. La unin alpilar y el juego que proporcionan los tornillos permiten considerar este enlace como unaarticulacin. La unin se ejecuta enlazando el alma de la viga con dos angulares con el ala oalma del pilar.

Figura 07. Uniones atornilladas articuladas

En los tres ejemplos anteriores se transmite un momento flector tan pequeo que la uninresponde, a efectos prcticos, como una articulacin. Adems los ensayos y la experienciaadquirida han confirmado que estas uniones permiten las rotaciones necesarias que exigen losclculos tericos para ser consideradas de todo punto como articuladas.

3.2.3.- Uniones viga soporte sobre casquillos

Otro tipo de uniones son las que emplean un casquillo de apoyo sobre el que descansa la viga.

Cuando en el enlace viga-columna se dispone un angular de asiento, este se deforma quedandosolicitado bajo tensiones de flexin provocadas por la carga de la viga. Con ngulos de reducidoespesor la parte superior de la unin tiende a fallar por flexin.

Figura 08. Apoyos sobre angulares

En este tipo de uniones ese fallo de la unin puede ser fcilmente resuelto, disponiendo otro uotros angulares en la parte superior, para prevenir el vuelco de la viga. Otra posible solucin aeste tipo de unin es la colocacin de casquillos rigidizados para el apoyo.

Si la viga se conecta al alma del soporte, el apoyo debe situarse lo ms prximo posible al eje delpilar, para evitar tensiones en su alma debidas a la excentricidad de la carga.

Figura 09. Apoyos sobre casquillos

3.2.4.- Uniones rgidas viga soporte soldadas

Las vigas se unen a los soportes mediante cordones soldados a tope, realizndose en taller lapreparacin de los bordes de las alas de la viga, para no tener que realizar en obra cordones desoldadura de techo. Adems se disponen casquillos angulares para la fijacin provisional de laviga. En el pilar, para transmitir adecuadamente las fuerzas de compresin y de traccintransmitidas por las cabezas de la viga se disponen rigidizadores.Si por razones de montaje, la viga no ajusta perfectamente sobre la cara de la columna, la uninde las cabezas se efecta suplementando chapas de igual seccin que las alas de la viga,soldadas tambin a tope al ala del soporte. El esfuerzo cortante es resistido por el casquillo deapoyo o el angular que une el alma del perfil al pilar.

Figura 10. Unin rgida soldada.

3.2.5.- Uniones rgidas viga soporte atornilladas

Emplearemos este tipo de uniones, como ya hemos dicho anteriormente, para realizar lasuniones en obra.

Figura 11. Uniones rgidas atornilladas.

En la figura a) el nudo llega a obra ya ejecutado, y en esta se realiza el empalme de la vigautilizando cubrejuntas atornillados.La figura b) dispone una placa de testa en el extremo de la viga, para unirse al pilar mediantetornillos de alta resistencia.En la figura c) se ejecutan en taller los cubrejuntas de alas de la viga y casquillo de placa. Estadisposicin puede presentar problemas de desgarro laminar, y tambin es posible que, comoconsecuencia de un mal transporte del pilar, las chapas voladas sufran torceduras.En la figura d) se sustituye el cubrejuntas inferior por un casquillo de apoyo y un taco ajustado.En la figura e) las posibles dificultades .surgidas de un mal transporte desaparecen alincorporarse al nudo cubrejuntas atornillados, formados por medios perfiles de seccin en dobleT.

3.3.- Uniones resistentes a traccin

Las uniones de piezas solicitadas a traccin se pueden realizar segn los esquemas de la figurasiguiente.

Figura 12. Empalmes en uniones a traccin

La figura a) representa un empalme por soldadura a tope, la b) uno con cubrejuntas soldados yel c) mediante cubrejuntas atornillados.En el caso de los cubrejuntas sus superficies se distribuyen de manera proporcional a las reasde los elementos que componen los perfiles de base.

En estos tipos de enlaces a traccin es preferible el uso de los empalmes soldados, debido a quelas uniones atornilladas pueden fallar frgilmente a lo largo de la seccin neta.

3.4.- Uniones resistentes a compresin

Para realizar los empalmes de piezas comprimidas se usan habitualmente nudos similares a losde la figura inferior.

Para las uniones sometidas a estos esfuerzos, el Cdigo Tcnico indica que se admitir latransmisin por contacto en elementos comprimidos nicamente si las superficies en cuestin sehan preparado para resultar suficientemente planas y se evita toda posibilidad dedesplazamiento en cualquier situacin de dimensionado. En este caso, el empalme asegurar lacontinuidad de rigidez. Si los elementos no se han preparado para transmitir los esfuerzos porcontacto, se dimensionarn los elementos de empalme para que sean capaces de transmitir lasfuerzas y momentos existentes en la seccin de la unin. Se mantendr la alineacin de losextremos enfrentados mediante platabandas u otros medios.

En las estructuras de edificacin soldadas los enlaces en obra entre pilares se realizarn porencima del nivel de las alas superiores de las vigas.

Figura 13. Uniones de pilares

4.- Bibliografa

Cdigo Tcnico de la Edificacin. Madrid. Edita Boletn Oficial del Estado, Ministerio de laVivienda. 2006.

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