F.2.10 — Diseño de conexiones

F.2.10.1.1 — Bases de diseño

La resistencia de diseño de las conexiones, φRn, se determinará de acuerdo con las provisiones de este numeral y del numeral F.2.2.

La resistencia requerida de las conexiones se determinará con base en un análisis estructural para las cargas de diseño especificadas, consistente con el tipo de construcción especificada, o se tomará como una proporción de la resistencia de diseño de los miembros conectados cuando así se especifique.

Cuando los ejes centroidales de los miembros cargados axialmente que se intersectan no coinciden en un punto, se deben considerar los efectos de la excentricidad.

F.2.10.1.2 — Conexiones simples

Las conexiones simples de vigas o armaduras se diseñarán como conexiones flexibles y podrán diseñarse para las reacciones de cortante solamente, excepto cuando se indique algo diferente en los documentos de diseño. Las conexiones flexibles deben permitir la rotación de los extremos de las vigas simplemente apoyadas. Con este objeto se permite algún grado de deformación inelástica, mientras sea limitada, en las conexiones.

F.2.10.1.3 — Conexiones a momento

Las conexiones con restricción al giro en los extremos de vigas y armaduras se diseñarán para las fuerzas que resultan de los efectos combinados de los momentos y cortantes inducidos por la rigidez de las conexiones. Los criterios de comportamiento para las conexiones a momento están dados en el numeral F.2.2.3.5.2.

En los numerales F.2.3 y F.2.21 se presentan los requerimientos del análisis para establecer la resistencia y la rigidez requeridas para el diseño de conexiones.

F.2.10.1.4 — Elementos a compresión con empalmes por aplastamiento

Los miembros a compresión que dependan del apoyo directo para la transferencia de la carga deberán satisfacer los siguientes requisitos:

• (a) Siempre que las columnas descansen sobre placas de base, o tengan un terminado que permita trasmitir las cargas por aplastamiento en los empalmes, deberán proveerse conectores suficientes para mantener todas las partes fuertemente aseguradas en su lugar.
• (b) Cuando se tengan miembros a compresión, distintos de columnas, con terminados tales que las cargas se transmitan por aplastamiento, los elementos de empalme y sus conectores deberán disponerse en forma tal que mantengan alineadas todas las partes y se diseñarán para atender una de las dos condiciones que se presentan a continuación. Se permite el uso de la menos severa de las dos condiciones:
• (i) una fuerza de tensión axial equivalente al 50% de la resistencia requerida a compresión del miembro; o
• (ii) el momento y la fuerza cortante que resultan de la aplicación de una carga transversal igual al 2% de la resistencia requerida a compresión para el miembro. La carga transversal se considerará aplicada en el sitio del empalme, sin considerar otras cargas que actúen en el elemento. El miembro se tratará como articulado para efectos de determinar la fuerza cortante y el momento en el empalme.

Todas las juntas a compresión deberán diseñarse además para resistir cualquier fuerza de tensión desarrollada por las combinaciones de carga estipuladas en el numeral F.2.2.2.

F.2.10.1.5 — Empalmes en secciones pesadas

Cuando se deban transmitir fuerzas de tensión (debidas a la aplicación de tensión o flexión) a través de un empalme en una sección pesada, según se define en los numerales F.2.1.3.1.3 y F.2.1.3.1.4, usando soldaduras acanaladas de penetración completa, se aplicarán los requisitos de tenacidad del material por la prueba de impacto de Charpy con ranura en V según dichos numerales, los detalles de los agujeros de acceso para soldadura según el numeral F.2.10.1.6, los requisitos para los metales de aporte según el numeral F.2.10.2.6 y los requisitos para la preparación e inspección de superficies cortadas por fusión según el numeral F.2.13.2.2. Los anteriores requisitos no son aplicables a empalmes de elementos en perfiles armados cuando ellos se sueldan antes de ensamblar el perfil.

Cuando se usan soldaduras acanaladas de penetración completa en empalmes de secciones pesadas, se pueden presentar efectos nocivos por la contracción de la soldadura. Los miembros diseñados a compresión que están también sujetos a fuerzas de tracción pueden ser menos susceptibles a daños resultantes de la contracción si se empalman usando soldaduras acanaladas de penetración parcial en las aletas y platinas soldadas con filetes en el alma, o usando pernos en algunos elementos o en la totalidad del empalme.

F.2.10.1.6 — Agujeros de acceso para soldadura

Todos los agujeros de acceso requeridos para facilitar las operaciones de soldadura deben ser detallados de tal forma que provean el espacio suficiente para instalar una platina de respaldo cuando se requiera. El agujero debe tener una longitud, medida desde el talón de la preparación de la soldadura, no menor que 1½ veces el espesor del material en el cual se hace el agujero, ni menor que 38 mm. La altura del agujero de acceso será como mínimo igual al el espesor del material donde se abre el agujero de acceso, tw, pero no debe ser menor que 19 mm ni necesita ser mayor que 50mm.

Para perfiles laminados, o armados antes del corte, el borde del alma debe seguir una línea curva o con pendiente desde la superficie de la aleta hasta la superficie entrante del agujero de acceso. En perfiles laminados en caliente, o armados con soldaduras acanaladas de penetración completa entre el alma y la aleta, todos los destijeres de vigas y agujeros de acceso para soldadura deberán estar libres de entalladuras y esquinas entrantes agudas. Ningún arco de un agujero de acceso para la soldadura deberá tener un radio menor que 10 mm.

En perfiles armados con soldaduras de filete o soldaduras acanaladas de penetración parcial entre el alma y las aletas, todos los destijeres de vigas y agujeros de acceso para la soldadura deberán estar libres de entalladuras y esquinas entrantes agudas. Se permite que los agujeros de acceso terminen perpendicularmente a la aleta, siempre y cuando la soldadura se interrumpa a una distancia, medida desde el borde del agujero de acceso, por lo menos igual al tamaño de la soldadura

Para secciones pesadas según se define en F.2.1.3.1.3 y F.2.1.3.1.4, las superficies cortadas por fusión en destijeres de vigas y agujeros de acceso para soldadura deberán pulirse hasta obtener metal brillante y ser inspeccionadas, ya sea por métodos de partículas magnéticas o de tintas penetrantes, antes de depositar las soldaduras del empalme. Cuando una porción curva de una transición en un agujero de acceso o destijere se ha obtenido a partir de un agujero pre-taladrado o aserrado, dicha porción no necesita ser pulida. Los agujeros de acceso y los destijeres de vigas en otros perfiles no necesitan ser pulidos ni requieren tampoco inspección con los métodos de tintas penetrantes o partículas magnéticas.

En la figura tabla F.2.10.1-1 se resumen algunos de estos requisitos.

Alternativa 1	Alternativa 2	Alternativa 3
Perfiles laminados y perfiles armados que se ensamblan antes de cortar el agujero de acceso	Perfiles laminados y perfiles armados que se ensamblan antes de cortar el agujero de acceso	Perfiles armados que se ensamblan después de cortar el agujero de acceso

Nota: se muestran detalles típicos para una junta soldada desde un lado, con platina de respaldo. Se pueden considerar otras alternativas para estos detalles.

• 1) Ancho mínimo: 1.5tw o 38 mm, el que sea mayor.
• 2) Altura mínima: 1.0tw o 19 mm, pero no necesita ser mayor que 50 mm.
• 3) Radio R mínimo: 10 mm. Las superficies cortadas por fusión en secciones pesadas, definidas en los numerales F.2.1.3.1.3 y F.2.1.3.1.4, deben ser pulidas.
• 4) La pendiente “a” forma una transición desde el alma hasta la aleta. La pendiente ‘b’ puede ser horizontal.
• 5) La parte inferior de la aleta superior debe ser contorneada para permitir un completo ajuste donde se vayan a utilizar barras de respaldo.
• 6) Las soldaduras del alma a las aletas en los miembros armados deben quedar retrasadas a una distancia por lo menos igual al tamaño de la soldadura desde el borde del agujero de acceso.

F.2.10.1.7 — Disposición de soldaduras y pernos

Los grupos de soldaduras o pernos que transmitan fuerzas axiales a los extremos de un miembro se dispondrán de manera que el centro de gravedad del grupo coincida con el centro de gravedad del miembro a menos que se tengan en cuenta los esfuerzos producidos por la excentricidad. Lo anterior no es aplicable a las conexiones en los extremos de miembros de ángulo sencillo, ángulos dobles o miembros similares.

F.2.10.1.8 — Pernos en combinación con soldaduras

Donde se usen pernos en combinación con soldaduras, no se considerará que los dos tipos de conectores compartan la carga, excepto cuando se tengan conexiones a cortante con pernos de alguna de las calidades permitidas por el numeral F.2.1.3.3, instalados en perforaciones estándar o perforaciones de ranura corta transversales a la dirección de la carga, en combinación con soldaduras de filete cargadas longitudinalmente. En tales conexiones, la resistencia de diseño de los pernos no se tomará mayor que el 50 por ciento de su resistencia de diseño en conexiones tipo aplastamiento.

Cuando en una estructura se efectúen modificaciones usando soldadura, los remaches y los pernos de alta resistencia preexistentes, con apriete según los requisitos para conexiones de deslizamiento crítico en el caso de los pernos, pueden utilizarse para atender las cargas presentes en el momento de la modificación y de esta manera la soldadura deberá suministrar solamente la resistencia adicional requerida.

F.2.10.1.9 — Pernos de alta resistencia en combinación con remaches

En conexiones de deslizamiento crítico diseñadas de acuerdo con las estipulaciones del numeral F.2.10.3, se permite considerar que los pernos de alta resistencia comparten las cargas con los remaches, tanto para trabajos nuevos como en modificaciones.

F.2.10.1.10 — Limitaciones en conexiones soldadas y pernadas

Deben utilizarse juntas con pernos pretensionados o juntas soldadas para las siguientes conexiones:

• (a) Empalmes de columnas en todas las estructuras de varios pisos con más de 38 m de altura.
• (b) Todas las conexiones de vigas y viguetas a columnas, y todas las conexiones entre vigas y viguetas de las cuales dependa el arriostramiento de las columnas, en estructuras de más de 38 m de altura.
• (c) En todas las estructuras que soporten puentes grúas de más de 50 kN de capacidad: empalmes en armaduras de cubierta y conexiones de armaduras a columnas, empalmes de columnas, arriostramientos de columnas, pie-de-amigos y apoyos del puente grúa.
• (d) Conexiones para soportar maquinaria en movimiento u otras cargas vivas que produzcan impacto o inversión de esfuerzos.

En otros casos y mientras no exista otra indicación, las conexiones pueden diseñarse usando pernos ASTM A307 o pernos de alta resistencia con apriete ajustado.

F.2.10.2.1 — Soldaduras acanaladas

F.2.10.2.2 — Soldaduras de filete

F.2.10.2.3 — Soldaduras de tapón y de ranura

F.2.10.2.4 — Resistencia de diseño

La resistencia de diseño de una soldadura, φRn, será el menor entre los valores obtenidos para la resistencia del material base, determinada de acuerdo con los estados límites de rotura por tensión y rotura por cortante, y para la resistencia del metal de la soldadura, determinada para el estado límite de rotura, con Rn calculado como sigue:

Para el metal base:

Para el metal de la soldadura:

donde:

En la tabla F.2.10.2-5 se establecen los valores de φ, FnBM y Fnw, y las limitaciones aplicables.

(a) Para metal de aporte compatible véase AWS D1.1, Sección 3.3.

(b) Se permite metal de aporte con el nivel de resistencia inmediatamente superior al de la soldadura compatible.

(c) Para soldaduras acanaladas que transfieran fuerzas de cortante entre el alma y las aletas de miembros armados, o en aplicaciones donde una restricción significativa sea crítica, puede usarse metal de aporte con un nivel de resistencia menor que el compatible. En estas aplicaciones, el detallado y el diseño de la soldadura se harán tomando el espesor del material como garganta efectiva, φ = 0.80 y 0.60FEXX como resistencia nominal.

(d) Alternativamente, se permite aplicar las provisiones de F.2.10.2.4(a) siempre y cuando se considere la compatibilidad de deformaciones de los distintos elementos de la soldadura. Los numerales F.2.10.2.4 (b) y (c) se presentan como aplicaciones especiales de F.2.10.2.4(a) que proveen la compatibilidad de deformaciones.

Alternativamente, la resistencia de diseño para soldaduras de filete, φRn, puede determinarse con base en:

y Rn calculado como sigue:

• (a) Para un grupo de soldaduras, todas en una línea o todas paralelas, cargado en su propio plano a través de su centro de gravedad

donde:

y

• (b) Para los elementos de un grupo de soldaduras analizado aplicando un método de centro instantáneo de rotación, los componentes de la resistencia nominal, Rnx y Rny, y la capacidad nominal a momento, Mn, se pueden determinar como sigue:

donde:

• (c) Para grupos de soldaduras de filete cargados concéntricamente y consistentes en elementos con el mismo tamaño de soldadura orientados tanto longitudinal como transversalmente en relación con la dirección de aplicación de la carga, la resistencia combinada del grupo de soldaduras de filete , Rn, se determinará como el mayor valor entre:

y

donde:

F.2.10.2.5 — Combinación de soldaduras

Si dos o más de los tipos generales de soldaduras (acanalada, de filete, de tapón, de ranura) se combinan en una misma junta, la resistencia de diseño de cada una se calcula separadamente con relación al eje del grupo para determinar la resistencia del grupo.

F.2.10.2.6 — Requisitos para la selección de los electrodos

La selección de los electrodos a usarse en soldaduras acanaladas de penetración completa solicitadas por tensión normal al área efectiva debe ajustarse a los requisitos para metales de aporte compatibles dados en el Código de la Sociedad Americana de Soldadura, AWS D1.1.

En la tabla F.2.10.2-6 se presenta un extracto de la tabla 3.1 del código de la AWS. Para una lista completa de metales base y metales de aporte compatibles véase AWS D1.1. En todos los casos deberá verificarse si se aplican otras restricciones.

*Para situaciones donde se requiera resistencia a la corrosión y color similar al metal base véase AWS D1.1, Sección 3.7.3

Notas:

• (a) Los electrodos deberán satisfacer los requerimientos de AWS A5.1, A5.5, A5.17, A5.18, A5.20, A5.23, A5.28 y A5.29.
• (b) En juntas con metales base de diferentes resistencias usar ya sea un metal de aporte compatible con el metal base de mayor resistencia o un metal de aporte compatible con el metal base de menor resistencia y que produzca un bajo depósito de hidrogeno.

Se debe usar un metal de aporte con una tenacidad de 27 J a 4ºC según la prueba de impacto de Charpy con ranura en V en las siguientes juntas soldadas:

• (a) Juntas en T y de esquina con soldaduras acanaladas de penetración completa usando platina de respaldo que no se remueve, sujetas a tensión normal al área efectiva, a menos que las juntas estén diseñadas usando la resistencia nominal y el coeficiente de reducción de resistencia correspondientes a una soldadura de penetración parcial.
• (b) Empalmes con soldaduras acanaladas de penetración completa sometidos a tensión normal al área efectiva en secciones pesadas como se definen en F.2.1.5.1.3 y F.2.1.5.1.4.

El Certificado de Conformidad del productor de la soldadura será suficiente evidencia del cumplimiento de este requisito.

F.2.10.2.7 — Metal de la soldadura mixto

Cuando se requiere un índice de tenacidad de la prueba de impacto de Charpy con ranura en V, todos los consumibles para el metal de la soldadura, las soldaduras de punto, las pasadas de raíz y las pasadas subsiguientes depositadas en la junta deberán ser compatibles para garantizar la tenacidad del metal de la soldadura mixto que resulta.

F.2.10.3.1 — Pernos de alta resistencia

El uso de pernos de alta resistencia se ajustará a los requisitos de la Especificación para Juntas Estructurales con Pernos ASTM A325 o A490 del Consejo de Investigación de Conexiones Estructurales, en adelante referenciadas como las especificaciones RCSC, excepto donde el numeral F.2.10 defina otros requisitos. Para los efectos del Capítulo F.2, los pernos de alta resistencia se agrupan según la resistencia del material como sigue:

• Grupo A – ASTM A325, A325M, F1852, A354 Grado BC y A449
• Grupo B – ASTM A490, A490M, F2280 y A354 Grado BD

Cuando se ensamble la estructura, todas las superficies de las juntas, incluyendo aquellas adyacentes a las arandelas, deberán estar libres de escamas, excepto por escamas de laminación no protuberantes.

Se permite instalar los pernos con apriete ajustado cuando se utilizan en:

• (a) Conexiones tipo aplastamiento, excepto lo dispuesto en F.2.5.6 o F.2.10.1.10
• (b) Conexiones bajo cargas de tensión, o de cortante y tensión combinadas, para pernos del grupo A únicamente, cuando no se esperen condiciones de aflojamiento o fatiga debidos a vibraciones o a fluctuaciones de carga.

La condición de apriete ajustado se define como el apriete requerido para que las partes conectadas queden en contacto firme. Los pernos que hayan de ser llevados a un nivel de apriete distinto de la condición de apriete ajustado deberán quedar claramente identificados en los planos de diseño y de montaje.

Todos los pernos de alta resistencia que se especifiquen en los planos para usarse en juntas pretensionadas o de deslizamiento crítico deberán apretarse hasta obtener una tensión no menor que la indicada en las Tablas F.2.10.3-1 y F.2.10.3-1M. La instalación deberá realizarse por alguno de los siguientes métodos: método del giro de la tuerca, indicadores directos de tensión, llave calibrada, o pernos de diseño alterno.

No existen requisitos específicos para valores mínimos o máximos de la tensión en pernos a instalarse con ajuste justo. Se permite el uso de pernos pretensionados tales como los F1852 o los F2280 excepto cuando los planos de diseño lo prohíban.

* Igual a 0.70 veces la resistencia mínima a tensión de los pernos, redondeada al kN más cercano, como se establece en las especificaciones ASTM para pernos A325 y A490 con roscas UNC.

* Igual a 0.70 veces la resistencia mínima a tensión de los pernos, redondeada al kN más cercano, como se establece en las especificaciones ASTM para pernos A325 y A490 con roscas UNC.

Cuando, en el marco de las especificaciones del Consejo de Investigación en Conexión Estructurales (RCSC), y debido a las condiciones aplicables a longitudes que exceden 12 veces el diámetro o a diámetros que exceden 38mm, no se puedan satisfacer los requerimientos para los pernos, se permite el uso de pernos o varillas roscadas que se ajusten a los materiales de los grupos A o B siempre y cuando se cumplan las provisiones para varillas roscadas que se presentan en la Tabla F.2.10.3-2.

Cuando se usan pernos o varillas roscadas ASTM A354 Gr. BC, A354 Gr. BD o A449 en conexiones de deslizamiento crítico, la geometría del perno, incluyendo características como el paso de la rosca, la longitud de la rosca y las dimensiones de la cabeza y la(s) tuerca(s), será igual (o proporcional si el diámetro es mayor), a la requerida por el Consejo de Investigación de Conexiones Estructurales (RCSC). La instalación deberá cumplir con todos los requisitos de las especificaciones del RCSC, con las modificaciones que, para proveer la pretensión de diseño, se requieran por efecto del incremento en el diámetro o la longitud.

(a) Para conexiones de extremo que tengan un patrón de perforaciones con una longitud mayor que 965 mm, Fnv se reducirá a un 83.3% de los valores tabulados. La longitud del patrón de perforaciones es la máxima distancia paralela a la línea de la fuerza medida sobre la línea de centros de los pernos.

(b) Para pernos A307, los valores tabulados se reducirán en un 1 por ciento por cada 1.6 mm por encima de los 5 diámetros de longitud en el agarre.

(c) Se aceptan roscas en los planos de corte.

F.2.10.3.2 — Tamaño y condiciones de uso de las perforaciones

Los tamaños máximos de las perforaciones para pernos se establecen en las tablas F.2.10.3-3 y F.2.10.3-3M, excepto que en el detallado de las bases de las columnas pueden utilizarse perforaciones mayores para acomodar las tolerancias inherentes a la localización de los pernos de anclaje en las cimentaciones de concreto.

En las conexiones entre miembros deben usarse perforaciones estándar o de ranura corta transversal a la dirección de la carga, excepto cuando se apruebe el uso de perforaciones agrandadas, de ranura corta paralela a la carga o de ranura larga. En conexiones de deslizamiento crítico diseñadas con base en perforaciones estándar podrán utilizarse platinas de relleno de ranuras abiertas, con un espesor hasta de 6.4 mm, sin que la resistencia nominal a cortante del conector deba reducirse a la especificada para perforaciones de ranura.

Las perforaciones agrandadas pueden utilizarse en algunas o en todas las capas comprendidas por una conexión de deslizamiento crítico, pero en ningún caso en conexiones tipo aplastamiento. Deberán instalarse arandelas endurecidas sobre las perforaciones agrandadas en las caras exteriores de los empalmes.

Las perforaciones de ranura corta pueden utilizarse en algunas o en todas las capas comprendidas por una conexión de deslizamiento crítico o tipo aplastamiento. En conexiones de deslizamiento crítico se permite el uso de estas perforaciones independientemente de la dirección de la carga, pero en conexiones tipo aplastamiento la dimensión mayor debe ser perpendicular a la dirección de la carga. Se instalarán arandelas sobre las perforaciones de ranura corta en la cara exterior de un empalme; cuando se utilicen pernos de alta resistencia tales arandelas deberán ser endurecidas, de conformidad con la norma ASTM F436.

Cuando se usen pernos del grupo B con diámetros mayores que 25.4 mm en agujeros agrandados o de ranura localizados en caras exteriores, se deberá utilizar una arandela de acero endurecido que cumpla la norma ASTM F436, excepto que su espesor debe ser de 7.9 mm como mínimo, en lugar de una arandela estándar.

Los requisitos para las arandelas se presentan en la Sección 6 de las especificaciones del Consejo de Investigación de Conexiones Estructurales (RCSC).

Las perforaciones de ranura larga pueden utilizarse solamente en una de las partes conectadas en cada superficie de contacto, se trate de una conexión de deslizamiento crítico o de una conexión por aplastamiento. En conexiones de deslizamiento crítico, se permiten las perforaciones de ranura larga sin importar la dirección de la carga, pero en conexiones tipo aplastamiento la ranura debe ser perpendicular a la dirección de la carga. Cuando se utilicen perforaciones de ranura larga en una platina exterior, se proveerán arandelas de platina o platinas continuas con perforaciones estándar, con un tamaño suficiente para cubrir totalmente la ranura. En conexiones con pernos de alta resistencia, tales arandelas o platinas continuas deberán tener un espesor no inferior a 7.9 mm y ser de un material de grado estructural, pero no necesitan ser endurecidas. Donde se requieren arandelas endurecidas para usarse con pernos de alta resistencia, dichas arandelas deberán colocarse sobre la superficie exterior de dicha arandela de platina o platina continua.

F.2.10.3.3 — Espaciamiento mínimo

La distancia entre centros de perforaciones estándar, agrandadas o ranuradas no podrá ser menor que 2 2/3 veces el diámetro nominal del conector, d; se recomienda usar como mínimo 3d.

F.2.10.3.4 — Distancia mínima al borde

La distancia del centro de una perforación estándar a cualquier borde de la parte conectada, en cualquier dirección, no será inferior al valor aplicable de la tabla F.2.10.3-4 o F.2.10.3-4M ni al requerido en el numeral F.2.10.3.10. La distancia del centro de una perforación agrandada o de ranura a un borde de la parte conectada no será inferior a la requerida para una perforación estándar más el incremento aplicable C2 de la tabla F.2.10.3-5 o F.2.10.3-5M.

Las distancias al borde de las tablas F.2.10.3-4 y F.2.10.3-4M son distancias mínimas basadas en prácticas de fabricación estándar y en tolerancias de fabricación. Deben cumplirse además los requisitos aplicables de los numerales F.2.10.3.10 y F.2.10.4.

F.2.10.3.5 — Máximos valores del espaciamiento y de la distancia al borde

La distancia máxima del centro de cualquier perno o remache al borde más próximo de las partes en contacto será igual a 12 veces el espesor de la parte conectada en consideración, sin exceder de 150 mm. El espaciamiento longitudinal de conectores entre dos elementos en contacto continuo, en el caso de una platina y un perfil o de dos platinas, será:

• (a) Para miembros pintados o miembros sin pintar que no estén sometidos a corrosión, el espaciamiento no será mayor que 24 veces el espesor de la platina más delgada ni de 300 mm.
• (b) Para miembros sin pintar de acero resistente a la corrosión atmosférica expuestos a la corrosión, el espaciamiento no será mayor que 14 veces el espesor de la platina más delgada ni de 180 mm.

a) Se permiten distancias al borde menores que las dadas en esta tabla si se satisfacen las provisiones aplicables de los numerales F.2.10.3.10 y F.2.10.4, sin embargo no se permiten distancias menores que (1) diámetro del perno sin aprobación del diseñador estructural.

b) Para perforaciones agrandadas o de ranura, véase la tabla F.2.10.3-5.

(a) Se permiten distancias al borde menores que las dadas en esta tabla si se satisfacen las provisiones aplicables de los numerales F.2.10.3.10 y F.2.10.4, sin embargo no se permiten distancias menores que (1) diámetro del perno.

(b) Para perforaciones agrandadas o de ranura, véase la tabla F.2.10.3-5M.

(a) Cuando la longitud de la ranura es menor que el máximo permisible (véase la tabla F.2.10.3-3), se permite reducir el valor de C2 en la mitad de la diferencia entre las longitudes máxima y real de la ranura.

(a) Cuando la longitud de la ranura es menor que el máximo permisible (véase la tabla F.2.10.3-3M), se permite reducir el valor de C2 en la mitad de la diferencia entre las longitudes máxima y real de la ranura.

F.2.10.3.6 — Resistencia de diseño a tensión y cortante de pernos y partes roscadas

La resistencia de diseño a tensión o a cortante, f, para pernos de alta resistencia o partes roscadas, con apriete ajustado o pretensionados, se determinará de acuerdo con los estados límites de rotura por tensión y rotura por cortante, con base en:

y

donde:

La resistencia requerida a tensión incluirá cualquier tensión que resulte del efecto de palanca producido por la deformación de las partes conectadas.

F.2.10.3.7 — Esfuerzos combinados de cortante y tensión en conexiones tipo aplastamiento

La resistencia de diseño a tensión de un perno sometido a una combinación de esfuerzos de tensión y cortante será determinada de acuerdo con los estados límites de rotura por tensión y por cortante, con base en:

y

donde:

La resistencia de diseño a cortante por unidad de área de los conectores será mayor o igual que la resistencia requerida a cortante por unidad de área, fv.

Cuando la resistencia requerida por unidad de área, f, ya sea en cortante o en tensión, sea menor o igual que el 30 por ciento de la resistencia de diseño por unidad de área correspondiente, no se requerirá verificar los efectos de esfuerzos combinados. La fórmula F.2.10.3-3 puede reescribirse para expresar la resistencia nominal a cortante por unidad de área, F′nv, como una función de la resistencia requerida a tensión por unidad de área, ft.

F.2.10.3.8 — Pernos de alta resistencia en conexiones de deslizamiento crítico

Las conexiones de deslizamiento crítico deben diseñarse para prevenir el deslizamiento y también para los estados límites aplicables a las conexiones tipo aplastamiento. En el caso de pernos que pasen a través de platinas de relleno, todas las superficies que puedan deslizarse deben ser preparadas para lograr la resistencia de diseño al deslizamiento.

La resistencia de diseño para el estado límite de deslizamiento, φRn, se determinará con base en el coeficiente de reducción de resistencia, φ, y la resistencia nominal, Rn, calculados como sigue.

Para perforaciones estándar o de ranura corta perpendicular a la dirección de la carga:

Para perforaciones agrandadas o de ranura corta paralela a la dirección de la carga:

Para perforaciones de ranura larga:

La resistencia nominal será igual a:

donde:

• (a) Cuando se añaden pernos para distribuir las cargas en la(s) platina(s) de relleno hf = 1.0
• (b) Cuando no se añaden pernos para distribuir las cargas en la(s) platina(s) de relleno

• Para una platina de relleno entre las partes conectadas hf = 1.0
• Para dos o más platinas de relleno entre las partes conectadas hf = 0.85

F.2.10.3.9 — Esfuerzos combinados de cortante y tensión en conexiones de deslizamiento crítico

Cuando sobre una conexión de deslizamiento crítico actúa una fuerza de tensión que reduce la fuerza neta de apriete, la resistencia de diseño al deslizamiento por perno, calculada según el numeral F.2.10.3.8, se multiplicará por el factor ksc, calculado como sigue:

donde:

F.2.10.3.10 — Resistencia al aplastamiento en las perforaciones con pernos

La resistencia de diseño al aplastamiento en las perforaciones con pernos, φRn, se determinará con base en:

y Rn calculado como sigue:

• (a) Para un perno en una perforación estándar, agrandada o de ranura corta, independientemente de la dirección de aplicación de la carga, o en una perforación de ranura larga con la ranura paralela a la dirección de la fuerza de aplastamiento:
• (i) Cuando la deformación alrededor de la perforación del perno, bajo cargas de servicio, es una consideración de diseño:

• (ii) Cuando la deformación alrededor de la perforación del perno, bajo cargas de servicio, no es una consideración de diseño:

• (b) Para un perno en una perforación de ranura larga con la ranura perpendicular a la dirección de la fuerza:

• (c) Para conexiones donde los pernos atraviesan completamente un miembro en cajón sin rigidizar o un PTE, véase el numeral F.2.10.7 y la fórmula F.2.10.7-1,

donde:

Para una conexión, la resistencia al aplastamiento se tomará como la suma de las resistencias al aplastamiento de los pernos tomados individualmente.

La resistencia por aplastamiento se verificará tanto para conexiones por aplastamiento como para conexiones de deslizamiento crítico. El uso de perforaciones agrandadas y de ranura corta o larga paralela a la dirección de la fuerza está limitado a conexiones de deslizamiento crítico por el numeral F.2.10.3.2.

F.2.10.3.11 — Pernos especiales

La resistencia nominal de pernos especiales distintos de los presentados en la tabla F.2.10.3-2 deberá ser verificada por ensayos.

F.2.10.3.12 — Pernos a tensión

Cuando se tengan pernos u otros conectores solicitados por tensión que se conectan a la pared de una sección en cajón o un PTE sin rigidizar, la resistencia de la pared se determinará mediante un análisis racional.

F.2.10.4.1 — Resistencia de elementos a tensión

La resistencia de diseño, φRn, de los elementos afectados de los miembros y de los elementos de conexión solicitados por tensión será el menor entre los valores obtenidos para los estados límites de fluencia por tensión y rotura por tensión.

• (a) Para fluencia por tensión en elementos de conexión:

• (b) Para rotura por tensión en elementos de conexión:

donde:

El área efectiva de la platina de conexión puede estar limitada por la distribución de esfuerzos; este efecto se tiene en cuenta mediante la aplicación de criterios como el de la sección de Withmore.

F.2.10.4.2 — Resistencia de elementos a cortante

La resistencia de diseño, φRn, de los elementos afectados de los miembros y de los elementos de conexión solicitados por cortante será el menor entre los valores obtenidos para los estados límites de fluencia por cortante y rotura por cortante.

• (a) Para fluencia por cortante del elemento:

donde:

• (b) Para rotura por cortante del elemento:

donde:

F.2.10.4.3 — Resistencia al desgarramiento en bloque

La resistencia de diseño, φRn, para el estado límite de desgarramiento en bloque a lo largo de una o más líneas de falla a cortante y de una línea de falla a tensión en dirección perpendicular, se calculará tomando:

y

donde:

Cuando el esfuerzo de tensión sea uniforme, se tomará Ubs = 1; en caso contrario se tomará Ubs = 0.5.

F.2.10.4.4 — Resistencia de elementos a compresión

La resistencia de diseño de elementos de conexión a compresión, φRn, para los estados límites de fluencia y pandeo se determinará como sigue:

Para KL/r ≤ 25

Para KL/r > 25 se aplican los requisitos del numeral F.2.5.

F.2.10.4.5 — Resistencia de elementos a flexión

La resistencia de diseño de elementos afectados de los miembros será el menor entre los valores obtenidos para los estados límites de fluencia por flexión, pandeo local, pandeo lateral-torsional a flexión y rotura por flexión.

F.2.10.5.1 — Platinas de relleno soldadas

Siempre que sea necesario usar platinas de relleno en juntas a través de las cuales se transfiera carga, tales platinas de relleno y las soldaduras de conexión deberán satisfacer los requerimientos de los numerales F.2.10.5.1.1 o F.2.10.5.1.2, según sea aplicable.

F.2.10.5.2 — Platinas de relleno atornilladas

Cuando un perno que transmite carga atraviesa platinas de relleno con un espesor total menor o igual que 6.4 mm, no se requiere reducir la resistencia a cortante. Por el contrario, cuando el espesor total de tales platinas es superior a 6.4 mm, se aplicará uno de los siguientes requerimientos:

• (a) La resistencia a cortante de los pernos se multiplicará por un factor igual a [1 − 0.0154 (t − 6)], pero no menor que 0.85, donde t es el espesor total en mm de las platinas de relleno;
• (b) Las platinas de relleno deberán extenderse más allá del empalme y esta extensión se asegurará con un número de pernos suficiente para distribuir, de manera uniforme sobre la sección transversal combinada del elemento conectado y las platinas de relleno, la fuerza total que actúa en el elemento conectado.
• (c) El tamaño de la junta se aumentará para acomodar un número de pernos equivalente al número total requerido en el punto (b); o
• (d) La junta se diseñará para prevenir el deslizamiento de acuerdo con el numeral F.2.10.3.8, usando ya sea superficies clase B o clase A, con el apriete controlado mediante el método del giro de la tuerca.

F.2.10.10.1 — Flexión local de las aletas

Este numeral se aplica tanto a fuerzas concentradas simples de tensión como a la componente de tensión de las fuerzas concentradas dobles.

La resistencia de diseño para el estado límite de flexión local de la aleta, φRn, se determinará con base en:

y

donde:

Si la longitud de la zona cargada medida a lo ancho de la aleta es menor que 0.15bf, donde bf es el ancho de la aleta del miembro, no se necesita verificar la fórmula F.2.10.10-1.

Cuando la fuerza concentrada que se debe soportar está aplicada a una distancia menor que 10tf desde el extremo del miembro, Rn se debe reducir en un 50%.

Cuando se requiera, se debe proporcionar un par de rigidizadores transversales.

F.2.10.10.2 — Fluencia local del alma

Este numeral se aplica tanto a fuerzas concentradas simples como a ambas componentes de fuerzas concentradas dobles.

La resistencia de diseño para el estado límite de fluencia local del alma se determinará con base en:

y Rn, la resistencia nominal, calculada como sigue:

• (a) Cuando la fuerza concentrada que ha de resistirse está aplicada a una distancia, medida desde el extremo del miembro, mayor que el peralte d del miembro,

• (b) Cuando la fuerza concentrada que ha de resistirse está aplicada a una distancia, medida desde el extremo del miembro, menor o igual que el peralte d del miembro,

donde:

Cuando se requiera, se proveerá un par de rigidizadores transversales o una placa de enchape.

F.2.10.10.3 — Arrugamiento del alma

Este numeral se aplica tanto a fuerzas concentradas simples de compresión como a la componente de compresión de las fuerzas concentradas dobles.

La resistencia de diseño para el estado límite de arrugamiento local del alma se determinará con base en:

y Rn, la resistencia nominal, calculada como sigue:

• (a) Cuando la fuerza concentrada de compresión a soportar se aplica a una distancia, medida desde el extremo del miembro, mayor o igual que d/2:

• (b) Cuando la fuerza concentrada de compresión a soportar se aplica a una distancia, medida desde el extremo del miembro, menor que d/2:
• (i) Si lb/d ≤ 0.2

• (ii) Si lb/d > 0.2

donde:

Cuando se requiera, se proveerán uno o dos rigidizadores trasversales, o una placa de enchape, los cuales deberán extenderse por lo menos hasta la mitad de la profundidad del alma.

F.2.10.10.4 — Pandeo lateral del alma

Este numeral se aplica únicamente a fuerzas concentradas simples de compresión que actúan sobre miembros en los que, para la sección en la cual se aplica la fuerza concentrada, no está restringido el movimiento lateral relativo entre la aleta a tensión y la aleta a compresión, que recibe la carga.

La resistencia de diseño del alma se determinará con base en:

y Rn, la resistencia nominal para el estado límite de pandeo lateral del alma, calculada como sigue:

• (a) Si la aleta a compresión está restringida contra rotación:
• (i) Para (h / tw) / (Lb / bf) ≤ 2.3

• (ii) Para (h / tw) / (Lb / bf) > 2.3, no se aplica el estado límite de pandeo lateral del alma.

Cuando la resistencia requerida del alma excede la resistencia de diseño, φRn, se debe proporcionar arriostramiento lateral local a la aleta a tensión, o proveer un par de rigidizadores transversales o una placa de enchape.

• (b) Si la aleta a compresión no está restringida contra la rotación:
• (i) Para (h / tw) / (Lb / bf) ≤ 1.7

• (ii) Para (h / tw) / (Lb / bf) > 1.7, no se aplica el estado límite de pandeo lateral del alma.

Cuando la resistencia requerida del alma excede la resistencia de diseño, φRn, se debe proporcionar arriostramiento lateral local a ambas aletas en el punto de aplicación de la fuerza concentrada.

Las siguientes definiciones se aplican a las fórmulas F.2.10.10-6 y F.2.10.10-7:

En el numeral F.2.19 se dan criterios para el diseño de elementos que puedan proveer una restricción adecuada.

F.2.10.10.5 — Pandeo del alma por compresión

Este numeral se aplica a un par de fuerzas de compresión que actúan sobre una y otra aleta en una misma sección de un miembro, sean ellas fuerzas concentradas simples o a las componentes de compresión de un par de fuerzas concentradas dobles.

La resistencia de diseño para el estado límite de pandeo local del alma se determinará tomando:

y

Cuando el par de fuerzas concentradas de compresión a resistir se aplique a una distancia, medida desde el extremo del miembro, menor que d/2, Rn se reducirá en un 50%.

Cuando se requiera, se deberá proporcionar uno o dos rigidizadores transversales, o una placa de enchape, los cuales deberán extenderse sobre toda la profundidad del alma.

F.2.10.10.6 — Cortante en la zona de panel del alma

Este numeral se aplica a fuerzas concentradas dobles que actúan sobre una o ambas aletas de un miembro en la misma localización.

La resistencia de diseño de la zona de panel del alma para el estado límite de fluencia por cortante se determinará con base en:

y Rn, la resistencia nominal, calculada como sigue:

• (a) Cuando en el análisis no se considera el efecto de la deformación de la zona de panel sobre la estabilidad del marco:
• (i) Para Pu ≤ 0.4Py

• (ii) Para Pu > 0.4Py

• (b) Cuando en el análisis se considera el efecto la deformación plástica de la zona de panel sobre la estabilidad del marco:
• (i) Para Pu ≤ 0.75Py

• (ii) Para Pu > 0.75Py

En las fórmulas F.2.10.10-9 a F.2.10.10-12 se aplican las siguientes definiciones:

Cuando se requiera, se usará(n) placa(s) de enchape o un par de rigidizadores diagonales dentro de los límites de la conexión rígida de dos o más miembros cuyas almas están en el mismo plano.

Véase el numeral F.2.10.10.9 para los requerimientos de diseño de las placas de enchape.

F.2.10.10.7 — Extremos no aporticados de vigas y viguetas

En los extremos no aporticados de vigas y viguetas que no estén restringidas de otra manera contra la rotación alrededor de su eje longitudinal, se proporcionará un par de rigidizadores transversales que se extiendan sobre toda la profundidad del alma.

F.2.10.10.8 — Requisitos adicionales para los rigidizadores para cargas concentradas

Los rigidizadores requeridos para resistir fuerzas concentradas de tensión deberán ser diseñados de acuerdo con los requerimientos del numeral F.2.10.4.1 y soldarse a la aleta que recibe la carga y al alma. Las soldaduras a la aleta se dimensionarán para la diferencia entre la resistencia requerida y la resistencia de diseño para el estado límite aplicable. Las soldaduras del rigidizador al alma se dimensionarán para transferir al alma la diferencia algebraica entre las fuerzas de tensión en uno y otro extremo del rigidizador.

Los rigidizadores requeridos para resistir fuerzas concentradas de compresión se diseñarán de acuerdo con lo especificado en el numeral F.2.10.4.4, se soldarán al alma y podrán alternativamente estar en contacto directo con la aleta cargada o soldarse a ella. Las soldaduras a la aleta se dimensionarán para la diferencia entre la resistencia requerida y la resistencia de diseño para el estado límite aplicable. La soldadura al alma se dimensionará para transferir a ella la diferencia algebraica entre las fuerzas de compresión en uno y otro extremo del rigidizador. Para el diseño de los rigidizadores ajustados, donde la carga se transfiere por contacto, véase el numeral F.2.10.7.

Los rigidizadores transversales que se extienden sobre toda la profundidad de una viga laminada en caliente o de una viga armada para atender fuerzas de compresión aplicadas a la(s) aleta(s) se diseñarán como miembros solicitados por compresión axial (columnas) de acuerdo con los requisitos de los numerales F.2.5.6.2 y F.2.10.4.4. Las propiedades de tales columnas se determinarán usando una longitud efectiva de 0.75h y considerando una sección transversal compuesta por dos rigidizadores y una franja del alma que tenga un ancho de 25tw para rigidizadores interiores o de 12tw para rigidizadores en los extremos de la viga. La soldadura que conecta un rigidizador de apoyo con el alma se dimensionará para transmitir a esta última la diferencia entre las fuerzas de compresión en uno y otro extremo del rigidizador.

Los rigidizadores transversales y diagonales deberán además satisfacer los siguientes criterios:

• (a) El ancho de cada rigidizador más la mitad del espesor del alma de la columna no debe ser inferior a un tercio del ancho de la aleta o de la platina de la conexión a momento que transmite la fuerza concentrada.
• (b) El espesor de un rigidizador no será menor que la mitad del espesor de la aleta o de la platina de la conexión a momento que transmite la fuerza concentrada, ni menor que el ancho dividido entre 16.
• (c) Los rigidizadores transversales deberán extenderse como mínimo sobre la mitad de la profundidad del miembro excepto lo especificado en F.2.10.10.5 y F.2.10.10.7.

F.2.10.10.9 — Requisitos adicionales para placas de enchape bajo cargas concentradas

Las placas de enchape requeridas por resistencia a compresión deberán ser diseñadas de acuerdo con los requerimientos del numeral F.2.5.

Las placas de enchape requeridas por resistencia a tensión deberán ser diseñadas de acuerdo con los requerimientos del numeral F.2.4.

Las placas de enchape requeridas por resistencia a cortante (véase el numeral F.2.10.10.6) deberán ser diseñadas de acuerdo con los requerimientos del numeral F.2.7.

Además, las placas de enchape deberán cumplir con los siguientes criterios:

• (a) Se usarán placas de enchape de espesor y extensión adecuados para suministrar el material adicional que permita igualar o exceder los requisitos de resistencia.
• (b) La placa de enchape se soldará de manera que se desarrolle la proporción de la fuerza total que se transmite a ella.