NORMAS DE PERNOS
La mayor parte de las especificaciones referentes al diseño de estructuras de acero reconocen como medios de unión entre sus elementos, a los remaches, los tornillos (pernos) y la soldadura. Desd Desde e hace hace much muchos os años, años, los los remac remaches hes fuero fueron n los los elem elemen ento toss de unió unión n de estructuras de acero más comunes en el siglo XIX y hasta mediados del siglo XX, pero en la actualidad han desaparecido ya en la práctica y no se emplean en construcciones nuevas, ni en el taller, ni en la ora, pues han sido sustituidos, con vent venta! a!a, a, por la sold soldad adur ura a y los los perno pernoss de alta alta resi resist stenc encia ia.. "in "in ema emargo rgo,, la impo import rtan anci cia, a, cada cada ve# ve# mayor mayor,, de la eval evalua uació ción, n, reha rehai ililita taci ción ón y refuer refuer#o #o de estructuras e$istentes, hace %ue sea indispensale el conocimiento de las uniones remachadas. "i se conoce la &poca en %ue se construyó una estructura de acero remachada, puede ser posile posile otener otener las propiedades propiedades mecánicas mecánicas de los remaches utili#ados utili#ados en ella, recurriendo a la literatura t&cnica de la &poca' en caso contrario, será necesario reali#ar ensayes mecánicos y %umicos de laoratorio para determinar esas caractersticas. ctualmente, se utili#an dos tipos de pernos, los llamados comunes y los de alta resistencia. "e designan, con el nomre %ue les dan las normas de "*+ para especificar sus caractersticas %umicas y mecánicas, los primeros como pernos -/ y los de alta resistencia como pernos -01 (2304) o 45 (230-). "u!eta tado dores res de acero acero al caro carono no con con rosca rosca está estánda ndar r ASTM ASTM A-307 A-307 (H-118 (H-118): ): "u!e 2
e$terior (6u 7 434 +8a' 400 9g: cm ). ASTM A-325 (H-124): 8ernos de alta resistencia para cone$iones entre elementos 2
de acero estructural ;6u 7<- +8a (<44 9g: cm ) para diámetros de 3- a 01 2
mm (3:0 a 3 pulg.), 6u 7 /01 +8a (/-< 9g: cm ) para diámetros de 05 a -< mm (3 3:< a 3 = pulg.)>.
8ernos os de acero acero alea aleado do trat tratado ado t&rmi t&rmica camen mente te para para ASTM ASTM A-490 -490 (H-12 (H-123) 3):: 8ern cone$iones entre elementos de acero estructural (6u 7 3-1 +pa, 311 9g: cm
2
).
?stas normas se complementan con las de la @ltima versión de ALoad and Besistance 6actor Design "pecification for "tructural Coints sins "*+ -01 or 45 EoltsF, del Gonse!o de Investigación en Gone$iones ?structurales (Besearch Gouncil on "tructural Gonnections). 3. 8ernos comunes "on, históricamente, el primer medio de unión utili#ado en estructuras de acero' en la actualidad tienen una aplicación estructural muy limitada ya %ue su resistencia es reducida y no se recomiendan recomiendan cuando pueden esperarse camios camios de signo en los esfuer#os de las pie#as de acero %ue conectan o cuando la estructura est& sometida a cargas dinámicas ("ismo, principalmente). ?n este sentido, sentido, las especificaci especificaciones ones del I"G fi!an una serie de casos concretos concretos en %ue los pernos -/ no deen usarse. •
Ho se usarán para uniones entre tramos de columnas en estructuras eseltas a) Jue tengan tengan una una altu altura ra de más de de K m. m. ) Jue tengan tengan una altura altura de entre entre - y K m, cuando la la ase es menor menor del 4 de la altura. c) Jue tenga tengan n una altura altura cual%uie cual%uiera ra si la ase mide mide menos del del 01 de la
• •
altura. Ho se usará en estructuras %ue dean soportar traes de gr@a. Ho se usarán donde haya má%uinas o alguna carga viva %ue produ#ca impacto o reversión de esfuer#os.
"in "in ema emargo rgo,, en estruc estructu turas ras liger ligeras as en %ue %ue los los pro prole lema mass menc mencio iona nado doss no apare aparece cen, n, as as como como en cone$ cone$io ione ness de elem elemen ento toss secu secund ndari arios os tale taless como como largueros de techo, constituyen una uena solución pues son económicos y su mane!o y colocación es muy simple.
0. 8ernos de lta resistencia ?l uso de pernos de alta resistencia dee satisfacer las disposiciones de la "pecification for "tructural Coints sing 2igh "trenght Eolts, de ahora en adelante referida referida como la ?specificación ?specificación BG"G, aproada por el Gonse!o de Investigaci Investigación ón de nione nioness ?struct ?structural urales, es, e$cept e$cepto o cuando cuando se dispon disponga ga lo cont contrar rario io en esta esta espec especifific icaci ación ón.. Los Los pern pernos os de alta alta resi resist sten enci cia a en esta esta espe especi cifificac cación ión son son agrupados de acuerdo con la resistencia del material seg@n lo siguiente Mrupo N "*+ -01, -01, -01+, 63<10, -14 Mrado EG y 445 Mrupo E N "*+ 45, 45, 45+, 600<, -41 Mrado ED *odas las superficies de la !unta cuando es ensamlada, incluyendo a%uellas adyacentes a las arandelas o golillas, deen estar lires de escamas, e$cepto las escamas de fárica. "e permite %ue los pernos sean instalados en la condición de apriete a!ustado cuando se usa en a) Gone$i Gone$ione oness de tipo aplastam aplastamien iento, to, con las e$cepcion e$cepciones es descrita descritass en la "ección ?K o en la "ección C3.3. ) plicaciones plicaciones de de tracción tracción o cominación cominación de corte corte y tracción, tracción, solamente solamente para pern pernos os del del Mrup Mrupo o , donde donde la p&rdi p&rdida da o fati fatiga ga dei deido do a vira viraci ción ón o fluctuaciones de la carga no se consideran en el diseño. La condición de apriete a!ustado se define como el apriete necesario para llevar los elementos conectados a un contacto firme. Los pernos apretados a una condic condición ión de contac contacto to diferen diferente te del apriete apriete a!usta a!ustado do deerán deerán ser claram clarament ente e identificados en los planos de diseño. *odos los pernos de alta resistencia especificados en los planos de diseño para ser usado usadoss en !unt !untas as pret pretens ensio iona nada dass o de desl desli# i#am amie ient nto o crti crtico co deen deen ser ser a!ustadas para una tracción en el perno no menor %ue las entregadas en las
*alas C-.3 o C-.3+. la instalación dee ser reali#ada por cual%uiera de los m&todos siguientes +&todo de giro de la tuerca, indicador de tracción directa, pern pernos os de tens tensió ión n cont contro rola lada da por por giro giro,, llav llave e cali calir rad ada a o por por alg@ alg@n n dise diseño ño alternativo de los pernos.
?n cone$iones de desli#amiento crtico, cuando la dirección de la carga es en la dirección de lorde de una parte conectada, se dee proveer una adecuada resistencia de aplastamiento asada en los re%uisitos aplicales en la sección C-.3. Guando los re%uisitos para pernos no se pueden entregar de acuerdo con las limitaciones de la ?specificación BG"G, deido a %ue los re%uisitos de longitud e$ceden de 30 dametros o los dametros e$ceden de -< mm, se permite utili#ar pernos o arras roscadas de material conforme al Mrupo o al Mrupo E, de acuerdo con las disposiciones para partes roscadas en la *ala ala C-.0
Guando se utili#an pernos o arras roscadas de material "*+ -14 Mrado EG, -14 Mrado ED o 445 en cone$iones de desli#amiento crtico, la geometra del perno, incluyendo la cae#a y la(s) tuerca(s), dee ser igual o proporcional (si son mayores en diámetro) a las entregadas por los pernos "*+ -01 o 45. La instalación dee cumplir con los re%uisitos aplicales por la ?specificación BG"G con modificaciones seg@n lo re%uiera para el diámetro aumentado y:o la longitu para proveer la pretensión del diseño.
-. *amaño *amaño y uso de las perforaciones Los tamaños má$imos de perforaciones para pernos se entregan en la tala C-.-, e$cepto en el caso de detalles de plancha ase de columnas, en los cuales se permite perforaciones más grandes, pues se re%uieren una mayor tolerancia, para la uicación de los pernos de ancla!e en las fundaciones de concreto. "e deen deen prov proveer eer perf perfora oraci cione oness está estánda ndarr o perfo perforac racio iones nes de ranur ranura a cort corte e transversal a la dirección de la carga, de acuerdo con las disposiciones de esta ?specificación, a menos %ue el ingeniero estructural responsale del proyecto apru aprue ee e por por escr escrit ito o a la inspe nspecc cciión t&c t&cnica nica cont contra rata tada da perf perfor orac aciiones ones soremedidas, perforaciones de ranura corta paralelo a la dirección de carga, o perforaciones de ranura larga. "e permiten cuñas ranuradas de hasta K mm en cone$i cone$iones ones de desli# desli#ami amient ento o crtic crtico o diseña diseñadas das en la ase ase de perfor perforaci acione oness estándar sin reducción de la resistencia de corte nominal del conector por a%uel especificado para perforaciones ranuradas. "e permiten perforaciones soremedidas en cual%uiera o todas las pie#as de cone$iones de desli#amiento crtico, sin emargo, estas no deen ser utili#adas en cone$ cone$io iones nes de tipo tipo apla aplast stam amie ient nto. o. "e deen deen inst instal alar ar aran arandel delas as o goli golillllas as endurecidas en perforaciones soremedidas en la pie#a e$terior. "e permiten perforaciones de ranura corta en cual%uiera de todas las pie#as de cone$iones de desli#amiento crtico o de tipo aplastamiento. "e permiten las ranuras sin consideración de la dirección de carga en cone$iones de desli#amiento crtico, pero en cone$iones tipo aplastamiento, la longitud dee ser normal a la direc direcci ción ón de carga carga.. Las Las arande arandelas las o goli golillllas as dee deen n ser inst instal alad adas as sore sore las las perforaciones de ranura corta en la pie#a e$terior' tales arandelas o golillas deen ser endurecidas cuando se utili#an pernos de alta resistencia, dichas arandelas deen cumplir con "*+ 64-K. Guando pernos Mrupo E sore 3 pulgada (01 mm) de diámetro son usados en perforaciones de ranura o en perforaciones soremedidas en pie#as e$teriores, una @nica arandela endurecida conforme conforme a "*+ "*+ 64-K, con la e$cepción e$cepción de %ue
1:3K pulgada (< mm) sea el espesor mnimo, deerá ser empleada en ve# de la arandela estándar. "e perm permititen en perfo perfora raci cion ones es de ranur ranura a larga larga sola solame ment nte e en una una de las las parte partess conectadas tanto de cone$ión de desli#amiento crtico o de tipo aplastamiento como en una superficie de contacto individual.
"e permiten perforaciones de ranura larga sin consideración de la dirección de carga en cone$iones de desli#amiento crtico, pero deen ser perpendiculares a la direcci dirección ón de carga carga en cone$i cone$iones ones de tipo tipo aplast aplastami amient ento. o. Guando Guando se utili# utili#an an perforaciones de ranura larga en una pie#a e$terior, se dee proveer de planchas de a!usta (lainas), o una arra continua con perforaciones estándar, %ue tenga un tamaño suficiente para curir completamente la ranura despu&s de la instalación. ?n cone$iones con pernos de alta resistencia, tales planchas de a!uste o arras continuas deen tener un espesor no menor %ue < mm y deen ser de un material con grado estructural, pero no necesitan ser endurecidas. Guando se necesiten arandelas o golillas endurecidas para ser utili#adas en pernos de alta resistencia, las golillas endurecidas deen ser uicadas sore la superficie e$terior de la plancha de a!uste o arra.
4. ?spaciamiento mnimo La distancia entre centros de perforaciones estándar, soremedidas o ranuradas, no dee ser menor %ue 00:- veces el diámetro nominal, d, del conector' se prefiere una distancia de -d.
1. Distancia mnima al orde La distancia desde el centro de una perforación estándar hasta el orde de una parte conectada en cual%uier dirección, no dee ser menor %ue el valor aplicale de la *ala C-.4, o el re%uerido en la sección C-.3. La distancia desde el centro de una perforación soredimensionada o ranurada hasta el orde de una parte conectada no dee ser menor %ue el re%uerido por una perforación estándar hasta el orde de una parte conectada más el incremento aplicale de la *ala C-.1.
C 2 %ue se otiene
K. Distancias a los ordes y espaciamiento má$imo La distancia má$ima desde el centro de cual%uier perno o remache hasta el orde más cercano de partes en contacto dee ser 30 veces el espesor de la parte con conect ectada ada a!o consi nsiderac ración, ón, pero no dee e$ceder de 31 mm. ?l espaciamiento longitudinal de los conectores entre los elementos en contacto continuo consistentes de un perfil o dos planchas dee ser la siguiente a) 8ara miemr emro os pin pintado ados o sin pinta ntar no su!et u!eto os a corro rrosión, el espaciamiento no dee e$ceder de 04 veces el espesor de la plancha más delgada o -1 mm. ) 8ara 8ara miem miemr ros os sin sin pint pintar ar de acer acero o de alta alta resi resist sten enci cia a a la corr corros osió ión n atmosf&rica, el espaciamiento no dee e$ceder de 34 veces el espesor de la plancha más delgada o 3< mm.
/. Besistencia de *racción y Gorte de 8ernos y 8artes enroscadas R n , y la resistencia admisile
∅
La resistencia de diseño de tracción y de corte, de trac tracci ción ón y de corte corte,,
Rn / Ω , de un perno de alta resistencia con apriete
a!ustado o pretensionado de una parte roscada dee ser determinada de acuerdo con los estados lmites de ruptura en tracción y ruptura en corte como se indica a continuación Rn= F n A b
Donde F n =¿ *ensión de tracción nominal,
F n t , o tensión de corte nominal,
F n v ,
2
seg@n la tala C-.0, 9gf: cm (+8a) A b =¿
Orea Orea rut ruta a del del perno perno o part parte e rosc roscada ada (par (para a arra arrass con con e$tr e$trem emos os 2
2
ensanchados, ver nota al pie ;d>, *ala *ala C-.0), cm ( m m ). La resistencia re%uerida de tracción dee incluir cual%uier tracción resultante por la acción de palanca producida por la deformación de las partes conectadas.
<. Gominación de *racción y Gorte en cone$iones *ipo plastamiento plastamiento
La resistencia disponile disponile de tracción tracción de un perno solicitado solicitado por una cominación cominación de tracción y corte dee ser determinada de acuerdo con los estados lmites de rotura en tracción y en corte de acuerdo con lo siguiente Rn= F ´ nt A b
Donde F ´ nt =¿ *ensión de tracción nominal modificada para incluir los efectos de la 2
tensión de corte, 9gf: cm (+8a). F ´ nt =1.3 F nt −
F nt Ω F nv nv
F ´ nt =1.3 F nt −
F nt =¿
f rv ≤ F nt (LB6D)
Ω F nt F nv
f r v ≤ F nt ("D)
2
*ensión *ensión de tracción nominal, seg@n la tala C-.0, 9gf: cm (+8a)
2 F nv =¿ *ensión *ensión de corte nominal, seg@n la tala C-.0, 9gf: cm (+8a)
f rv= ¿
2
*ensión re%uerida de corte, 9gf: cm (+8a)
La resistencia disponile de corte del conector dee ser igual o mayor a la re%uerida de corte, f rv . 5. 8ernos de lta resistencia en Gone$iones de Desli#amiento Grtico Las cone$iones de desli#amiento crtico deen ser diseñadas para prevenir el desl desli# i#am amie ient nto o y para para sati satisf sface acerr los los esta estados dos lmi lmite tess en cone$ cone$ion iones es de tipo tipo aplastamiento cuando los pernos de desli#amiento crtico pasen a trav&s de
rellenos, todas las superficies su!etas al desli#amiento deen estar preparadas para alcan#ar la resistencia de desli#amiento. La resistencia de desli#amiento disponile Rn= μ Du hf T b ns
a) 8ara perforaci perforaciones ones de tamaño tamaño estándar estándar y de ranura ranura corta corta perpendicular perpendiculares es a la dirección de la carga ) 8ara perforaci perforaciones ones de soretam soretamaño año y de ranura ranura corta corta paralelos paralelos a la dirección de la carga c) 8ara 8ara perfor perforaci aciones ones de ranur ranura a larga larga
Donde μ=¿
Goefic Goeficien iente te de desli# desli#ami amient ento o promedi promedio o para para superf superfici icies es Glase Glase o E,
cuando sea aplicale, determinado como sigue o mediante ensayos. i.
8ara 8ara super superfifici cies es Glas Glase e ("up ("uper erfifici cies es de acer acero o sin sin pint pintar ar,, limp limpia ias, s, con con escamas de fárica o superficies con año Glase en acero limpiado a chorro de arena y galvani#ada en caliente y superficies rugosas.) μ=0.30
ii. ii.
8ara 8ara sup superf erficie iciess Glase lase E (sup (super erfficie iciess de acer acero o sin sin pint pintar ar,, limpi impiad adas as mediante chorro de arena o superficies con año Glase E en acero limpiado mediante chorro de arena). μ= 0.50
Du=¿ 3.3-' multiplicador %ue refle!a la ra#ón entre la pretensión media del perno
instalado y la pretensión mnima especificada del perno' el uso de otros valores pueden ser aproador por el ingeniero estructural responsale del proyecto. T b=¿ *racción mnima del conector entregada en la *ala *ala C-.3, * (9H)
h f =¿ 6actor por rellenos, determinado seg@n se indica a continuación
i.
Guando Guando los pernos pernos han han sido sido agrega agregados dos para para distri distriui uirr cargas cargas en el el relle relleno no h f =1.00
ii. ii.
Guan Guando do los los perno pernoss no han han sido sido agreg agregad ados os para para dist distri riu uir ir la carg carga a en el relleno. a. 8ara 8ara un rellen relleno o entre entre las parte partess conecta conectadas das h f =1.00 . 8ara dos dos o más más rellenos rellenos entre las partes partes conecta conectadas das h f =.85
n s=¿ H@meros de planos de desli#amiento
3. Gominación de *racción y corte en Gone$iones de Desli#amiento Guando una cone$ión de desli#amiento crtico es solicitada por una tracción %ue disminuye la fuer#a de apriete neta, la resistencia de desli#amiento disponile por perno, perno, de la secció sección n C-.<, C-.<, dee dee ser multipli multiplicada cada por el factor, factor,
K sc
, como se
muestra a continuación T u K SC =1 − ( LRFD ) Du T b nb 1.5 T a K SC =1 − ( ASD ) Du T b nb
Donde T a=¿ Garga de tracción re%uerida deida a las cominaciones de carga "D, *
(Pn) T u =¿ Garga de tracción tracción re%uerida deida a las cominaciones cominaciones de carga LB6D,
* (Pn)
nb =¿ H@mero de pernos %ue transmiten la tracción aplicada
33. 33. Besistencia de plastamiento de 8erforaciones de 8ernos La resistencia de aplastamiento disponile,
R n o Rn / Ω , en perforaciones de
∅
pernos dee ser determinada para el estado lmite de aplastamiento como se muestra a continuación
La resis resiste tenci ncia a nomi nomina nall de apla aplast stam amie ient nto o del materi material al conect conectado ado,,
Rn , es
determinada como sigue a) 8ara un perno perno en una cone$ión cone$ión con perforaci perforaciones ones estándar estándar,, soremedid soremedidas as y de ranu ranura ra cort corta, a, inde ndepend pendiient entes de la dire direcc cciión de carg carga, a, o en perforaciones de ranura larga con la ranura paralela a la dirección de la fuer#a de aplastamiento i. Guan Guando do la defor deforma maci ción ón en la perfo perfora raci ción ón del del perno perno a!o a!o carg cargas as de servicio, se considera en el diseño Rn=1.2 l c t F u ≤ 2.4 dt F u ii. ii.
Guan Guando do la defor deforma maci ción ón en la perfo perfora raci ción ón del del perno perno a!o a!o carg cargas as de servicio no se considera en el diseño R n=1. 5 l c t F u ≤ 3.0 dt F u
) 8ara 8ara un perno en una cone$ión cone$ión con perfor perforacio aciones nes de ranura ranura larga larga con la ranura perpendicular a la dirección de la fuer#a Rn=1.0 l c t F u ≤ 2.0 dt F u c) 8ara 8ara cone$ cone$io iones nes hech hechas as util utili# i#an ando do perno pernoss %ue %ue pasa pasan n comp comple leta tame ment nte e a trav&s de miemros ca!ón no atiesados o perfiles tuulares, ver la sección C/ y la ecuación C/3. Donde F u =¿ Besistencia @ltima mnima especificada del material conectado, 9gf: cm2
(+8a)
d 7 Diámetro nominal del perno, cm (mm) lc =¿ Distancia lire, en la dirección de la carga, entre el orde de la perforación
y el orde de la perforación adyacente o orde del material, cm (mm). t 7 ?spesor del material conectado, cm (mm) Las resistencias al aplastamiento de las cone$iones deen ser tomadas como la suma de las resistencias de aplastamiento de los pernos individuales. La resistencia de aplastamiento dee ser revisada tanto para las cone$iones de tipo aplastamiento, com para las de desli#amiento crtico. ?l uso de perforaciones soremedidas y perforaciones de ranura corta y larga paralelas a la lnea de carga se restringe a cone$iones de desli#amiento crtico, seg@n se indica en la sección C-.0. 30. Gonectores especiales La resi resist sten enci cia a nomi nomina nall de cone conect ctor ores es espe especi cial ales es dist distin into toss a los los pern pernos os presentados en la *ala *ala C-.0 dee ser s er verificada mediante ensayos. ensa yos. 3-. Gonectores de tracción Guando pernos u otros conectores son conectados a ca!ones no atiesados o a la pared de perfiles tuulares, la resistencia de la pared dee ser determinada mediante análisis estructural.
