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Sonja von Bloh, M.Sc.

18-01-2024

Diseño de soldaduras en ángulo según UNE-EN 1993-1-8

La costura de filete es la forma de costura más comúnmente encontrada en la construcción de acero estructural. Según EN 1993-1-8, 4.3.2.1 (1) [1], las costuras de filete se pueden utilizar para la conexión de componentes si los flancos forman un ángulo de apertura de 60° a 120°.

El espesor efectivo de la soldadura a de una soldadura de filete se suele considerar como la altura del triángulo (isósceles o no isósceles) inscrito medida hasta el punto teórico de la raíz, ver Imagen 01.

Espesor de la soldadura en ángulo a para una penetración normal (a) y profunda (b)

Espesor de la soldadura en ángulo a para diferentes penetraciones. Espesor de la soldadura en ángulo a para penetración normal b Espesor de la soldadura en ángulo para penetración profunda

Capacidad de carga de soldaduras de filete

La capacidad de carga de las soldaduras de filete, según 1993-1-8 [1], generalmente se determina utilizando el método direccional o el método simplificado. El método direccional se detalla a continuación.

Se supone que la tensión aplicada se distribuye uniformemente a través de la sección transversal de la soldadura, lo que conduce, como se muestra en la Imagen 02, a las siguientes tensiones normales y de corte:

σ⊥ Tensión normal perpendicular al eje de la soldadura σ|| Tensión normal paralela al eje de la soldadura τ⊥ Tensión de corte (en el plano de la superficie del filete) perpendicular al eje de la soldadura τ|| Tensión de corte (en el plano de la superficie del filete) paralela al eje de la soldadura

Tensiones de soldadura en la sección eficaz de soldadura en ángulo

Al determinar la capacidad de carga de la soldadura de filete, se ignoran las tensiones normales σ|| paralelas al eje de la soldadura.

La capacidad de carga de una soldadura de filete es suficiente si se cumplen las siguientes condiciones:

\begin{array}{l} \sqrt{σ_{⊥}^{2} + 3 \cdot (τ_{⊥}^{2} + τ_{| |}^{2})} \leq \frac{f_{u}}{β_{w} \cdot γ_{M 2}} \\ σ_{⊥} \leq 0, 9 \cdot \frac{f_{u}}{γ_{M 2}} \end{array}

Fórmula 1

Donde fu es la resistencia a la tracción del componente más débil, βw es el coeficiente de correlación (ver EN 1993-1-8, Tabla 4.1), γM2 es el coeficiente parcial de seguridad para la capacidad de carga de las soldaduras.

Ejemplo

Verificación de las soldaduras de filete del viga mostrada en la Imagen 03 de [2].

Material: S235, fu = 36,0 kN/cm², βw = 0,8 Diagrama de fuerzas: Vz = 350 kN

Viga

Centroide

z_{S} = \frac{Σ (A_{i} \cdot z_{Si})}{{ΣA}_{i}} = \frac{91, 48 \cdot 43, 72 40, 00 \cdot 44, 00 48, 00 \cdot 23, 00 45, 00 \cdot 1, 50}{224, 48} = 30, 88 cm

Fórmula 2

Momento de inercia Respecto al eje principal, el momento de inercia es:

\begin{array}{l} I_{y} = \sum (I_{yi} + A_{i} \cdot z_{si}^{2}) - \frac{{(\sum A_{i} \cdot z_{Si})}^{2}}{{ΣA}_{i}} = \\ = 850, 88 \frac{20, 00 \cdot 2, 00 ³}{12} \frac{1, 20 \cdot 40, 00 ³}{12} \frac{15, 00 \cdot 3, 00 ³}{12} 91, 48 \cdot 43, 72 ² 40, 00 \cdot 44, 00 ² 48, 00 \cdot 23, 00 ² 45, 00 \cdot 1, 50 ² - \\ - \frac{(91, 48 \cdot 43, 72 40, 00 \cdot 44, 00 48, 00 \cdot 23, 00 45, 00 \cdot 1, 50) ²}{224, 48} = \\ = 71.095 {cm}^{4} \end{array}

Fórmula 3

Momentos estáticos Respecto al eje principal, los momentos estáticos para las partes conectadas de la sección mediante las soldaduras ➀, ➁ y ➂ se calculan como: Sy,1 = A1 ∙ (zS,1 - zS) = 91,48 ∙ (43,72- 30,88) = 1.175 cm³ Sy,2 = Sy,1 + A2 ∙ (zS,2 - zS)= 1175 + 40,00 ∙ (44,00 - 30,88) = 1.700 cm³ Sy,3 = A3 ∙ (zS - zS,3) = 45,00 ∙ (30,88- 1,50) = 1.322 cm³

Verificación de las soldaduras

\begin{array}{l} τ_{| |, Vz, i} = \frac{- V_{z} \cdot S_{y, i}}{I_{y} \cdot {Σa}_{w, i}} \leq \frac{f_{u}}{\sqrt{3} \cdot β_{w} \cdot γ_{M 2}} = \frac{36, 0}{\sqrt{3} \cdot 0, 8 \cdot 1, 25} = 20, 78 kN / cm ² \\ τ_{| |, Vz, 1} = \frac{- 350 \cdot 1.175}{71.095 \cdot 2 \cdot 0, 4} = - 7, 23 kN / cm ² < 20, 78 kN / cm ² \\ τ_{| |, Vz, 2} = \frac{- 350 \cdot 1.700}{71.095 \cdot 2 \cdot 0, 5} = - 8, 37 kN / cm ² < 20, 78 kN / cm ² \\ τ_{| |, Vz, 3} = \frac{- 350 \cdot 1.322}{71.095 \cdot 2 \cdot 0, 4} = - 8, 13 kN / cm ² < 20, 78 kN / cm ² \end{array}

Fórmula 4

DUENQ

En DUENQ, se pueden calcular las tensiones de corte (en el plano de la superficie del filete) paralelas al eje de la soldadura τ|| en las soldaduras de filete y se puede verificar la capacidad de carga. Al modelar, es importante tener en cuenta que la soldadura debe estar conectada en los bordes de dos elementos. Uno de estos elementos también puede ser un elemento nulo.

En la columna H "Elemento continuo" de la Tabla 1.6 Soldaduras, se pueden especificar los elementos continuos. No se calculan tensiones de soldadura en estos elementos. Si no se especifica ningún elemento en la columna H, se calculan las tensiones de soldadura en todos los elementos a los que está conectada la soldadura. Estos elementos se pueden encontrar en la columna B "No. de elementos".

La Imagen 04 muestra la definición de soldadura para el ejemplo tratado.

Tabla 1.6 Soldaduras

La Tabla 5.1 Tensiones de soldadura muestra las tensiones τ|| para las soldaduras definidas en la Tabla 1.6 Soldaduras. La Imagen 05 muestra las tensiones de soldadura para el ejemplo tratado.

Tabla 5.1 Tensiones de soldadura

Bibliografía [1] Eurocódigo 3: Diseño y construcción de estructuras de acero - Parte 1-8: Diseño de conexiones; EN 1993-1-8:2005 + AC:2009 [2] Petersen, C.: Diseño estructural de acero, 4ª edición. Wiesbaden: Springer Vieweg, 2013

Autor

Sra. von Bloh proporciona soporte técnico a nuestros clientes y es responsable del desarrollo del programa SHAPE-THIN, así como de las estructuras de acero y aluminio.

Enlaces

Software de propiedades de secciones

Referencias

Recomendaciones europeas para el cálculo de uniones simples en estructuras de acero. ECCS - European Convention for Constructional Steelwork, Mem Martins, edition = 1. 2009.

Descargas

Archivo del modelo de SHAPE-THIN

364 KB

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