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

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La soldadura en ángulo es el tipo de soldadura más común en la construcción de estructuras metálicas. Según UNE-EN 1993-1-8, 4.3.2.1 (1) [1], las soldaduras en ángulo pueden utilizarse en partes de las conexiones cuyas caras de fusión formen un ángulo comprendido entre 60° y 120°.

El espesor efectivo de soldadura a de una soldadura de filete se debe tomar como la altura del triángulo más grande (con patas iguales o desiguales) que se puede inscribir dentro de las caras de fusión y la superficie de soldadura, medida perpendicularmente al lado exterior de este triángulo, ver Figura 01.

Figura 01 - Espesor de la soldadura de filete a en la penetración normal (a) y en la penetración profunda (b)

Resistencia de diseño de soldaduras de filete

De acuerdo con 1993-1-8 [1] , la resistencia de diseño de una soldadura de filete se determina generalmente utilizando el método direccional o el método simplificado. El método direccional se describe a continuación.

Se supone una distribución uniforme de la tensión en la sección de la soldadura, que conduce a las tensiones normales y las tensiones de corte mostradas en la Figura 02, como sigue:

  • σ tensión normal perpendicular al eje de soldadura
  • σ|| tensión normal paralela al eje de soldadura
  • τ esfuerzo cortante (en el plano de la superficie de soldadura de filete) perpendicular al eje de soldadura
  • τ|| esfuerzo cortante (en el plano de la superficie de soldadura del filete) paralelo al eje de soldadura

Figura 02 - Tensiones de soldadura en la sección efectiva de soldadura de filete

El estrés normal σ|| paralela al eje no se considera al verificar la resistencia de diseño de la soldadura de filete.

La resistencia de diseño de la soldadura de filete será suficiente si se cumplen las siguientes condiciones:

$$\begin{array}{l}\sqrt{\mathrm\sigma_\perp^2\;+\;3\;\cdot\;(\mathrm\tau_\perp^2\;+\;\mathrm\tau_{\vert\vert}^2)}\;\leq\;\frac{{\mathrm f}_{\mathrm u}}{{\mathrm\beta}_{\mathrm w}\;\cdot\;{\mathrm\gamma}_{\mathrm M2}}\\{\mathrm\sigma}_\perp\;\leq\;0,9\;\cdot\;\frac{{\mathrm f}_{\mathrm u}}{{\mathrm\gamma}_{\mathrm M2}}\end{array}$$

Donde
fu es la tensión de tracción máxima nominal de la parte más débil unida
βw es el factor de correlación apropiado (ver EN 1993-1-8, Tabla 4.1)
γM2 es el factor de seguridad parcial para la resistencia de las soldaduras

Ejemplo

Diseño de una soldadura de filete de la viga mostrada en la figura 03 de [2] .

Material: S235, fu = 36.0 kN/cm², βw = 0.8
Fuerzas internas: Vz = 350 kN

Figura 03 - Viga

Centro de gravedad

$${\mathrm z}_\mathrm S\;=\;\frac{\mathrm\Sigma({\mathrm A}_\mathrm i\;\cdot\;{\mathrm z}_\mathrm{Si})}{{\mathrm{ΣA}}_\mathrm i}\;=\;\frac{91,48\;\cdot\;43,72\;+\;40,00\;\cdot\;44,00\;+\;48,00\;\cdot\;23,00\;+\;45,00\;\cdot\;1,50}{224,48}\;=\;30,88\;\mathrm{cm}$$

Momento de inercia
Con respecto al centroide, el momento de inercia es:

$$\begin{array}{l}{\mathrm I}_{\mathrm y}\;=\;\sum({\mathrm I}_{\mathrm{yi}}\;+\;{\mathrm A}_{\mathrm i}\;\cdot\;\mathrm z_{\mathrm{si}}^2)\;-\;\frac{\left(\sum{\mathrm A}_{\mathrm i}\;\cdot\;{\mathrm z}_{\mathrm{Si}}\right)^2}{{\mathrm{ΣA}}_{\mathrm i}}\;=\\=\;850,88\;+\;\frac{20,00\;\cdot\;2,00³}{12}\;+\;\frac{1,20\;\cdot\;40,00³}{12}\;+\;\frac{15,00\;\cdot\;3,00³}{12}\;+\;91,48\;\cdot\;43,72²\;+\;40,00\;\cdot\;44,00²\;+\;48,00\;\cdot\;23,00²\;+\;45,00\;\cdot\;1,50²\;-\\-\;\frac{(91,48\;\cdot\;43,72\;+\;40,00\;\cdot\;44,00\;+\;48,00\;\cdot\;23,00\;+\;45,00\;\cdot\;1,50)²}{224,48}\;=\\=\;71.095\;\mathrm{cm}^4\end{array}$$

Momentos estáticos
Con respecto al centroide, los momentos estáticos de las secciones conectadas se calculan utilizando las soldaduras ➀, ➁ y ➂:
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

Weld design

$$\begin{array}{l}{\mathrm\tau}_{\vert\vert,\mathrm{Vz},\mathrm i}\;=\;\frac{-{\mathrm V}_\mathrm z\;\cdot\;{\mathrm S}_{\mathrm y,\mathrm i}}{{\mathrm I}_\mathrm y\;\cdot\;{\mathrm{Σa}}_{\mathrm w,\mathrm i}}\;\leq\;\frac{{\mathrm f}_\mathrm u}{\sqrt3\;\cdot\;{\mathrm\beta}_\mathrm w\;\cdot\;{\mathrm\gamma}_{\mathrm M2}}\;=\;\;\frac{36,0}{\sqrt3\;\cdot\;0,8\;\cdot\;1,25}\;=\;20,78\;\mathrm{kN}/\mathrm{cm}²\\{\mathrm\tau}_{\vert\vert,\mathrm{Vz},1}\;=\;\frac{-350\;\cdot\;1.175}{71.095\;\cdot\;2\;\cdot\;0,4}\;=\;-7,23\;\mathrm{kN}/\mathrm{cm}²\;<\;20,78\;\mathrm{kN}/\mathrm{cm}²\\{\mathrm\tau}_{\vert\vert,\mathrm{Vz},2}\;=\;\frac{-350\;\cdot\;1.700}{71.095\;\cdot\;2\;\cdot\;0,5}\;=\;-8,37\;\mathrm{kN}/\mathrm{cm}²\;<\;20,78\;\mathrm{kN}/\mathrm{cm}²\\{\mathrm\tau}_{\vert\vert,\mathrm{Vz},3}\;=\;\frac{-350\;\cdot\;1.322}{71.095\;\cdot\;2\;\cdot\;0,4}\;=\;-8,13\;\mathrm{kN}/\mathrm{cm}²\;<\;20,78\;\mathrm{kN}/\mathrm{cm}²\end{array}$$

SHAPE-THIN
En SHAPE-THIN, el esfuerzo cortante (en el plano de la superficie de soldadura de filete) paralelo al eje de soldadura τ|| se puede calcular sobre soldaduras de filete y se puede diseñar la resistencia. Al modelar, la soldadura se debe conectar a los bordes de dos elementos. Uno de estos elementos también puede ser un elemento ficticio.

En la columna H 'Elemento continuo' de la tabla 1.6 Soldaduras, puede definir los elementos continuos. No se calculan tensiones de soldadura sobre estos elementos. Si no hay ningún elemento especificado en la columna H, los esfuerzos de soldadura se determinan en todos los elementos a los que está conectada la soldadura. Estos elementos se pueden tomar de la columna B 'Elementos no'.

La figura 04 muestra la definición de soldadura para el ejemplo descrito en este artículo.

Figura 04 - Tabla 1.6 Soldaduras

La tabla 5.1 Soldaduras muestra los esfuerzos resultantes τ|| para las soldaduras definidas en la Tabla 1.6 Soldaduras. La figura 05 muestra los esfuerzos de soldadura para el ejemplo descrito en este artículo.

Figura 05 - Tabla 5.1 Soldaduras

Referencia

[1]Eurocódigo 3: Diseño de estructuras de acero. Parte 1-8: Diseño de juntas; EN 1993‑1‑8: 2005 + AC: 2009
[2] Petersen, C. (2013). Edición Wiesbaden: Springer Vieweg.

Palabras clave

Soldadura de filete Soldadura Tensión de soldadura Diseño de costura de soldadura Diseño de soldadura de filete

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