¡Uniones a momento - calcúlalas todas!

En términos generales, la unión a momento es una junta que, además de fuerzas normales y de cortante, permite la transferencia de fuerzas de momento flector entre dos elementos estructurales o desde la estructura a la cimentación. 

Algún tipo de unión a momento se puede encontrar en casi cualquier estructura, pero su uso típico es en 

• pórticos transversales de naves de acero
• pórticos de estructuras de varios pisos
• pórticos de arriostramiento como alternativa a los campos de arriostramiento

Existen varios tipos de clasificación:

Según la sección transversal utilizada:

• Secciones abiertas
• Secciones huecas
• Combinadas

Según los elementos de unión:

• Soldadas (únicamente)
• Atornilladas (únicamente)
• Combinadas

Según el uso en estructuras sísmicas:

• Sísmicas
• No sísmicas

Según la tipología

• Placa de extremo a toda altura
• Placa de extremo extendida
• Placa de extremo extendida rigidizada
• Viga con cartela
• etc.

La mayoría de las veces, cuando hablamos de uniones a momento, nos referimos a uniones rígidas. Pero no debemos olvidar las uniones semirrígidas (o parcialmente restringidas), que también pueden transferir momentos flectores significativos. La rigidez de la unión a momento es crucial y puedes encontrar información útil en nuestra entrada de blog dedicada a este tema.  

Desde la perspectiva del diseño estructural, el mundo se divide en dos tipos de regiones continentales: sísmicamente activas y sísmicamente no activas.

Es la ubicación de la estructura diseñada lo que resulta crucial para las opciones y límites que considera el proyectista. Cuando la estructura debe tratarse como una estructura sísmica, el modelo estructural global debe ajustarse con gran precisión al comportamiento esperado bajo carga sísmica. La rigidez lateral estructural debe asegurarse con una tipología estructural adecuada. Para este fin, los ingenieros estructurales recurren principalmente a arriostramientos diagonales, muros de cortante o pórticos resistentes a momento (MRF).

Uniones sísmicas AISC 

Existe una lista de uniones apropiadas para estos pórticos, establecida por las directrices de diseño de EE. UU. Se conocen como Uniones Precalificadas especificadas en ANSI/AISC 358-16.

Puedes encontrar algunos ejemplos en las imágenes a continuación: 

1. Sección de viga reducida (RBS)
2. Placa de extremo extendida no rigidizada atornillada (BUEEP)
3. Placa de extremo extendida rigidizada atornillada (BSEEP)
4. Placa de ala atornillada (BFP)
5. Ala no reforzada soldada - alma soldada (WUF-W)
6. Ménsula atornillada Kaiser (KBB)
7. Unión a momento Simpson Strong-Tie (Strong Frame)
8. Unión a momento de doble T

Uniones a momento para HSS (secciones huecas de acero)

Como mencionamos anteriormente, las uniones a momento no son adecuadas únicamente para secciones abiertas. Con frecuencia se desea o se necesita utilizar también la sección hueca. ¿Tenemos opciones? Sí, las tenemos:

• Uniones de viga continua sobre columna HSS
• Uniones a momento con placa pasante
• Uniones a momento con placa recortada / con collarín
• Uniones a momento con ala en T soldada
• Uniones a momento con placa de extremo
• Uniones a momento con placa de diafragma
• Uniones directamente soldadas

Alguien podría decir: Sí, pero las HSS no están permitidas para uniones sísmicas precalificadas. Eso es cierto, a menos que se utilicen en tipos de uniones a momento SidePlate.

     (a) construcción de viga y columna de ala ancha en un lado;

     (b) construcción de viga y columna de ala ancha en dos lados;

     (c) viga de ala ancha a columna HSS o de caja armada;

     (d) viga HSS sin placas de cubierta a columna de ala ancha;

     (e) viga HSS con placas de cubierta a columna de ala ancha; 

     (f) viga HSS con placas de cubierta a columna HSS o de caja armada

IDEA StatiCa Connection ha preparado plantillas incluso para estos tipos de uniones poco frecuentes y complicadas. Puedes ahorrar mucho tiempo utilizándolas.

Uniones sísmicas EN - Equaljoints

Los esfuerzos continuos por adaptar las uniones sísmicas también en los códigos europeos de diseño de estructuras de acero están presentes desde hace un tiempo considerable.

Un proyecto denominado Equaljoints está siendo desarrollado actualmente por ECCS (Convención Europea para la Construcción en Acero) en el marco de las actividades orientadas a establecer directrices para el diseño de uniones sísmicas para la normalización de los Eurocódigos.

     a) Unión con cartela

     b) Junta con placa de extremo extendida rigidizada

     c) Junta con placa de extremo extendida no rigidizada

     d) Juntas dog-bone

Este proyecto proporcionará criterios de precalificación de juntas de acero para la próxima versión de EN 1998-1: Diseño de estructuras para resistencia sísmica. IDEA StatiCa participa en este proyecto y los resultados experimentales fueron comparados con los resultados del análisis CBFEM incorporado en la aplicación Connection. Puedes echar un vistazo aquí a cómo se llevan a cabo los experimentos y verificaciones en la práctica.

Rigidizadores 

Cuando necesitas transferir un gran momento flector de un elemento a otro, a menudo tienes que añadir algunos rigidizadores de placa para mantener la continuidad del flujo de fuerzas. Pero ¿dónde y cómo diseñarlos correctamente? 

A veces es la propia estructura la que limita las opciones y debemos ajustar el diseño a otros elementos estructurales. Por otro lado, cuando tienes el lujo de diseñar los rigidizadores según tu mejor criterio, debes conocer las opciones disponibles. 

Algunos ejemplos de disposición de rigidizadores:

Optimización de costes

Las uniones a momento no son las más económicas. De hecho, pueden ser la parte más costosa de toda la estructura cuando se tienen en cuenta la producción, el transporte y el montaje.

Siempre existe un gran número de posibilidades para diseñar una unión concreta, pero la experiencia nos ayuda a elegir la correcta. Una gran funcionalidad que puede ayudarte a elegir el diseño más apropiado y eficaz es la calculadora de costes de producción, que te muestra de inmediato cómo los cambios en el diseño influyen en el precio.

Cálculo y evaluación 

Existen muchas formas y herramientas para el cálculo y la evaluación del tipo específico de unión a momento. Puedes encontrar muchas aplicaciones que proporcionan verificaciones normativas para disposiciones de uniones particulares. Pero si quieres evaluar literalmente cualquiera de ellas, la lista de opciones se reduce. Si tu unión no forma parte únicamente de elementos separados y está integrada en una estructura espacial con otros elementos conectados, solo te quedan dos opciones:

1) La primera es modelar todo el conjunto de la unión como un modelo no lineal de elementos de lámina en algunas aplicaciones avanzadas de MEF sin la posibilidad de verificación normativa según una norma específica.

2) La segunda opción es utilizar la aplicación IDEA StatiCa Connection. En este caso, no tienes limitaciones en el modelado y los análisis. En pocos minutos, preparas las verificaciones de pernos, soldaduras y tensión-deformación directamente según el código de diseño seleccionado. 

Simplemente selecciona tu plantilla, edítala, optimízala según los resultados y evalúa todas las verificaciones necesarias en pocos minutos:

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