CONEXIONES TRABE COLUMNA.

Ing. Octavio Alvarez Valadez

Uno de los aspectos de mayor trascendencia en el diseño de estructuras de acero para edificios es la concepción de las diversas conexiones estructurales. La solución de éstas, depende de numerosos factores: criterio y experiencia del estructurista, forma y tamaño de las piezas que se van a unir, tipos de solicitaciones que se presentan en los elementos estructurales involucrados, tipos y características de los sujetadores empleados (tornillos de alta resistencia y soldadura) y del material de los miembros estructurales.

La importancia de las conexiones, radica en la forma en que se transmitirán las acciones a la estructura, de acuerdo al modelo con que se hizo el análisis.

La resistencia de la estructura depende del adecuado uso de los métodos de conexión. Es conveniente que las conexiones soldadas se hagan en taller y atornilladas en campo.

La soldadura en campo se restringe en lo posible por las condiciones del medio ambiente y la accesibilidad.

Existe una amplia variedad de conexiones y uniones estructurales en edificios de acero y sus componentes, aunque no todas se utilizan comúnmente en nuestro medio. A pesar de la importancia de las conexiones estructurales trabe-columna, en muchos casos no se presta la atención necesaria en este aspecto fundamental, lo que puede propiciar el comportamiento inadecuado de una estructura e incrementar sustancialmente el costo de la obra.

La elección de un tipo específico de una conexión, junta o unión estructural depende de los siguientes factores:

1. Condiciones de la carga.
2. Tipo y espesor de los materiales conectados.
3. Resistencia requerida de la conexión.
4. Configuración del material.
5. Disponibilidad de equipo o herramientas y elementos de unión.
6. Lugar de montaje, taller o campo.
7. Costo.
8. Experiencia de la mano de obra.
9. Normalización.
En nuestro medio, actualmente se utilizan fundamentalmente tres tipos de conexiones rígidas entre trabes y columnas:

• Conexión con placas horizontales,
• Conexión con placa extrema y
• Conexión tipo árbol.
Las conexiones atornilladas presentan mejores ventajas cuando se emplean en obra.

Las conexiones estructurales rígidas trabe columna atornilladas pueden fabricarse a menor costo y con mayor rapidez en taller mediante el uso de máquinas computarizadas de control numérico CNC y el atornillado en campo elimina muchos de los errores comunes que se cometen en estructuras diseñadas con uniones soldadas.

Una estructura atornillada es un mecano, y solamente puede armarse de una sola manera, no se deforma por la aplicación del calor en las pocas soldaduras depositadas en campo. En una conexión atornillada, con un porcentaje bajo de soldadura con todos los tipos de éstas (de penetración completa y de filete), se hacen en taller y las deformaciones ocasionadas por el calor durante el proceso de soldadura, pueden corregirse antes de que la estructura sea embarcada a obra. El montaje se vuelve mucho más rápido y la calidad mucho más fácil de controlar. Es cierto que por lo general las juntas atornilladas pesan ligeramente más que las estructuras soldadas en campo, pero las ventajas que proporcionan compensan en mucho este incremento de costo.

Conexión trabe columna con placas horizontales soldadas en los patines de la trabe.
Esta junta rígida es una de las más comunes en México; consiste en colocar placas horizontales de sección rectangular prismática por arriba y debajo de los patines superior e inferior de las trabes para transmitir el momento flexionante de la columna a la viga, y una placa vertical rectangular en el alma de la trabe para transmitir la fuerza cortante.



Conexión trabe columna con placas horizontales atornilladas en los patines de la trabe.
Esta junta rígida. En este caso, los tornillos que se colocan en las placas a momento son perpendiculares a las fuerzas de tensión y compresión derivadas del momento flexionante, y trabajan a cortante como ocurría con las conexiones remachadas, aunque por medio del apriete que se les proporciona, en realidad trabajan a tensión.



Conexión trabe columna con placa extrema.
Este tipo de conexión rígida trabe columna, es la que se denomina “end plate “(placa extrema) y consiste en colocar en taller, una placa vertical rectangular en los extremos de las trabes y en este caso, los tornillos de alta resistencia requeridos para la unión de las trabes con las columnas se colocan horizontales.

La placa extrema debe garantizar la transmisión del momento flexionante y de la fuerza cortante a la columna. Debe tener dimensiones adecuadas para evitar la rotación de la trabe respecto a su propio eje y ser lo suficientemente flexible para permitir la rotación de la trabe respecto a la columna. El uso frecuente y la gran popularidad de las conexiones con placa extrema se deben fundamentalmente a la sencillez y economía que brinda su diseño, fabricación y montaje. Estas conexiones tienen la ventaja de que requieren menor supervisión y el tiempo de montaje en obra se reduce de manera importante con relación a las conexiones totalmente soldadas.



Conexión rígida trabe columna tipo árbol cien por ciento atornillada en campo.
En el diseño de las conexiones estructurales rígidas trabe-columna atornilladas en México y Japón hay una analogía, éstas son resistentes a momento en las dos direcciones ortogonales. Esta unión se basa en el concepto de columna tipo árbol, que ha sido ampliamente utilizado en Japón, en la que un tramo corto de la trabe que se denomina muñón o brazo, se fabrica y suelda en taller directamente a los patines de la columna.