Verificación normativa de soldaduras (AISC)

Las soldaduras en ángulo se verifican según AISC 360 - Capítulo J2. Se asume que la resistencia de las soldaduras de ranura CJP es igual a la del metal base y no se verifica.

Soldaduras en ángulo

La resistencia de cálculo, ϕR_n, y la resistencia admisible, R_n/Ω, de las uniones soldadas se evalúan en la verificación normativa de soldaduras de la unión.

ϕ = 0.75    (Diseño por Factores de Carga y Resistencia, LRFD, editable en la configuración de norma)

Ω = 2.00    (Diseño por Resistencia Admisible, ASD, editable en la configuración de norma)

La resistencia disponible de las uniones soldadas se evalúa según AISC 360-16 – J2.4

R_n = F_nw A_we

F_nw = 0.6 F_EXX (1.0 + 0.5 sin^1.5θ )

donde:

• F_nw – tensión nominal del material de soldadura
• A_we – área efectiva de la soldadura

  • A_we = Lc*Th
• F_EXX – número de clasificación del electrodo, es decir, resistencia a tracción mínima especificada
• θ – ángulo calculado entre el eje longitudinal de la soldadura y la dirección de la fuerza resultante que actúa en el elemento finito más solicitado de la soldadura.

Nótese que el incremento de resistencia direccional no se aplica a las soldaduras donde se conecta el borde de una sección hueca estructural rectangular (AISC 360-16:2022 – J2.4.(2).

La resistencia del metal base se evalúa si la opción está seleccionada en la configuración de norma (Capacidad del metal base en la cara de fusión).

R_n = F_nBM A_BM – AISC 360-16 – J2.4 (J2-2)

donde:

• F_nBM = 0.6 F_u – resistencia nominal del metal base – AISC 360-16 – J4.2 (J4-4)
• $A_{BM}=A_{we}\sqrt{2}$ – área de la sección transversal del metal base
• F_u – resistencia a tracción mínima especificada

Todos los valores necesarios para la verificación normativa se muestran en tablas.

donde:

• Xu – electrodo de soldadura utilizado 
• Th – espesor de garganta de la soldadura (calculado a partir de Ls)
• Ls – tamaño del cateto de la soldadura (introducido por el usuario)

• $L$ – longitud total de la soldadura
• $L_c$ – longitud del elemento crítico de soldadura
• Loads – efecto de carga crítico para la soldadura analizada
• $F_n$ – fuerza en el elemento crítico de soldadura
• $\phi$Rn – resistencia de la soldadura
• Ut – utilización del elemento crítico de soldadura

La fuerza, $F_n$, y el ángulo de la soldadura, $\theta$, se obtienen a partir de las tensiones $\sigma_{\perp}, ,\ \tau_{\perp}, \, \tau_{\parallel}$, la longitud y el área efectiva del elemento finito de soldadura. Estas tensiones son la salida básica del solver de elementos finitos.

Los diagramas de soldadura muestran la tensión según las siguientes fórmulas:

Si el metal base está desactivado (se utiliza electrodo de igual resistencia):

$$\sigma = \frac{\sqrt{ \sigma_{\perp}^2 + \tau_{\perp}^2 + \tau_{\parallel}^2 }}{1+0.5 \sin^{1.5}{\theta}}$$

Si el metal base está activado (no se utiliza electrodo de igual resistencia):

$$\sigma = \max \left \{  \frac{\sqrt{ \sigma_{\perp}^2 + \tau_{\perp}^2 + \tau_{\parallel}^2 }}{1+0.5 \sin^{1.5}{\theta}}, \, \frac{\sqrt{ \sigma_{\perp}^2 + \tau_{\perp}^2 + \tau_{\parallel}^2 }}{\sqrt{2} F_u / F_{EXX}} \right \}$$

Nota del usuario: En IDEA StatiCa, cuando el tamaño del cateto de la soldadura se introduce como 0, se utiliza el siguiente valor:

• Para soldadura en ángulo de un solo lado, el espesor de garganta es igual al de la placa conectada más delgada.
• Para soldadura en ángulo de doble lado, el espesor de garganta es igual a la mitad de la placa conectada más delgada.

Soldaduras de ranura CJP

La Tabla J2.5 de la Especificación AISC identifica cuatro condiciones de carga que pueden estar asociadas a las soldaduras de ranura y muestra que la resistencia de la unión está controlada por el metal base o que las cargas no necesitan considerarse en el diseño de las soldaduras que conectan las partes. En consecuencia, cuando las soldaduras de ranura de Penetración Completa de Junta (CJP) se realizan con metal de aportación de igual resistencia, la resistencia de la unión está gobernada o controlada por el metal base y no se requieren verificaciones de la resistencia de la soldadura.

Soldaduras de ranura PJP

La resistencia de cálculo, ϕR_n, y la resistencia admisible, R_n/Ω, de la soldadura de ranura PJP se determina según AISC 360-22 – Tabla J2.5). Se asume el caso más conservador – tipo de carga por cortante –. 

ϕ = 0.75    (Diseño por Factores de Carga y Resistencia, LRFD, editable en la configuración de norma)

Ω = 2.00    (Diseño por Resistencia Admisible, ASD, editable en la configuración de norma)

La resistencia disponible de las uniones soldadas se evalúa según AISC 360-16 – J2.4

R_n = F_nw A_we

donde:

• F_nw = 0.6 F_EXX – tensión nominal del material de soldadura
• A_we – área efectiva de la soldadura

  • A_we = L_c E 
• F_EXX – número de clasificación del electrodo, es decir, resistencia a tracción mínima especificada
• L_c – longitud del elemento crítico de soldadura
• E – garganta efectiva de la soldadura PJP

La resistencia del metal base se evalúa si la opción está seleccionada en la configuración de norma (Capacidad del metal base en la cara de fusión).

R_n = F_nBM A_BM – AISC 360-22 – J2.4 (J4)

donde:

• F_nBM = 0.6 F_u – resistencia nominal del metal base – AISC 360-22 – J4.2 (J4-4)
• $A_{BM}=A_{we}$ – área de la sección transversal del metal base, asumida igual al área efectiva de la soldadura
• F_u – resistencia a tracción mínima especificada del metal base