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Uniones Atornilladas
Dpto. Ingeniería Civil - UPCT 1 A. Tomás
LECCIÓN 4
UNIONES ATORNILLADAS
1. INTRODUCCIÓN.
2. MEDIOS DE UNIÓN.
3. ESFUERZOS EN LOS ELEMENTOS DE LA UNIÓN.
4. COMPROBACIÓN DE LA RESISTENCIA DE LOS ELEMENTOS
DE LA UNIÓN.
5. DISPOSICIONES RELATIVAS A LAS UNIONES
ATORNILLADAS.
Uniones Atornilladas
Dpto. Ingeniería Civil - UPCT 2 A. Tomás
1. INTRODUCCIÓN
Uniones de fuerza
- Transmiten esfuerzos entre los elementos estructurales que unen.
- Empalmes: Se utilizan para prolongar elementos estructurales.
- Comprobar el ELU de agotamiento por tensión en el elemento de unión y
en los elementos estructurales unidos.
Uniones de atado o de acoplamiento
Sólo mantienen la posición de los elementos a unir.
Empleo uniones atornilladas frente a uniones soldadas
- En obra conllevan un montaje más rápido, seguro y económico, además
de un fácil control de ejecución
- Permiten absorber deficiencias dimensionales, debidas a errores de
fabricación, interponiendo forros y cuñas entre los elementos estructurales
- Construcción desmontable
- Uniones provisionales y de montaje
- Si no se dispone de energía eléctrica para ejecutar soldadura
Uniones Atornilladas
Dpto. Ingeniería Civil - UPCT 3 A. Tomás
2. MEDIOS DE UNIÓN
Tornillos ordinarios (T) y de alta resistencia (TR)
Tabla 1.8 pront. CEDEX: d = espiga, vástago, caña (dmin = 12 mm) do = aguj f = long. apretadura = ti l = long. espiga
Diferencia de trabajo entre los T y los TR
T Sólo a corte
TR (1) Si no están pretensados, a corte (como los T)
(2) Si están pretensados, comprimiendo los elementos unidos mediante tracción (pretensado) de la espiga Fzas. rozamiento en las chapas a unir
Métodos de apriete (10.4.5.SE-A) ¡Ojo! sólo 60-70 % Fuerza teórica de pretensado Homologar el procedimiento y cuidar el control en obra
Diámetros
T o TR d (mm) d0 (mm) 12 12 (+1) 13 16 16 (+2) 18 20 20 (+2) 22 22 22 (+2) 24 24 24 (+2) 26 27 27 (+3) 30 30 30 (+3) 33 36 36 (+3) 39
Fuente: Garcimartín MA, 2000
Nota: Los diámetros más usuales van del 12 al 27
Uniones Atornilladas
Dpto. Ingeniería Civil - UPCT 4 A. Tomás
Aceros
Clase de tornillos y sus tuercas
Acero de los productos a
unir
Clase de acero de tornillos, tuercas
y arandelas
Límite elástico fy (MPa)
Límite de rotura
fu (MPa)
T
S 235 4.6 240 400
S 275 4.6 240 400
S 355 5.6 300 500
TR
Todos 6.8(*) 480 600
Todos 8.8 640 800
Todos 10.9(*) 900 1000
(*) 6.8 sólo en tuercas de los TR 8.8 ; 10.9 sólo se emplea en tornillos.
Designación
T ó TR + caña long. espiga, Acero
Ejemplos:
T 16 80, 4.6
TR 20 55, 10.9
Uso
T - En uniones realizadas en obra de elementos secundarios
- Unir elementos de acero S235 y S275 (no recomendados en S355)
- No acciones dinámicas
TR - Inmovilidad de la unión (nudos rígidos)
- Económicos y resistentes (buen comportamiento a tracción, fatiga, acciones dinámicas)
- Trabajan siempre bajo la misma tensión, independientemente de los esfuerzos exteriores existentes
Fuente: CTE DB SE-A, 2006
Uniones Atornilladas
Dpto. Ingeniería Civil - UPCT 5 A. Tomás
Tuercas y arandelas
FORMA Arandelas: Circular o en cuña (ajuste a alas IPN/UPN)
ACERO - Tuercas: Igual que el de los tornillos excepto para TR
- Arandelas: Se viene empleando F115 (e = 10 MPa)
T
Tipos arandelas: - Negras (A)
- Para perfiles IPN (AI) o UPN (AU)
Designación: Tuercas M + d, Acero
Arandelas A o AI o AU + d
Ejemplos: Tuerca M 16, 4.6
Arandela A 16
Arandela AU 16
Fuente: Garcimartín MA, 2000
Uniones Atornilladas
Dpto. Ingeniería Civil - UPCT 6 A. Tomás
TR
Tipos arandelas: - Normales (AR)
- Para perfiles IPN (ARI) o UPN (ARU)
Designación: Tuercas MR + d, Acero
Arandelas AR o ARI o ARU + d
Ejemplos: Tuerca MR 27, 8.8
Arandela AR 12
Arandela ARI 20
Fuente: Garcimartín MA, 2000
Uniones Atornilladas
Dpto. Ingeniería Civil - UPCT 7 A. Tomás
3. ESFUERZOS EN LOS ELEMENTOS DE LA UNIÓN
(3.A5 EA-95 y apdo. 8.8 CTE DB SE-A)
SOLICITACIONES QUE PRODUCEN CORTANTE EN EL
TORNILLO. CORTANTE CENTRADO
Empalme de piezas traccionadas mediante cubrejuntas
El esfuerzo se reparte entre cada conector i proporcional a su sección Ai:
PA
AR
ii
ii
En el caso habitual de que todos los n tornillos tengan la misma sección:
n
PRi
Apdo. 8.8.2 DB SE-A Empalmes con tornillos en piezas a axil
Fuente: Argüelles R, 1975
Fuente: Garcimartín MA, 2000
Uniones Atornilladas
Dpto. Ingeniería Civil - UPCT 8 A. Tomás
SOLICITACIONES QUE PRODUCEN CORTANTE EN EL
TORNILLO. CORTANTE EXCÉNTRICO
Empalme de vigas mediante cubrejuntas de alma y alas
Unión articulada viga-columna
ne
rX m
i
2
ePr
rR
m
imm
2
Apdo. 8.8.4 DB SE-A Empalmes en piezas flectadas (con cubrejuntas)
Apdo. 8.8.5 DB SE-A Uniones viga-viga o viga-soporte con doble
casquillo de angular atornillado
Fuente: Argüelles R, 1975
Fuente: Argüelles R, 1975
Fuente: NBE EA-95, 1996
Uniones Atornilladas
Dpto. Ingeniería Civil - UPCT 9 A. Tomás
SOLICITACIONES QUE PRODUCEN TRACCIÓN EN EL
TORNILLO. TRACCIÓN CENTRADA
- Condición de elemento (chapa) suficientemente rígido (no efecto palanca)
3
329,6
tl
mdL
efb
Lb long. alargamiento del tornillo o perno (distancia entre ejes de la cabeza a la tuerca; en anclajes a cimientos es el punto a 8d desde la superficie de la zapata)
lef longitud eficaz en flexión del ala de la T (suele corresponderse con b)
m distancia desde eje del orificio al comienzo del redondeo o soldadura (ver figura)
- Apdo. 8.8.3 DB SE-A Uniones en T a tracción (mecanismos de rotura
por formación de rótulas plásticas; se tiene en cuenta el efecto palanca)
SOLICITACIONES QUE PRODUCEN TRACCIÓN EN EL
TORNILLO. UNIONES A MOMENTO
Caso 1) TR: Piezas comprimidas El momento tiende a descomprimir la
parte traccionada y a comprimir más la zona comprimida
Caso 2) T: Piezas no comprimidas
Apdo. 8.8.4 DB SE-A Empalmes en piezas flectadas (con chapa frontal)
Apdo. 8.8.6 DB SE-A Uniones viga-pilar con chapa frontal
A continuación se reproduce el Anejo 3.A5, p. 199 EA-95:
n
FF d
Edt ,
Fuente: CTE DB SE-A, 2006
Uniones Atornilladas
Dpto. Ingeniería Civil - UPCT 10 A. Tomás
Fuente: NBE EA-95, 1996
Uniones Atornilladas
Dpto. Ingeniería Civil - UPCT 11 A. Tomás
4. COMPROBACIÓN DE LA RESISTENCIA DE LOS ELEMENTOS DE LA UNIÓN
Comprobación T TR
Aplastamiento de la chapa
Agotamiento por cortante en el tornillo
Fb,Rd = 2,5 fu d t / M2
Fv,Rd = 0,5 fub A n / M2
Nota: EAE usa 0,6 en vez de 0,5 Fs,Rd = ks n Fp,Cd / M2
Agotamiento por tracción en el tornillo
El menor valor de:
Ft,Rd = 0,9 fub As / M2
Fp,Rd = 0,6 dm tp fu / M2
(si tp dfub/6fu no comprobar Fp,Rd)
Fp.Cd
Agotamiento por tracción y cortante en
el tornillo
Además de lo anterior:
14,1 ,
,
,
, Rdt
Edt
Rdv
Edv
F
F
F
F
Fs,Rd = ks n (Fp,Cd – 0,8Ft,Ed) / M2
ó si hay M+Q
Fs,Rd = ks n Fp,Cd / M2
fu resistencia última del acero estructural
d diámetro del tornillo
t menor espesor de las chapas que se unen
min (e1/3do ; p1/3do1/4 ; fub/fu ; 1) e1 distancia del eje del orificio al borde de la chapa en la
dirección de la fuerza que se transmite p1 separación entre ejes de orificios en la dirección de la fuerza
que se transmite do diámetro del orificio fub resistencia última del acero del tornillo
A área de la caña del tornillo (Ad) o el área resistente del tornillo (As), según se encuentren los planos de cortadura en el vástago o en la parte roscada del tornillo respectivamente
Tabla 7.3 Área resistente del tornillo
Diámetro (mm) 12 16 20 22 24 27 30 36
Área resistente (mm2) 84,3 157 245 303 353 459 561 817
Uniones Atornilladas
Dpto. Ingeniería Civil - UPCT 12 A. Tomás
n nº de planos de corte (o de superficies de rozamiento, para TR)
ks 1,00 para orificios con medidas normales 0,85 para orificios con sobremedidas o rasgados cortos 0,70 para orificios rasgados largos µ coeficiente de rozamiento entre las superficies de contacto
0,50 para superficies tratadas con chorro de granalla o arena (y posterior tratamiento con aluminio, opcional)
0,40 para superficies tratadas con chorro de granalla o arena y pintadas con un silicato alcalino de zinc
0,30 para superficies limpiadas a cepillo metálico o con llama, con eliminación de partes oxidadas
0,20 para superficies no tratadas Fp,Cd = 0,7 fyb As (fuerza de pretensado de cálculo del TR)
fyb = fub/M3 resist. de cálculo del acero del tornillo con M3 = 1,1 As área resistente del tornillo Tabla. Fp,Cd (kN)
Acero del tornillo
Diámetro del tornillo (mm)
12 16 20 22 24 27 30 36
8.8 43 80 125 154 180 234 286 416
10.9 54 100 156 193 225 292 357 520
M2 1,25 (resistencia de los medios de unión) 1,40 (resistencia al deslizamiento de uniones TR con orificios con
sobremedida en dirección paralela a la del esfuerzo) dm menor valor de la distancia media entre vértices y caras
de la cabeza del tornillo o la tuerca = min (s, e)
tp esp. placa bajo tornillo o tuerca. Si tp dfub/6fu No comprobar Fp,Rd Fv,Ed esfuerzo de cálculo perpendicular al eje del tornillo Ft,Ed esfuerzo axil de cálculo por tornillo, al que en su caso, se añadirán
las tracciones debidas al efecto palanca Fv,Rd resistencia de cálculo frente a la cortadura del vástago Ft,Rd resistencia de cálculo en tracción
Otras posibles comprobaciones en chapas:
- Tracción Nt,Ed Nt.Rd = Nu,Rd = 0,9 Aneta fud (Aneta = l tp – n do tp)
- Flexión (sección rectangular sometida a momento y/o cortante)
- Desgarro Cumplir disposiciones constr. + comprobación resist. Aneta
Uniones Atornilladas
Dpto. Ingeniería Civil - UPCT 13 A. Tomás
5. DISPOSICIONES RELATIVAS A LAS UNIONES ATORNILLADAS
Distancias máximas y mínimas entre ejes de orificios o de éstos a los bordes de las piezas:
- Separaciones mín. Concentración de tensiones entre conectores
Maniobrabilidad con las herramientas
- Separaciones máx. Abolladura de chapas entre conectores
- Sep. mín. a borde Desgarramiento de chapas
- Sep. máx. a borde Oxidación de chapas
Distancias mínimas según CTE (EAE difiere ligeramente)
En la dirección de la fuerza que se transmite
e1 1,2 do del eje del orificio al borde de la pieza
p1 2,2 do entre ejes de orificios
En la dirección perpendicular a la fuerza que se transmite
e2 1,5 do del eje del orificio al borde de la pieza
p2 3,0 do entre ejes de orificios
Distancia del eje del orificio a cualquier superficie paralela a dicho eje
m 2 d por maniobrabilidad con las herramientas (EAE)
Distancias máximas según CTE (EAE difiere ligeramente)
Al borde de la pieza
e1 y e2 min (40 mm + 4t ; 12t ; 150 mm)
Entre tornillos
Elem. a compresión p min (14t ; 200 mm)
Elem. a tracc., filas exteriores pe min (14t ; 200 mm)
Elem. a tracc., filas interiores pi min (28t ; 400 mm)
(t = menor espesor en mm de las piezas a unir)
Uniones Atornilladas
Dpto. Ingeniería Civil - UPCT 14 A. Tomás
Nº de tornillos:
- Recomendable mínimo 2
- Recomendable no considerar en los cálculos > 5 en cada fila paralela al
esfuerzo
- Apdo. 8.8.2 DB SE-A (Empalmes con tornillos en piezas a axil):
Si L > 15d Reducir Fv,Rd Lf Fv,Rd
75,0200
151
d
dLLf
L = distancia entre ejes de tornillos extremos en la dirección de la carga
Elección de d:
Perfil laminado Prontuario
Chapas 205(cm) min ,td (tmin en cm)
Elección de l:
Tablas (función de d y de la long. apretadura f = ti)
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