Tema 04.Uniones_atornilladas.pdf

8/17/2019 Tema 04.Uniones_atornilladas.pdf

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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 UNIONESATORNILLADAS.


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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, ademásde un fácil control de ejecución

- Permiten absorber deficiencias dimensionales, debidas a errores defabricación, 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


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2.- MEDIOS DE UNIÓNTornillos ordinarios (T) y de alta resistencia (TR)

d o = aguj ; d = espiga, vástago, caña ; f = long. apretadura =t i ; l = l. espigad min = 12 mm

Diferencia de trabajo entre los T (trabajan a corte) y los TR:

TR Trabajan comprimiendo los elementos unidos mediante pretensado (tracción) de la espiga Fuerzas de rozamientoMéts. apriete (10.4.5.SE-A) ¡Ojo! sólo 60-70% Fza. teóricade pretensado Homologar el procedimiento y control en obra

Diámetros

DesignaciónT ó TR

d (mm) d 0 (mm)

12 12 (+1) 1316 16 (+2) 1820 20 (+2) 2222 22 (+2) 2424 24 (+2) 2627 27 (+3) 3030 30 (+3) 33

36 36 (+3) 39

Fuente:Garcimartín MA, 2000


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Aceros

Clase detornillos ysus tuercas

Acero de losproductos a

unir

Clase de acero detornillos, tuercas

y arandelas Límiteelástico

f y (MPa)

Límite derotura

f u (MPa) S 235 4.6 240 400S 275 4.6 240 400T

S 355 5.6 300 500Todos 6.8(*) 480 600Todos 8.8 640 800TRTodos 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


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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 ELTORNILLO. CORTANTE CENTRADO

Empalme de piezas traccionadas mediante cubrejuntas

El esfuerzo se reparte entre cada conectori proporcional a su sección Ai:

P A

A R

ii

ii

En el caso habitual de que todos losn tornillos tengan la misma sección:

nP

Ri

Apdo. 8.8.2 DB SE-A Empalmes con tornillos en piezas a axil

Fuente: Argüelles R, 1975

Fuente:Garcimartín MA, 2000


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SOLICITACIONES QUE PRODUCEN TRACCIÓN EN ELTORNILLO. TRACCIÓN CENTRADA

- Condición de elemento (chapa) suficientemente rígido (no efecto palanca)

3

329,6t l

md L

ef b

Lb long. alargamiento del tornillo o perno (distancia entre ejes de la cabeza a latuerca; 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 conb)

- 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 ELTORNILLO. 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:

nF F d Ed t ,

Fuente:CTE DB SE-A, 2006


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Fuente: NBE EA-95, 1996


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4.- COMPROBACIÓN DE LA RESISTENCIA DE LOSELEMENTOS DE LA UNIÓN

Comprobación T TR

Aplastamiento de lachapa

Agotamiento porcortante en el tornillo

F b,Rd = 2,5 f u d t / M 2

F v,Rd = 0,5 f ub A n / M 2 F s,Rd = k s n F p,Cd / M 2

Agotamiento portracción en el tornillo

El menor valor de:F t,Rd = 0,9 f ub As / M 2

F p,Rd = 0,6 d m t p f u / M 2 F p.Cd

Agotamiento portracción y cortante en

el tornillo

Además de lo anterior:

14,1 ,

,

,

,

Rd t

Ed t

Rd v

Ed v

F

F

F

F

F s,Rd = k s n (F p,Cd –0,8F t,Ed ) / M 2

ó si hay M +Q

F s,Rd = k s n F p,Cd / M 2

f u resistencia última del acero estructurald diámetro del tornillot menor espesor de las chapas que se unen

min (e1/3d o ; p1/3d o 1/4 ; f ub/ f u ; 1)e1 distancia del eje del agujero al borde de la chapa en la

dirección de la fuerza que se transmite p1 separación entre ejes de agujeros en la dirección de la fuerza

que se transmited o diámetro del agujero

f ub 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 tornilloDiámetro (mm) 12 16 20 22 24 27 30 36

Área resistente (mm2) 84,3 157 245 303 353 459 561 817


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n nº de planos de corte (o de superficies de rozamiento, para TR)k s 1,00 para agujeros con medidas normales

0,85 para agujeros con sobremedidas o rasgados cortos0,70 para agujeros rasgados largos

µ coeficiente de rozamiento entre las superficies de contacto0,50 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 zinc0,30 para superficies limpiadas a cepillo metálico o con llama, con

eliminación de partes oxidadas0,20 para superficies no tratadas

F p,Cd = 0,7 f yb As (fuerza de pretensado de cálculo del TR) f yb = f ub / M 3 resist. de cálculo del acero del tornillo con M 3 = 1,1 As área resistente del tornillo

Tabla.F p,Cd (kN)Diámetro del tornillo (mm)Acero del

tornillo 12 16 20 22 24 27 30 368.8 43 80 125 154 180 234 286 41610.9 54 100 156 193 225 292 357 520

M 2 1,25 (resistencia de los medios de unión)1,40 (resistencia al deslizamiento de uniones TR con agujeros con

sobremedida en dirección paralela a la del esfuerzo)d m menor valor de la distancia media entre vértices y caras de la cabeza

del tornillo o la tuercat p espesor de la placa que se encuentra bajo el tornillo o la tuercaF v,Ed esfuerzo de cálculo perpendicular al eje del tornillo

F t,Ed esfuerzo axil de cálculo por tornillo, al que en su caso, se añadiránlas tracciones debidas al efecto palancaF v,Rd resistencia de cálculo frente a la cortadura del vástagoF t,Rd resistencia de cálculo en tracción

Otras posibles comprobaciones en chapas:- Tracción N t,Ed N t.Rd = N u,Rd = 0,9 Aneta f ud ( Aneta = l t p – n d o t p) - Flexión (sección rectangular sometida a momento y/o cortante) - Desgarramiento Cumplir disposiciones constructivas


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5.- DISPOSICIONES RELATIVAS A LAS UNIONESATORNILLADAS

Distancias máximas y mínimas entre ejes de agujeros o de éstosa 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

En la dirección de la fuerza que se transmite

e1 1,2d o del eje del agujero al borde de la pieza

p1 2,2d

o entre ejes de agujeros

En la dirección perpendicular a la fuerza que se transmite

e2 1,5d o del eje del agujero al borde de la pieza

p2 3,0d o entre ejes de agujeros

Distancias máximas

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 p e min (14t ; 200 mm)

Elem. a tracc., filas interiores p i min (28t ; 400 mm)

(t = menor espesor en mm de las piezas a unir)


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D t I g i í Ci il UPCT 14 A T á

Nº de tornillos:

- Recomendable mínimo 2

- Recomendable no considerar en los cálculos > 5 en cada fila paralela alesfuerzo

- Apdo. 8.8.2 DB SE-A (Empalmes con tornillos en piezas a axil):

Si L > 15d ReducirF v,Rd Lf F v,Rd

75,0200151 d d L Lf

L = distancia entre ejes de tornillos extremos en la dirección de la carga

Elección de d :

Perfil laminado Prontuario

Chapas 205(cm) min ,t d (t min en cm)

Elección del :

Tablas (función ded y de la long. apretadura f = t i)

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