02/05/13 Diseño y Cálculo de las Uniones Atornilladas

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- Tutorial Nº 32 -

Diseño y Cálculo de las Uniones Atornilladas

Índice de contenidos:

1- Generalidades

2- Clases de tornillos

3- Coeficientes parciales de seguridad

4- Distancias a extremo frontal y borde lateral

5- Separaciones entre agujeros (uniones múltiples)

6- Categorías de uniones atornilladas

7- Resistencias para tornillos no pretensados

7.1- Resistencia a cortante por cada plano de corte

7.2- Resistencia a aplastamiento

7.3- Resistencia a tracción

7.4- Resistencia a cortante + tracción

8- Resistencias para tornillos pretensazos TR en uniones resistentes al deslizamiento

8.1- Resistencia al deslizamiento por esfuerzo transversal al tornillo

8.2- Resistencia a la combinación de tracción y cortante

9- Análisis comparativo NBE EA-95 vs. EC3

9.1- Tornillos no pretensados

9.2- Tornillos de alta resistencia (pretensados)

DESARROLLO DEL CONTENIDO

1- Generalidades

Todas las uniones tendrán una resistencia de cálculo tal que la estructura se comporte satisfactoriamente y sea capaz de cumplirtodos los requisitos básicos para el cálculo.

2- Clases de tornillos

Jueves, 2 de Mayo de 2013 BuscarMe gusta 0 Enviar

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Valores nominales del límite elástico fyb y de la resistencia a tracción última fub de tornillos

Tipo de tornillo 4.6 4.8 5.6 5.8 6.8 8.8 10.9

fyb (N/mm2) 240 320 300 400 480 640 900

fub (N/mm2) 400 400 500 500 600 800 1000

En la siguiente tabla se muestran los valores nominales del límite elástico fyb y de la resistencia última atracción fub, para adoptar

como valores característicos en los cálculos:

3- Coeficientes parciales de seguridad

El coeficiente de seguridad γM se tomará:

• γMb : Resistencia de tornillos 1,25

• γMr : Resistencia de roblones 1,25

• γMp : Resistencia de bulones 1,25

• γMs : Resistencia al deslizamiento 1,25 (ELU); 1,1 (ELS)

4- Distancias a extremo frontal y borde lateral

La distancia e1 desde el centro del agujero al extremo frontal según la dirección de la transmisión de la carga será al menos de

1,2*d0

e1 ≥ 1,2*d0

La distancia e2 del centro del agujero al borde lateral medida normalmente a la dirección de la transmisión de la carga será al

menos de1,5*d0

e2 ≥ 1,5*d0

Si las piezas están expuestas a un ambiente agresivo u otras influencias corrosivas, entonces las máximas distancias e1 y e2 serán

al menos: 40mm + 4*t (siendo t el espesor más estrecho).

Para otros casos tomar e1 y e2 ≤ 12*t ; 150mm

5- Separaciones entre agujeros (uniones múltiples)

La distancia p1 entre centro de tornillos en la dirección de la transmisión de la carga será al menos de 2,2*d0

p1 ≥ 2,2*d0

La separación p2 entre filas de tornillos, medidos perpendicularmente a la dirección de la transmisión de la carga será al menos de

3,0*d0

p2 ≥ 3,0*d0

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Categoría A

Cortante y aplastamiento en T, TR (sin pretensado)

Fv,Sd ≤ Fv,Rd

Fv,Sd ≤ Fb,Rd

Categoría B

Resistentes al deslizamiento en ELS (sólo TR)

Fv,Sd,ser ≤ Fs,Rd,ser

Fv,Sd ≤ Fv,Rd

Fv,Sd ≤ Fb,Rd

Categoría C

Resistentes al deslizamiento en ELU (sólo TR)

Fv,Sd ≤ Fs,Rd

Fv,Sd ≤ Fb,Rd

Categoría DTracción en tornillos ordinarios

Ft,Sd ≤ Ft,Rd

Categoría ETracción en tornillos de alta resistencia

Ft,Sd ≤ Ft,Rd

En el caso de elementos comprimidos, las separaciones p1 y p2 no deberán superar al menor valor de 14*t ó 200 mm.

p1 ; p2 ≤ 14*t ó 200 mm

En el caso de elementos traccionados la separación p1,i entre centros de tornillos en filas interiores puede ser doble del valor dado

para elementos comprimidos, siempre que la separación p1,0 en la fila exterior en cada borde no supere el valor dado para los

elementos a compresión,

p1,i ≤ 28*t ó 400 mm, si se cumple que p1,0 ≤ 14*t ó 200 mm

6- Categorías de uniones atornilladas

En la siguiente tabla se muestran las distintas categorías de uniones atornilladas:

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Fv,Rd =

0,6 * fub * As

——————

γMb

Fv,Rd =

0,5 * fub * As

——————

γMb

Fv,Rd =

0,6 * fub * A

——————

γMb

Fb,Rd =

2,5 * α * fu * d * t

—————————

γMb

e1

, ó bien——

3 * d0

p1

-1

, ó bien—— —

3 * d0 4

fub

, ó bien 1,0——

7- Resistencias para tornillos no pretensados

7.1- Resistencia a cortante por cada plano de corte

Si el plano de corte pasa por la parte roscada del tornillo:

- Grados 4.6, 5.6 y 8.8:

- Grados 4.8, 5.8, 6.8 y 10.9:

Si el plano de corte pasa por la parte no roscada del tornillo:

7.2- Resistencia a aplastamiento

siendo α el menor valor de:

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fu

Ft,Rd =

0,9 * fub * A

——————

γMb

Bp,Rd =

0,6 * π * dm * tp * fu——————————

γMb

Fv,Sd

+

Ft,Sd

≤ 1,0——— ————

Fv,Rd 1,4 * Ft,Rd

donde:

d: diámetro del tornillo;

t: espesor de la chapa;

e1: distancia al extremo frontal;

d0: diámetro del agujero;

p1: separación entre tornillos;

As: área resistente a tracción;

A: área de la sección transversal

7.3- Resistencia a tracción

La resistencia a tracción de la unión tornillo-placa Bt,Rd se tomará como la menor de la resistencia a tracción de cálculo Ft,Rd y la

resistencia a punzonamiento entre la cabeza del tornillo y la tuerca Bp,Rd

donde:

Bt,Rd: resistencia a tracción de la unión tornillo-placa;

Bp,Rd: resistencia al punzonamiento de la chapa;

fu: resistencia última de la chapa;

dm: menor media de la dimensión entre caras y entre vértices de la cabeza del tornillo o tuerca;

tp: espesor de la placa bajo la cabeza del tornillo o bajo la tuerca.

7.4- Resistencia a cortante + tracción

Los tornillos solicitados a cortante y axil al mismo tiempo deben cumplir lo siguiente:

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Fs,Rd =

ks * n * μ

* Fp,Cd—————

γMb

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8- Resistencias para tornillos pretensados TR en uniones resistentes al deslizamiento

8.1- Resistencia al deslizamiento por esfuerzo transversal al tornillo

La resistencia a deslizamiento de cálculo Fs,Rd de un tornillo pretensado de alta resistencia se tomará como:

siendo Fp,Cd el esfuerzo de pretensazo que viene dado por:

Fp,Cd =0,7 * fub * As

donde,

ks toma los siguientes valores:

1,0 ... para el caso de agujeros con holguras nominales estándar

0,85 ... para el caso de agujeros a sobremedidas o alargados cortos

0,7 ... para el caso de agujeros en ranuras largos

n ... es el número de superficies en contacto entre las chapas de la unión.

μ ... es el coeficiente de rozamiento, que toma los siguientes valores:

μ = 0,5 para superficies de clase A

μ = 0,4 para superficies de clase B

μ = 0,3 para superficies de clase C

μ = 0,2 para superficies de clase D

siendo,

Superficies de clase A: son superficies limpiadas con chorro de granalla o arena, coneliminación de partes oxidadas y sin picaduras o metalizadas con aluminio proyectado.

Superficies de clase B: son superficies limpiadas con chorro de granalla o arena, ypintadas con un silicato alcalino de cinc que produzca una capa de espesor 50-80µm.

Superficies de clase C: son superficies limpiadas con cepillos metálicos o por limpieza conllama, con eliminación de partes oxidadas.

Superficies de clase D: son superficies no tratadas.

Por último, γMb toma los siguientes valores,

γMb = 1,25 Estado límite último

γMb = 1,10 Estado límite de servicio

γMb = 1,40 ELU en agujeros con ranura paralela al esfuerzo

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Fs,Rd,ser =

ks * n * μ

* ( Fp,Cd - 0,8 * Ft,Sd,ser )—————

γMs,ser

Fs,Rd =

ks * n * μ

* ( Fp,Cd - 0,8 * Ft,Sd )—————

γMs,ult

8.2- Resistencia a la combinación de tracción y cortante

Si una unión resistente al deslizamiento se ve sometida a un esfuerzo axil Ft simultáneo con un esfuerzo cortante Fv que tienda a

producir deslizamiento, la resistencia a deslizamiento por cada tornillo se tomará como sigue:

- Categoría B (Resistente a deslizamiento en ELS):

- Categoría C (Resistente a deslizamiento en ELU):

9- Análisis comparativo NBE EA-95 vs. EC3

9.1- Tornillos no pretensados

a) Agotamiento por cortadura del tornillo:

b) Agotamiento por aplastamiento de la chapa:

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c) Agotamiento por tracción:

d) Agotamiento por cortante+tracción:

9.2- Tornillos de alta resistencia (pretensados)

a) Agotamiento por esfuerzo transversal al tornillo:

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b) Agotamiento por esfuerzo transversal+tracción:

>> FIN DEL TUTORIAL

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