Tipos de TornillosTipos de Tornillos

21/4/2015 Tipos de Tornillos

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N 32: Clculo de las Uniones Atornilladas

N 33: Medidas Normalizadas de Tornillos

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TutorialN31

EstudioyTipologadelasUnionesAtornilladas

ndicedecontenidos:

1Introduccin

1.1Generalidades

1.2Calidadesdeaceroenlostornillos

2Partesdeuntornillo

2.1Cabeza

2.2Rosca

3Tiposdetornillos

3.1TornillosOrdinarios

3.2TornillosCalibrados

3.3TornillosdeAltaResistencia

4Estudiodelasunionesatornilladas

4.1Categoradelasunionesatornilladas

4.2Agujerosparatornillos

4.3Disposicionesenelmontaje

5Dimensionesgeomtricasdelostornillos

5.1Tornillosordinarios.Dimensiones

5.2Tornilloscalibrados.Dimensiones

5.3Tornillosdealtaresistencia.Dimensiones

ANEXOS

A.1Ejemplodeclculodeunauninatornillada

DESARROLLODELCONTENIDO

1Introduccin

1.1Generalidades

En todo tornillosedistinguendospartesbsicas: lacabezayelvstago.Asuvez,enelvstagosedistinguenotrasdos, lapartelisa(denominadatambincaaocuello)yeltramofinaloparteroscada.

Martes,21deAbrilde2015
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Valores nominales del lmite elstico fyb y de la resistencia a traccin ltima fub de tornillos

Grado del 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

Paraladesignacindelostornillossecomienzadefiniendoeltipodetornillo(TMsiestornilloordinario,TCMsisetratadeuntornillocalibradoyTRsieltornilloadesignaresdealtaresistencia),seguidoporeldimetrodelvstagoenlazonaderosca,lalongitudtotaldelvstago,yporltimounacifraparaindicarlacalidaddelacero.

Porejemplo:TR20x908.8, se tratadeun tornillodealta resistencia,de20mmdedimetroexteriorde la rosca,90mmdelongituddevstagoycalidaddeacero8.8(640N/mm2delmiteelsticoy800N/mm2deresistencialtima).

1.2Calidadesdeaceroenlostornillos

Lostornillosaemplearenlasunionesdebernserpreferentementedealgunodelosgrados4.6,5.6,6.8,8.810.9.

Nosedebenutilizarparaunionesqueestnsometidasaalgntipodesolicitacinoesfuerzotornillosdegradoinferioral4.6nidegradosuperioral10.9.

La notacin anterior es la empleada segn ISO 898. En esta notacin, la primera cifra designa lacentsimapartedelaresistenciaalarotura(fub)enN/mm2ylasegunda,traselpuntodecimal,expresadaen dcimas, es el factor por el cual hay quemultiplicar la resistencia a la rotura para obtener el lmiteelstico(fyb),tambinenN/mm2.Porejemplo,untornillodecalidad4.8secorresponderacon:

fub=400N/mm2,essuresistenciaalarotura

fyb=0.8*400=320N/mm2,secorrespondeconsulmiteelstico.

Enlasiguientetablasemuestranlosvaloresnominalesdel lmiteelsticofyb ydelaresistencialtimaalatraccin fub,paraadoptarcomovalorescaractersticosenlosclculos:

Lostornillosdegrados8.8y10.9sedenominantambindealtaresistencia.

2Partesdeuntornillo

2.1Cabeza

Laformadelacabezadeltornillocondicionalaherramientaaemplearenelapriete.Acontinuacinseenumeranlosdistintostiposdetornillosmsusualesenfuncindesugeometrayelusoparalosquehabitualmenteestndestinados:

Tornillosdecabezahexagonal:permiteaplicargrandesmomentosdeapriete.

Fig.1aTornillodecabezahexagonal

Tornillosdecabezahexagonalconvalona:permiteaplicarungranapriete,sinnecesidaddeutilizararandelaentrelacabezadeltornilloylapiezaaunir.
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Fig.1bTornillodecabezahexagonalconvalona

Tornillosdecabezahexagonalconpivote:permitenunionescongranapriete,yademsesposiblerealizarlainmovilizacindelauninmedianteelempleodeunpasadorenelpivote.

Fig.1cTornillodecabezahexagonalconpivote

Tornillosdecabezahexagonalconextremoenpunta:otambinllamadotornilloprisionero,debidoaqueimpideelmovimientorelativoentrelaspiezasunidas.

Fig.1dTornillodecabezahexagonalconextremoenpunta

Tornillos de cabeza ranurada: este tornillo se emplea cuando no es necesario aplicar un gran apriete, y adems permite laposibilidaddeocultarlacabezadeltornillosiserealizaunavellanadoalorificiodeentrada.

Fig.1eTornillodecabezaranurada

Tornillosdecabezaconranuracruciforme:tambin,comoenelcasoanterior,seempleancuandonoesnecesariolaaplicacindeungranpardeapriete,eigualmentequeelanterior,tambinpermitelaposibilidaddeocultarlacabezadeltornillosiserealizaunavellanadoalorificiodeentrada.



Fig.1fTornillodecabezaconranuracruciforme

Tornillos de cabeza con prisionero: se usa para el ensamblaje mediante aplique de presin de piezas sobre las que se haejecutado un taladro sin rosca previamente. Al apretar la tuerca, el tornillo queda inmovilizado en lo que a rotacin se refiere, alquedarsealojadoelprisioneroenunaranurapracticadaalefecto.Porotrolado,lacabezadeltornillosepuedeocultarsiselepracticaunavellanadoalagujero.

Fig.1gTornillodecabezaconprisionero

Tornillosdecuellocuadrado:seusaparaelensamblajemedianteapliquedepresindepiezassobrelasquesehaejecutadountaladrosinroscapreviamente.Alapretarlatuerca,eltornilloquedainmovilizadoenloquearotacinserefiere,alquedarsealojadoelcuellocuadradoenunalojamientoprismticoembutidooqueyavienede fundicin.Porotro lado, lacabezadel tornillosepuedeocultarsiselepracticaunavellanadoalagujero.

Fig.1hTornillodecuellocuadrado

Tornillodecabezacuadrada:seusanparacasosdondeesnecesarioaplicarungranmomentodeapriete,porejemplo,paralafijacindeherramientasdecorte.



Fig.1iTornillodecabezacuadrada

Tornillodecabezacilndricaconhexgonointerior(Allen):seusanenunionesquesenecesitengrandesaprietesyqueresultenestrechos,conlaposibilidaddeocultarlacabezadeltornillosiselepracticaunavellanadocilndricoalagujero.

Fig.1jTornillodecabezacilndricatipoAllen

Tornillodecabezaavellanadaconhexgonointerior(Allen):seusanenunionesquesenecesitengrandesaprietesyqueresultenestrechos, facilitandoel centradoentre laspiezasaunir.Existe la posibilidaddeocultar la cabezadel tornillo si se le practicaunavellanadocnicoalagujero.

Fig.1kTornillodecabezaavellanadatipoAllen

Tornillosdecabezamoleteada:seusanenaquellasunionesquenoprecisendeungranapriete,con frecuentesprocesosdemontajesydesmontajesmanuales.

Fig.1lTornillodecabezamoleteada

Tornillosdemariposa:igualqueelcasoanterior,seusanenaquellasunioneslascualesnovayanaprecisardeungranpardeapriete,yademsestnsometidosafrecuentesmontajesydesmontajesmanuales.

Fig.1mTornillodemariposa



Tornillos autorroscantes para chapa: o tambin llamados de rosca cortante, y se usan para la unin de chapasmetlicas depequeoespesorotambindepiezashechasdematerialblando,comoelplstico.Enestecaso,laroscahembralarealizaelpropiotornilloalpenetrareneltaladrolisopracticadoenlachapa.

Fig.1nTornilloautorroscanteparachapa

Tornillosautorroscantesparamadera:otambinllamadosderoscacortanteotirafondos,yseusanparalaunindepiezasdemadera.Enestecaso,laroscahembralarealizaelpropiotornilloalpenetrareneltaladrolisopracticadoenlapieza.

Fig.1pTornilloautorroscanteparamadera

2.2Rosca

Enfuncindelaformageomtricaquepresentalarosca,sepuedendistinguirlossiguientestiposderoscas:

agudasodefiletestriangular

trapezoidal

endientedesierra

redondas

defiletecuadrado.

Las roscasdel tipoagudaso triangularesquedandefinidasporelvalordeldimetroexterior (d),delncleo(d3) ydelde losflancos(d2),ascomoporelvalordelngulodelosflancosdelarosca(alfa=60,sisetratadelaroscatriangularISO)yporltimoporlamedidadelpaso(p)



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Fig.2RoscaTriangularISO

Elpasoderoscaes ladistanciaqueexisteentredoscrestasconsecutivas(p,en la figuraanterior).Siel tornilloesderoscasencilla,porcadavueltacompletasecorrespondeconunavancedeltornilloigualalpaso.Siesderoscadoble,elavanceporcadavueltaserigualadosveceselpaso.

Lasroscasestnnormalizadas,existiendodostiposfundamentales:

laroscaMtricaISO

laroscaWhitworth.

Ladiferenciaentreambostiposderoscassonvarias,comoson:

ParalasroscasMtricasISO,losngulosdeloslasespirassonde60,ylostornillosseredondeaenel fondo de la rosca,mientras que las puntas son planas como se aprecia en la figura anterior. Por elcontrario, para las roscas tipoWhitworth el ngulo de los flancos es de 55, y tanto el fondo como laspuntasdelfileteadoeneltornillovanredondeados.

Otragrandiferenciaesquemientrasen las roscasMtricas laparteexternaaplanadade los filetesestaunaaltura(o tambin llamadaprofundidaddel filete)h1=0,64595*pyel radiodegirodesu fondoredondeadovaler=0,1082*p,enlasWhitworthtantolapuntaexteriorcomolaparteinternasonredondas,conalturaoprofundidaddelfiletedevalorh1=0,64033*pyradiodegiror=0,13733*p.

En las roscasMtricaselpasose indicaporelavanceenmilmetrosporcadavuelta,mientrasen lasWhitworthsedapornmerodehilosporpulgada.

Porltimo,lasmedidasnominalesdelarosca,paraelcasodelaroscaMtrica,sedesignaporeldimetroexteriordelaroscaenmm.(sise tratadeMtrica finaseempleaen ladesignacin,ademsdeldimetroexteriorde la rosca,elvalordelpasoenmm.),mientrasqueparalaroscaWhitworth,lamedidanominaldelaroscaeseldimetroexteriorenpulgadas.

3Tiposdetornillos

3.1TornillosOrdinarios

LostornillosordinariossedesignanporlasiglaM,aunquetambinpuedenaparecerrepresentadosporlasiglaT,seguidosporeldimetroddelacaa,lalongitudldelvstago,yporltimovanseguidosdeunnmeroqueespecificalacalidaddelacero.

Porejemplo:TornilloordinarioM16x905.6 (significaquesetratadeuntornillode16mmdedimetrode lacaa,90mmdelongituddevstagoyfabricadoenacerodecalidad5.6).Tambinpuedenombrarsedelaforma,T16x905.6.

LostornillosordinariostienenroscatriangularISOdepasogrueso.

Fig.2RoscaTriangularISO

En los tornillos ordinarios el dimetro del agujero suele ser 1mmms grande que el del vstago, aunque esta cifra es dereferencia, por lo que se remite al lector al apartado "4.2. Agujeros para tornillos" del presente tutorial para obtener mayorinformacinaesterespecto.

Paraelmontajedeunionescon tornillosordinariosse requiereunmenorajusteentreeldimetrodel tornilloyeldel taladro(alrededorde1mm.,comosehadicho).Los tornillosordinariossesuelenemplearpara transmitiresfuerzosporcortaduraydetraccinprincipalmente,peronoparamomentosoparesdefuerzas,dadoquelaholguraexistenteocasionaraqueseprodujeranmovimientosrelativosentrelaspiezas.
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Coeficientes de Rozamiento

Clase Tipo de Tratamiento

A

0,50 A1 - Chorreado o granallado sin picaduras de corrosin

0,50 A2 - Chorreado o granallado y metalizado por pulverizacin con aluminio

0,50 A3 - Chorreado o granallado metalizados por pulverizacin a base de zinc, conensayo de deslizamiento

B 0,40 Chorreado o granallado con imprimacin de pintura de silicato alcalino de zinchasta un espesor de 80 mC 0,30 Limpieza por cepillado o flameo con eliminacin de toda la cascarilla oherrumbreD 0,20 Superficies no tratadas

3.2TornillosCalibrados

Porotrolado,lostornilloscalibradossedesignanporlasiglaTC,aunquetambinpuedenaparecerrepresentadoscomoenelcasoanteriorporlasiglaM(mtrica),seguidos,aligualquelosordinariosporeldimetroddelacaa,lalongitudldelvstago,yporltimo,seguidosdelanumeracinqueespecificalacalidaddelaceroempleadoenlafabricacindeltornillo.

Lostornillosordinariosycalibradossediferencianbsicamenteensuscaractersticasgeomtricas.Mientrasqueenlostornillosordinarios el dimetro del agujero es ms o menos 1 mmms grande que el del vstago, en los tornillos calibrados ambosdimetrosestnmuyajustados,porloqueseutilizanconpreferenciaparalaformacindenudosrgidosyenunionesdeprecisin,quetransmitanmayoresesfuerzossinqueseproduzcandesplazamientosrelativosentrelaspiezas.

3.3TornillosdeAltaResistencia

Lostornillosdealtaresistencia,otambinllamadospretensados,sedesignanporlasiglaTR,oalternativamentetambinporlasiglaM(mtrica),seguidos,aligualquelosotrostiposdetornillos,poreldimetroddelacaaylalongitudldelvstago,seguidosdel nmero que especifica la calidad del acero empleado en la fabricacin del tornillo. Ejemplo de designacin de un tornillopretensadoodealtaresistencia:M20x5510.9,obien,TR20x5510.9.

Lasunionesdonde sehanempleado tornillospretensados trabajan transmitiendo losesfuerzospor descompresinentre lassuperficiesypor rozamiento.Por tanto,enestasuniones implica laexistenciadeunestadodecompresinentre lassuperficiesunidas,quejuntoalcoeficientederozamientoentreellas,hacequeseimpidaqueexistacualquierdesplazamientorelativo.

Acontinuacin,enlasiguientetablaseexponenloscoeficientesderozamientoobtenidosenfuncindeltratamientosuperficialquetenganlaschapas.EnlosdosprimeroscasoselchorreadoogranalladoimplicaquedebeobtenerseelgradoSa21/2segnUNEENISO85041:

Lasunionesejecutadascontornillosdealtaresistencia,TR,sonunionesqueresultanmsrgidas,menosdeformablesyconmejorcomportamientoenestadolmitedeservicio,quelasrealizadascontornillosordinariosocalibrados.

Enestasuniones,altransmitirselosesfuerzosporrozamientoentrelassuperficies,esmuyimportanteaplicarelmomentotorsoromomentodeaprieteadecuadoparacadatornillo.

Elpar torsordeaprieteaplicadoa los tornillos induceenstosunesfuerzodepretensadoen laespigadel tornillo,quevaadependerdeldimetro(d)ydeuncoeficiente(K).EstecoeficienteKvaatenerencuentalascaractersticasdelrozamientoentreloscomponentesdelapartequegira.

Paraelcasoqueseempleentuercaytornillo ligeramenteengrasados,elpardeaprietepuedeobtenerseaplicandolaexpresinsiguiente:

Mt=K*d*Fp,Cd

donde Fp,Cd es el esfuerzo axial de pretensado en la espiga. Salvo indicacin contraria quepuedanmarcarelPliegodePrescripcionesTcnicasParticularesseconsideraqueelesfuerzodepretensadoquedebeobtenersedelaespigaesel70%delaresistenciaatraccindeltornillo(fub)multiplicadaporelrearesistente(As),esdecir,queelesfuerzoaxialdepretensadovienedadoporlasiguienteexpresin:

Fp,Cd=0,7*fub*As,

quesustituyendoenlaexpresinprimera,elmomentodeaprietequedacomo:

Mt=K*d*0,7*fub*As

TablasdePerfiles

Accedealastablasdeperfilesnormalizados

Estructurasdeaceroenedificacin
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siendo,comoyasehadicho:

K,coeficientequedependedelascondicionesdesuministro(K=0,18)

d,eseldimetronominaldeltornillo.

Aplicandolaexpresinanteriorenunejemplo,sepodracalcularelvalordelmomentodeaprieteaplicableauntornilloTR12declase8.8.Sustituyendovaloressetieneque:

Mt=K*d*0,7*fub*As=0,18*12*0,7*800*84,3=101.969Nmm

4Estudiodelasunionesatornilladas

4.1Categoradelasunionesatornilladas

Lasunionesatornilladasseclasifican,enfuncindelamaneradetrabajardelostornillos,encincocategoras,denominadasA,B,C,DyE,segnseindicaenlanuevaInstruccindeAceroEstructural(EAE).Tresdeellascorrespondenaunionesenlasquelostornillosestnsolicitadosendireccinnormalasueje,esdecir,acortante,ysonlascategorasA,ByCmientrasquelasotrasdos,categorasDyE,secorrespondenaunionesen lasque los tornillosestnsolicitadosendireccindesueje,estoes,quetrabajanatraccin.

Acontinuacinsepasaaestudiarcadaunadelascategorasanteriores:

CategoraA:Comoyasehadicho,sonunionesenlasquelostornillos,bienseanordinarioso de alta resistencia, trabajan a cortante, pero en este caso, tambin pueden trabajar aaplastamiento.Si los tornillossondealta resistencia, calidades8.810.9,noesprecisoqueestnpretensados,niquelassuperficiesencontactoestnpreparadasdemaneraespecial.

Cuandolapiezaestsometidaafatiga,aimpactosoaesfuerzosalternativos,serecomiendaque se empleen tornillos de alta resistencia pretensados, aunque los tornillos pueden seguircalculndoseacortanteyaplastamiento.

Categora B: Son uniones realizadas con tornillos de alta resistencia pretensados, consuperficiesencontactopreparadas,quesedeseaquenodeslicen.Noobstante,enelclculodeestetipodeunionessepodradmitirque,enestadolmiteltimo,launindesliceylostornillostrabajenacortanteyaplastamiento.

CategoraC:Sonunionesrealizadascontornillosdealtaresistenciapretensados,consuperficiesencontactopreparadas,quesedeseaquenodeslicenenningnmomento,nisiquierayaenelestadolmiteltimo.

CategoraD:Sonunionesrealizadascontornillosordinariosodealtaresistenciatrabajandoatraccin.Siseempleantornillosdealtaresistencia,noesprecisoqueestnpretensadosniquelassuperficiesencontactoestnpreparadas.Noserecomiendaelusodeunionesdeestacategoracuandohayandeestarsometidasavariacionesfrecuentesdelesfuerzodetraccinquetienenquetransmitir.

CategoraE:Sonunionesrealizadascontornillosdealtaresistenciapretensadostrabajandoatraccin.Elpretensadomejoralarigidez de la unin en estado lmite de servicio y la resistencia a fatiga, aunque esta ltima depender en granmedida de losdetallesconstructivosydelastoleranciasdelajusteentrepiezas.Sloesprecisoprepararlassuperficiessilauninestsometidaaesfuerzosnormalesalejedelostornillos,ademsdeatraccin(UnionesdecategorasE+BE+C).

Paramsinformacin,seremiteallectoraconsultarelarticuladodelaInstruccindeAceroEstructural(EAE).

4.2Agujerosparatornillos

Laejecucindeagujerospara tornillosdeberefectuarsepreferentementemediante taladro.Noobstante,sepueden realizarmediantepunzonadocuandoelagujeroseadeundimetrosuperioralespesordelapieza,quedichoespesornoseasuperiora15mmy siempreque laspiezasaunir noestn sometidasa solicitaciones variablesenel tiempoo cclicas, quepuedanoriginarfenmenosdefatigaenlaunin.

Eldimetroestndardelosagujerosserigualaldelvstagodeltornilloms:

1mmparatornillosde12y14mmdedimetro

12mmparatornillosde16a24mm

23mmparatornillosde27mmomayores.

Los agujeros de los tornillos de 12 y 14mm tambin podrn tener una holgura de 2mm siempre ycuandolaresistenciadelgrupodetornillosaaplastamientoseainferioraladecortante.

.

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Enunionesatornilladas resistentespor rozamientopuedenemplearseagujerosasobremedidaoagujeros rasgados,cortosolargos,parafacilitarelmontajedelaspiezas.

Paraagujerosasobremedida,eldimetrodeltaladroserigualaldelvstagodelostornillosms:

3mmparatornillosde12mm

4mmparatornillosde14a22mm

6mmparatornillosde24mm

8mmparatornillosde27mmomayores.

Cuandosequierapermitirelmovimientorelativoentrelaspiezasaunir,sesueleemplearagujerosrasgados.Laanchuradelosagujeros rasgados cortos o largos en direccin normal al esfuerzo ser igual al dimetro de los agujeros estndarcorrespondientes.Enladireccindelesfuerzo,ladistanciaemostradaenlafigurasiguiente,paraagujerosrasgadoscortosseriguala:

(d+4)mmparatornillosde1214mm,

(d+6)mmparatornillosde16a22mm,

(d+8)mmparatornillosde24mm,

(d+10)mmparatornillosde27mmymayores.

Paraagujerosrasgadoslargosserentodosloscasos:

e=2,5*dmm,siendodeldimetrodelvstagodeltornillocorrespondiente.

Fig.3AgujerosRasgados

Paramsinformacin,seremiteallectoraconsultarelarticuladodelaInstruccindeAceroEstructural(EAE).

4.3Disposicionesenelmontaje

Comonormageneral,enlosmontajesqueserealicenlosagujerosparatornillosdebendisponersedeformaquesedificultelacorrosindelaspiezasaunirysepermitanlacolocacindelostornillosobulonesdeunamanerafcil.

Enlasiguientetablayfigurasqueseexponenseestablecenloslmitesmximosymnimosparalasdistanciasentreagujerosylosbordes:



Fig.4DisposicionesConstructivas

siendo,

e1:distanciadesdeelcentrodeunagujeroaunbordecontiguo,medidaendireccindelesfuerzoatransmitir

e2:distanciadesdeelcentrodeunagujeroaunbordecontiguo,medidaendireccinperpendicularalesfuerzoatransmitir

p1:distanciaentrecentrosdeagujeroscontiguos,medidaendireccindelesfuerzoatransmitir

p2:distanciaentrefilascontiguasdetornillosoroblones,medidaendireccinperpendicularalesfuerzoatransmitir

m:distanciadelejedeltaladroacualquiersuperficieparalelaadichoeje.

Enelcasodeagujerosrasgados,lasdistanciase1,e2,p1yp2semedirndesdeloscentrosdelossemicrculosextremos.

Fig.5Distancias

Fig.6AgujerosalTresbolillo

Paraquelostornillospuedanapretarsesindificultad,serecomiendaqueladistanciamdelejedeltaladroacualquiersuperficieparalelaadichoejenoseainferiora2*d,siendodeldimetrodeltornillo.



Fig.7Distanciam

5Dimensionesgeomtricasdelostornillos

5.1Tornillosordinarios.Dimensiones

Seadjuntatablaconlascaractersticasgeomtricasdelostornillosordinarios:

Fig.8TornillosOrdinarios.Dimensiones

5.2Tornilloscalibrados.Dimensiones

Seadjuntatablaconlascaractersticasgeomtricasdelostornilloscalibrados:



Fig.9TornillosCalibrados.Dimensiones

5.3Tornillosdealtaresistencia.Dimensiones

Seadjuntatablaconlascaractersticasgeomtricasdelostornillosdealtaresistencia:

Fig.10TornillosdeAltaResistencia.Dimensiones

ANEXOS

A.1Ejemplodeclculodeunauninatornillada

Se pretende mostrar con este ejemplo el procedimiento a seguir para el clculo y comprobacin de una unin atornilladasometidaaesfuerzosdetipocortante(normalalejedelostornillos)ydetraccin.



Dimensionesgeomtricasdeltipodetornilloempleadoenlaunin

Tipodetornillo

Dimetrodelacaa

Longitudparteroscada

Dimetrodelagujero

reanetadelncleo

rearesistente

TR20 20mm 90mm 2122mm 225mm2 275mm2

Fv,Ed +Ft,Ed 1,0

Fv,Rd 1,4 Ft,Rd

Fv,Rd = 0,6 * fub * As

Mb

Segnsemuestraenlafiguraadjunta,setratadeunauninatornilladaenlaquesehanutilizado2tornillos,deltipoTR20x908.8.

Segn las informacin incluida en este tutorial sobre la denominacin detornillos,setratadeuntornillodealtaresistencia(TR),de20mmdedimetroexteriordelarosca,90mmdelongituddevstagoenlazonaroscadaydeunacalidaddeacero8.8(640N/mm2delmiteelsticoy800N/mm2deresistencialtima).

Acontinuacinseindicaenlasiguientetablalasprincipalescaractersticasgeomtricasdeltipodetornilloempleado:

(Todalainformacinqueacontinuacinseindicaestincluidaenlastablasanteriores del apartado 5 que contienen las propiedades geomtricas de lostornillos normalizados, que por otro lado, son los ms empleadoscomercialmente)

Segnsepuedeapreciarenlafiguraadjunta,paraelanclajedelostornillossehaempleadounaspiezasauxiliaresformadaporsendoscasquillosconformaangularde10mmdeespesordechapa(t=10mm).

Porotrolado,ycomoseindicaenlafigura,launinseencuentrasometidaalossiguientesesfuerzos:

Esfuerzocortante(normalalejedelostornillos)=4.100kgf(40,21kN)

Esfuerzoaxil(paraleloalejedelostornillos)=3.800kgf(37,27kN)

Comosetratadeunauninsometidaalaaccinsimultneadeunesfuerzocortante+axil(esfuerzodetraccin),secalcularsegnelprocedimientoindicadoenelTutorialn32,elcualseinvitaallectoraconsultar.

Segnloindicadoall,lostornillosqueconformanlaunindeberncumplir,ademsdeloindicadoenlosapartados7.1y7.2delTutorialn32,lasiguientecondicin:

donde,

Fv,Edeselesfuerzocortantequeactasobrelauninatornillada,enesteejemplo,Fv,Ed=40,21kN(40.210N)

Fv,Rdeslaresistenciaacortantedelauninparaeltipodetornilloempleado,quedebersercalculadasegnloindicadoenelapartado7.1delTutorialn32

Ft,Edeselesfuerzoaxilqueactasobrelauninatornilladaenesteejemplo,Ft,Ed=37,27kN(37.270N)

Ft,Rdeslaresistenciaatraccindelauninparaeltipodetornilloempleado,quedebersercalculadasegnloindicadoen7.2delTutorialn32.

Acontinuacin,seprocederacalcularlosvaloresdelaresistenciaacortante(Fv,Rd)ydelaresistenciaatraccin(Ft,Rd)delauninatornilladadeesteejemplo.

a)Clculodelaresistenciaacortante(Fv,Rd)delaunin:

Segnlo indicadoenelapartado7.1delTutorialn32, laresistenciaacortanteFv,Rd vienedadapor laexpresinsiguiente,paratornillosdecalidad8.8:

Comolaunindelejemploconstade2tornillos,laresistenciatotaldelauninsecalcularmultiplicandolaanteriorexpresinporelnmerodetornillosempleados,enestecaso2tornillos.



Fv,Rd = 0,6 * fub * As * 2

Mb

Fb,Rd = 2,5 * * fu * d * t

Mb

e1 , bien3 * d0

p1-

1, bien

3 * d0 4

fub , bien 1,0fu

Ft,Rd = 0,9 fub As

Porlotantolaresistenciatotalacortantedelauninsecalcularcomo:

donde,

Aseselrearesistenteatraccindeltornillo,quesegnlatablaconlaspropiedadesgeomtricadeltornillovale,As=275mm2

fubeslatensinltimaatraccindeltornillo,devalor,fub=800N/mm2

Mbeselcoeficienteparcialdeseguridad,quesegnloindicadoenelapartado3delTutorialn32,paraunionesatornilladasvale,Mb=1,25.

Conestosvalores,laresistenciatotalacortantedelauninatornilladaparaesteejemplovale:

Fv,Rd=211.200N

Porotrolado,elcortantequeactasobrelauninvale,Fv,Ed=40.210N,queresultainferioralvalorderesistenciaacortantequetienelaunin,esdecir,secumpleque:

Fv,Rd=211.200N>Fv,Ed=40.210N

En el apartado 7.1 del Tutorial n 32 tambin se nos dice que es necesario realizar la comprobacin en la unin para quetampocoseproduzcaelaplastamientodelapiezaenlazonacontiguaaltornillo.

Laresistenciaaaplastamientodelapiezaenlazonacontiguaaltornillo,Fb,Rd,vienedadaporlasiguienteexpresin:

donded eseldimetrodel tornillo (d=20mm), t elespesorde lapiezadondesehapracticadoelagujeroparaanclar lostornillo(enestecaso,t=10mm),yfularesistenciaatraccindelacerodelapieza,queenestecasosetratadeunangulardeaceroS275conresistencialtimaalatraccin,fu=430N/mm2,siendoadems,comoyaseindicanteriormente,elmenorvalorde:

Sepuedecomprobarenesteejemplo,queelmenorvalordequeseobtieneenestecaso,esiguala1.

Sustituyendolosanterioresvalores,seobtieneunaresistenciaalaplastamientodelapiezacontiguaaltornillode:

Fb,Rd=172.000N

Queresultaunvalormuysuperioralcortantequeactasobrelauninquevale,Fv,Ed=40.210N,esdecir,secumpleque:

Fb,Rd=172.000N>Fv,Ed=40.210N

b)Clculodelaresistenciaatraccin(Ft,Rd)delaunin:

Segnloindicadoenelapartado7.2delTutorialn32,laresistenciaatraccinFt,Rddeuntornillovienedadaporlaexpresin:



Mb

Ft,Rd = 0,9 fub As 2

Mb

Bp,Rd = 0,6 dm t fu

Mb

Fv,Ed +Ft,Ed 1,0

Fv,Rd 1,4 Ft,Rd

Comolaunindelejemploconstade2tornillos,laresistenciatotaldelauninsecalcularmultiplicandolaanteriorexpresinporelnmerodetornillosempleados,enestecaso2.

Porlotantolaresistenciatotalaesfuerzodetraccindelauninsecalcularcomo:

donde,

As eselrearesistentea traccindel tornillo,quesegn la tablaanteriordepropiedadesgeomtricadel tornillo, As=275mm2

fubeslatensinltimaatraccindeltornillodevalor,fub=800N/mm2

Mbeselcoeficienteparcialdeseguridad,quesegnloindicadoenelapartado3delTutorialn32,paraunionesatornilladasvale,Mb=1,25.

Conestosvalores,laresistenciatotalatraccindelauninatornilladadelejemplovale:

Ft,Rd=316.800N

Porotrolado,elesfuerzodetraccinqueactasobrelauninquevale,Ft,Ed=37.270N,resultainferioralvalorderesistenciaalesfuerzodetraccinquetienelaunin,esdecir,secumpleque:

Ft,Rd=316.800N>Ft,Ed=37.270N

Porotrolado,cuandoeltornillotrabajaatraccin,lanormaexigerealizarunacomprobacinapunzonamientodelachapaencontactoconlacabezadeltornillo.

Segnlo indicadoenelTutorialn32, laresistenciaapunzonamiento,Bp,Rd ,deunachapadeespesor t,vienedadapor laexpresinsiguiente:

donde:

fueslaresistenciaatraccindelacerodelachapa,queenestecasosetratadeunachapadeaceroS275,conresistenciaatraccinfu=430N/mm2

dmeselmenordimetromedioentreloscrculoscircunscritoseinscritoalacabezadeltornillo.Enestecaso,sehatomadolamedidaentrecarasdelacabezadeltornillo,devalor,dm=30mm

teselespesordelaplacabajolacabezadeltornilloobajolatuerca,enestecasolachapatieneunespesorde10mm.

Sustituyendovalores,seobtieneunaresistenciaapunzonamientodelachapa,Bp,Rd,devalor:

Bp,Rd=194.527N

Valorstequeesmuysuperioralesfuerzodetraccin,Ft,Ed,queactasobrelauninatornillada,queenesteejemplo,tenaunvalorFt,Ed=37,27kN(37.270N).

Porlotantosecumplelacondicinque:Bp,Rd>Ft,Ed

c)Comprobacinfinal:

Alcomienzodelosclculosseindicquecuandoenunauninatornilladaactandemanerasimultneaesfuerzoscortanteydetraccin,sedebercumplirademslasiguientecondicin:

donde,

Fv,Edeselesfuerzocortantequeactasobrelauninatornillada,enesteejemplo,Fv,Ed=40.210N

Fv,Rdeslaresistenciaacortantequeofrecelaunin,quehasidocalculadaenelapartadoa),resultandoser,Fv,Rd=211.200



40.210+

37.270= 0,27 1,0

211.200 1,4 316.800

IngemecnicaIngeniera,ConsultorayFormacin

N

Ft,Edeselesfuerzoaxilqueactasobrelauninatornilladaenesteejemplo,Ft,Ed=37.270N

Ft,Rdeslaresistenciaatraccinquetienelaunin,yquehasidocalculadaenelapartadob),resultandoser,Ft,Rd=316.800N.

Sustituyendovaloressecompruebaquesecumpleconlacondicinanterior:

PorloquelauninatornilladapropuestaresultaVLIDA.

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