UNIVERSIDAD NACIONAL DE MISIONES

Facultad de IngenieríaOberá – Misiones

TRABAJO PRÁCTICO Nº 3TRACCIÓN AXIL – UNIONES

ABULONADAS

Cátedra:

CONSTRUCCIONES METÁLICASY DE MADERA

Grupo Nº 5:

Integrantes:EFLER, Karina RaquelHUK, Gladis Noemí

- 2010 -

Ejercicio Nº 1

1. Área Bruta, Área Neta y Área Neta Efectiva :

Área Bruta (Ag): es la suma de los productos de los espesores por los anchos brutos decada elemento de la sección, medidos en la sección normal al eje de la barra.

Área Bruta (An): es el área bruta menos la sección ocupada por los agujeros.Cuando exista más de una fila de agujeros, la falla se producirá por la línea que tenga lamenor sección neta de todas las posibles cadenas a lo largo de las cuales se puedaproducir la falla.

El ancho neto a lo largo de las líneas diagonales es el ancho bruto menos la totalidad delos diámetros de cálculo de los agujeros de la cadena considerada, mas la cantidad(s2/4g) por cada diagonal de la cadena.

Área Neta Efectiva (Ae): es el área neta o parte de ella que resiste efectivamente lasolicitación.Este concepto aparece cuando dos piezas no se conectan a través de todos sus elementossino por alguno de ellos; el esfuerzo se transmite por los elementos conectados y setransmite a toda la sección por corte produciéndose un retraso del cortante .entonces elárea neta se ve disminuida y se transforma en área neta efectiva.La reducción está relacionada con la distancia entre el plano de unión (por la que setransmite realmente la fuerza) y el baricentro por la que viene la fuerza a transmitir (x) ycon la longitud L de la unión.El coeficiente de reducción es: U = 1-x/L

2. Unión tipo aplastamiento y de deslizamiento crítico. Bloque de corte :

Unión tipo Aplastamiento: unión simple (traslapada) entre dos chapas que debetransmitir un esfuerzo de tracción

La fuerza pasa por la sección 1-1 de la chapa A y luego por aplastamiento de la chapa albulón a través de la superficie de contacto 2-2. Por la sección 3-3 pasa por corte de laparte superior a la parte inferior del bulón. De ésta por aplastamiento al extremo de lachapa B y luego por la sección del agujero al cuerpo de la chapa BLas posibles fallas de una unión abulonada cuando debe transmitir fuerzas normales alos ejes de los bulones son:

a) Falla por corte del bulónb) Falla por desgarramiento de la chapa desde el bulón a su extremo librec) Falla por aplastamiento del bulónd) Falla por aplastamiento de la chapae) Falla por rotura de la chapa

.

Unión tipo Deslizamiento crítico: los bulones de alta resistencia son totalmentetraccionados, las chapas quedan fuertemente unidas y aparece una gran resistencia aldeslizamiento en la superficie de contacto entre ellas; entonces se puede transmitir porfricción, de una chapa a la otra, una fuerza normal al eje del bulón.

La resistencia al deslizamiento es igual al producto de la fuerza de apriete por elcoeficiente de rozamiento entre las superficies. Si la fuerza a transmitir es menor o igualque la fuerza de fricción no hay deslizamiento. La unión se denomina de deslizamientocrítico.

Bloque de Corte: en las uniones abulonadas se puede producir la rotura en la línea queune los centros de agujeros. La falla puede ocurrir a lo largo de una trayectoria queimplique tracción en un plano y corte en el perpendicular. Es poco probable que larotura se produzca en ambos planos simultáneamente, por lo que no se puede sumar lasresistencias a rotura de cada plano para obtener la resistencia total de la unión. La fallase producirá cuando se alcance la rotura o el desgarro en el de mayor capacidadresistente. Se supone que en ese momento en el otro plano se ha alcanzado la fluencia.

En algunas situaciones no queda claro la línea por la que se produce la rotura por bloquede corte y cuáles las sometidas a tracción. Entonces se deben analizar las posibles líneasde rotura. Cuando el plano considerado en tracción no es perpendicular a la fuerza, ladeterminación del ancho neto se utiliza el método indicado en esta figura:

3. Paso y Gramil :

Paso (s): distancia entre centros de agujeros consecutivos en la dirección de la fuerza.Gramil (g): distancia entre centros de agujeros de líneas consecutivas medida endirección normal a la fuerza.

4. Agujeros Normales y Agujeros Holgados :

Agujeros Normales: son los comunes. Se utilizan tanto para uniones tipo aplastamientocomo de deslizamiento crítico.Agujeros Holgados: no pueden utilizarse en uniones tipo aplastamiento, sí en encualquiera o todas las chapas de uniones de deslizamiento crítico.

5. Tipos de bulones, designaciones, valores característicos de tensión yresistencias de diseño tanto en corte como en tracción :

Bulones Comunes calibrados (A307): Tensión de rotura a tracción (Fu) = 370 MPa Tensión de Fluencia (Fy) = 235 MPa

Bulones de Alta Resistencia: los más comunes son:

1- Bulones tipo ASTM A325 (IRAM5453) Fu ≥ 825 MPa (diám. ≤ 1”) ; Fu ≥ 725 MPa (diám. > 1”) Fy ≥ 650 MPa (diám. ≤ 1”) ; Fu ≥ 570 MPa (diám. > 1”)

2- Bulones tipo ISO 8.8 (IRAM5464) ASTM A325M (métricos) Fu ≥ 800 MPa (diám. <12mm) ; Fu ≥ 830 MPa (diám. ≥ 12mm) Fy ≥ 0.8 Fu ≥ 640MPa (diám.<12mm); Fy ≥ 660 MPa (diám≥12mm)

3- Bulones tipo ASTM A490 (IRAM5455) Fu ≥ 1035 MPa Fy ≥ 800 a 900 MPa según diámetro

4- Bulones tipo ISO 10.9 A490 (IRAM5464) ASTM A490M (métricos) Fu ≥ 1040 MPa Fy ≥ 0.9 Fu ≥ 900 MPa

Resistencia de Diseño de Bulones a Tracción:La resistencia nominal de un bulón en (KN): Rn = Fu x An (10-1)An (área neta en parte roscada) oscila entre 0.75y 0.79 Ab (área bruta, vástago)Adoptando An = 0.75 Ab → Rd= Fu x 0.75 x Ab (10-1) = Fn x Ab x (10-1)Adoptando Ф = 0.75 → Rd= 0.75 x Fn x Ab (10-1) = Fn x Ab x (10-1)Se define Fn: tensión neta aplicada en un área bruta Fn = 0.75 FuSegún 301- EL:

Bulones A325 (0.75 x 825)→ Fn = 620 MPa Bulones ISO 8.8 (0.75 x 800)→ Fn = 600 MPa Bulones A490 (0.75 x 1035)→ Fn = 778 MPa Bulones ISO 10.9 (0.75 x 1000)→ Fn = 750 MPa

Para bulones comunes tipo A307 por el menor control se adopta: An = 0.65 Ab

Resistencia de Diseño de Bulones a Corte en Uniones Tipo Aplastamiento:Cuando la rosca está excluida de los planos de corte:Rd = Ф Rn = Ф x m x Tn x Abm = planos de corte por bulónSe adopta Ф = 0.75 y Tn = 0.5 FuRd = 0.75 x m x Tn x AbSegún 301- EL:

Bulones A325 (0.50 x 825)→ τ n = 415 MPa

Bulones ISO 8.8 (0.5 x 800)→ τ n = 400 MPa

Bulones A490 (0.5 x 1035)→ τ n = 517 MPa

Bulones ISO 10.9 (0.5 x 1000)→ τ n = 500 MPa

Para bulones comunes tipo A307 se adopta: Tn = 0.40Fu → τ n = 150 MPa

Resistencia de Diseño de Bulones a Corte en Uniones Tipo Aplastamiento:Cuando la rosca noestá excluida de los planos de corte:Rd = 0.75 x (0.5 Fu) x m x 0.75 Ab = 0.75 x m x T´n x AbSegún 301- EL:

Bulones A325 (0.4 x 825)→ τ´n = 330 MPa

Bulones ISO 8.8 (0.4 x 800)→ τ´n = 320 MPa

Bulones A490 (0.5 x 1035)→ τ´n = 414 MPa

Bulones ISO 10.9 (0.5 x 1000)→ τ´n = 400 MPa

Para bulones comunes tipo A307 se adopta: Tn = 0.35Fu → τ´n = 100 MPa

Ejercicio Nº 2

1- Resumir las especificaciones exigidas por las normativas, referidas a lascondiciones que deben cumplir los medios de unión: bulones, tuercas y arandelas.

Las normas IRAM e IRAM-IAS nacionales de materiales se encuentran actualmente enproceso de revisión e integración con las de los restantes países del MERCOSUR.En general para cada Proyecto Estructural se deberán adoptar las especificaciones demateriales fijadas en la normas IRAM-IAS vigentes a la fecha de ejecución.Las normas IRAM referidas a bulones, tuercas y arandelas, se encuentran en etapa deredacción y preparación.

Los bulones tuercas y arandelas deben cumplir con las normas IRAM que se indican acontinuación:

IRAM 5451 - Tuercas de aceros al carbono y aleadas para bulones en serviciobajo alta presión y altas temperaturas.

IRAM 5452 - Bulones y pernos de acero al carbono. Fu mínimo: 370 MPa -TipoA 307.

IRAM 5453 - Bulones estructurales de acero con tratamiento térmico Fumínimo: 825-725 MPa - Tipo A 325.

IRAM 5454 - Bulones y pernos de acero templado y revenido - Tipo A 449. IRAM 5455 - Bulones estructurales de acero con tratamiento térmico Fu

mínimo: 1035 MPa - Tipo A 490. IRAM 5456 - Tuercas de aceros al carbono y aleados. IRAM 5457 - Arandelas de acero endurecidas. IRAM 5464 - Bulones estructurales de cabeza hexagonal de alta resistencia-

Clases ISO 8.8 y 10.9. IRAM 5465 - Tuercas hexagonales para bulones estructurales de alta resistencia-

Clases ISO 8.8 y 10.9. IRAM 5466 - Arandelas planas para bulones estructurales de alta resistencia,

endurecidas y templadas. IRAM 5467 - Arandelas planas para bulones estructurales de alta resistencia,

biseladas, endurecidas y templadas.

Los bulones de acero Tipo A 449 según norma IRAM 5454 se deben utilizar sólo enuniones que necesiten bulones de más de 38,1mm de diámetro y no podrán serutilizados en uniones de deslizamiento crítico.Los bulones de acero tipo A 449 según la norma IRAM 5454 se podrán utilizar comobulones de anclaje con cualquier diámetro.

Ejercicio Nº 3

1- Resumir las especificaciones exigidas por el reglamento, referidas al cálculo yverificación de uniones mediante bulones.

Verificación de Estados Límites:

PuRd Donde:

Rd: Resistencia de diseño.Pu: Carga aplicada por el coeficiente de mayoración de cargas.

Estado 1: “Fluencia en la sección bruta”

AgFyRnRd Donde:

Rd: Resistencia de diseño.Rn: Resistencia nominal. : Coeficiente de minoración de resistencia, se toma igual a 0,90.Fy: Tensión de fluencia.Ag: Área bruta de la chapa.

Estado 2: “Rotura en la sección neta”

AnFuRnRd Donde:

Rd: Resistencia de diseño.Rn: Resistencia nominal. : Coeficiente de minoración de resistencia, se toma igual a 0,75.Fu: Tensión de rotura.An: Área neta de la chapa.

Estado 3: “Resistencia a corte del bulón”

Para uniones tipo aplastamiento:

Cuando la rosca esta excluida de los planos de corte:

AbFvmRnRd Donde:

Rd: Resistencia de diseño.Rn: Resistencia nominal. : Coeficiente de minoración de resistencia, se adopta igual a 0,75.

m: planos de cortes por bulónFv: Tensión nominal de rotura por corte. (De tabla J.3-2 del CIRSOC 301)

FuFv 50,0Fu: Tensión de rotura.Ab: Área nominal del cuerpo no roscado del bulón.

Excepción: Para el bulón A307 se adopta un FuFv 40,0

Cuando la rosca no esta excluida de los planos de corte:

AbFvmAbFvmRnRd `75,0 Donde:

Rd: Resistencia de diseño.Rn: Resistencia nominal. : Coeficiente de minoración de resistencia, se adopta igual a 0,75.m: planos de cortes por bulónFv`: Tensión nominal de rotura por corte. (De tabla J.3-2 del CIRSOC 301)

FuFv 40,0`Fu: Tensión de rotura.Ab: Área nominal del cuerpo no roscado del bulón.

Excepción: Para el bulón A307 se adopta un FuFv 35,0

Estado 4: “Rotura por Bloque de Corte”

La mayor resistencia a rotura de cada plano frente a tracción o a corte determinará laforma de falla.Si:

- AnvFuAntFu 6,0 Rotura por tracción y Fluencia por corte.)6,0( AgvFyAntFuRnRd

- AnvFuAntFu 6,0 Rotura por corte y Fluencia por tracción.)6,0( AgtFyAnvFuRnRd

Donde:Rd: Resistencia de diseño.Rn: Resistencia nominal. : Coeficiente de minoración de resistencia, se adopta igual a 0,75.Fu: Tensión de rotura.Fy: Tensión de fluencia.Ant: Área neta sometida a tracción.Agt: Área bruta sometida a tracción.Anv: Área neta sometida a corte.Agv: Área bruta sometida a corte.

Estado 5: “Resistencia de diseño por aplastamiento de chapa en los agujeros”

Con: RnRnRd 75,0

A) Para agujeros normales, holgados u ovalados cortos: Cuando la deformación alrededor del agujero para cargas de servicio es una

consideración de diseño:FutLcRn 2,1 Por deformación de chapa

FutdRn 4,2 Por desgarramiento en bloque

Cuando la deformación alrededor del agujero para cargas de servicio no es unaconsideración de diseño

FutLcRn 5,1 Por deformación de chapa

FutdRn 0,3 Por desgarramiento en bloqueB) Para un bulón en una unión con agujeros ovalados largos con el eje mayorperpendicular a la dirección de la fuerza:

FutLcRn 0,1 Por deformación de chapa

FutdRn 0,2 Por desgarramiento en bloque

Donde:Rn: Resistencia nominal al aplastamiento.Fu: Resistencia a tracción mínima especificada de la chapa.Lc: Distancia libre, en la dirección de la fuerza, entre el borde del agujero y el

borde del agujero adyacente o el borde del material.t: Espesor de la parte conectada crítica.d: Diámetro del bulón.

Estado 6: “Resistencia de diseño de la chapa de nudo”

Para chapas sometidas a fuerzas de tracción la resistencia de diseño deberá verificar elestado límite de:

- Fluencia del área bruta:AgFyRnRd 90,0

- Rotura del área neta:AnFuRnRd 75,0

Donde:Rd: Resistencia de diseño.Rn: Resistencia nominal. : Coeficiente de minoración de resistencia.Fu: Tensión de rotura.Fy: Tensión de fluencia.Ag: Área bruta a tracción de la chapaAn: Área neta a tracción de la chapa AgAn 85,0

La distribución de la fuerza transmitida por la barra y la posición de los anchos brutos ynetos se pueden determinar considerando un ángulo de distribución de 30º con respectoal eje de la barra.Para uniones abulonadas el ancho neto se tomará en el eje del primer bulón.

bc es el ancho de cálculo de la chapa en la sección crítica.