Empezaremos hablando sobre los requisitos de los tornillos, que se incluyen en el artículo 10.4.1 del CTE DB SE-A y en arla EAE, normativas de referencia actuales, hasta que entre en vigor el nuevo código estructural.
El documento básico especifica que no deben soldarse los tornillos, salvo que lo indique el pliego de condiciones. Los tornillos normalizados en las normas recogidas en la tabla siguiente se consideran tornillos utilizables a los efectos de la instrucción EAE. En la tabla se indican, para cada grupo normalizado de tornillos, las normas relativas a las tuercas y arandelas que pueden utilizarse con aquéllos.
Clasificación de uniones atornilladas y requisitos de tornillos
Uniones pretensadas. Podrán pretensarse únicamente los tornillos de grados 8.8 y 10.9. normalizados según UNE-EN 14399-1. En la tabla 29.2.b de la instrucción EAE (incluida en el apartado anterior) se indican, para cada grupo normalizado de tornillos, las normas relativas a las tuercas y arandelas que pueden utilizarse con aquéllos. En estructuras sometidas a vibraciones se tomarán medidas especiales para evitar la pérdida de la rosca y la eventual salida del tornillo. En este caso los tornillos de eje vertical tendrán su cabeza en la parte superior de la unión.
Las tuercas de tornillos sin pretensar deben estar dotadas de contratuercas u otro medio mecánico eficaz. En agujeros redondos normales y con tornillos sin pretensar, normalmente no es necesario utilizar arandelas, aunque su empleo puede reducir daños en los recubrimientos. Según la instrucción EAE, Las arandelas de la serie normal son las normalizadas en las UNE-EN ISO 7089, 7090 y 7091; las de la serie estrecha son las normalizadas en UNE-EN ISO 7092; las de la serie ancha son las normalizadas en UNE-EN ISO 7093-1 y 7093-2; finalmente, las de la serie extra ancha son las normalizadas en UNE-EN ISO 7094. Si se emplean arandelas indicadoras del pretensado del tornillo (IDT), estas se instalarán con los resaltos en contacto con la parte que no gire en el apriete.
Categorías de uniones atornilladas. La instrucción EAE clasifica las uniones en estructuras atornilladas, en función de la manera de trabajar de los tornillos, en cinco categorías. Categoría A: Son uniones en las que los tornillos, ordinarios o de alta resistencia, trabajan a cortante y aplastamiento. Si los tornillos son de alta resistencia, calidades 8.8 ó 10.9, no es preciso que estén pretensados, ni que las superficies en contacto estén preparadas de manera especial. Categoría D: Son uniones realizadas con tornillos ordinarios o de alta resistencia trabajando a tracción. Si se emplean tornillos de alta resistencia, no es preciso que estén pretensados ni que las superficies en contacto estén preparadas. Categoría E: Son uniones realizadas con tornillos de alta resistencia pretensados trabajando a tracción. El pretensado mejora la rigidez de la unión en estado límite de servicio y la resistencia a fatiga, aunque esta última dependerá en gran medida de los detalles constructivos y de las tolerancias del ajuste entre piezas.
Los agujeros para tornillos se efectuarán preferentemente mediante taladro. En uniones atornilladas resistentes por rozamiento pueden emplearse agujeros a sobremedida o agujeros rasgados, cortos o largos, para facilitar el montaje de las piezas. Para los pernos de anclaje en placas de base pueden emplearse agujeros a sobremedida con las holguras que indique el proyectista, siempre que dichos taladros se tapen con cubrejuntas de dimensiones y espesor adecuados. Los agujeros en los cubrejuntas serán de diámetro estándar. La anchura de los agujeros rasgados cortos o largos en dirección normal al esfuerzo será igual al diámetro de los agujeros estándar correspondientes. La Instrucción autoriza el empleo de agujeros rasgados largos cuando se quiera permitir el movimiento relativo entre las piezas a unir. En este caso, la longitud del taladro será fijada por el proyectista. En la tabla 58.4.a de la instrucción EAE se establecen los límites máximos y mínimos para las distancias de los agujeros y los bordes que se definen a continuación y en las figuras 58.4.a.
En el artículo 10.4.4 del DB SE-A se especifica que cada conjunto de tornillo, tuerca y arandela(s) debe alcanzar la condición de «apretado a tope» sin sobrepretensar los tornillos. Según la instrucción EAE, es admisible que queden holguras locales de 2 mm separadas de la zona donde se disponen los tornillos. Con objeto de alcanzar un pretensado uniforme, el apriete se realizará progresivamente desde los tornillos centrales de un grupo hasta los bordes y posteriormente realizar ciclos adicionales de apriete.
Métodos de control y verificación del pretensado
Método de control del par torsor. Método del giro de tuerca. Método del indicador directo de tensión. Método combinado. El pretensado de los tornillos se iniciará una vez obtenida la condición de contacto ajustado y se realizará de forma ordenada y progresiva. Arandela con indicación directa de tensión. Método combinado. Todas las uniones mecánicas, pretensadas o sin pretensar tras el apriete inicial, y las superficies de rozamiento se comprobarán visualmente. Inspecciones en uniones con tornillos pretensados (Art. Cuando se haya aplicado el método de control del par de apriete, se comprobará el 10 % de los tornillos (con un mínimo de dos), aplicando de nuevo una llave dinamométrica capaz de dar una precisión del + 5 %.
En el curso Uniones atornilladas en estructuras de acero, Carlos Ríos te explica cómo encajar, diseñar y verificar correctamente una unión atornillada. Una vez encajada la unión, el primero de los modos de rotura que verificamos es la rotura de los tornillos. Sin embargo, en muchas ocasiones se piensa erróneamente que este es el modo de rotura fundamental. Esto implicaría que, por ejemplo, si unimos una chapa metálica al alma de un IPE 200, tendríamos que hacer una doble comprobación por cada uno de dichos modos de rotura, una por elemento.
9- Análisis comparativo NBE EA-95 vs. Los tornillos de clase 8.8 y 10.9 o superior son denominados también "tornillos de alta resistencia", siendo los "tornillos ordinarios" las demás de clase inferior. Preferiblemente, los agujeros para alojar los tornillos se realizarán mediante taladros. Los agujeros de los tornillos de 12 y 14 mm también podrán tener una holgura de 2 mm siempre y cuando la resistencia del grupo de tornillos a aplastamiento sea inferior a la de cortante. En uniones atornilladas resistentes por rozamiento pueden emplearse agujeros a sobremedida o agujeros rasgados, cortos o largos, para facilitar el montaje de las piezas. Cuando se quiera permitir el movimiento relativo entre las piezas a unir, se suele emplear agujeros rasgados. La anchura de los agujeros rasgados cortos o largos en dirección normal al esfuerzo será igual al diámetro de los agujeros estándar correspondientes (indicado con d0 en la figura adjunta). Se suelen emplear este tipo de agujeros rasgados largos cuando se quiera permitir el movimiento relativo entre las piezas a unir. En el caso de elementos comprimidos, las separaciones p1 y p2 no deberán superar al menor valor de 14*t ó 200 mm. Las uniones atornilladas se clasifican, en función de la manera de trabajar de los tornillos, en cinco categorías. Categoría A: Son uniones en las que los tornillos, bien sean de tipo ordinarios o de alta resistencia, trabajan a cortante y aplastamiento. Si los tornillos son de alta resistencia, calidades 8.8 ó 10.9, no es preciso que estén pretensados, ni que las superficies en contacto estén preparadas de manera especial. Categoría B: Son uniones realizadas con tornillos de alta resistencia pretensados, con superficies en contacto preparadas, que se desea que no deslinen en el estado límite de servicio (ELS). siendo Fs,Rd el valor máximo de resistencia dado en el apartado 8. Categoría C: Son uniones realizadas con tornillos de alta resistencia pretensados, con superficies en contacto preparadas, que se desea que no deslicen en el estado límite último (ELU). siendo Fs,Rd el valor máximo de resistencia dado en el apartado 8. - La unión resiste a cortante y aplastamiento de acuerdo con lo dispuesto en el apartado 7. Categoría D: Son uniones realizadas con tornillos ordinarios o de alta resistencia trabajando a tracción. Si se emplean tornillos de alta resistencia, no es preciso que estén pretensados ni que las superficies en contacto estén preparadas. No se recomienda el uso de uniones de esta categoría cuando hayan de estar sometidas a variaciones frecuentes del esfuerzo de tracción a transmitir, aunque se admite su uso si dichos esfuerzos de tracción son debidos únicamente a cargas de viento. Categoría E: Son uniones realizadas con tornillos de alta resistencia pretensados trabajando a tracción. El pretensado mejora la rigidez de la unión en estado límite de servicio y la resistencia a fatiga, aunque esta última dependerá en gran medida de los detalles constructivos y de las tolerancias del ajuste entre piezas. Los tornillos de alta resistencia (TR), grados 8.8 y 10.9, que deban ser pretensados, deberán apretarse hasta conseguir una tracción en el vástago igual al 70% de su resistencia a tracción.
ks es un factor que depende del tipo de agujero que se utilice. ks = 1,0 ... ks = 0,85 ... ks = 0,7 ... n ... μ ... μ = 0,5 ... μ = 0,4 ... μ = 0,3 ... μ = 0,2 ... γMb = 1,1 ... γMb = 1,25 ...
9- Análisis comparativo NBE EA-95 vs. Para los tornillos de uniones no pretensadas el par de apriete necesario será aquel que logre la condición de contacto ajustado de las superficies alrededor de la zona de contacto de cada tornillo. La condición de contacto ajustado se considera que es el proporcionado por un operario utilizando una llave o herramienta normal sin prolongador, o equivalente al punto en que una llave neumática empieza a impactar. Tabla A. Efectivamente, cuando se emplea una llave dinamométrica para aplicar un par que apriete al tornillo, este par induce un esfuerzo de pretensado (N0) en la espiga del tornillo, esfuerzo que va a depender del diámetro del tornillo y de un coeficiente que marque el rozamiento entre los componentes de la parte que gira. Se puede comprobar en este ejemplo, que el menor valor de α que se obtiene en este caso, es igual a 1. dm es el menor diámetro medio entre los círculos circunscritos e inscrito a la cabeza del tornillo.
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