Las fuerzas en los tornillos, incluidas las fuerzas de palanca, se determinan mediante análisis por elementos finitos. Las resistencias de los tornillos se verifican según S16 – Capítulo 13.
Tornillos
Resistencia a tracción de los tornillos
La resistencia a tracción de un tornillo se evalúa según la Cláusula 13.12.1.3 y se toma como:
donde:
- ϕb = 0.8 – factor de resistencia para tornillos, editable en la configuración normativa
- Ab – área de la sección transversal de un tornillo basada en su diámetro nominal
- Fu – resistencia mínima especificada a tracción para un tornillo
Cuando los filetes del tornillo son interceptados por un plano de cortante, la resistencia a cortante se toma como 0.7 Vr.
Resistencia a cortante de los tornillos
La resistencia a cortante de un tornillo se evalúa según la Cláusula 13.12.1.2. Cada plano de cortante de un tornillo se verifica por separado. Se toma como:
donde:
- ϕb = 0.8 – el factor de resistencia para tornillos, editable en la configuración normativa
- Ab – área de la sección transversal de un tornillo basada en su diámetro nominal
- Fu – resistencia mínima especificada a tracción para un tornillo
Cuando los filetes del tornillo son interceptados por un plano de cortante, la resistencia a cortante se toma como 0.7 Vr.
Tracción y cortante combinados en unión de tipo aplastamiento
La resistencia de un tornillo cargado por tracción y cortante combinados se evalúa según la Cláusula 13.12.1.4 y se toma como:
donde:
- Vf y Tf son la fuerza de cortante de cálculo y la fuerza de tracción que actúan sobre el tornillo, respectivamente
- Vr y Tr son la resistencia a cortante de cálculo y la resistencia a tracción del tornillo, respectivamente
Resistencia al aplastamiento en los agujeros de los tornillos
La resistencia desarrollada en el tornillo de una unión atornillada sometida a aplastamiento y cortante se evalúa según la Cláusula 13.12.1.2 y se toma como
Br = 3 ϕbr t d Fu para agujeros de tornillo regulares
Br = 2.4 ϕbr t d Fu para agujeros ranurados cargados perpendicularmente a dichos agujeros
donde:
- ϕbr = 0.8 – factor de resistencia para el aplastamiento de tornillos sobre el acero
- t – espesor menor de las placas conectadas
- d – diámetro de un tornillo
- Fu – resistencia a tracción del material conectado
Desgarro del agujero de un tornillo
La resistencia al desgarro del agujero de un tornillo se verifica para tornillos individuales según la Cláusula 13.11 como:
donde:
- ϕu = 0.75 – factor de resistencia para acero estructural
- Agv = 2 ∙ l ∙ t – área bruta a cortante
- Fy – límite elástico del material conectado
- Fu – resistencia a tracción del material conectado
- l – distancia desde el eje del tornillo hasta el borde en la dirección de la fuerza cortante
- t – espesor del material conectado
Para grados de acero con Fy > 460 MPa, (Fy + Fu) / 2 deberá sustituirse por Fy en la determinación de Tr.
Tornillos en uniones resistentes al deslizamiento
La resistencia al deslizamiento de una unión atornillada se evalúa según la Cláusula 13.12.2 como
Vs = 0.53 cs ks Ab Fu
donde:
- cs – coeficiente determinado según ks y el grado del tornillo:
- para ks < 0.52 clase A cs = 1.00 (A325) o 0.92 (A490) o 0.78 (otros)
- para ks ≥ 0.52 clase B cs = 1.04 (A325) o 0.96 (A490) o 0.81 (otros)
- ks – coef. de fricción editable en la configuración normativa, que debe establecerse según la Tabla 3 de S16-14; igual a 0.3 para clase A o 0.52 para clase B
- Ab – área de la sección transversal de un tornillo basada en su diámetro nominal
- Fu – resistencia mínima especificada a tracción para un tornillo
Cuando se utilizan agujeros ranurados en uniones resistentes al deslizamiento, Vs = 0.75 ∙ 0.53 cs ks Ab Fu.
Un tornillo sometido tanto a tracción como a cortante debe satisfacer la siguiente relación:
donde:
- Vf y Tf son la fuerza de cortante de cálculo y la fuerza de tracción que actúan sobre el tornillo, respectivamente
La Cláusula 13.12.2 establece que deben verificarse las resistencias de la unión especificadas en la Cláusula 13.12.1. Por lo tanto, el usuario debe verificar el estado tras producirse el deslizamiento, es decir, cambiar la transferencia de la fuerza cortante de los tornillos de "Fricción" a "Aplastamiento – interacción tracción y cortante".
Detalles constructivos
En los detalles constructivos de las uniones atornilladas, el paso mínimo y la distancia mínima al borde se verifican según S16-14 – 22.3. Se verifican el paso mínimo (2.7 d – editable en la configuración normativa) y la distancia mínima al borde (1.25 d).
