¿Por qué la fuerza de tracción en un tornillo es mayor de lo esperado en un cálculo manual? ¿Por qué existen fuerzas de tracción en los tornillos de una unión con placa de aleta? ¿Por qué las fuerzas de tracción en los tornillos son a veces diferentes para cada clase de tornillo?
La respuesta habitual es el modelo CBFEM utilizado en las aplicaciones de IDEA StatiCa. La deformación de las placas y otras partes se calcula como parte del análisis de elementos finitos, por lo que las fuerzas de palanca entran en acción. Las fuerzas de palanca son las cargas adicionales que también se introducen en los tornillos. Lea más sobre las fuerzas de palanca en una entrada de blog dedicada.
Como resultado de las fuerzas de palanca, las fuerzas de tracción resultantes en los tornillos pueden variar considerablemente en función del diseño de la unión, la resistencia de las partes de la unión y los efectos de carga aplicados.
Fuerzas de tracción en los tornillos de una unión con placa de aleta
En la mayoría de los casos, las placas de aleta utilizan una sola placa para conectar el elemento. La consecuencia de esto es que se aplica una pequeña excentricidad a la unión. Esta excentricidad generará fuerzas de palanca adicionales en las placas, lo que induce tracción en los tornillos.
Si se utiliza una placa de aleta doble y la unión es simétrica, las únicas fuerzas de tracción en los tornillos aparecen debido a la deformación de las placas de aleta, ya que con las deformaciones se produce una excentricidad adicional.
Mayores fuerzas de tracción en los tornillos de una unión con placa de testa
Cuanto más delgada es la placa de testa, mayor es su deformación bajo los efectos de carga dados. Esto añade el efecto de palanca y se aplican fuerzas de tracción adicionales a los tornillos. Si la placa de testa es gruesa y, por tanto, suficientemente rígida, las fuerzas de palanca se eliminan. Véase este efecto demostrado en un ejemplo sencillo:
a) Placa de testa - espesor 10 mm, fuerza de tracción aplicada 200 kN
Fuerza de tracción resultante en 4 tornillos: 61,5 x 4 = 246 kN
b) Placa de testa - espesor 40 mm, fuerza de tracción aplicada 200 kN
Fuerza de tracción resultante en 4 tornillos: 49,9 x 4 = 200 kN
Diferentes fuerzas de tracción en los tornillos según la clase de tornillo
Cada clase de tornillo tiene un diagrama de trabajo diferente y distintos valores de límite elástico. En una unión con placa de testa entre dos vigas cargadas por un momento flector, se comparan tres clases diferentes de tornillos (8.8, 10.9 y 5.6) para un tornillo M20.
Para efectos de carga relativamente bajos, las fuerzas de tracción resultantes en los tornillos de cada clase muestran valores similares.
Pero para efectos de carga que resultan en una alta utilización de los tornillos (y plastificación en los tornillos), la fuerza de tracción varía en función de la clase de tornillo. Cuanto mayor es la clase del tornillo, mayor es la fuerza de tracción resultante.
Para más información, consulte los fundamentos teóricos y la grabación en vídeo.
