Uniones apernadas

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Se usan principalmente en estructuras ligeras bajo cargas estáticas y también en miembros secundarios, tomando por ejemplo los largueros, las correas, las plataformas y armaduras pequeñas. Se puede decir que los proyectistas son cada vez más culpables de especificar tornillos de alta resistencia en conexiones que pueden ser muy favorables para los tornillos ordinarios.

Además lo que se puede ver a través de los años es que la resistencia y las ventajas de estos tornillos han sido subestimadas en la aplicación de varias estructuras.

El análisis y en el diseño de conexiones con tornillos A307 son efectuados similarmente con las conexiones de remaches, a excepción de que los esfuerzos permisibles son muy diferentes.

TORNILLOS DE ALTA RESISTENCIA

Estos tornillos se fabrican a base de acero al carbono que ha sido tratado térmicamente y de igual manera de aceros aleados, estos son caracterizados por que tienen una resistencia a la tensión de 2 o más veces superior que la de los tornillos ordinarios.

Existen de dos tipos, los pernos A325, que son hechos con acero al carbono tratado térmicamente y los pernos A490 que son de mayor resistencia, que igual son tratados térmicamente pero además de eso es que son fabricado con acero aleado.

Este tipo de tornillos de alta resistencia son utilizados para todo tipo de estructuras, que se dan desde pequeñas infraestructuras, como los edificios, hasta enormes rascacielos y puentes.

La creación y desarrollo de estos tornillos fueron principalmente para superar la debilidad que existe de los remaches, principalmente la tensión insuficiente que existe en el vástago cuando se enfrían, las tensiones resultantes no son suficientemente grandes para mantenerlos en posición durante la aplicación de cargas de impacto o vibratorias, debido a estas cargas, los remaches se aflojan, vibran y debido a que se da de manera continua, estos se empiezan a desgastar, y obviamente deben ser reemplazados.

Estos tornillos suelen ser apretados tan fuerte que alcanzan esfuerzos muy altos de tensión, provocando que casi siempre quedan afianzadas las partes conectadas entre la tuerca del tornillo y su cabeza, esto ocasiona que las cargas sean transferidas principalmente por fricción.

Ocasionalmente estos tornillos se fabrican a partir de acero A449 con diferentes diámetros, estos son mayores de 1 ½ de pulgada, que es el diámetro máximo de los tornillos A325 y A490.

Estos en su mayoría son utilizados como pernos de anclaje de alta resistencia y también para barras roscadas de diversos diámetros. (BUDYNAS, 2011)

3. HISTORIA DE LOS TORNILLOS DE ALTA RESISTENCIA

La primera investigación sobre uso de los tornillos de alta resistencia la realizaron en Inglaterra los señores C.Batho y EH Bateman en el año 1937 y en su trabajo de investigación de tornillos de juntas atornilladas señalaron que podían haberse tales juntas confiables utilizando tornillos de alta resistencia y que al ser instalados estuvieran solicitados a una tención perfectamente controlada y que combinara el trabajo de la junta con otro elemento mecánico como momento o cortante

La aceptación definitiva en los Estados Unidos se realizó en 1957 después que el comité de investigación de juntas estructurales establecía el grado de confiabilidad de las uniones atornilladas y se aceptaron por parte del AISC pero limitando su uso a solicitaciones de carga estática para efectos dinámicos se restringía el uso sobre todo en las conexiones de placa extrema. Por otro lado se han llevado a cabo de frecuencias y resistencia a la fatiga con buenos resultados

En 1994 se convenció a los investigadores a que se debía eliminar la recomendación de no usar tornillos de alta resistencia bajo condiciones de carga dinámica.

4. VENTAJAS DE LOS TORNILLOS DE ALTA RESISTENCIA

Las uniones ejecutadas con tornillos de alta resistencia, TR, son uniones que resultan más rígidas, menos deformables y con mejor comportamiento en estado límite de servicio, que las realizadas con tornillos ordinarios o calibrados.

El fabricante de este tipo de se ve obligado a entregar un certificado de garantía por lo que no son necesarios los ensayos de recepción

El tornillo de alta resistencia como elemento de sujeción para realizar una junta puede trabajar bajo tres tipos de solicitaciones

- Tensión en dirección de su eje

- Por penetración o aplastamiento a esfuerzo cortante en dirección transversal y aplastamiento en el metal conectado

- Por cortante en desplazamiento critico (Fricción entre los elementos conectados) (BUDYNAS, 2011)

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Tabla 1. Compatibilidad de tornillos de alta resistencia con tuercas y arandelas. (ZAPATA, 2013)

5. TORNILLOS APRETADOS SIN HOLGURA Y TORNILLOS COMPLETAMENTE TENSADOS

Según el ASD no todos los tornillos de alta resistencia tienen que tensarse completamente. Dicho proceso es caro así como su inspección.

Las especificaciones ASD requieren que los tornillos que deban tensarse en forma completa, se identifiquen claramente en los planos. Las conexiones tipo fricción se requieren cuando las cargas de trabajo ocasionan un gran número de cambio en los esfuerzos con la posibilidad de que se generen problemas de fatiga, Conexiones para soporte de maquinaria o para cargas vivas que produzcan impacto o inversión en el signo de los esfuerzos; empalmes de columnas en todas las estructuras de más de 200 pies de altura, conexiones de todas las vigas y trabes a columnas.

Existen otros tornillos que requieren apretarse solo hasta quedar apretados sin holgura, esto se logra cuando todos los paños de una conexión están en contacto firme entre sí.

En general se obtiene con el esfuerzo total realizado por un operario con una llave manual o el apretado que se efectúa después de unos pocos golpes con una llave de impacto. Para estar completamente tensados, los tornillos A325 y los A490 deben apretarse por lo menos al 70% de sus resistencias a la tensión mínima especificada. (AISC, 1989)

Tabla 2. Tensión requerida en los tornillos para conexiones tipo Fricción y para conexiones sometidas a tensión directa. (AISC,