Diseño Conexiones Mecánicas

8. INTRODUCCIÓN AL DISEÑO DE CONEXIÓNES
8.1

Conexiones atornilladas

Durante muchos años el método aceptado para conectar los miembros de una estructura de
acero fue el remachado. Sin embargo, en años recientes, el uso de remaches ha declinado
rápidamente debido al tremendo auge experimentado por la soldadura, y más
recientemente, por el uso de tornillos de alta resistencia.
El montajede estructuras de acero por medio de tornillos es un proceso que, además
de ser muy rápido, requiere mano de obra menos especializada que cuando se trabaja con
remaches o con soldadura. Estos factores dan a las juntas atornilladas una ventaja
económica en comparación con los otros tipos de conexión. Aunque el costo de adquisición
de un tornillo es mayor que el de un remache, el costo total dela construcción atornillada es
menor que el de la construcción remachada debido a los menores costos por mano de obra y
equipo, y al menor número de tornillos requeridos para resistir las mismas cargas.

Una conexión atornillada que falla por cortante puede fallar por los siguientes modos de
falla:
•

Cortante simple.- Donde el esfuerzo cortante promedio será f v , siendo:

fv =

P
A(8.1)

donde:

P .- Es la carga que actúa sobre un sujetador individual

1

A .- El área de la sección transversal del sujetador. Por lo tanto, la carga se puede
escribir como:

P = fv ⋅ A

(8.2)

A continuación se ilustra este caso:

Figura 8-1 Conexión sujeta a cortante simple

•

Cortante doble.- Donde la carga que afecta a la sección transversal del sujetador, sepuede escribir como:

P = 2 ⋅ fv ⋅ A

(8.3)

A continuación se ilustra este caso:

Figura 8-2 Conexión sujeta a cortante doble

2

Otros modos de falla en las conexiones de cortante implican la falla de las partes
conectadas y se dividen generalmente en dos categorías.

•

Falla que resulta de la tensión, cortante o flexión excesivas en las partes conectadas.
En este caso se debenrevisar las tensiones en el área total y en el área neta efectiva,
así como el ya mencionado bloque de cortante.

•

Falla de la parte conectada debido al aplastamiento ejercido por los sujetadores. En
este caso la carga por aplastamiento es calculado por:

P = f p ⋅d ⋅t

(8.4)

donde:

P .- Fuerza aplicada al sujetador.
d .- Diámetro del sujetador.

t .- Espesor de la partesometida al aplastamiento.
f p .- Esfuerzo por aplastamiento.

Además existen ciertos requisitos que se deben considerar para lograr la separación y
distancias de bordes adecuados en conexiones atornilladas. La sección J3.3 del AISC exige
que la separación centro a centro de los sujetadores en cualquier dirección no sea menor
que 2 2/3 d, donde d es el diámetro del sujetador. Las distanciasmínimas a bordes en

3

cualquier dirección, medidas de igual manera desde el centro del agujero, se encuentran en
la tabla J3.4 del AISC. Éstas son función del tamaño del tornillo y del tipo de borde.
La resistencia por aplastamiento en agujeros estandar se calcula mediante la utilización
de la ecuación LRFD 4.3 del RCSC:
•

Si Lc ≤ 2 ⋅ d entonces:

φRn = 0.75 ⋅ (1.2 ⋅ Lc ⋅ t ⋅ Fu )
•(8.5)

Si Lc > 2 ⋅ d entonces:

φRn = 0.75 ⋅ (2.4 ⋅ d ⋅ t ⋅ Fu )

(8.6)

donde:

φRn .- Resistencia total del tornillo.
Lc - Distancia libre en dirección paralela de la carga aplicada

Existen diferentes tipos de tornillos: los comunes, también conocidos como tornillos no
acabados, son designados como ASTM A307. Su resistencia se encuentra dada por φRn .
Para este caso, el factor φes de 0.75 y su resistencia nominal a cortante equivale a:

Rn = Fv ⋅ Ab

(8.7)

donde:

Fv .- Esfuerzo Cortante ultimo.
Ab .- Área nominal del tornillo (área transversal de la parte no roscada)

4

En el libro electrónico, donde se localiza el índice de problemas que estudian conexiones
atornilladas, se presenta una liga a un resumen introductorio sobre este tipo de conexiones....