Foros de SóloIngeniería

- 30 Jun 2011, 17:48 #274563

Hola a todos:
Me ha surgido unas cuantas dudas acerca del apriete a dar en tornillos que se pretensan y que os expongo:
El CTE da la fórmula que proporciona el pretensado mediante apriete controlado Frho,cd=0,7*Fub*As/coef. Según deduzco de la fórmula esta fuerza será la misma para tornillos iguales en calidad y diámetro. El CTE expone diversos métodos de apriete como el método del par torsor, el método de giro de tuerca y el combinado. ¿Es necesario calcular el par torsor a aplicar? quiero decir, para el giro de tuerca sólo se manda apretar "a tope" y girar un ángulo dado.
En su caso, ¿cómo se calcula el par de apriete? He leido en Arguelles una fórmula para calcular Mt=k*d*Frho,cd, con k dependiendo del suministro del tornillo, pudiendo variar mucho de unas condiciones a otras, por lo que se debe ensayar los valores de k con un calibrador hidraúlico.
Igual las preguntas parecen tonterías pero no acabo de pillar el tema de los aprietes
y una última pregunta ¿el par de apriete es diferente según la unión vaya a estar sometida a tracción o no? me ha parecido leer algo de esto en un artículo.
Gracias anticipadas

Última edición por estigia76 el 30 Jun 2011, 18:49, editado 1 vez en total

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- 30 Jun 2011, 18:16 #274565

Sí, me temo que necesitas especificar el torsor de apriete. No es ninguna tontería. El mejor y más sencillo pero completo libro al respecto, por si lo necesitas, es Guía para el apriete de tornillos pretensados de Guillermo Capellán (director técnico de Arenas & Asociados y antiguo profesor mío).

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- 30 Jun 2011, 19:09 #274569

Ok, gracias mendinho.
y qué me dices de la fórmula que sale en Arguelles y que mando en este enlace?
http://www.emc.uji.es/d/mecapedia/par_d ... oscada.htm
¿se usa realmente para calcular los pares necesarios?
en cuanto a las uniones no pretensadas, el CTE dice que en ellas "debe alcanzarse la condición de "apretado a tope" sin sobrepretensar los tornillos", diciéndose que esto se consigue con un hombre con una llave normal, sin brazo de prolongación. y esto ¿qué significa exactamente?¿es necesario aquí calcular también el par de apriete (es decir, la llave normal con la que aprieta el operario supongo también debe poder medir pares y por tanto han de calcularse éstos)?

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- 01 Jul 2011, 08:56 #274595

Quede claro que el apriete en tornillos pretensados se tiene que hacer mediante una llave dinamométrica calibrada si estamos hablando de obra civil (ni idea de cómo lo hacéis en equipos mecánicos o en edificación). A veces se pone una arandela de seguridad diseñada para el par de apriete que salta si nos pasamos de torsor.

No conozco la fórmula del CTE (y casi que prefiero no concerla) ni la del Argüelles pero según la vieja NBE-EA-95 y las Recomendaciones de Puentes Metálicos la cosa era muy sencillita y deberías mantenerlo sencillo para un primer número gordo. Primero dimensionabas para el cortante máximo y sacabas el tesado que necesitabas en el tornillo.

Np = V / ( 1.07 x mu x n)

donde;
n= nº de caras en contacto entre chapas
mu= coeficente de rozamiento que depende de la resistencia del acero y que habrá de estar limpio y sin pintura.

Se verificaba que la suma del tesado Np y la tracción máxima mayorados estaban por debajo del 80% del límite elástico y de aquí sabías la sección mínima del tornillo.
Conocido el tesado Np se saca el torsor de apriete.

M = 0.18 * d * Np

El par que metes te lo dice la llave dinamométrica. Los coeficientes que aparecen en las fórmular habría que verlos y ajustarlos para tu caso, pero el procedimiento de cálculo, como ves, son dos o tres formulillas casi de sentido común, que seguramente quedan ofuscadas en medio del follón de coeficientes y formulones del CTE.

Última edición por mendinho el 01 Jul 2011, 17:11, editado 1 vez en total

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- 01 Jul 2011, 10:14 #274604

Ok mendinho, muchas gracias de verdad. veré las fórmulas que dices de puentes metálicos y la antigua EA95 para comparar resultados con CTE.
Explico un poco el cálculo de CTE, o por lo menos es lo que me han enseñado:

Primero dimensionabas para el cortante máximo y sacabas el tesado que necesitabas en el tornillo.

Np = V / ( 1.07 x mu x n)

donde;
n= nº de caras en contacto entre chapas
mu= coeficente de rozamiento que depende de la resistencia del acero y que habrá de estar limpio y sin pintura.

Se verificaba que la suma del tesado Np y la tracción máxima mayorados estaban por debajo del 80% del límite elástico y de aquí sabías la sección mínima del tornillo

Lo primero que veo es CTE da la fórmula para calcular la fuerza de pretensado Frho,cd=0,7xFubxAs/gamma, donde Fub es la resistencia última del tornillo y As el área resistente, y por lo que veo siempre el mismo elegido un tipo de tornillo (resistencia y diámetro), sin depender de la solicitación a cortante.
Dependiendo de las solicitaciones sobre el tornillo, cizalladura y/o tracción se deberán hacer unas comprobaciones u otras.
Si solo trabaja a cortante se debe comprobar la condición de no deslizamiento Fv,sd<KsxnxmuxFrho,cd/gamma (puedes calcularlo para que no exista en ELU o en ELS, haciendo el EC3 la distinción entre uniones clase C y B). Aplicando esta condición sacaría el área necesaria para cumplirla (y el número de tornillos, ya que en teoría Fv,sd, valor de cálculo a cortante sobre el tornillo, se reparte por igual entre los mismos)
Si hay tracción+cortante se emplea otra ecuación en la que viene la fuerza de tracción, y se operaría de forma análoga, además de deber comprobar que la tracción en el tornillo es inferior a 0,9xFubxAs/gamma. En el fondo creo que es similar a lo que tú planteas.
Me llama la atención, o no se si no interpreto bien las fórmulas, es que no tiene sentido que una unión pretensada trabaje sólo a tracción, porque en la comprobación a realizar no aparece la fuerza de pretensado por ningún lado.
Según las fórmulas de CTE la fuerza de pretensado sólo depende del tornillo y no de la solicitación a cortante (en la las fórmula que me dices el cortante aparece)

Conocido el tesado Np se saca el torsor de apriete.

M = 0.18 * d * Np

Esta fórmula es la misma que se da en Arguelles y que he mandado en el enlace, pero llamando a Np-Frho,cd, y cambiando 0,18 por k. Se explica que para condiciones habituales de suministro de tornillos este valor es de 0,18, pero también he leído que este valor varía mucho principalmente por los coeficientes de rozamientos entre las distintas partes de la unión

Lo que sí veo es que los pares de apriete necesarios no parecen ser diferentes en función de la fuerza de tracción que haya.
Gracias otra vez por todo mendinho, y animo a los demás a que participen en el debate

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- 01 Jul 2011, 11:06 #274614

la fórmula para calcular la fuerza de pretensado ... sin depender de la solicitación a cortante.

los pares de apriete necesarios no parecen ser diferentes en función de la fuerza de tracción que haya.

Puede que esté equivocado pero el diseño de cuanto tesas tiene que depender de qué acciones tengas (cuanto cortante y cuanta tracción). Se tesa precisamente para garantizar una compresión, esto es, aumentar el rozamiento que te proporciona una resistencia a cortante mayor que si no tesases y fuese un tornillo convencional. Si tienes tracción combinada con cizalla habría que añadirla al dimensionado del tesado.

Np = V / ( 1.07 x mu x n) + Tracción

Una vez que sepas cuanto hay que tesar decides el tornillo y entiendo que no al revés aunque el CTE ofusque esta diea al usar como cortante de diseño del tesado la resistencia a cortante del tornillo en lugar del cortante actuante mayorado.

Me llama la atención, o no se si no interpreto bien las fórmulas, es que no tiene sentido que una unión pretensada trabaje sólo a tracción, porque en la comprobación a realizar no aparece la fuerza de pretensado por ningún lado.

El interés que pudiera tener tesar un tornillo trabajando sólo a tracción es garantizar que las chapas que une estén siempre en contacto, sin holguras, por lo tanto el tesado ha de ser igual a la tracción actuante en ese caso. La tracción tiene que influir de alguna manera en el dimensionamiento y comprobación del tornillo, tanto porque las chapas no se pueden despegar como porque, como te decía....

la suma del tesado Np y la tracción máxima mayorados estaban por debajo del 80% del límite elástico y de aquí sabías la sección mínima del tornillo

Puede que el CTE use otros coeficientes u otros criterios de resistencia más sofisticados, pero los pasos básicos de diseño deberían ser similares. Si alguien conoce a fondo este aspecto del CTE que nos ilustre.

Última edición por mendinho el 01 Jul 2011, 17:10, editado 1 vez en total

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- 01 Jul 2011, 13:49 #274628

Puede que esté equivocado pero el diseño de cuanto tesas tiene que depender de qué acciones tengas (cuanto cortante y cuanta tracción). Se tesa precisamente para garantizar una compresión, esto es, aumentar el rozamiento que te proporciona una resistencia a cortante mayor que si no tesases y fuese un tornillo convencional. Si tienes tracción combinada con cizalla habría que añadirla al dimensionado del tesado.

Np = V / ( 1.07 x mu x n) + Tracción

Una vez que sepas cuanto hay que tesar decides el tornillo y entiendo que no al revés aunque el CTE ofusque esta diea al usar como cortante de diseño del tesado la resistencia a cortante del tornillo en lugar del cortante actuante mayorado.

Desde luego a mi me parece mas lógica esta idea de que la fuerza de pretensado dependa de las solicitaciones exteriores (cortante y tracción), y que no supere como pones en un % el límite elástico del tornillo. Igual es que no interpreto bien las fórmulas
Tomando la comprobación para no deslizamiento dada en CTE Fv,rd<=ksxnxmu(Frho,cd-0,8xFt,sd), y despejando Frho,cd (fuerza de pretensado), tengo que la misma vale V/(ksxnxmu) + 0,8xT, donde ks es un factor que depende de la holgura del agujero (vale 1 en agujeros normales), fórmula que es similar a la que me comentas para calcular Np.
Sin embargo no entiendo qué representa Fp.Cd, literalmente "El apriete controlado de los tornillos, proporcionará al tornillo una fuerza de pretensado de cálculo Fp.Cd que se tomará como:
Fp.Cd = 0,7 fybAs"
¿se trata de valor mínimo?¿para qué y cuando se usa esta fórmula?¿cómo se diseña una unión con CTE?
Muchas gracias de verdad, mendinho
A ver algún ilustrado del foro es capaz de iluminarme

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- 01 Jul 2011, 15:44 #274641

mendinho escribió:
la suma del tesado Np y la tracción máxima mayorados estaban por debajo del 80% del límite elástico y de aquí sabías la sección mínima del tornillo

Mi duda es ésta fundamentalmente no entiendo que se sume el pretesado y la tracción sobre el. El tornillo es un muelle que mantiene dos placas unidas, hasta que no se supere la precarga de este supuesto muelle no seguirá deformandose. ¿Porque entonces se suman las fuerzas?



Sobre los coeficientes de rozamiento y pares de apriete varían enormemente como bien reza en montones de documentos por la red, el estado de suministro el engrase el pulimento de las caras, el acabado de roscas, el que lleve arandelas o no de freno etc pueden variar muy mucho los pares. He visto a mecánicos buscar en tablas los pares de apriete de tornilleria y aplicarlos en tuercas con caras cónicas, cuando claramente son para aprietes en caras planas.
Según mi experiencia y aplicando al diseño el tema, lo mejor en estos casos puede ser hacer una prueba con por ejemplo 10 tornillos experimentando su límite de fluencia, y determinando el apriete final según resultados.

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"La calidad perdura una vez olvidado el precio" Henry Royce

- 01 Jul 2011, 17:09 #274646

mendinho escribió:
la suma del tesado Np y la tracción máxima mayorados estaban por debajo del 80% del límite elástico y de aquí sabías la sección mínima del tornillo

Mi duda es ésta fundamentalmente no entiendo que se sume el pretesado y la tracción sobre el. El tornillo es un muelle que mantiene dos placas unidas, hasta que no se supere la precarga de este supuesto muelle no seguirá deformandose. ¿Porque entonces se suman las fuerzas?.

Tienes razón, esa frase está mal redactada y edito rápidamente (es lo que tiene escribir sin pensar y a lo loco en Internet ). Se comprueba que la tracción no supera la fuerza de tesado y entonces la fuerza total en el tornillo será sólo la fuerza de tesado.

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- 04 Jul 2011, 22:58 #274888

Hola de nuevo:
Tras mirar varios documentos he llegado a las siguientes conclusiones:
Tanto CTE como la nueva EAE consideran que el pretensado (llamada Fp,cd en CTE y No en EAE) del tornillo debe ser del 70% de su resistencia a tracción (Fub), y dada por la fórmula ya descrita anteriormente de 0,7xFubxAs. Por tanto elegido un tornillo (sólo se permiten pretensar los tornillos de características 8.8 y 10.9) y su métrica, Fp,cd ó No es constante. El valor de la resistencia al deslizamiento es Fs,rd=Ksxnxmux(No -0,8Ft,ed) (dividido entre gamma3, coeficiente de seguridad). Esto implica que no por aplicar mas pretensado al tornillo voy a conseguir mas resistencia al deslizamiento y conseguir que resista mayor cortante exterior. El cortante exterior es el que debe ser menor que Fs,rd. La fuerza de tracción restará, como parece lógico, resistencia al deslizamiento, ya que tiende a separar las piezas que une el pretensado.
Entonces si para un cortante de calculo determinado una determinada unión no me cumple, lo que haré será aumentar el número de tornillos (para repartir ese cortante), aumentar el rozamiento mu entre superficies, o bien emplear tornillos de mayor métrica. De nada servirá dar mayor fuerza de pretensado a los tornillos, ya que no voy a conseguir ningún efecto (o al menos esto predicen las normas).
Respecto al par de apriete he leído lo siguiente en varios artículos:
"El procedimiento de apriete debe garantizar un esfuerzo de pretensado en el tornillo
(Fp,C) correspondiente al 70% de su resistencia a la tracción, tal como se aprecia en los cálculos
anteriores, salvo coeficientes parciales de seguridad de la unión (γM2 = 1,25 en ELU y
γM3 = 1,1 en ELS). El control mediante llave dinamométrica del par torsor Mt = 0,18 d Fp,C
(CTE, EAE, prEN 1090-2:2006-10 y antigua EA95) tiene mero valor orientativo, para tornillos
medianamente engrasados. El fabricante metálico debe aportar certificación de la homologación
del procedimiento empleado (ensayo según prUNE-EN 14392 o prEN 1090-
2:2006-10 anejo O) y debe controlarse expresamente el estado de suministro real de los
tornillos respecto del supuesto en los ensayos"
Y la nueva EAE expone esta fórmula en el apartado 76.7.1. Además para los distintos métodos del par apriete siempre alude a las recomendaciones del fabricante, debido precisamente a la posible variación de ese 0,18 en función del rozamiento entre distintas partes de la unión.
Por último la EAE cita en su artículo 29 a qué tipo de tornillos es aplicable todo lo anterior (los tornillos de siempre de calidades 4.6 a 10.9), indicando que sólo se pueden pretensar los 8.8 y 10.9. Se indica también que en los tornillos no amparados por las normas dadas en el artículo 58.1 (cualquiera que no sea alguno de los anteriores) el apriete No debe ser consensuado entre proyectista, fabricante y dirección, aunque no se expone cómo ni en qué condiciones. Este es el único resquicio que veo en el que la resistencia al deslizamiento podría variar en función del pretensado introducido en el tornillo. Vamos que en tornillos habituales usados en edificación ésto no ocurre; como he dicho estas normas son para edificación, y desconozco si en otros ámbitos distintos se utilizan o no estos tornillos o si existen otras normas

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- 05 Jul 2011, 16:55 #274990

Hola de nuevo:
He mirado mas normativa; así RPM-95 es prácticamente igual al CTE y EAE. Se da el mismo valor de Fp,cd para la fuerza de pretensado. En este caso se da un nuevo valor a Fp,cd en caso de actuar una fuerza de tracción sobre el tornillo: (Fp,cd)f = Fp,Cd - TSd, fórmula que no aparece en CTE o EAE, donde en teoría el pretensado es constante para un tornillo y métrica, sin influir la fuerza de tracción.
Cuando sólo hay tracción la comprobación simplemente será TSd<Fp, Cd. La fórmula de comprobación en tracción+corte (resistencia a deslizamiento) es la misma.
NBE EA-95 da el siguiente valor a No: No = 0.80 σe An, donde en este caso la referencia no es la resistencia última sino el límite elástico. Además da una tabla dando valores de No:
Tabla 3.6.5 Esfuerzo de pretensado para tornillos
Diámetro nominal del N0 en t
tornillo (mm) Acero A10t Acero A8t
TR 12 5.5 3.9
TR 16 10.3 7.3
TR 20 16.2 11.5
TR 22 20.2 14.4
TR 24 23.3 16.6
TR 27 30.6 21.8
Otra vez se ve que en teoría No es constante. Para tracción+cortante se da la fórmula que daba mendinho V<1.07 (N0 – NT*) μ n
Por todo ello me gustaría conocer la opinión de todos los que diseñéis uniones atornilladas pretensadas:
la gran duda que me planteo es ¿El valor del pretensado sobre el tornillo está fijado con el tornillo y métrica (según parece indicar la norma) o se calcula en función de las solicitaciones? Entonces los valores dados en normas de No o Np,cd ¿que son? ¿valores mínimos de cálculo necesarios, usados para comprobación pero no para diseño?
Gracias a todos los que os habéis molestado y saludos

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- 05 Jul 2011, 19:22 #275018

Hola a todos:

Soy nuevo en foro, (estoy con vosotros desde hace muy poco).

Tengo bastante experiencia en construcción real de estructuras, y sobre todo atornilladas.

Decir a todos, que hoy en día, tanto para edificiación (viviendas, edificios públicos, etc.), y para naves industriales, etc. se suele utilizar uniones con tornillos SIN PRETENSAR, ya que habitualmente NO SE GANA NADA con pretensar, me explico, en la mayoría de las uniones lo importante es el número de tornillos, la Métrica, es espesor de las placas, etc. es decir, la geometría de la unión. Existen programas para calcular uniones atornilladas en el mercado, y calculando a mano también, y se puede comprobar que habitualmente no se gana nada con pretensar. Es más, no recuerdo dónde, pero en muchos trabajos, ingenierías, etc. con los que he tratado en estos años, siempre recomiendan utilizar uniones NO PRETENSADAS, ya que el control de ejecución en obra es más sencillo, ya que no es nada fiable el que se lleguen a pretensar BIEN los tornillos durante el montaje, y como se ha comentado en este "hilo" no está claro el Par de Apriete según qué condiciones.

Donde se puede mejorar la unión y la obra, utilizando tornillos pretensados, es en edificio en ZONA SISMICA (que es casi obligado), y en casos muy puntuales de elementos sometidos a FATIGA.

Salu2

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- 05 Jul 2011, 20:16 #275021

tanto para edificiación (viviendas, edificios públicos, etc.), y para naves industriales, etc. se suele utilizar uniones con tornillos SIN PRETENSAR, ya que habitualmente NO SE GANA NADA con pretensar

Ok, ahora entiendo. En estructuras para ferrocarril y en cimentaciones de bombas, turbinas y aerogeneradores, a nivel de proyecto al menos, siempre he puesto pernos tesados por miedo a temas de fatiga pero tampoco soy un experto.

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- 05 Jul 2011, 20:38 #275024

Hola joseking y gracias por el aporte:
Simplemente añadir que la nueva EAE ya dice en su apartado 58.2 Categorías de las uniones, que cuando las piezas estén sometidas a fatiga, a impactos o a esfuerzos alternativos se recomienda usar tornillos de alta resistencia pretensados hasta el valor No (parece que queda claro una vez mas que No es constante y dato fijo una vez elegido el tornillo y métrica)
También comentar que como bien dices, y según he leído en un libro que trata el tema, indicar que "no es económico emplear tornillos pretensados trabajando por rozamiento en cargas predominantemente estáticas (edificación, naves industriales sin puentes grúa, etc.) debiendo reservarse este tipo de unión para estructuras sometidas a cargas dinámicas (piezas de maquinaria, puentes de ferrocarril, vigas carril para puentes grúa, estructuras sometidas a la acción del oleaje, pórticos de estabilidad de naves industriales,..). La capacidad portante de un tornillo por rozamiento es bastante inferior a la del mismo tornillo a cortadura, especialmente si no se preparan las superficies, lo cual es una labor relativamente cara y delicada, al igual que el pretensado del tornillo. Por ello debe evitarse esta forma de trabajo por razones económicas, a no ser que haya razones técnicas que obliguen a ello."
Por último, volviendo al tema del par de apriete el mismo libro indica que la expresión M=kxdxNo es válida, donde K debe determinarse experimentalmente ya que nos jugamos romper el tornillo, o lo que es mas grave, obtener un pretensado menor al tomado en el cálculo. K debe medirse experimentalmente en cada lote de tornillos, entendiendo por lote de tornillos la partida de tornillos de un solo diámetro, procedente de un único fabricante y una remesa única, labor que se realiza con un calibrador hidráulico. También se indica que para reducir el valor de K es imprescindible usar una arandela tipo AR bajo el elemento que se gire (la tuerca normalmente).
Y se acabó. vaya chapas que suelto..

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- 06 Jul 2011, 12:25 #275099

tanto para edificiación (viviendas, edificios públicos, etc.), y para naves industriales, etc. se suele utilizar uniones con tornillos SIN PRETENSAR, ya que habitualmente NO SE GANA NADA con pretensar

Ok, ahora entiendo. En estructuras para ferrocarril y en cimentaciones de bombas, turbinas y aerogeneradores, a nivel de proyecto al menos, siempre he puesto pernos tesados por miedo a temas de fatiga pero tampoco soy un experto.

Bueno, bueno, vamos a ver.

Yo principalmente me dedico a diseño de edificios industriales de embergadura, que contienen equipos de alto tonelaje, y ciertamente para estructuras que no esten en zonas sismicas de entidad, lo normal es utilizar tornillos sin pretensar, vamos que normalmente el apriete a aplicar no viene definido por proyecto, sino que no puedes pasarte en funcion del material, calidad y métrica.

Peeeero, para equipos como bombas, turbinas, etc, maquinas rotativas en general o con esfuerzos dinámicos de cierto peso, se llegan a utilizar tornillos pretensados donde se define el par de apriete por calculo, así como se diseña la estructura donde van apoyados en funcion de dichos esfuerzos dinámicos.

Hoy mismo he entregado una estructura de 180 Tn de acero, atornillada, y el apriete a aplicar en las uniones como ya digo tiene como limite máximo el definido por la calidad del material y métrica.

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Ser ingeniero no es solo una profesión, sino una actitud.....se ingeniero My Friend...

"Se busca gato, vivo o muerto......Fdo. Schrödinger"