PRESENTACIÓN ANTIGUA

SIN APLICAR MÓDULO 6

CONCEPTOS GENERALES DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES PARA

SUJECIÓN EN ESTRUCTURAS METÁLICAS

ING. YADIR ALEXANDER BOJACÁ BUITRAGO

ESTAHL INGENIERIA S.A.S

ASEGURAMIENTO Y CONTROL DE CALIDAD

Sistemas de Medición

Magnitud SISTEMA INGLÉS SISTEMA INTERNACIONAL

Longitud ft m

Tiempo s s

Masa lb (lbm) kg

Fuerza lb (lbf) N

ENTES NORMALIZADORES• ASTM (American Society of Materials and Testings)

• RCSC (Research Council of Structural Connections)

• AISC (American institute of Steel Construction)

• ISO (International Standard Organization)

• SAE (Society of Automotive Engineers)

Definiciones

Perno Tornillo

Pieza cilíndrica y larga, normalmente de hierro o acero, con cabeza de extremo redonda y otro extremo roscado. Permite SUJETAR una o más piezas en una estructura

Elemento dotado de cabeza, generalmente metálico, utilizado para FIJAR una pieza con otra.

• UNS: S. INGLÉS N=hilos/in

Diámetro - hilos/in, Familia de paso - Tolerancia de rosca ^ rosca int o ext¼”- 20 UNC-2A Donde:

UNC= Basta UNF = Fina UNEF= Extrafina A= Ros Ext; B= Ros Int Si es rosca Izq lleva la letra “L” al final, de lo contrario nada

• ISO: SI Paso (Distancia de avance de un tornillo al girar 360°) [mm]

Diámetro de rosca x PasoM8x1,25

.35 a 1, paso basto>1.25 paso fino

Tipos de Rosca

Dimensionamiento

ASTM Alta Resistencia• A307, DE ACERO CON CARBONO.

Bajo contenido de carbonoSe usan para conexiones temporales ó secundarias.Los hay en:

grado A (60 ksi), en aplicaciones generales, ygrado B (100 ksi, sin punto de fluencia definido), empleado enconexiones de tuberías.

• A449 PARA CONEXIONES ESTRUCTURALES.

Tienen la cabeza hexagonal regular y longitud de rosca mayor.El AISC permite el uso de éstos tornillos en ciertas conexiones, cuando se requieren diámetros

Materiales Estructurales

• ASTM:

• A307• A325• A354• A449• A490• F1852• F2280

SAETodos los tornillos estandarizados de calidad superior o igual a 5.6 deben

llevar en la cabeza:

• la marca del fabricante• la clase de calidad.

Las tuercas de calidad superior o igual a 5 deben llevar:

• la clase de calidad.

La clase de calidad se reconoce por la combinación de 2 cifras, que definen:

• La carga de rotura a la tracción: RM (N/mm2) ≥ Rm + 1ª cifra x 10.• El límite de elasticidad: RE (N/mm2) ≥ Re = 1ª cifra x 2ª cifra.

ASTM A325El acero del tornillo tiene un máximo contenido de carbono de 0.30% (medio), es tratado en caliente (400º C), en tensión se comporta más como los aceros tratados con bajos contenidos de aleaciones, que los aceros con carbono.

Su resistencia última es de 105 ksi (de 11/8” a 1½”), de 120 ksi (1/2” a 1”), y su esfuerzo de fluencia es 81 y 92 ksi, resp.

Son más usuales en edificios (¾” y 7/8)”

Existen 3 tipos de tornillos A325:

Tipo 1 (contenido medio de carbono, es el más usual, también se usa en altas temperaturas).

Tipo 2 (acero con bajo contenido de carbono, en temperaturas atmosféricas)

Tipo 3 (es resistente a la corrosión).

ASTM A490El contenido de carbono es superior al 0.53% en tornillos de 1½”, y tienen aleaciones similares al acero

A514.

La resistencia de fluencia va de 115 ksi (diám > 2½”, hasta 4”), de 130 ksi (2½” ymenos).

Más usuales en puentes (7/8” a 1”).

Cuestan más que los tornillos A325, pero siendo más resistentes pueden requerirse en un número menor.

Existen 3 tipos de tornillos A449

Tipo 1 (es el más usual, también se usa en altas temperatras)

Tipo 2 (acero con bajo contenido de carbono, en temperaturas atmosféricas)

Tipo 3 (es resistente a la corrosión).

IdentificaciónSAE

Grado 1 ó 2 Grado 5 Grado 5.2 Grado 7 Grado 8 Grado 8.2

ASTM

A325 A490

TIPO I TIPO I TIPO II TIPO III TIPO I TIPO III

Identificación

Identificación

Identificación

Materiales Estructurales de tuercas

ASTM:

– A194

– A563

Tuercas Hexagonales Pesadas

Se denomina tuerca a la pieza roscada interiormente, que se acopla a un tornillo formando una unión roscada, fija o deslizante.

Mismo tamaño nominal que la cabeza del tornillo para utilizar una sola medida de llave para la cabeza y la tuerca.

La tuerca ASTM A563 Grado C es la más utilizada y recomendada para el uso con los tornillos A325.

La tuerca ASTM A563 Grado DH es una tuerca hexagonal pesada recomendada para uso con los tornillos A490.

Materiales Estructurales de arandelas

ASTM:

– F436

– F844

ARANDELAS• Una arandela es un disco delgado con un agujero, por lo común en el centro. Normalmente

se utilizan para soportar una carga de apriete. Entre otros usos pueden estar el de espaciador, de resorte, dispositivo indicador de precarga y como dispositivo de seguro. Junto con el tornillo y las tuercas las arandelas ayudan a unir dos partes siendo esta ultima requerida para proporcionar mejor agarre y/o apriete entre las dos partes a unir.

• Se usan en muchas conexiones estructurales para difundir la presión del apriete del tornillo sobre un área mayor.

• Se usan también para cubrir un agujero agrandado u ovalado (RCSC 2004)

• Las rondanas planas son la más usadas

• Se pueden usar rondanas trapezoidales (fig derecha) cuando la superficie tiene una pendiente, como el patín de una canal o una sección S.

• Los tornillos A325 y A490 requieren una rondana bajo la cabeza o bajo la tuerca, al ser apretados.

Revestimientos

• Los acabados normalmente son procesos químicos que mejorar la condiciones de los productos obteniendo así un valor agregado tanto en calidad como en funcionalidad.

Galvanizado

• Galvanizado por inmersión en zinc fundido, a una temperatura aproximada de 450°C, da una capa de zinc gruesa (40-100 micras) lo cual significa protección muy duradera, se puede usar en exterior y en ambientes húmedos. Por contra la capa apenas tiene adherencia (las piezas no se pueden deformar ni recibir golpes de forma habitual. Además estéticamente es feo (aguadas, cambios de color, partes blanquecinas etc.).

Galvanizado

• Los tornillos A325 se pueden galvanizar para protegerloscontra la corrosión, las propiedades mecánicas pueden disminuir en el proceso de tratamiento térmico.

• Los tornillos A490 no se galvanizan.

• Puede existir un acoplamiento pobre si tornillo y tuerca no empatan.

• La lubricación sobre tornillos galvanizados es más durable.

Zincado

• Es un proceso de deposición electrolítica en baños, similar al cromado o cobreado. La capa de Zinc es mucho más fina (5-20 micras), por lo que se le suele dar un pasivado (tratamiento que incrementa la protección), pero aún así la duración es mucho menor y en principio salvo que se recurra a pasivados caros solo es adecuado para interiores. Por contra las piezas admiten deformación después del recubrimiento y estéticamente son "bonitas": acabado brillante, además el pasivado cambia el color y admite lacados. Por ejemplo el bicromatado sería un ejemplo de electrozincado más pasivado.

MONTAJE

APRIETE AJUSTADO

• Es el apriete necesario para llevar los elementos conectados a un contacto firme y deberán ser identificados en los planos de montaje.

• Se permite que los pernos sean instalados en la condición de apriete ajustado cuando se usan en:

– Conexiones tipo aplastamiento– Aplicaciones de tracción o corte-tracción

Pre-Tensión

• Los pernos a ser usados en juntas de deslizamiento crítico deben ser ajustados para una tracción en el perno no menor a la tabla J3.1 del AISC 360-10 por cualquiera de los siguientes métodos:

– Giro de tuerca– Indicador de Tensión Directa– Pernos de Tensión Controlada por giro– Llave calibrada

Giro de tuerca

• 1. El tornillo se aprieta al contacto

• 2. Se realizan marcas en la tuerca, tornillo, y en la superficie de acero en línea recta.

• 3. La parte no girada por la llave se previene contra el giro.

• 4. El tornillo se aprieta con una rotación establecida más allá de la condición de apriete al contacto.

Indicador de Tensión Directa

• Otra manera de asegurar la pretensión deseada es con los indicadores directos de tensión (IDTs ó DTIs)

• Estas rondanas tienen protuberancias que deben apoyarse contra el elemento sin atornillar.

• Como el tornillo es apretado, las fuerzas de apriete tienden a aplanar las protuberancias y reduce el espacio.

• El espacio (gap) se mide con una lámina calibradora (feeler gage)

• Cuando el espacio (gap) alcanza el tamaño deseado, el tornillo estará tensionado.

Pernos de Tensión Controlada por giro

• Los tornillos especiales F1852, también se usan para controlar la tensión.

• Se instalan con un taladro especial que tiene dos anillos coaxiales.

• El anillo interno engancha la terminal roscada del tornillo.

• El anillo exterior enganche a la tuerca.

• Los dos anillos giran en sentido opuesto uno con respecto al otro para apretar el tornillo.

• El extremo roscado del tornillo especial F1852 se corta a una tensión específica. (AISC 2003)

• Debe verificarse que los extremos han sido cortados.

Llave Dinamométrica

• Herramienta manual que se utiliza para ajustar el par de apriete de elementos roscados.

• Una llave dinamométrica consisten en una llave fija que puede ser intercambiable con otras llaves de otras dimensiones, a la que se acopla un brazo que incorpora un mecanismo en el que se regula el par de apriete, de forma que si se intenta apretar más, salta el mecanismo que lo impide. Nunca se debe reapretar a mano un tornillo que antes haya sido apretado al par adecuado ni utilizar una llave dinamométrica para aflojar tornillos.

ASEGURAMIENTO Y CONTROL DE CALIDAD

Valores de TorqueDiámetro Pulgadas

Hilos por

pulgada

SECO Con Aceite

1/ 4 20 8 6

1/ 4 28 10 7

5/ 16 18 17 13

5/ 16 24 19 14

3/ 8 16 30 23

3/ 8 24 35 25

7/ 16 14 50 35

7/ 16 20 55 40

1/ 2 13 75 55

1/ 2 20 90 65

9/ 16 12 110 80

9/ 16 18 120 90

5/ 8 11 150 110

5/ 8 18 180 130

3/ 4 10 260 200

3/ 4 16 300 220

7/ 8 9 430 320

7/ 8 14 470 360

1 8 640 480

1 12 710 530

PRESENTACIÓN NUEVA

APLICACIÓN MÓDULO 6

Control de Calidad para elementos de sujeción en estructuras metálicas

Ing. Yadir Bojacá

¿Por donde empezar?

http://akercodicem.blogspot.com/2012_08_01_archive.html

Longitud• m• ft

Masa• Kg• lb

Fuerza• N• Lb

Tiempo • s

En Colombia el sistema predominante es el Sistema Internacional

Entes normalizadoresAmerican Society of Materials and Testings

Society of Automotive Engineers

International Standard Organization

American institute of Steel Construction

Research Council of Structural Connections

¿Tornillo ó Perno?

El Perno SUJETA

El Tornillo FIJA

ASEGURAMIENTO Y CONTROL DE CALIDAD

Tipos de Rosca

No Pasar por alto las referencias del tornillo.

No existen equivalencias entre sistemas (ISO ≠ UNS)http://palabrastendidasalviento.blogspot.com/2012/10/no-poema-

urgente.html

Dimensionamiento

Materiales Estructurales

Aplicaciones Leves

Uso Habitual (Altas Cargas)

ASTM A325

Son más usuales en edificios (¾” y 7/8)”

Las propiedades mecánicas pueden disminuir en el proceso de tratamiento térmico.

http://www.made-in-china.com/showroom/merily0721/product-detailsMfEylBPfKWH/China-ASTM-A325-Heavy-Hex-Bolt.html

ASTM A490

Más usuales en puentes (7/8” a 1”).

Cuestan más que los tornillos A325, pero siendo más resistentes pueden requerirse en un número menor.

NO se galvanizan.http://www.tootoo.com/buy-a490/

Otros Materiales

http://www.ctaisa.com.mx/productos/tornillos/tornillo_g8.htm

Todos los tornillos estandarizados de calidad superior o igual a 5.6 deben llevar en la cabeza la marca del fabricante y la clase de calidad.

IdentificaciónSAE

Grado 1 ó 2 Grado 5 Grado 5.2 Grado 7 Grado 8 Grado 8.2

ASTM

A325 A490

TIPO I TIPO I TIPO II TIPO III TIPO I TIPO III

Defectología

http://akercodicem.blogspot.com/2012_08_01_archive.html

¡Precaución con los esfuerzos calculados!

http://www.subaruforester.org/vbulletin/f66/timing-tensioner-bolt-failure-oem-gates-others-125392/index2.html

http://hghouston.com/resources/corrosion-images/fatigue-fracture-of-a-grade-8-bolt.aspx

Tenga en cuenta la aplicación y selección del elemento

La corrosión es vital e inevitable

http://www.flickr.com/photos/scottwills/33814613/

Tuercas

Materiales Estructurales

ASTM A194

ASTM A563

http://spanish.alibaba.com/product-gs/astm-a563-grade-dh-heavy-hex-nuts-526106068.html

http://milfast.en.made-in-china.com/offer/hbJEDexVscWR/Sell-ASTM-A194-Gr-2h-Heavy-Hex-Nuts.html

Tuercas Hexagonales Pesadas

Más utilizada y recomendada para el complemento del tornillo A325

ASTM A563

Grado C

Recomendada para el uso con tornillos ASTM A490

ASTM A563 Grado

DH

Arandelas

ASEGURAMIENTO Y CONTROL DE CALIDAD

Materiales Estructurales

ASTMF436

http://www.taihe.chinafastener.com/ASTMF844

http://www.portlandbolt.com/products/washers/standard_flat_washers.html

• Usadas en conexiones estructurales para difundir la presión del apriete del tornillo sobre un área mayor.

• Se usan también para cubrir un agujero agrandado u ovalado (RCSC 2004)

• Las rondanas planas son la más usadas• Se pueden usar rondanas trapezoidales

cuando la superficie tiene una pendiente.• Los tornillos A325 y A490 requieren una

rondana bajo la cabeza o bajo la tuerca.

Arandelas

FORMAS

Recubrimientos

Prolonga la integridad del elemento

Recubrimientos Frecuentes

GalvanizadoAdherido por inmersión en

caliente

Apariencia gris Mate

Montaje

NO requiere torcómetro

http://www.diytrade.com/china/pd/10510417/Torsion_Shear_Bolts_ASTM_F1852_F2280.html

¡Debe verificarse que los extremos han sido cortados!

Nunca se debe reapretar a mano un tornillo que antes haya sido apretado al par adecuado.

No someta los elementos de sujeción a algo diferente a lo establecido

La apariencia física no indica un REAL buen estado.

NO elija arbitrariamente los elementos

¡La calidad la hacemos TODOS!

http://www.larepublica.pe/25-07-2012/robert-pattinson-nunca-he-entendido-la-gente-tramposa