Verificación de chapa traccionada con tornillos (sección neta + block tearing)
GratisSobre esta hoja de cálculo
Esta hoja verifica una chapa traccionada con grupo de tornillos conforme al art. 6.2.3 (resistencia a tracción) y art. 3.10.2 (desgarro de bloque) del Eurocódigo 3 parte 1-8 (UNE-EN 1993-1-8) y CTE DB SE-A. Cubre las comprobaciones del lado de la chapa — complementarias a las del tornillo.
Tres modos de fallo de la chapa
Cuando una chapa se conecta a otro elemento mediante un grupo de tornillos y se tracciona, puede fallar por tres mecanismos diferentes. La resistencia de la chapa es el mínimo de las tres comprobaciones:
- 1. Plastificación de la sección bruta (Npl,Rd): la chapa entera, lejos de los agujeros, alcanza su límite elástico fy. Es el modo dúctil deseable.Npl,Rd = Abrut · fy / γM0
- 2. Rotura por sección neta (Nu,Rd): la chapa se rompe por la línea perpendicular a la fuerza que pasa por los agujeros (la sección con menos área). El factor 0,9 reduce la resistencia última para garantizar el fallo dúctil de plastificación antes que el frágil.Nu,Rd = 0,9 · Anet · fu / γM2
Anet = (b − n · d0) · tp - 3. Desgarro de bloque (Veff,Rd): la chapa se desprende como un “bloque” que engloba todos los tornillos, rompiendo a tracción en la línea perpendicular (Ant) y a cortante en las dos líneas paralelas (Anv). Típico de uniones de cubrejunta con varios tornillos en línea cerca del borde.Veff,1,Rd = fu·Ant/γM2 + (1/√3)·fy·Anv/γM0 (concéntrica)
Veff,2,Rd = 0,5·fu·Ant/γM2 + (1/√3)·fy·Anv/γM0 (excéntrica)
La resistencia gobernante a tracción es Nt,Rd = mín(Npl,Rd, Nu,Rd). Para que la unión sea válida también debe cumplirse NEd ≤ Veff,Rd.
¿Cuándo gobierna cada modo?
- Plastificación suele ser el menor si la sección bruta es estrecha o si la chapa es de calidad baja (fy próximo a la solicitación). Caso típico de chapas finas.
- Sección neta gobierna cuando hay muchos tornillos en una línea transversal o cuando la chapa tiene un fu bajo respecto a fy. El factor 0,9 hace que la rotura sea menos eficiente que la plastificación, así que un balance habitual es Anet/Abrut ≈ 0,85 para que ambas resistencias salgan similares.
- Block tearing gobierna cuando el grupo está cerca del borde libre (e1 pequeño respecto al ancho del grupo). Para uniones de cubrejunta con 3-5 tornillos en línea, es habitualmente el modo crítico y a menudo el más restrictivo de los tres.
Carga concéntrica vs excéntrica
El EC3 distingue dos casos en función de si la línea de acción de la fuerza pasa por el centro de gravedad del bloque (concéntrica) o está desplazada (excéntrica). En el caso excéntrico se penaliza la resistencia a tracción del bloque con un factor 0,5 sobre Ant:
- Concéntrica: Veff,1,Rd. Aplica a uniones rectas simétricas — cubrejuntas, empalmes a tracción pura.
- Excéntrica: Veff,2,Rd. Aplica a uniones con angulares de una sola ala o pletinas asimétricas — donde la fuerza no pasa por el cdg del grupo.
Hipótesis y limitaciones
- Grupo de tornillos con disposición regular en rejilla (nL longitudinales × nT transversales con pasos uniformes). Para configuraciones irregulares o con agujeros escalonados (regla de Cochrane), calcular Anet, Ant y Anv a mano.
- La hoja asume 2 líneas de cortante en el block tearing (caso típico de grupo en posición centrada en el ancho de la chapa). Para grupo en una esquina con una sola línea de cortante, dividir el Anv calculado entre 2.
- Sección neta calculada para agujeros alineados perpendicularmente a la fuerza. Para agujeros escalonados (zigzag), aplicar la regla de Cochrane: Anet = A − n·d0·t + Σ(s²/4p)·t.
- Diámetro de agujero d0 calculado automáticamente para agujeros estándar redondos (EN 1090-2). Para oversized o rasgados, ajustar manualmente.
- Esta hoja comprueba la chapa, no el tornillo. Para verificar los tornillos a cortante/tracción, usar las hojas dedicadas (cortante, tracción, completa).
Normativa aplicada
- UNE-EN 1993-1-8 (Eurocódigo 3, parte 1-8). Art. 3.10.2 (desgarro de bloque, Tabla 3.9).
- UNE-EN 1993-1-1 (Eurocódigo 3, parte 1-1). Art. 6.2.3 (resistencia a tracción).
- CTE DB SE-A — Documento Básico de Seguridad Estructural — Acero. Apartado 8.5 (uniones atornilladas).
- EN 10025-2 — Aceros estructurales no aleados. Propiedades mecánicas fy, fu.
- EN 1090-2 — Ejecución de estructuras de acero. Tabla 11 (holguras estándar de agujeros).
Normativa aplicable
CTE DB-SE-A — Acero
Documento Básico de Seguridad Estructural — Acero. Establece los requisitos para el proyecto de estructuras de acero en edificación.
Eurocódigos (EN 1990 a EN 1998)
Conjunto de normas europeas para el proyecto de estructuras. Abarcan desde bases de proyecto (EN 1990) hasta acciones sísmicas (EN 1998).
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