Verificación de tornillos a tracción
GratisSobre esta hoja de cálculo
Esta hoja de cálculo verifica un tornillo a tracción en uniones de acero conforme al art. 3.6.1 del Eurocódigo 3 parte 1-8 (UNE-EN 1993-1-8) y al CTE DB SE-A. Cubre los dos modos de fallo asociados a un tornillo traccionado: rotura del tornillo en la sección crítica (Ft,Rd) y punzonamiento de la cabeza o tuerca contra la chapa que apoya (Bp,Rd).
Fundamento — resistencia a tracción del tornillo
La sección crítica del tornillo a tracción es la zona roscada, que tiene un área resistente As inferior al área del vástago A. La resistencia plástica se obtiene del producto de la tensión última a tracción del material (fub) por As, afectado por un coeficiente k2:
El coeficiente k2 diferencia entre dos tipos de cabeza:
- k2 = 0,9 para tornillos de cabeza hexagonal estándar (el caso habitual en estructuras).
- k2 = 0,63 para tornillos avellanados, debido a la menor área de apoyo bajo cabeza que reduce la eficiencia de la cabeza para resistir la tracción.
γM2 = 1,25 es el coeficiente parcial recomendado por el EC3 (Tabla 2.1 del EN 1993-1-8). El área As está tabulada en la EN ISO 898-1 para cada diámetro nominal.
Fundamento — punzonamiento de la cabeza o tuerca
Cuando el tornillo tracciona, la cabeza o la tuerca empuja la chapa intentando “cortar” un disco de material a su alrededor. La resistencia de la chapa a este modo de fallo es:
donde:
- dm: diámetro medio entre el círculo inscrito y el circunscrito de la cabeza/tuerca hexagonal — es el diámetro efectivo del “corte por cizalla” que se produce en la chapa.
- tp: espesor de la chapa que apoya la cabeza/tuerca. Si la cabeza y la tuerca apoyan sobre chapas distintas, hay que verificar el punzonamiento en cada una con el espesor correspondiente. La hoja comprueba el caso con la chapa que el usuario indica.
- fu: tensión última de la chapa.
- 0,6: relación entre tensión de cortante y tensión última (von Mises), calibrada para este modo de fallo.
En la práctica, el punzonamiento gobierna cuando se usan chapas finas con tornillos de gran diámetro y alta calidad. Para tornillos de calidad estándar (4.6, 5.6, 8.8) sobre chapas de espesor habitual, la tracción Ft,Rd suele ser la comprobación crítica.
Hipótesis y limitaciones
- Tornillo sometido únicamente a tracción axial. Para tornillos solicitados a la vez por cortante y tracción, aplicar la fórmula de interacción del EC3 (ver hoja de combinación cortante + tracción).
- Categoría D (sin pretensar) y E (pretensados). La fórmula de Ft,Rd es la misma en ambos casos. Los tornillos pretensados aportan ventajas frente a fatiga y movimientos relativos, pero la resistencia última en tracción no cambia.
- Diámetro medio dm tabulado para tornillos hexagonales estándar (EN ISO 4014). Si se usa un tipo de cabeza distinto, ajustar dm al valor real.
- No incluye el efecto de palanca (prying force) en uniones a tracción mediante alas flexibles (T-stub). Para uniones T-stub, la tracción real TEd sobre el tornillo debe mayorarse por el efecto palanca antes de aplicarse a esta hoja.
Normativa aplicada
- UNE-EN 1993-1-8 (Eurocódigo 3, parte 1-8). Art. 3.6.1 (categorías y resistencias), Tabla 3.4 (resistencias de tornillos).
- CTE DB SE-A — Documento Básico de Seguridad Estructural — Acero. Apartado 8.5 (uniones atornilladas).
- EN ISO 898-1 — Tornillería estructural. Calidades 4.6 a 12.9 y áreas resistentes As.
- EN ISO 4014 — Tornillos hexagonales estándar. Diámetros medios de cabeza/tuerca.
Para una verificación completa que incluya cortante, aplastamiento, interacción cortante+tracción, distancias mínimas y exportación a PDF profesional, consulta la versión Pro.
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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