Uniones Atornilladas: Clasificación, Ejecución y Especificaciones Técnicas

Uniones Atornilladas: Conceptos Fundamentales y Procedimientos

Las uniones atornilladas se ejecutan taladrando las chapas, superponiéndolas de manera que coincidan los taladros y pasando a través de ellos los tornillos, que se fijan con arandela y tuerca. Este método es fundamental en diversas estructuras y componentes mecánicos.

Procedimientos de Ejecución de Uniones Atornilladas

Existen diferentes configuraciones para las uniones atornilladas, cada una con implicaciones distintas en su resistencia y comportamiento ante las cargas:

• Unión por Simple Cortadura

  En este tipo de unión (referencia: figura 6.3a), las chapas a unir se superponen directamente. El tornillo trabaja a cortante en una única sección transversal. Los esfuerzos de tracción pueden generar una pequeña excentricidad que produce flexión en el tornillo.

• Unión por Doble Cortadura

  Mediante el uso de dos cubrejuntas, las chapas a unir quedan alineadas, lo que evita la flexión en los pasadores. En esta configuración (referencia: figura 6.3b), el tornillo trabaja a cortante en dos secciones, duplicando su resistencia en comparación con la unión por simple cortadura.

Tipos de Uniones Atornilladas según el Comportamiento a Cortante

Las uniones atornilladas pueden clasificarse también según cómo transmiten las cargas a cortante:

• Uniones por Cortante (Tornillos sin Pretensar)

  En estas uniones (referencia: figura 6.3a), la solicitación que actúa en las chapas produce un deslizamiento entre ellas. Esto provoca que las chapas entren en contacto con la espiga del pasador, originando un esfuerzo cortante en su sección transversal. El fallo puede producirse por rotura del tornillo sin que el apriete inicial sea un factor relevante en su resistencia.

• Uniones por Rozamiento (Tornillos Pretensados)

  Al apretar la tuerca, el tornillo queda traccionado y las chapas se comprimen transversalmente. Esta compresión, junto con el rozamiento (natural o tratado) entre las chapas, impide el movimiento relativo. El fallo se produce cuando se supera la fuerza de rozamiento, y la capacidad resistente de la unión depende directamente del apriete de la tuerca.

Nota importante sobre cargas combinadas:

• Cuando actúan tracción y cortante simultáneamente, la tracción tiende a separar las chapas y reduce el apriete de pretensado del tornillo, disminuyendo su resistencia a cortante.
• En el caso de cortante y momento, el momento produce compresión en una parte de la unión (lo que aumenta la resistencia) y tracción en otra (lo que la disminuye). Generalmente, se considera que estos efectos se compensan mutuamente en el diseño.

Componentes Clave de las Uniones Atornilladas

Geometría de los Tornillos y Pernos

Los elementos de unión pueden tener una cabeza hexagonal y una espiga que puede estar completa (en el caso de tornillos) o parcialmente (en el caso de pernos) fileteada mediante una rosca triangular. (Ver figura 6.3)

Tuercas y Arandelas

Las tuercas y arandelas son componentes esenciales para asegurar la fijación y distribución de la carga. (Ver figuras 6.4a y 6.4b)

Existen arandelas especiales diseñadas para tornillos que se utilizan sobre perfiles con caras no paralelas, como los perfiles IPN o UPN, garantizando un asiento correcto y una distribución uniforme de la presión. (Ver figura 6.4c)

Calidades y Designación Estándar de Tornillos

Calidades de los Aceros para Tornillos

Los tornillos se fabrican con diferentes calidades de acero, que determinan su resistencia mecánica. Se distinguen principalmente:

• Aceros al carbono: Clases 4.6, 5.6 y 6.8.
• Aceros de alta resistencia: Clases 8.8 y 10.9.

(Ver tabla 6.1 para más detalles sobre las propiedades de cada calidad).

Designación Estándar de Tornillos

La designación de un tornillo sigue un formato estándar que indica sus dimensiones y calidad:

Se utiliza la letra M (de métrica) seguida del diámetro nominal (d) y la longitud (l) en milímetros, y finalmente el número de la calidad del acero.

Ejemplo: M 12x80 - 8.8

• M: Rosca métrica.
• 12: Diámetro nominal de la rosca en mm.
• 80: Longitud del tornillo en mm.
• 8.8: Clase de calidad del acero (alta resistencia).