Verificación normativa de tornillos y tornillos pretensados (AISC)

Las fuerzas en los tornillos se determinan mediante análisis por elementos finitos. Las fuerzas de tracción incluyen las fuerzas de palanca. Las resistencias de los tornillos se verifican según AISC 360 - Capítulo J3.

Tornillos

Resistencia a tracción y cortante de los tornillos

La resistencia de cálculo a tracción o cortante, ϕR_n, y la resistencia admisible a tracción o cortante, R_n/Ω de un tornillo apretado a tope se determina según los estados límite de rotura por tracción y rotura por cortante de la siguiente manera:

R_n = F_nA_b

ϕ = 0.75    (LRFD, editable en la configuración de la norma)

Ω = 2.00    (ASD, editable en la configuración de la norma)

donde:

A_b – área nominal del cuerpo sin rosca del tornillo o parte roscada

F_n – tensión nominal a tracción, F_nt, o tensión cortante, F_nv, de la Tabla J3.2

La resistencia a tracción requerida incluye cualquier tracción resultante de la acción de palanca producida por la deformación de las partes conectadas.

Tracción y cortante combinados en unión de tipo aplastamiento

La resistencia a tracción disponible de un tornillo sometido a tracción y cortante combinados se determina según los estados límite de rotura por tracción y cortante de la siguiente manera:

R_n = F'_nt A_b    (AISC 360-16 J3-2)

ϕ = 0.75    (LRFD, editable en la configuración de la norma)

Ω = 2.00    (ASD, editable en la configuración de la norma)

\( F'_{nt}=1.3 F_{nt} - \frac{f_{rv} F_{nt}}{\phi F_{nv}} \)   (AISC 360-16 J3-3a LRFD)

\( F'_{nt}=1.3 F_{nt} - \frac{f_{rv} \Omega F_{nt}}{F_{nv}} \)    (AISC 360-16 J3-3b ASD)

donde:

• F'_nt – tensión nominal a tracción modificada para incluir los efectos de la tensión cortante
• F_nt – tensión nominal a tracción de la Tabla J3.2 de AISC 360-16
• F_nv – tensión cortante nominal de la Tabla J3.2 de AISC 360-16
• f_rv – tensión cortante requerida usando combinaciones de carga LRFD o ASD. La tensión cortante disponible del elemento de fijación deberá ser igual o superior a la tensión cortante requerida, f_rv

Resistencia al aplastamiento en los agujeros de los tornillos

Las resistencias al aplastamiento disponibles, ϕR_n y R_n/Ω, en los agujeros de los tornillos se determinan para el estado límite de aplastamiento de la siguiente manera:

ϕ = 0.75    (LRFD, editable en la configuración de la norma)

Ω = 2.00    (ASD, editable en la configuración de la norma)

La resistencia nominal al aplastamiento del material conectado, R_n, se determina de la siguiente manera:

Para un tornillo en una unión con agujeros estándar:

R_n = 1.2 l_c t F_u ≤ 2.4 d t F_u    (AISC 360-16 J3-6a, J3-6a, c)

Para un tornillo en una unión con agujeros ranurados:

R_n = 1.0 l_c t F_u ≤ 2.0 d t F_u    (AISC 360-16 J3-6a, J3-6e, f)

donde:

• F_u – resistencia mínima especificada a tracción del material conectado
• d – diámetro nominal del tornillo
• l_c – distancia libre, en la dirección de la fuerza, entre el borde del agujero y el borde del agujero adyacente o el borde del material
• t – espesor del material conectado

Tornillos pretensados

La resistencia al deslizamiento de cálculo del tornillo pretensado de clase A325 o A490 con el efecto de la fuerza de tracción Ft

Fuerza de pretensado a utilizar AISC 360-10 tab. J3.1.

T_b = 0.7 f_ub A_s

Resistencia al deslizamiento de cálculo por tornillo AISC 360-10 par. J3.8

R_n = k_SC μ D_u h_f T_b n_s

Utilización a cortante [%]:

U_ts = V / ϕR_n    (LRFD)

U_ts = Ω V / R_n    (ASD)

donde:

• A_s – área de tensión de la sección roscada del tornillo
• f_ub – resistencia última a tracción
• \( k_{SC}=1-\frac{F_t}{D_u T_b n_b} \)   – factor para tracción y cortante combinados (LRFD) (J3-5a)
• \( k_{SC}=1-\frac{1.5 F_t}{D_u T_b n_b} \)     – factor para tracción y cortante combinados (ASD) (J3-5b)
• μ – coeficiente medio de deslizamiento editable en la configuración de la norma
• D_u = 1.13 – multiplicador que refleja la relación entre el pretensado medio instalado del tornillo y el pretensado mínimo especificado del tornillo
• h_f = 1.0 – factor para rellenos
• n_s – número de superficies de fricción; la verificación se calcula para cada superficie de fricción por separado
• V – fuerza cortante que actúa sobre el tornillo
• ϕ = 1.0 – factor de resistencia para agujeros de tamaño estándar (LRFD) editable en la configuración de la norma
• ϕ = 0.7 – factor de resistencia para agujeros ranurados (LRFD)
• Ω = 1.5 – factor de resistencia para agujeros de tamaño estándar (ASD) editable en la configuración de la norma
• Ω = 2.14 – factor de resistencia para agujeros ranurados (ASD)