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Dentro del diseño de uniones no permanentes, el enlace y la conformación de las piezas que forman parte de una estructura metálica suponen un problema cuya resolución es compleja, los medios de unión que realizarán este enlace deben conseguir que estas piezas trabajen conjuntamente, transmitiendo todos o determinados esfuerzos y haciendo que las deformaciones resultantes estén dentro de valores admisibles. Los medios de enlace y unión pueden ser permanentes o no permanentes, según se puedan o no desmontar sin dañar los elementos que se mantienen enlazados, los medios de unión no permanentes que se estudiarán son las uniones mecánicas, es decir, las atornilladas y las remachadas o roblonadas.
Estas uniones no permanentes pueden formar uniones rígidas, que no permiten ningún movimiento. Esto, ya que aportan fuerzas y momentos, y uniones articuladas, que no permiten desplazamientos, pero permiten giros, es decir, aportan fuerzas, pero no momentos. Como inconvenientes encontramos la necesidad de taladrar los elementos a unir, debilitando las piezas, provocando concentración de tensiones e incrementando el riesgo de corrosiones. Por ello, se requiere una protección especial, y de fenómenos de corrosión galvánica y dilatación diferencial
Uniones atornilladas
Las uniones atornilladas utilizan tornillos de roscado helicoidal, estos tornillos se definen con los siguientes parámetros:
- Paso Distancia en milímetros entre dos hilos contiguos, medida de forma paralela al eje axial de la rosca. Esto en sistema imperial se mide en número de hilos por pulgada.
- Diámetro mayor Es el diámetro más grande de la rosca del tornillo.
- El diámetro menor En el diámetro más pequeño de la rosca del tornillo.
- Diámetro de paso Es un diámetro teórico situado entre el mayor y el menor.
- Avance Es la distancia que recorre una tuerca al desplazarse en un eje axial al tornillo cuando esta da una vuelta completa. En el caso de roscas simples el avance coincide con el paso, pero en el caso de roscas dobles y triples el avance es dos y tres veces el paso, respectivamente.
- Área de esfuerzo de tensión Es el área de una varilla sin roscar que soporta la misma carga que un tornillo roscado.
Estas dimensiones de los tornillos se encuentran normalizadas, las normas más habituales son el sistema métrico (ISO) de paso normal y de paso fino, que tienen un ángulo de hilo de 60º; el sistema unificado de Estados Unidos UNC y UNF, para paso normal y paso fino respectivamente, con ángulo de hilo de 60º, y NPS y NPT, cilíndrica y cónica para unión de tubos; y el sistema Withworth, del Reino Unido, BSW y BSF, para pasos normales y paso fino, con ángulo de hilo de 50º, BSPP y BSPT, cilíndrica y cónica para unión de tubos, y BSP para tuberías.
Función
Las uniones atornilladas deben utilizar arandelas, sobre todo si se pretende aplicar par de apriete, que aporta protección a las superficies, mejor distribución de las cargas, reducción del riesgo de aflojamiento de la unión, compensación de la falta de paralelismo entre la cabeza del tornillo y la tuerca y las superficies, sirve de espaciador, funciona como resorte en uniones pretensadas y como mecanismo de prevención de corrosión galvánica, aislando el tornillo y la tuerca de la superficie. Estas arandelas pueden ser planas, dentadas, de goma, de seguridad, Belleville o de platillo, de estanqueidad o EPDM, Grower y antiaflojamiento.
Los tornillos pueden soportar esfuerzos de cortadura, aplastamiento y tracción, siendo este último el dominante en el caso de tornillos pretensados. Los esfuerzos de cortadura, comprensión, aplastamiento y tracción, siendo los dos últimos de tipo axial, en los tornillos sin pretensado se calculan de la forma habitual. En el caso de los tornillos pretensados se trata de minimizar, e incluso de eliminar, los esfuerzos de cortadura y de aplastamiento, transformándolos en esfuerzos axiales de tracción. Para ello se aplica una carga P de manera que la fuerza de rozamiento Fr compense o reduzca de manera aceptable las cargas transversales.
Se debe considerar que el tornillo es elástico, como un resorte, o como un sistema de dos resortes en serie, uno de la parte roscada del tornillo y otro de la parte sin roscar, este tornillo tiene una constante kb que depende del área de esfuerzo sometida a tensión At, del área de la superficie sin roscar Ad, la longitud de la parte roscada lt y la longitud de la parte sin roscar ld .
Uniones remachadas y roblonadas
Las uniones remachadas y roblonadas tienen como función unir elementos por resistencia, de manera que soportan esfuerzos de cortadura y de aplastamiento, pero de ninguna manera pueden soportar esfuerzos de tracción axial ni permiten ningún tipo de pretensado; y por acoplamiento, es decir, enlazando elementos sin transmitir cargas. La denominación de “roblón” se le suele dar a los elementos que tienen más de 8 mm de diámetro y la denominación “remache” se emplea para los elementos de menos de 8 mm de diámetro, aunque estas denominaciones no son fijas.
Los roblones y remaches pueden ser macizos, acabados con cabeza esférica, cabeza cónica, cabeza perdida o cabeza semi-perdida; y huecos, también denominados “tubulares”, que pueden ser de tipo ciego POP o Interlock, de cierre automático mediante clip o mediante roscado. Los remaches y roblones se pueden colocar en caliente o en frío, según su diámetro. Los remaches y roblones se pueden colocar en una, dos o tres filas, alineados o en zigzag, uniendo elementos de forma solapada o de forma plana. El diámetro d del roblón o remache se calcula con la ecuación de Unwin, que indica que debe ser 6 veces la raíz cuadrada del espesor de la chapa t unida a él.
Cálculos
La longitud mínima L del remache, o del roblón, se calcula con base en la suma de los espesores de las placas I y el diámetro del elemento d, de la forma: L = I + 4/3d (remachado mecánico) L= I + 7/4d (remachado manual) Además, se deben calcular:
- El paso p Es la distancia entre los centros de los agujeros de dos remaches consecutivos de una misma fila. Debe tener un valor entre 3 y 6 veces el diámetro del remache.
- El paso trasero pb
- Es la distancia entre los centros de dos filas consecutivas, que debe estar entre 3 y 8 veces el diámetro del remache.
- El paso diagonal pd Es la distancia entre los centros de dos remaches adyacentes situados en diagonal.
- El margen m Es la distancia entre el centro de un remache situado en un extremo y el borde más cercano de la placa. Debe estar entre 3 y 6 veces el diámetro del remache en la dirección paralela a la carga. Además de estar entre 1,5 y 3 veces el diámetro del remache en la dirección perpendicular a la carga
Diseño y estructuración mecánica
Existen diferentes campos en la ingeniería que resultan de gran conocimiento y dominio de los mismos. Esto permitirá que los resultados de ello sean efectivos y completos, siendo esta la base de un completo desarrollo del mismo. En el diseño mecánico los conocimientos acerca de matemática y física juegan un papel crucial, debido a que un buen calcúlo dirigirá que todos los procesos sean ejecutados de excelente manera.
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