Clase de uniones abulonadas fiounam

1. UNIONES Y MEDIOS DE UNION
Las estructuras están formadas por elementos estructurales que requieren su
UNION
Para que trabajen en conjunto
Para transferir adecuadamente los esfuerzos con deformaciones
adecuadas
Según la 301-EL 2000 las uniones comprenden:
Las partes afectadas de las barras que se unen (alas o almas de vigas,
diagonales)
Los elementos auxiliares de la unión (chapas de nudos, cartelas ,cubrejuntas,
forros)
Los medios de unión (bulones, soldaduras, remaches)

2. UNIONES Y MEDIOS DE UNION
Las uniones deben proyectarse de acuerdo a:
 Tipo de estructura (PR o TR)
 Se corresponda con el modelo de cálculo que ha sido adoptado
ENTONCES:
 Una articulación transmite corte y esfuerzo axil y permite giro
 Un nudo rígido transmite corte, axil, momento y no permite giro
 El nudo semirígido deberá permitir giro previsto y transmitir momento
LOS MEDIOS UTILIZADOS EN ESTRUCTURAS SON:
 BULONES
 SOLDADURAS (mano de obra mas especializadas)
 REMACHES

3. UNIONES ABULONADAS
Se utilizan dos tipos de bulones:
Bulones comunes calibrados
Uniones tipo corte y aplastamiento
Bulones de alta resistencia
Uniones de tipo corte y aplastamiento
Uniones de deslizamiento crítico
PARTES DE UN BULÓN

4. TIPOS DE BULONES
Bulones comunes calibrados tipo ASTM A36
Se designan como A307 Norma IRAM 5452
Tensión de rotura a tracción: (Fy)=370 MPa
Tensión de Fluencia: (Fu)=235 MPa
Diámetros en pulgadas
Bulones de alta resistencia tipo ASTM A325
Se designan como A325 Norma IRAM 5453
Fu ≥ 825 Mpa para diámetros ≤ 1” y Fu ≥ 725 Mpa para diámetros > 1”
Fy ≥ 650 Mpa para diámetros ≤ 1” y Fy ≥ 570 Mpa para diámetros > 1”
Diámetros en pulgadas desde ¼” hasta 1 o 11/2”
Bulones tipo ASTM A490 (aceros aleados Cromo-níquel) IRAM 5455
Fu > 1035 Mpa
Fy > 800 a 900 Mpa según diámetros
Diámetros comerciales en pulgadas entre ½” a 11/2”

5. TIPOS DE BULONES
Bulones tipo ISO 8.8 Norma IRAM 5452
Fu ≥ 800 Mpa
Fy ≥ 0,8 Fu ≥ 640 Mpa
Diámetros comerciales en milímetros de 6mm 24mm
Designaciones equivalentes a A490 (ASTM) y 10.9 (ISO)
Según SAE: grado 8 Fu ≥ 1050 Mpa
Según DIN 10K Fu ≥ 1000 Mpa
Bulones tipo ISO 10.9 Norma IRAM 5464
Fu ≥ 1000 Mpa
Fy ≥ 0,9 Fu ≥ 900 Mpa
Diámetros comerciales en milímetros de 6mm 24mm

6. CONSIDERACIONES SOBRE JUNTAS ABULONADAS
Los bulones de alta resistencia se usan en:
Uniones de tipo aplastamiento
Uniones de deslizamiento crítico
Los bulones de alta resistencia han remplazado a los remaches y compiten
con las soldaduras en muchos casos
 Uniones más rápidas y con menos personal
 Tareas menos peligrosas por no existir chispas
 A igual solicitación menor número de bulones que de remaches
 Menor capacitación del personal de montaje
 Operación menos ruidosa que el remachado
 Pueden desarmarse o modificarse sin dañar las piezas unidas
 Responden mejor que las soldaduras ante cargas dinámicas

7. CONDICIONES DE AJUSTE DE LOS BULONES
Cuando el bulón se ajusta el vástago se tracciona, se definen las siguientes
situaciones de apriete:
 CONDICIÓN DE AJUSTE SIN JUEGO
Permite que los elementos que se unen queden en contacto firme
Se obtiene con:
 Unos cuantos golpes con llave de impacto
 Con el máximo esfuerzo de una llave ordinaria
Se utilizan en:
• Unión tipo aplastamiento sometidas a corte donde el deslizamiento es
permitido en la tolerancia del agujero
• Uniones donde no exista posibilidad de aflojamiento por cargas que producen
vibraciones
• Uniones donde no existan problemas de fatigas por cargas cíclicas

8. CONDICIONES DE AJUSTE DE LOS BULONES
 CONDICIÓN DE AJUSTE BULÓN TOTALMENTE TRACCIONADO
En esta condición, con el ajuste se tracciona el bulón al 70% del
tensión de rotura

9. CONDICIONES DE AJUSTE DE LOS BULONES
 CONDICIÓN DE AJUSTE BULÓN TOTALMENTE TRACCIONADO
En esta condición en general el bulón no tiene tendencia a aflojarse
excepto cuando actúan cargas vibratorias en este caso
Soldar la tuerca al bulón
Dos tuercas totalmente apretadas
Para lograr la mínima tracción especificada en la tabla J.3-1:
• Sobre ajuste a partir de la condición sin juego controlando el giro
• Llaves con par calibrado (se calibra las llaves diariamente)
• Indicador directo de tracción: se utilizan arandelas especiales que indican el
par de apriete
• Bulón calibrado que se corta en una sección preestablecida con el par
previsto

10. Existen dos tipos de uniones abulonadas
Unión tipo aplastamiento
TIPOS DE UNIONES ABULONADAS
Unión de deslizamiento crítico ( tipo fricción)
El esfuerzo se transfiere de un elemento a otro por
 Aplastamiento en los bordes del agujero de la chapa
 Corte en el o los bulones
 Bulones comunes o de alta resistencia
 Deformación en la unión
 Se calcula en rotura
El esfuerzo se transfiere de un elemento a otro por
 Fricción entre los elementos unidos
 Bulones de alta resistencia ajustados a 70% de rotura
 Unión indeformable
 Se calcula en servicio – Se verifica en rotura

11. UNIÓN TIPO APLASTAMIENTO
Supongamos una unión simple a tracción (traslapada)
Mecanismo de transmisión:
Por aplastamiento de las chapas ( superficies 1-1 , 2-2 )
Por corte en el bulón ( plano 3-3)

12. UNIÓN TIPO APLASTAMIENTO
Las Posibles fallas de unión tipo aplastamiento son:
Posibles fallas::
 Falla por corte en el bulón
 Falla por desgarramiento de la chapa desde bulón a extremo libre.
 Falla por aplastamiento del bulón
 Falla por aplastamiento de la chapa
 Falla por rotura de la chapa en la sección del agujero

13. UNIÓN TIPO APLASTAMIENTO
Cuando en una línea hay 2 o más bulones:
 Falla por corte en cada uno de los bulones
 El desgarramiento de la chapa entre los bulones
 El aplastamiento de la chapa entre bulones
 Falla por corte del bulón en cada uno de los planos
 Si el espesor del paquete de chapas es grande puede haber falla por
flexión del bulón

14. UNIÓN TIPO APLASTAMIENTO
Existen uniones donde se deben transmitir solicitaciones compuestas:
En este caso el bulón:
 Puede fallar por tracción
 Puede fallar por combinación de corte y tracción

15. UNIÓN ABULONADAS
TIPO, TAMAÑO Y USOS DE AGUJEROS
Los agujeros están en función del diámetro nominal del vástago del BULON
Agujeros Normales
 Son los comunes se usan en uniones tipo aplastamiento y deslizamiento
crítico
Agujeros holgados:
 Se utilizan para facilitar el montaje
 No pueden usarse en uniones tipo aplastamiento
 Pueden usarse en cualquiera o todas las chapas a unir en deslizamiento
crítico
 Se deben instalar arandelas endurecidas sobre un agujero holgado de
chapa externa

16. UNIÓN ABULONADAS
TIPO, TAMAÑO Y USOS DE AGUJEROS
Agujeros ovalados cortos
 Se pueden utilizar en cualquiera o todas las chapas en unión tipo
aplastamiento pero la longitud mayor debe se normal a la dirección de la
fuerza
 Se pueden usar en unión de deslizamiento critico en cualquier dirección
 Se deberán instalar arandelas endurecidas en las chapas externas siendo
estas de dureza especial para bulones de alta resistencia
Agujeros ovalados largos
 Solo pueden utilizarse en una de las chapas a unir
 En las uniones tipo aplastamiento la dirección mayor debe ser normal a la
fuerza
 En las deslizamiento crítico puede tener cualquier dirección
 Cuando esta en una chapa externa se deberá instalar una arandela o una
barra con agujero normal
 Usando bulones de alta resistencia la arandela deberá tener mínimo 8mm

17. TIPO, TAMAÑO Y USOS DE AGUJEROS

18. RESISTENCIA DE DISEÑO DE LOS BULONES A TRACCIÓN EN UNIONES TIPO APLASTAMIENTO
La resistencia nominal de un bulón en (KN): Rn = Fu.An (10-1)
Fu : tensión de rotura a tracción (Mpa)
An : Área neta (área en parte roscada) oscila entre 0,75 y 0,79 del área Ab ( área bruta, vástago)
Adoptando An = 0,75 Ab
 La resistencia Nominal Rn = Fu . 0,75 . Ab (10-1) = Fn . Ab . (10-1)
Donde se define Fn: tensión neta aplicada a un área bruta Fn=0,75 Fu
Se adopta un factor ø=0,75 → Rd = 0,75 . Fn . Ab (10-1)
Según 301-EL:
Para bulones comunes tipo A307 por el menor control se adopta:
An = 0,65 Ab

19. RESISTENCIA DE DISEÑO DE LOS BULONES A CORTE EN UNIONES TIPO APLASTAMIENTO
Cuando la rosca esta excluida de los planos de corte
Rd = ø . Rn = ø . m . τn . Ab
Se adopta un factor ø=0,75 → y se adopta la tensión de corte τn=0.50 Fu
Nos queda: Rd = 0,75 . m . τn . Ab
m: planos de cortes por bulón
El CIRSOC 391-EL toma:
Para el bulón A307 se adopta un τn=0.40 Fu
Entonces: para el A307 queda  Τn= 0,4 x 370 ≈ 150MPa

20. RESISTENCIA DE DISEÑO DE LOS BULONES A CORTE EN UNIONES TIPO APLASTAMIENTO
Cuando la rosca no esta excluida de los planos de corte
Rd = 0,75 . (0,5 Fu) . m . 0,75 Ab = 0,75 . m . Τ’n . Ab
m: planos de cortes por bulón
El CIRSOC 391-EL toma:
Para el bulón A307 se adopta un τn=0.35 Fu
Entonces: para el A307 queda  Τ’n= 0,35 x.0,75 x 370 ≈ 100MPa

21. RESISTENCIA DE DISEÑO DE LOS BULONES A TRACCIÓN COBINADA CON CORTE EN UNIONES
TIPO APLASTAMIENTO
Rd = ø . Ft . Ab = 0,75 . Ft . Ab
Los estudios realizados por Kulok (1987) indican que la resistencia de pasadores
en tracción combinada con corte se puede representar bien por:
Se reemplaza la elipse por tres rectas. Combinando estas rectas se pone una
tensión de tracción de nominal límite en función de la tensión de corte mayorada
ø=0,75

22. RESISTENCIA DE DISEÑO DE LOS BULONES A TRACCIÓN COBINADA CON CORTE EN UNIONES
TIPO APLASTAMIENTO
La tracción nominal límite en función de la tensión de corte mayorada:
Según 301-EL
La tensión de corte fv producida por cargas mayoradas debe ser:
fv ≤ ø . Τn ó fv ≤ ø . Τ’n
Según la rosca este o no incluido en el plano de corte
La tensión fv = Py / Ab

23. RESISTENCIA DE DISEÑO POR APLASTAMIENTO DE CHAPA EN LOS AGUJEROS
De acuerdo a resultado de numerosos ensayos la resistencia de diseño de este
estado límite será determinado por:
Deformación de la chapa 
Rotura del bloque de corte 
Para la evaluación de este estado límite debe establecerse:
 Si la deformación alrededor del agujero para cargas de servicio es una
consideración de proyecto
 El tipo de agujero utilizado
d : diámetro de bulón
t : espesor de chapa
Le: distancia a borde

24. RESISTENCIA DE DISEÑO POR APLASTAMIENTO DE CHAPA EN LOS AGUJEROS
A-) Para agujeros normales, holgados u ovalados cortos
 Cuando la deformación alrededor del agujero para cargas de servicio es
una consideración de diseño
Rn = 1,2 . Le . t . Fu Por deformación de chapa
Rn = 2,4 . d . t . Fu Por desgarramiento en bloque
 Cuando la deformación alrededor del agujero para cargas de servicio no
es una consideración de diseño
Rn = 1,5 . Le . t . Fu Por deformación de chapa
Rn = 3,0 . d . t . Fu Por desgarramiento en bloque
B-) Para un bulón en una unión con agujeros ovalados largos con el eje mayor
perpendicular a la dirección de la fuerza
Rn = 1,0 . Le . t . Fu Por deformación de chapa
Rn = 2,0 . d . t . Fu Por desgarramiento en bloque

25. DISTRIBUCIÓN DE LOS BULONES EN LA UNIÓN
DISTRIBUCIÓN DE LOS BULONES EN LA UNIÓN
En función de las posible fallas ocurrentes en las cercanías del agujero derivadas
del aplastamiento de las chapas:
 Se fijan distancias mínimas entre centros de agujeros en la dirección de
la fuerza
 En dirección normal las distancias se fijan teniendo presente lla
posibilidad de ajuste y el dañado durante el punzonado o taladrado
s : distancia más corta entre centro de agujeros normales u holgados
p : paso: distancia entre agujeros en la dirección de la fuerza
g: gramil: distancia entre agujeros en la dirección normal a la fuerza
db: es la mínima distancia entre centro de un agujero y el borde de chapa

26. DISTRIBUCIÓN DE LOS BULONES EN LA UNIÓN
A-) SEPARACIÓN MÍNIMA ENTRE CENTROS DE AGUJEROS Y DISTANCIAS AL BORDE
Separación mínima entre centro de agujeros normales u holgados
smin = 3d d: diámetro
Separación mínima entre centro de circunferencia extremas adyacentes en agujeros
ovalados: smin = 3d d: diámetro
Separación mínima a bordes:
para agujeros normales:
a bordes cortados mecánicamente: db min= 1,75 d ó tabla J.3-4
a bordes laminados o cortados a soplete: db min= 1, 5 d para d ≤ 30mm ó tabla J.3-4
db min= 1, 25 d para d > 30mm ó tabla J.3-4
para agujeros holgados u ovalados con eje mayor perpendicular a borde:
Los anteriores valores se incrementan en C2 dada por tabla J.3-8

27. DISTRIBUCIÓN DE LOS BULONES EN LA UNIÓN
A-) SEPARACIÓN MÍNIMA ENTRE CENTROS DE AGUJEROS Y DISTANCIAS AL BORDE

28. DISTRIBUCIÓN DE LOS BULONES EN LA UNIÓN
DISTANCIA MAXIMA A BORDE Y SEPARACIÓN MAXIMA ENTRE CENTROS DE AGUJEROS
Son limitaciones que tienen por fin evitar el ingreso de humedad en la unión en el
caso de una falla en la pintura o separación de las partes por:
 Efecto de fuerzas actuantes
 Pandeo de las chapas entre nudos en juntas a compresión
 Entre centro de agujeros y borde más cercano de las chapas en contacto
db ≤ 12 t ó 150mm t: espesor de la chapa
 Separación longitudinal entre centros de bulones que unen elementos en
contacto continuo
• Barras pintadas o no pintadas sin peligro de corrosión.
• Barras no pintadas de acero resistente a la corrosión sometidas a corrosión
atmosférica . s ≤ 14 tmin ó 180 mm
s ≤ 24 tmin ó 300 mm
tmin: espesor de la chapa más delgada

29. REPARTICIÓN DE LAS FUERZAS ENTRE BULONES
Se supone en general que el esfuerzo se reparte por igual entre todos los bulones
Esta hipótesis se cumple apoyada por la plasticidad del material que permite la
redistribución del esfuerzo en los bulones
Esta distribución no se cumple totalmente si la junta es muy larga
• Cuando la junta supera los 1300mm el 301-EL contempla la reducción de 20%
en las tensiones de corte τn y τ’n
• La práctica recomienda no superar las 6 filas de bulones en una unión

30. LARGO DEL BULÓN EN UNA JUNTA
La longitud del bulón debe elegirse en función del paquete de elementos a unir
En bulones A325 y A490 (y los tipos ISO ) la resistencia disminuye cuando la rosca
esta incluida en la junta
 Es conveniente elegir una longitud que la rosca no penetre la unión
 Si penetra esta no debe superar los 2mm o el 30% del espesor de la chapa
 El espesor de la arandela asegura que la tuerca ajuste correctamente
En bulones A307 se presenta el problema de la flexión del bulón
 Cuando el paquete supera los 5 diam. Se disminuye 1% la resistencia por
cada 2mm que supere los 5 diam. (301-EL)
Es conveniente colocar un mínimo de 2 bulones por unión (un eventual defecto de un
único bulón pone en colapso la unión)

31. UNIÓN DE DESLIZAMIENTO CRÍTICO
La fuerza en la unión se transmite por fricción entre los elementos a unir
▪ A efecto de asegurar la fricción el bulón ( de alta resistencia ) se tracciona con la
fuerza dada por la J.3-1
• En este tipo de unión hay una menor concentración de tensión en la sección del
agujero (por ella pasa alrededor del 50% de la fuerza)
• Esta unión impide el deslizamiento (condición de servicio) Para satisfacerla
deberá diseñarse la unión con cargas de servicio
• En algunos caso se debe impedir el deslizamiento hasta la falla: Se proyecta el
deslizamiento crítico para estado último  con cargas mayoradas

32. UNIÓN DE DESLIZAMIENTO CRÍTICO
FACTOR DE FRICCIÓN
A efectos de materializar la unión, el o los bulones deben estar totalmente
traccionado
Las superficies en contacto incluidas las adyacentes a las arandelas deben estar
libre de grasa, polvo, oxido.
Se consideran básicamente los siguientes coeficientes de rozamiento
 μ=0,33 : condición de superficies limpiadas en taller por cepillado y sin
recubrimiento
 Entre μ=0,33 y μ=0,50 : se permite llegar a estos valores con superficies
limpiadas con chorro de arena sin revestimiento o posteriormente revestidas
con capas especiales
 Para superficies galvanizadas sin tratamiento se puede considerar μ=0,19

33. UNIÓN DE DESLIZAMIENTO CRÍTICO
DISEÑO PARA CARGAS DE SERVICIO (deben verificar a corte y aplastamiento para cargas mayoradas)
▪ Unión sometida a fuerzas de corte (301-EL Sc: A-J.3.9.(b)
Se dimensiona en base a una llamada resistencia de diseño al corte
 Esto es en realidad la fuerza que puede transmitir por fricción (no hay corte en el bulón)
La resistencia de diseño es: Rd = ø . Fv . Ab
ø : factor de reducción
1 para agujeros normales, holgados, ovalados cortos y largos en dirección normal a la fuerza
0,85 para agujeros ovalados largos con eje mayor paralelo a la fuerza
Ab : Área bruta del vástago del bulón
Fv: Resistencia al deslizamiento crítico para cargas de servicio tabla 301-EL A-J.3-2
La tabla considera μ=0,33 para rozamientos diferentes se tomarán valores proporcionales

34. UNIÓN DE DESLIZAMIENTO CRÍTICO
DISEÑO PARA CARGAS DE SERVICIO (deben verificar a corte y aplastamiento para cargas mayoradas)
▪ Unión sometida a fuerzas de corte y tracción combinadas (301-EL Sc: A-J.3.9.(b)
Si además de corte la unión esta sometida a tracción el efecto de fricción disminuye por efecto
del menor pretensado del bulón
 Siendo T: esfuerzo de tracción aplicado en la unión:
para un bulón  Rd1 = Rd (1-T/ 0,8.Tb. Nb)
T : Fuerza actuante en la unión debida a cargas de servicio
Tb : Fuerza de pretensado mínima del bulón obtenida de tabla J.3-1
Nb: Numero de bulones cargados con la tracción T

35. UNIÓN DE DESLIZAMIENTO CRÍTICO
DISEÑO PARA CARGAS MAYORADAS (Estado último)
▪ Unión sometida a fuerzas de corte (301-EL Sc: A-J.3.8.(a)
La resistencia de diseño al deslizamiento deberá ser mayor o igual a la requerida obtenida con
cargas mayoradas
La resistencia de diseño es:
Rd = ø . Rstr = 1,13 . Ø . μ . Tb . Ns . Nb
Tb : Fuerza de pretensado mínima del bulón obtenida de tabla J.3-1
Ns : Número de planos de fricción
Nb: Numero de bulones en la unión
ø=1 Para agujeros normales
ø=0,85 Para agujeros holgados y ovalados cortos
ø=0,70 Para ovalados largos lado mayor dirección normal a la fuerza
ø=0,60 Para ovalados largos lado mayor dirección paralela a la fuerza
FACTORES DE RESISTENCIA

36. UNIÓN DE DESLIZAMIENTO CRÍTICO
DISEÑO PARA CARGAS MAYORADAS (Estado último)
▪ Unión sometida a fuerzas de corte y tracción combinadas (301-EL Sc: A-J.3.9.(a)
Si además de corte la unión esta sometida a tracción el efecto de fricción disminuye por efecto
del menor pretensado del bulón
 Siendo T: esfuerzo de tracción aplicado en la unión:
para un bulón  Rd1 = Rd (1-Tu / (1,13 .Tb. Nb))
Rd1 : Resistencia de diseño a solicitación de corte y tracción
Rd : Resistencia cuando solo hay corte
Nb : Numero de bulones cargados con la tracción Tu

37. UNIONES ABULONADAS
CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO
Para el caso (a y b) Uniones traslapadas
 Presenta una excentricidad que flexiona la junta y se usa en uniones menores
 Para disminuir el efecto se coloca al menos dos filas de bulones
Para el caso (c) Uniones a tope
 Permite una simetría en la transferencia de cargas
 Existe mas de un plano de corte en el bulón

38. UNIONES ABULONADAS
CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO
En general las dimensiones (ancho y espesor) de lo elementos a unir están determinadas por el
proyecto de las mismas
▪ Definición del tipo de unión (aplastamiento o desl. crítico ) y de la clase
de dimensionado  en estado último ó en servicio
▪ Seleccionar el diámetro y longitud del bulón en función de los
espesores a unir y de la disponibilidad de espacio
▪ Determinación de la resistencia de diseño del bulón según el tipo y
número de secciones al corte o fricción
▪ Determinación del número de bulones necesarios: Se divide la fuerza
requerida (última o de servicio según el caso) por la resistencia del bulón
▪ Distribución de los bulones en la junta alineando los baricentros de
esfuerzo y de la junta. Satisfaciendo las distancias especificadas. No
superar las 6 filas
▪ Verificación de las barras traccionadas en sus estados limites

39. UNIONES ABULONADAS SOMETIDAS A ESFUERZOS COMPUESTOS
SOLICITACIÓN DE CORTE Y MOMENTO EN EL PLANO
Método elástico lineal
Permitido por 301-EL
Hipótesis: Chapas rígidas
La fuerza cortante trasladada al baricentro:
La fuerza debida al momento:
La fuerza TOTAL sobre cada bulón

40. UNIONES ABULONADAS SOMETIDAS A ESFUERZOS COMPUESTOS
SOLICITACIÓN DE CORTE Y MOMENTO EN EL PLANO
Los bulones externos son los más solicitados: Se dimensionarán estos y se adopta el mismo para los demás
por simplicidad
En este caso la resolución es un poco más compleja:
Si las fuerzas resultan muy grandes se debe modificar:
 La incidencia de la fuerza puede disminuirse modificando la cantidad de bulones
 La incidencia del momento puede disminuirse modificando la distribución

41. UNIONES ABULONADAS SOMETIDAS A ESFUERZOS COMPUESTOS
SOLICITACIÓN DE CORTE Y TRACCIÓN
Para el caso (a)
 Cada bulón esta sometido a la tracción Ph y al corte por Pv
 Estas fuerzas se obtienen dividiendo las componentes de P por el número de bulones
Para el caso (b)
 La fuerza P se traslada al plano de la unión
 El esfuerzo de corte se obtiene dividiendo la componente vertical por el número de
bulones
 La fuerza normal se obtiene con la consideración de placa rigida y da proporcional a
la distancia