Este documento trata sobre diferentes técnicas de unión, incluyendo soldadura y uniones atornilladas. Describe los tipos de soldadura, el cordón de soldadura, las dimensiones fundamentales, clasificaciones y prescripciones normativas. También cubre generalidades sobre uniones atornilladas, como tornillos, tuercas y arandelas, parámetros de diseño y disposiciones constructivas. Explica el cálculo de uniones atornilladas sujetas a cortadura, aplastamiento, tracción y carga descentrada.

1. TEMA 6. SOLDADURA
Y TÉCNICAS DE
UNIÓN.
Curso de Resistencia de
Materiales y cálculo de
estructuras.
Félix C. Gómez de León
Antonio González Carpena

2. Índice.
Uniones Soldadas.
Introducción.
Soldadura al arco.
El cordón de soldadura.
Dimensiones fundamentales del cordón de soldadura.
Clasificación de los cordones de soldadura.
Otras clasificaciones.
Prescripciones normativas.
Recomendaciones para la ejecución.
Cálculo.
Problema 5.1.
Uniones atornilladas.

3. Introducción.
Se llama soldadura a la unión de dos piezas metálicas de igual o
parecida composición, de forma que la unión quede rígida y
estanca. Esto se consigue por fusión o por la aportación de otro
metal de enlace.
En las soldaduras por fusión el calor proporcionado funde los
extremos de las piezas y al solidificar se produce la unión. Existen
diferentes tipos de soldadura por fusión, pero los más utilizados son
dos:
Soldadura autógena.
Soldadura por arco eléctrico, que es la
que se utiliza en estructuras metálicas.
Fuente: AWS

4. Soldadura al arco.
Los procedimientos de
soldadura en arco
pueden agruparse en
cuatro:
Soldadura por arco
manual con electrodos
revestidos.
Soldadura por electrodo
no consumible protegido.
Soldadura por electrodo
consumible protegido.
Soldadura por arco
sumergido.

5. El cordón de soldadura.
El cordón de soldadura
tiene tres partes bien
diferenciadas:
a. Zona de soldadura: Es la
zona central, que está
formada fundamentalmente
por el metal de aportación.
b. Zona de penetración. Es la
parte de las piezas que ha
sido fundida por los
electrodos. La mayor o menor
profundidad de esta zona
define la penetración de la
soldadura. Una soldadura de
poca penetración es una
soldadura generalmente
defectuosa.
c. Zona de transición. Es la
más próxima a la zona de
penetración.
Fuente: Urbipedia.org

6. Dimensiones fundamentales del
cordón de soldadura.
La garganta (a) es la altura del máximo triángulo isósceles cuyos
lados iguales están contenidos en las caras de las dos piezas a unir
y es inscribible en la sección transversal de la soldadura.
Se llama longitud eficaz (l) a la longitud real de la soldadura
menos los cráteres extremos. Se admite que la longitud de cada
cráter es igual a la garganta.

7. Clasificación de los cordones de
soldadura.
Por la posición geométrica de las piezas a unir.
Soldaduras a tope.
Soldaduras en ángulo.
Fuente: construpedia.com

8. Otras Clasificaciones.
Por la posición del cordón de soldadura respecto al esfuerzo.
Cordón frontal
Cordón lateral
Cordón oblicuo
Por la posición del
cordón de
soldadura durante
la operación de
soldar.
Cordón plano (se
designa con H)
Cordón horizontal
u horizontal en
ángulo (se
designa por C).
Cordón vertical
(se designa con
V)
Cordón en techo
o en techo y en
ángulo (se
designa con T)

9. Prescripciones normativas.
Soldaduras a tope.
Continuas en toda la longitud y penetración
completa.
Antes de depositar el cordón de cierre → Sanear
raíz.
Si no hay acceso a la cara posterior → penetración
completa.
Piezas de distinta sección debe adelgazarse la
mayor con pendientes inferiores al 25%.
Soldaduras en ángulo.
La garganta cuando e1<e2; valor máximo para
e1 y valor mínimo para e2.
La longitud eficaz l de una soldadura lateral en
ángulo con esfuerzo axial debe estar
comprendida entre los siguientes valores:
Valor mínimo: l ≥ 15a ; l ≥ b
Valor máximo: l ≤ 60a ; l ≤ 12b

10. Recomendaciones para la ejecución.
Soldaduras de cordones múltiples.
Soldaduras continuas.
Uniones planas con
soldaduras cruzadas
Uniones en ángulo con
soldaduras cruzadas

11. Cálculo.
Soldaduras a tope
La norma especifica que las soldaduras a tope realizadas
correctamente no requieren cálculo alguno.
Soldaduras en ángulo
Se asimila el cordón de soldadura a un triángulo isósceles
y se toma como sección de cálculo la definida por la altura
a del triángulo isósceles, por ser la sección menor.
También se acepta que las tensiones son constantes a lo
largo del plano definido por la altura a y cuya superficie es
a l, siendo l la longitud del cordón de soldadura.
Sobre este plano las componentes de las tensiones serán:
una tensión normal σ y dos componentes sobre el plano
de referencia, que llamamos τa y τn. Entonces:
Si abatimos la sección sobre una de las caras:
( ) 25
.
1
3
2
2
2
2 u
M
u
n
a
co
f
f
=
≤
+
+
=
γ
τ
τ
σ
σ
( )
( )
a
a
n
n
n
t
t
n
t
n
=
−
=
+
=
τ
τ
σ
2
1
2
1

12. Problema 5.1.
Sean 2 angulares de 80
x 80 x 8 soldados a una
cartela por 2 cordones
de soldadura de
espesor a = 4 mm.
El esfuerzo de cálculo
del axil a tracción N es
40 kN, siendo las
distancias d’ y d’’ 23 y
57 mm
respectivamente.
El acero empleado es
un S 235.
Se pide: Determinar la
longitud de los
cordones de soldadura.

13. Introducción.
Existen algunas estructuras o piezas de determinadas
máquinas que están compuestas de partes que hay que
unir de forma adecuada para que cumplan la función
para la que han sido diseñadas.
Si se trata de materiales metálicos, los medios de unión
comúnmente empleados son tornillos y soldadura.
Las uniones con bulones tienen poca aplicación, y las
uniones por medios adhesivos se encuentran aún en
fase experimental.
El calculo de uniones atornilladas que hemos
seleccionado para su estudio, se basa en la teoría
elemental de la cortadura expuesta, cuyos resultados
están avalados por la experiencia.

14. Generalidades.
Las uniones atornilladas se llevan a cabo
mediante piezas denominadas tornillos.
Un tornillo es un elemento de unión formado por
una espiga cilíndrica llamada caña, uno de
cuyos extremos tiene una cabeza de forma
determinada, estando el otro extremo roscado.
La unión se forma introduciendo el
tornillo en un agujero efectuado en
las piezas a unir y colocando en el
extremo roscado una tuerca con
su arandela correspondiente

15. Tornillos.
Tornillos ordinarios.
l: longitud del vástago.
b: longitud roscada.
d: diámetro de la espiga.
Tornillos calibrados.
Son tornillos mecanizados que se introducen
ajustados en los agujeros.
Poco usados, son difíciles de colocar.
Tornillos alta resistencia.
Se emplean para cualquier tipo de acero.
Se pretensan al objeto de transmitir los
esfuerzos por rozamiento.

16. Tuercas y Arandelas.
Las tuercas se emplean indistintamente para tornillos ordinarios y
tornillos calibrados.
Las arandelas negras se emplean en tornillos ordinarios.
Las arandelas pulidas se recomiendan para tornillos calibrados.
Arandela negra Arandela pulida Arandela IPN Arandela UPN

17. Parámetros de diseño.
La elección del diámetro d de los elementos de unión es función del
espesor mínimo de las chapas a unir.
Como orientación se recomienda tanto para roblones como para
tornillos que:
expresando d y e en cm.
2
,
0
e
5
d −
≈

18. Disposiciones constructivas.

19. Tipos de uniones atornilladas.
Las uniones atornilladas se
dice que trabajan a cortadura
cuando las fuerzas se
transmiten por contacto entre
las chapas a unir y la caña de
los tornillos. Es el caso más
normal. Distinguiremos dos
tipos:
Cargas centradas respecto al
elemento de unión.
Cortadura simple (si los
tornillos trabajan por una
sección).
Cortadura doble (si los
tornillos trabajan por dos
secciones).
Paso

20. Cálculo a cortadura.
Fallo por cortadura. Si la tensión de cortadura en los remaches o
tornillos es superior a la tensión admisible τadm del material de los
remaches, la unión se rompería por la sección del remache
sometida a cortadura.
Si τadm es la tensión admisible a cortadura, el número mínimo nτ de tornillos
que se precisarían para no sobrepasarla verificaría la condición de
equilibrio
adm
2
4
d
n
P τ
π
= τ

21. Cálculo por aplastamiento.
Fallo por aplastamiento. La unión podría fallar si un remache
aplastara el material de la placa en la zona de contacto común, o
bien, si el propio remache fuera aplastado por la acción de la placa.
Se puede aumentar la resistencia a la compresión de la unión
aumentando el área de compresión, o sea, aumentando el diámetro
del remache o el espesor de la placa o ambos.
Si σc,adm es la tensión admisible a compresión en la chapa, el mínimo
número nc de tornillos que se precisarán verificará:
adm
c
c e
d
n
P ,
σ
=

22. Cálculo a tracción.
Fallo por rotura de la placa a tracción. En una pieza sometida a
tracción, de una unión mediante remaches, se puede producir el
fallo por rotura de la sección debilitada por los agujeros para los
remaches
Se puede elevar la resistencia de la unión aumentando el espesor o
el ancho de la placa o ambos.
Las roturas por fallo de la chapa a tracción o cortante no se suelen
considerar en el cálculo de la unión, ya que se evitan al tener en
cuenta las recomendaciones de las normas en cuanto a distancias
mínimas entre agujeros y entre éstos y los bordes de las chapas.

23. Doble cortadura.
Una unión mediante costura simple tiene el inconveniente de que al
efecto del esfuerzo cortante en la sección recta se añade un
momento debido a no tener las fuerzas iguales y opuestas
aplicadas a las chapas en la misma línea de acción.
La existencia de este momento tenderá a provocar una deformación
de la costura del tipo indicado en las figuras (a) y (b), según se trate
de unión con una o dos filas de tornillos.
Este efecto se puede evitar colocando las placas en alguna de
las posiciones indicadas a continuación

24. Doble cortadura.
En este caso los elementos de unión trabajan a doble
cortadura.
Para el cálculo a cortadura del número menor nτ de
tornillos o remaches se tendría:
adm
2
adm
2
d
P
2
n
4
d
2
n
P
τ
π
=
⇒
τ
π
⋅
⋅
= τ
τ
Para el cálculo por aplastamiento:
adm
,
c
c
adm
,
c
c
d
e
P
n
d
e
n
P
σ
=
⇒
σ
=

25. Carga descentrada.
Se presentan con frecuencia casos de
uniones en los que la carga es excéntrica,
como ocurre en la unión indicada en la
Figura, y cuyo cálculo simplificado se basa
en la teoría elemental de la cortadura
La carga P se reparte entre los tornillos de
forma uniforme, es decir, sobre cada tornillo
actuará en sentido vertical un esfuerzo cortante
P/n, si n es el número de ellos.
Admitiremos que el momento es absorbido por
fuerzas cortantes Fi de dirección perpendicular a
la recta que une el centro del taladro Ai con el
centro de gravedad G y de módulo directamente
proporcional a la distancia ri entre ambos puntos,
siendo la constante de proporcionalidad la misma
para todos los tornillos, es decir, Fi = k ri.

26. Carga descentrada.
∑
∑ ∑ =
=
=
n
1
2
i
n
1
n
1
2
i
i
i r
k
r
k
r
F
e
P
i
n
1
2
i
i
i r
r
e
P
r
k
F
∑
=
=
i
n
1
2
i
2
i
i
i
n
1
2
i
i
i
ix y
)
y
x
(
e
P
sen
r
r
e
P
sen
F
F
∑
∑ +
−
=
α
−
=
α
−
=
Por tanto, se tendrá que verificar:
Despejando el valor de k de esta
expresión y sustituyendo en ,Fi = k ri
obtenemos el esfuerzo cortante Fi sobre
cada remache debido al momento Pe.
Respecto de un sistema de referencia Gxy este esfuerzo cortante
tiene las componentes:
i
n
1
2
i
2
i
i
i
n
1
2
i
i
i
iy x
)
y
x
(
e
P
cos
r
r
e
P
cos
F
F
∑
∑ +
−
=
α
−
=
α
=

27. Carga descentrada.
Para calcular el
esfuerzo cortante
total sobre cada
remache habrá que
componer
vectorialmente P/n en
la dirección de la
carga P y Fi, cuyo
módulo acabamos de
calcular, en dirección
perpendicular a la
recta que une el
centro del taladro con
el centro de gravedad
G, tal como se indica
en la figura.

28. Problema 4.1.
Determinar el numero de tornillos necesarios (Φ16, clase 8.8) para
realizar la unión planteada en la figura. La fuerza F vale 440 KN, el
espesor de la chapa es de 8 mm y se trata de acero S-235.

29. Problema 4.2.
El perfil UPN 300 de la figura esta soldado a tope todo alrededor en
una placa dorsal rigidizada. Comprobar los esfuerzos en los tornillos
10.9 y de diametro 20 mm.