Uniones para estructuras metálicas

Uniones
1
Estructuras Metálicas
Tema 7 :
Grado en Ingeniería de Obras Públicas

Uniones
 Son de dimensiones relativamente pequeñas con respecto
al conjunto de la estructura pero de enorme importancia.
Su fallo puede ocasionar la ruina parcial o total de la
estructura.
 Medios de unión:
1. Generalidades
2
• Fijos: remaches (roblones) y soldaduras
• Desmontables: tornillos
 Permiten el enlace de diferentes barras y son capaces de transmitir adecuadamente los
esfuerzos internos de unas barras a otras.

Uniones
1. Generalidades
3
 Fabricación y montaje: las uniones se proyectarán de forma que exista el espacio suficiente
para:
1. Montar las piezas con seguridad
2. Apretar los tornillos
3. Permitir el acceso a los soldadores
4. Permitir el acceso necesario para realizar los tratamientos de protección y mantenimiento
 Se busca el menor número de uniones posible y la reducción al mínimo de los esfuerzos
secundarios
 Nudos de estructuras trianguladas: se minimizan los esfuerzos secundarios cuando los ejes de
las barras a unir coinciden en un punto y el ángulo formado por barras contiguas está en el
rango de 30⁰ a 150⁰
 Si se cumplen las condiciones anteriores se puede suponer unión articulada si no existen
cargas intermedias en las barras a excepción del peso propio y acción del viento
 Si no se cumplen se tendrán en cuenta el efecto de las excentricidades en los cálculos

Uniones
1. Generalidades
4
 Empalmes: las uniones se proyectarán de forma que exista el espacio suficiente para:
1. Montar las piezas con seguridad
2. Apretar los tornillos
3. Permitir el acceso a los soldadores
4. Permitir el acceso necesario para realizar los tratamientos de protección y mantenimiento
 Uniones en Obra: se procurará reducir al mínimo las uniones en obra y serán preferiblemente
uniones atornilladas.
Cuando se detalla una unión debe tenerse en cuenta la secuencia y método de montaje
 Uniones híbridas: aquellas en que dos o más medios de unión distintos, soldadura o tornillos,
colaboran para transmitir un esfuerzo entre dos piezas distintas.

Uniones
2. Clasificación de uniones sometidas a momento flector
5
 Las uniones sometidas a momento flector generalmente son del tipo unión viga-soporte o
empalmes de vigas
 Diagramas Momento-Curvatura
Se obtienen mediante ensayos experimentales o métodos numéricos
Un diagrama simplificado se define mediante tres parámetros:
• Momento último MRd
• Capacidad de rotación ɸCd
• Rigidez de la unión Sj
Los diagramas momento-curvatura de las uniones se pueden incluir en el análisis global de la
estructura para la obtención de la respuesta estructural.

Uniones
6
 Clasificación en función de su resistencia
Articuladas
- Deben permitir el giro que resulte del análisis global de la estructura
- La transmisión de momento entre los elementos es menor a 0.25Mpl,Rd de las piezas a unir
De resistencia completa
- El momento último es igual o mayor al de las piezas a unir (MRd ≥ Mpl,Rd)
De resistencia parcial
- Comportamiento intermedio entre las articuladas y las rígidas
- Su momento resistente será mayor que el momento de cálculo del análisis (MRd ≥ MEd)
La capacidad de rotación de la unión debe demostrarse numéricamente o experimentalmente y deberá
permitir la formación de las rótulas plásticas previstas en el análisis.
Para uniones de resistencia completa si MRd ≥1.2Mpl,Rd no será
necesario comprobar su capacidad de rotación

Uniones
7
 Clasificación en función de su rigidez
Uniones Semirrígidas (o de resistencia parcial)
- Aquellas que no pueden ser clasificadas como articulaciones o empotramientos
- Aquellas que pertenezcan a pisos de pórticos en los que se cumpla:
donde Ib y Lb son el momento de inercia y longitud de la viga
conectada
donde k=8 (viga de un pórtico intraslacional)
k=25 (viga de un pórtico traslacional)
Articulaciones:
Uniones Rígidas o empotramientos:
 Modelado de las uniones en un análisis global
Análisis global elasto-plástico: diagrama bilineal momento-curvatura en el que Sj sea:
Análisis global elástico diagrama bilineal momento-curvatura en el que Sj sea:
=2 (unión viga-pilar)
=3.5 (unión viga-viga, empalmes)
=3.0 (otros tipos de unión)
Uniones articuladas = rótula ; Uniones rígidas de resistencia completa = nudo continuo
Semirrígidas

Uniones
3. Uniones atornilladas
8
 Geometría
Área de la parte roscada:
Área de la espiga:
Ejemplo nomenclatura: M 16 x 80 - 8.8

Uniones
9
 Ventajas
- La ejecución de las uniones puede realizarse en condiciones atmosféricas adversas
- Menores costos de control de calidad
- Plazos de ejecución más cortos
- Mejor comportamiento frente a fatiga y frente a rotura frágil
 Inconvenientes
- Montaje de piezas más exigente al precisar tolerancias más reducidas
- Aspecto menos estético que las uniones soldadas
 Tipos de tornillos
- Los tornillos a emplear serán preferiblemente de los grados indicados en la tabla:
- No se utilizarán tornillos de grado inferior a 4.6 ni superior a 10.9
- Los tornillos de alta resistencia pueden pretensarse
Nomenclatura (ejemplo): M16x80 – 5.6
fub = 500 fyb = 0.6 x 500 = 300 MPa

Uniones
10
 Geometría

Uniones
 Tipos especiales de tornillos
- Tornillos de cabeza avellanada: quedan enrasados nominalmente con la cara exterior de la
chapa externa
-Tornillos calibrados: se instalan en agujeros que son escariados in situ. Estos agujeros deben
pretaladrarse con un diámetro al menos 3 mm inferior al diámetro definitivo.
-Tornillos de inyección: disponen de una perforación en la cabeza por donde se inyecta resina
para rellenar toda la holgura existente entre su espiga y el agujero
11

Uniones
12
 Mecanismo resistente
1. Por cortante: las chapas a unir deslizan entre sí y entran en contacto con la espiga del tornillo
originando un esfuerzo cortante en dicha sección. No es determinante el apriete de los tornillos
2. Por rozamiento: el apriete de los tornillos produce compresión entre las chapas originando unas
fuerzas de rozamiento que impiden el deslizamiento entre chapas
Simple cortadura
Doble cortadura
Simple cortadura: flexión en cortadura simple
3. Por esfuerzo axil de tracción
Su resistencia depende:
- Momento de apriete
- Coeficiente de rozamiento

Uniones
13
 Modos de fallo de uniones atornilladas
• Colapso de una o más secciones del tornillo (a)
• Colapso por aplastamiento de la chapa, flexión del
vástago o ambos efectos (b,c)
• Colapso por fallo de la chapa o desgarro (d,e)
a) b) c)
d) e)
I. No hay deslizamiento. El esfuerzo de corte es
absorbido por rozamiento entre chapas
II. Deslizamiento brusco hasta que el vástago entra
en contacto con la chapa
III. Comportamiento elástico. Se termina cuando
alcanza el límite elástico la chapa o el tornillo
IV. Alcanzada la fase plástica se presentan
deformaciones importantes y al final se produce
el fallo de la unión para la carga Fv,u
Fases de transmisión de cargas en una unión pretensada:

Uniones
CATEGORIA A
- Los tornillos ordinarios o de alta resistencia trabajan a cortante y aplastamiento
- Si los tornillos son de alta resistencia no es preciso que estén pretensados ni que las superficies en
contacto estén preparadas
- Si la pieza está sometida a fatiga, impactos o esfuerzos alternativos se recomienda el uso de tornillos
de alta resistencia pretensados con N0=0.7fubAs
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 Categorías de uniones atornilladas
Categoría A
Categoría B
Categoría C
Categoría D
Categoría E
Tornillos solicitados en dirección normal a su eje
Tornillos solicitados a tracción
CATEGORIA B
- Tornillos de alta resistencia con superficies preparadas (decapado con chorro de arena, cepillado…).
- Se desea que no haya deslizamiento para ELS
- Se permite que haya deslizamiento en ELU y los tornillos trabajen por cortante y aplastamiento

Uniones
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1. La unión resiste a cortante y aplastamiento
Esta condición podrá considerarse satisfecha si el espesor de la pieza más delgada tmin cumple:
tmin > d/2.4 para piezas de acero S235 ó S275
tmin > d/3.1 para piezas de acero S355
CATEGORIA C
- Tornillos de alta resistencia con superficies preparadas (decapado con chorro de arena o soplete).
- Se desea que no haya deslizamiento para ELU
- La unión debe cumplir en ELU que:
2. El esfuerzo a transmitir es inferior a la resistencia plástica del área neta de la pieza
CATEGORIA D
- Tornillos ordinarios o de alta resistencia trabajando a tracción
- Si se usan tornillos de alta resistencia no es preciso que estén pretensados ni tratar las superficies
- No se recomienda su uso para uniones sometidas a variaciones frecuentes del esfuerzo de tracción
CATEGORIA E
- Tornillos de alta resistencia pretensados trabajando a tracción
- Solo es preciso preparar las superficies si la unión además de tracción está sometida a cortante

Uniones
16
RESUMEN

Uniones
 Agujeros para tornillos (Art. 58.3)
17
d’= 1 mm para tornillos de 12 y 14 mm
d’= 1 ó 2 mm para tornillos de 16 a 24 mm
d’= 2 ó 3 mm para tornillos de 27 mm o mayores
- En tornillos de 12 y 14 mm también podrán haber holgura de 2 mm siempre que la
resistencia del grupo de tornillos a aplastamiento sea inferior a la de cortante.
- Uniones atornilladas resistentes por rozamiento pueden utilizarse agujeros a
sobremedida.
d’= 3 mm para tornillos de 12 mm
d’= 4 mm para tornillos de 14 a 22 mm de diámetro
d’= 6 mm para tornillos de 24 mm
d’= 8 mm para tornillos de 27 mm o mayores
Diámetro estándar = d + d’
- Se realizarán preferentemente mediante taladro
- Se autoriza el punzonado cuando el agujero sea de diámetro superior al espesor de la
pieza, siempre que dicho espesor sea menor de 15 mm y que las piezas a unir no estén
sometidas a fatiga
- Uniones resistentes por rozamiento: anchura de agujeros rasgados cortos o largos
En dirección normal al esfuerzo: Diámetro = d
En dirección del esfuerzo: d+4 mm para tornillos de 12 mm
d+6 mm para tornillos de 14 a 22 mm
d+8 mm para tornillos de 24 mm
d+10 mm para tornillos ≥ 27 mm
Diámetro = d + d’
Agujeros rasgados cortos e=
Agujeros rasgados largos e= 2.5 d

Uniones
 Disposiciones constructivas (Art. 58.4)
18
m ≥ 2d
N

Uniones
19
 Resistencia de un tornillo a cortante (Art. 58.6)
- Se comprobará que el esfuerzo en dirección normal al eje del tornillo sea inferior a la
resistencia por cortante del tornillo.
Fv,Ed ≤ Fv,Rd
Resistencia por cortante
Notación:
A: área del vástago
As: área de la parte roscada
fub: tensión última a tracción del
tornillo
n: número de planos de corte
Modo de fallo

Uniones
20
 Resistencia de la chapa por aplastamiento (Art. 58.6)
- Si la resistencia a corte del tornillo es mayor que la resistencia a aplastamiento de las chapas
se producirá un aplastamiento de la chapa hasta producirse el fallo de la unión
Modos de fallo
- Si se produce este tipo de fallo la unión presentará un
comportamiento dúctil.
- Si el fallo se produce por rotura a cortante del tornillo
la unión presentará un comportamiento frágil .
- La capacidad resistente de la chapa frente al
aplastamiento depende de:
1. Distancias de los agujeros a los bordes libres
2. Distancia entre agujeros medida en dirección de la
fuerza
3. De la clase de esfuerzo sobre la chapa: tracción
y/o compresión

Uniones
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- Comprobación a realizar: Fv,Ed ≤ Fb,Rd
Resistencia por aplastamiento
1 1
0 0
1
min ; ; ;1
3 3 4
ub
u
f
e p
d d f
α
 
= −
 
 
2 2
0 0
2.8 1.4
min 1.7; 1.7;2.5
e p
d d
β
 
= − −
 
 
- Resistencia a aplastamiento de una pieza de espesor t contra el vástago de un tornillo de diámetro d
colocado en un agujero estándar:
donde
- Si el tornillo está en un agujero a sobre medida su resistencia será: 0.8 Fb,Rd
- Si el tornillo está en un agujero rasgado normal al esfuerzo a transmitir su resitencia será: 0.6 Fb,Rd
- No se permite la transmisión de esfuerzos por cortante y aplastamiento en agujeros rasgados en la
dirección del esfuerzo
- En uniones de solape único con una sola fila de tornillos –> Colocación de arandelas bajo la cabeza y
bajo la tuerca. Su resistencia se limitará al valor máximo:
- Para tornillos de cabeza avellanada t se obtendrá como:
Espesor de la chapa-0.5 x Altura de la cabeza del tornillo

Uniones
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• Resistencia a simple cortante
cuando el plano de corte pasa por
la zona del vástago sin rosca
• Resistencia a aplastamiento para
una chapa de 10 mm de espesor

Uniones
23
 Resistencia a tracción (Art. 58.7)
- Se verificarán las siguientes comprobaciones:
Ft,Ed ≤ Ft,Rd
Ft,Ed ≤ Bp,Rd
Resistencia a tracción del tornillo
Resistencia a punzonamiento de la pieza
bajo la tuerca o bajo la cabeza del tornillo
Esfuerzo de tracción incluyendo las fuerzas de palanca
Resistencia a tracción del tornillo:
Efecto palanca

Uniones
24
 Resistencia a tracción (Art. 58.7)
Siendo:
dm: el menor diámetro medio entre los círculos circunscrito e inscrito a la tuerca o a la cabeza
fu: resistencia a tracción del acero de la chapa
Resistencia a punzonamiento de una chapa de espesor t:
- No será necesario realizar esta comprobación cuando se cumpla la condición:
 Interacción
- En tornillos sujetos simultáneamente a esfuerzos de tracción y esfuerzos normales a su eje,
deberán cumplir la condición siguiente:

Uniones
25
 Resistencia al deslizamiento (Art. 58.8)
- En tornillos de alta resistencia (grados 8.8 y 10.9) deberán apretarse mediante alguno de los
métodos siguientes:
1. Llave dinamométrica
2. Arandela con indicación directa de tensión
3. Método combinado: par torsor + giro
- Comprobación:
Fs,Ed ≤ Fs,Rd
Resistencia al deslizamiento
donde:
(Fuerza de pretensado del tornillo)
(valores habituales: 0.5, 0.4, 0.3 y 0.2)
Número de posibles planos de deslizamiento; en general n=1 ó n=2
Esfuerzo de tracción en el tornillo si lo hay
ks Factor según el tipo de agujero (1, estándar; 0.85, a sobremedida; ...)

Uniones
 Resistencia de elementos con agujeros (Art. 58.5)
26
RESISTENCIA AL DESGARRO (Art. 58.5)
- Modo de fallo debido a la disminución de resistencia que producen los agujeros
Desgarro en cartelas
Desgarro en extremo de piezas
- Comprobación:
Resistencia al desgarro
Habrá que comprobar la sección d-d’ a flexión
se considerará la mitad cuando el esfuerzo actúe de
forma excéntrica

Uniones
27
RESISTENCIA AL DESGARRO (Art. 58.5)
- Modo de fallo debido a la disminución de resistencia que producen los agujeros

Uniones
28
ANGULARES UNIDOS POR UN LADO Y OTROS ELMENTOS ASIMÉTRICAMENTE UNIDOS A TRACCIÓN
La resistencia última de cálculo de un angular único a tracción unido por una única fila
de tornillos en un lado es:
Con 1 tornillo Con 2 tornillos Con 3 o más tornillos
Interpolar β para valores
intermedios de p1.
( )
,
.
2 0 u
u Rd
M 2
2 e 0 5 d t f
N
γ
⋅ − ⋅ ⋅ ⋅
= ,
2 net u
u Rd
M 2
A f
N
β
γ
⋅ ⋅
= ,
3 net u
u Rd
M 2
A f
N
β
γ
⋅ ⋅
=
ANGULARES DE REFUERZO
Cuando sea preciso colocar angulares de
refuerzo entre un angular y una cartela, la
unión del angular de refuerzo al angular se
dimensionará para resistir un esfuerzo 20%
superior al de cálculo, y su unión a la cartela
para resistir un 40% superior.
Para una sección en U unida a una cartela con
ayuda de dos angulares de refuerzo, los
valores son 10% y 20%.
Anet Área neta del angular.

Uniones
29
 Uniones con Bulones (Art. 58.9)
La unión será capaz de transmitir el esfuerzo FEd si su geometría cumple las siguientes condiciones:
Dada una pieza que cumpla las siguientes condiciones geométricas, se podrá resistir el esfuerzo FEd
si:
Ed M 0 0
y
Ed M 0 0
y
F 2 d
a
2 t f 3
F d
c
2 t f 3
γ
γ
⋅ ⋅
≥ +
⋅ ⋅
⋅
≥ +
⋅ ⋅
.
.
0
Ed M 0
y
d 2 5 t
F
t 0 7
f
γ
≤ ⋅
⋅
≥ ⋅
t Espesor de la pieza.
d Diámetro bulón.
d0 Diámetro burato.
fy Límite elástico del acero.
fu Resistencia a tracción.
 Uniones con Bulones (Art. 58.9): permiten libremente el giro relativo entre piezas.

Uniones
30
 Uniones con Bulones (Art. 58.9)
- Resistencia a simple cortante del bulón
n
Tensión última a tracción
del bulón
- Comprobación a flexión
Bulón desmontable:
- Interacción cortante – flexión
- Comprobación a aplastamiento de las chapas unidas por bulones
Si el bulón ha de ser desmontable:
Número de planos de corte

Uniones
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TRACCIÓN CORTADURA SOLICITACIÓN
COMBINADA
APLASTA-
MIENTO
DESGARRO FLEXIÓN
Tornillo
sin
pretensar
------
Tornillo
pretensado
DISPOSICIONES
CONSTRUCTIVAS ------
Bulón
o
pasador
------
DISPOSICIONES
CONSTRUCTIVAS
PARTICULARES
Fv,Ed ≤ Fv,Rd Fv,Ed ≤ Fb,Rd Fv,Ed ≤ Nef,Rd MEd ≤ MRd
Ft,Ed ≤ Ft,Rd
 Resumen de comprobaciones en tornillos (casos más habituales)
.
.
M 3
M 3
1 1
1 25
γ
γ
=
=
ELS:
ELU:
ELU:

Uniones
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 Reparto de esfuerzos
Condiciones para admitir el reparto de esfuerzos entre los distintos elementos de una unión:
1. Equilibrio de fuerzas y momentos
2. Cada elemento de la unión es capaz de resistir los esfuerzos adjudicados
3. Cada elemento de la unión tiene capacidad de deformación suficiente para que sea físicamente
posible el reparto supuesto
4. Reparto proporcional a las rigideces
- Métodos experimentales
- Métodos numéricos que consideren la no-linealidad de los distintos materiales
- Métodos elásticos
- Métodos lineales
 Esfuerzos mínimos que debe resistir una unión
. .
Ed P y
N 0 5N 0 5Af
= =
- Piezas sometidas a flexión
. .
Ed el e y
M 0 5M 0 5W f
= = / .
Ed P w y
V 1 3V 0 2A f
= ≈
En extremos articulados: / .
Ed P w y
V 1 3V 0 2A f
= ≈
En puntos interiores:
- Piezas sometidas predominantemente a esfuerzos axiles (soportes, tirantes, …)

Uniones
33
 Reparto de esfuerzos lineal (sólido indeformable)
;
2
i i
i i
i 0
i i i
Ar
PeAr
R r
Ar e A
′
= = ∑
∑ ∑
Si todos los tornillos son iguales:
;
2
i
i
i 0
2
i
r
Per
R r
r e n
′
= =
⋅
∑
∑
Fórmula general:
• Solicitaciones que producen esfuerzos cortantes

Uniones
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 Reparto de esfuerzos lineal (solido indeformable)
• Solicitaciones que producen tracción en tornillos pretensados
; 2
i i
i i i
Md A
F I Ad
I
= = ∑
i
d
M
i
σ
C.D.G de los tornillos
Hipótesis:
Los esfuerzos normales son absorbidos por
los tornillos
M
m=2
c
1
T
σ
C
σ
. .
T C 1
0 5 d c 0 5 b c
σ σ
⋅ ⋅
= ⋅ ⋅
/ /
T C 1
c c
σ σ
=
/ /
1
c c d b
=
,
; t Ed
C 1 T
F
M M
c c
I I A
σ σ
= = =
3 3
1
d c b c
I
3 3
⋅ ⋅
= +
• Solicitaciones que producen tracción en tornillos no pretensados
mA
d
p
=
Hipótesis:
Las tracciones las absorben los tornillos
Las compresiones las absorbe la chapa
Inercia de la sección resistente:
1
c c h
+ =
b d b
c h
b d
− ⋅
=
−

Uniones
3. Uniones soldadas
35
 Generalidades
Procedimiento de unión directa entre metales en el que se produce intercambio de cristales
entre ellos.
El procedimiento más habitual en elementos estructurales metálicos es la soldadura por arco
eléctrico.
Las uniones soldadas son poco deformables, económicas, sencillas y rápidas de ejecutar,
pero requieren personal cualificado, protección en obra y un intenso control de calidad
para evitar roturas frágiles o por fatiga.
Las soldaduras amparadas por la EAE deberán efectuarse sobre piezas de más de 4 mm
de espesor.

Uniones
3. Uniones soldadas
36
 Generalidades
Efectos que se producen durante el proceso de
soldadura:
1. Fundición
2. Tratamiento térmico
3. Disolución
Variantes del proceso general de soldadura:
• Soldadura manual o automática
• Electrodos consumibles o no
• Arco desnudo o recubierto
MIG (metal inert gas) / MAG (metal active gas)
TIG (tungsten inert gas)
Soldadura arco metálico recubierto

Uniones
3. Uniones soldadas
37
 Tipos de uniones y de cordones:
• Por la posición relativa de las piezas a unir
las uniones pueden ser:
- A tope
- En T
- A solape
• Los cordones de soldadura pueden ser:
- En ángulo:
 Laterales: paralelos al esfuerzo
 Frontales: normales al esfuerzo
 Oblicuos: casos intermedios
- A tope:
 De penetración completa
 De penetración parcial
• Los cordones de soldadura pueden ser:
- Continuos
- Discontinuos

Uniones
3. Uniones soldadas
38
 Cordones en ángulo:
• Espesor de garganta a: debe tomarse igual a la altura del mayor triángulo que pueda inscribirse en la
sección de metal de aportación, medida normalmente al lado exterior de dicho triángulo.
Cuando el método de soldadura permita conseguir una penetración apreciable, podrá incluirse
esta penetración en el valor del espesor de garganta siempre que pueda demostrarse que esta
penetración es constante a lo largo del cordón.
Se denomina plano de garganta al definido por la
garganta y por el eje del cordón (charnela),
intersección de los dos planos a unir mediante el
cordón de soldadura.

Uniones
3. Uniones soldadas
39
Disposiciones constructivas:
- Generalidades:
 El ángulo entre las piezas a unir estará comprendido entre 60° y 120°
 Si el ángulo está comprendido entre 45° y 60°, el cordón se considerará de penetración parcial
 Para ángulos < 45° o >120°, el cordón se considerará de simple atado, salvo ensayos.
- Espesor de garganta:
Cuando tmáx>2·tmín habrá que tomar medidas especiales para evitar problemas de fisuración en frío.
- Terminación:
 Deben prolongarse en las esquinas una longitud de 3·a, siempre que se pueda en el mismo
plano.
- Cordones discontinuos:
 Se permiten para cargas estáticas y ambientes con grados de corrosividad bajos.
 Se exige una longitud mínima de los cordones parciales, y se limita a la distancia libre entre os
sus extremos.
. .
.
máx
mín máx
máx
3mm t 10mm
0 7 t a 4 5mm t 20mm
5 6mm t 20mm
→ ≤


⋅ ≥ ≥ → ≤

 → >

tmín : espesor de la pieza más delgada a unir
tmáx : espesor de la pieza más gruesa a unir

Uniones
3. Uniones soldadas
40
Disposiciones constructivas (continuación):
- Excentricidades:
 Se dispondrá evitando la aparición de flectores que
tengan por eje el del propio cordón.
- Longitud mínima para cordones laterales:
 Los cordones en ángulo que transmiten esfuerzos axiles
de barras tendrán una longitud mínima:
- Solapes:
 Se establecerá un solape mínimo:
mín
5 t
Solape
25mm
⋅

≥ 

tmín: menor espesor de las piezas a unir.
15 a
L
W
⋅

≥ 

W: ancho de la pieza a unir

Uniones
3. Uniones soldadas
41
Resistencia:
- Se estudia un cordón de longitud suficientemente pequeña y se supone que las tensiones son
uniformes.
- Tensiones en el plano de la garganta:
- Tensiones en una de las caras de la soldadura:
- Relación entre tensiones abatiendo 45° :
- La resistencia del cordón es suficiente si se cumplen simultáneamente las condiciones:
σ┴ Tensión normal al plano
τ┴ Tensión tangencial normal a la charnela
τll Tensión tangencial paralela a la charnela
n┴ Tensión normal al plano
t┴ Tensión tangencial normal a la charnela
tll Tensión tangencial paralela a la charnela
2 2 2 2
n t n t t
2 2 2 2
σ τ τ
⊥ ⊥ ⊥ ⊥ ⊥ ⊥
= ⋅ + ⋅ =
− ⋅ + ⋅ =
ll ll
Se obtienen de las
solicitaciones
exteriores.
( ) .
2 2 2 u u
w M 2 M 2
f f
3 0 9
σ τ τ σ
β γ γ
⊥ ⊥ ⊥
+ ⋅ + ≤ ≤ ⋅
⋅
ll
fu Resistencia a tracción del acero de las piezas a soldar
βw Tensión tangencial normal a la charnela.
γM2 Coeficiente de minoración de resistencia (1.25)

Uniones
3. Uniones soldadas
42
Resistencia (continuación):
- Longitud efectiva de un cordón: es la longitud (incluyendo las prolongaciones de esquina) en la que
se mantiene el espesor de garganta nominal.
 No se consideran efectivos para transmitir esfuerzos los cordones menores de 30 mm o 6·a
 En uniones a solape en las que :
 Para cordones de más de 1700 mm de longitud que unan rigidizadores transversales a
elementos de chapa se tomará:
w
L 150 a
≥ ⋅
,
.
. w
w ef 1 w 1
0 2 L
L L 1 2 1
150 a
β β
⋅
=
⋅ =
− ≤
⋅
, . . w
w ef 2 w 2
L
L L 0 6 1 1 1
17000
β β
= ⋅ ≤ = − ≤
Lw: longitud del cordón.
Lw,ef: longitud efectiva.
- Un cordón de espesor de garganta a y longitud Lw transmitirá una fuerza F si la tensión tangencial
media en el cordón cumple:
cos
u
w 2
w w M 2
F f
a L 2
τ
β γ α
= ≤
⋅ ⋅ ⋅ +
- Se estará del lado de la seguridad si se toma, para cualquier valor de α:
Esta reducción no se aplicará cuando la distribución de tensiones a lo largo de la soldadura sea igual a
la distribución de tensiones en el metal de base contiguo. Ejemplo: unión ala-alma en vigas armadas
u
w
w w M 2
F f
a L 3
τ
β γ
= ≤
⋅ ⋅ ⋅
Método alternativo simplificado de comprobación
de resistencia de un cordón en ángulo
α

Uniones
3. Uniones soldadas
43
 Cordones a tope:
- De penetración completa: el metal de aportación ocupa sin defectos todo el espesor de las piezas a unir
- De penetración parcial: el espesor ocupado por el metal de aportación es inferior al de las piezas a unir
Se dispondrá evitando la aparición de flectores parásitos que tengan por eje el del propio cordón
Se prohíben los cordones a tope discontinuos
Resistencia:
- De penetración completa: si no existen defectos no es preciso su comprobación resistente
- De penetración parcial: si no hay defectos la resistencia es igual a la de un cordón en ángulo del mismo
espesor de garganta a.
En uniones en T con 2 cordones a tope de penetración parcial reforzados con 2 cordones en ángulo,
se puede suponer que la unión es de penetración completa si:
Para cordones en V, U o J:
nom
a a 2mm
= −
ou
nom1 nom2 nom
t
a a t c 3mm
5
+ ≥ <
y
t: espesor de la pieza a unir
No se utilizarán cordones a tope de penetración
parcial en uniones sometidas a fatiga o cuando deban
transmitir esfuerzos de tracción normales a su eje

Uniones
3. Uniones soldadas
44
 Soldaduras de botón o en ranura:
Soldaduras en botón:
- Rellenan agujeros circulares o alargados ejecutados en una pieza que solapa a otra
- Se usarán solo cuando no exista otro medio para transmitir esfuerzos cortantes o impedir el pandeo o
la separación de partes solapadas. No deben usarse para transmitir esfuerzos de tracción
- Se prohíbe rellenar con soldadura los agujeros practicados en la estructura para colocar tornillos
provisionales de montaje
Soldaduras en ranura:
- Son soldaduras en ángulo en el interior de agujeros circulares o alargados
- Solo se deben emplear para transmitir esfuerzos cortantes o impedir el pandeo o la separación de
solapes
,
w Ed u
w
w w M 2
F f
A 3
τ
β γ
= ≤
⋅ ⋅
Resistencia:
Están condicionadas por:
- Forma de los agujeros
- Tamaño de los agujeros
- Disposición de los agujeros
Se consideran aceptables si:
τw Tensión tangencial media en la soldadura
Fw,Ed Esfuerzo de cálculo a transmitir
Aw Área del agujero si es en botón o a·Lw si es en ranura
Lw Longitud del cordón
(medida a una distancia a/2 del borde interior de la ranura)

Uniones
3. Uniones soldadas
45
 Defectos de las soldaduras
- Reducen la sección del cordón y
aumentan el efecto entalla
- Debe establecerse un control sobre el
proceso de ejecución que permita detectar,
cualitativa y cuantitativamente los defectos
y establecer criterios de aceptación,
reparación o rechazo
Superficiales (visibles desde el exterior):
- Mordedura
- Picadura
- Desbordamiento
- Falta de penetración
- Grietas
Internos (no visibles desde el exterior):
- Porosidad o sopladuras
- Inclusión de escorias
- Fisuras internas

Uniones
3. Uniones soldadas
46
 Control de las soldaduras
 Destructivos: en procesos industriales y uniones muy repetitivas, se ensayarán piezas de prueba hasta rotura
para determinar sus condiciones. No se usa en edificación.
 Semidestructivos: consisten en perforar la soldadura con una fresa en algún punto donde se presume un
defecto para comprobar su estado. Posteriormente se repara el cordón con aportación de material.
 No destructivos:
- Inspección visual: control básico que proporciona mucha información si lo hace una persona experta.
- Líquidos penetrantes (LP): solo detectan defectos superficiales. Se rocía (spray) un líquido de baja tensión
superficial y color vivo (penetrante) que penetra fácilmente en los huecos, y luego se aplica un revelador
(polvo) para extraer el penetrante por capilaridad del defecto y que sea visible.
- Partículas magnéticas (PM): se crea un campo magnético en el entorno de la soldadura y se espolvorea la
zona con partículas magnéticas, que se agruparán visualizando as líneas de este campo. Cualquier defecto
será una zona singular en la geometría.
- Ultrasonidos (US): vibraciones acústicas de frecuencia superior al sonido audible. Un defecto en el cordón
hace que se pierda parte de la energía emitida (por reflexión o absorción) alterando la onda recibida.
- Radiografías (RX): como una fotografía pero con radiación de onda corta (rayos X). Un defecto provoca
mayor ennegrecimiento en la placa de incidencia, pues la energía absorbida es menor.
 Reglas de buena práctica para evitar deformaciones angulares debidas a calentamiento:
- Principio de simetría
- Principio de máxima libertad
- Accesibilidad y posición final
- Principio de enfriamiento
- Evitar estados de triple tracción

Uniones
3. Uniones soldadas
47
 Desgarro laminar
- Se deberán evitar las tensiones residuales dirigidas según el espesor de las piezas a unir. En especial
cuando existan tensiones de tracción (residuales de soldeo o por fuerzas exteriores)
 Reparto de esfuerzos entre los cordones de una unión:
- La distribución de esfuerzos puede efectuarse suponiendo comportamiento elástico o plástico de la
unión
- En general es aceptable considerar una distribución de fuerzas simplificada dentro de la unión, siempre
que se cumplan las condiciones de: Equilibrio, Resistencia, Capacidad de deformación y
Proporcionalidad respecto a las rigideces.
 Uniones híbridas:
- El medio de unión (tornillo o soldadura) que posea mayor rigidez se diseñará para soportar la totalidad
de la carga
- Se exceptúan las uniones de categoría C, donde se puede asumir que comparten la carga siempre que
los tornillos se aprieten después de efectuarse la soldadura.
La resistencia de la unión será la suma de las resistencias de cada elemento de unión

Uniones
3. Uniones soldadas
48
 Reparto de esfuerzos entre cordones
Solicitaciones que producen esfuerzo cortante:
Suponiendo que los esfuerzos que actúan en la unión Pu son los de diseño, se supondrá que una de
las piezas a unir se mueve con respecto a otra girando alrededor de un centro instantáneo de
rotación.
La deformación en cada punto de los cordones de soldadura se supondrá proporcional (método
elástico) a la longitud del radio vector que une el punto con el CIR y normal a él.
- Si Pu pasa por G (a = 0) la tensión tangencial media en un punto:
- Si Pu no pasa por G (a ≠ 0), los esfuerzos actuantes se pueden
descomponer en un cortante Pu actuando en G más un
momento torsor MEd = Pu·al, que provoca en cada punto una
tensión tangencial media de componentes:
Las componentes debidas al cortante y al torsor deben sumarse
vectorialmente.
El punto más desfavorable será el más apartado del CIR.
,
u
w Ed
P
t
A
=
, ,
;
Ed Ed
wy Ed wz Ed
p p
M z M y
t t
I I
⋅ ⋅
= =
Solicitacións que producen tensiones normales:
Se aplica la teoría de Navier-Bernouilli.

Uniones
3. Uniones soldadas
49
 Ejemplos de cálculo de soldaduras de ángulo:
- Caso I. Tracción, solo soldaduras laterales:
n 0 0
t 0 0
F F
t
2 a L 2 a L
σ
τ
τ
⊥ ⊥
⊥ ⊥
   
   
= =
   
= ⇒ = ⇒
   
   
   
= =
⋅ ⋅ ⋅ ⋅
   
ll ll
2
2 2 u u
w M 2 w M 2
F f 2 a L f
0 3 0 F
2 a L 3
β γ β γ
  ⋅ ⋅ ⋅
 
⇒ + ⋅ + ≤ ⇒ ≤
 
 
⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅
 
 
 
- Caso II. Tracción, solo soldaduras frontales:
2 F
n 0 4 a L
F 2 F
t
2 a L 4 a L
t 0 0
σ
τ
τ
⊥
⊥
⊥ ⊥
 
⋅
=
 
= ⋅ ⋅
   
 
   
⋅
 
= ⇒ = ⇒
   
⋅ ⋅ ⋅ ⋅
   
= =
   
 
 
ll ll
2 2
2 u u
w M 2 w M 2
2 F 2 F f 2 a L f
3 0 F
4 a L 4 a L β γ β γ
 
   
⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅
 
⇒ + ⋅ + ≤ ⇒ ≤
   
⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅
 
   
 

Uniones
3. Uniones soldadas
50
 Ejemplos de cálculo de soldaduras de ángulo:
- Caso III. Tracción, solo soldaduras oblicuas:
- Caso IV. Flexión simple, solo soldaduras frontales longitudinales:
sen
sen sen
cos cos
2 F
n 0 4 a L
F 2 F
t
2 a L 4 a L
F F
t
2 a L 2 a L
θ
σ
θ θ
τ
θ θ
τ
⊥
⊥
⊥ ⊥
 
⋅ ⋅
=
 
⋅ ⋅
   
   
⋅ ⋅ ⋅
   
= ⇒=
 
⋅ ⋅ ⋅ ⋅
 
   
⋅ ⋅
 
=
 
⋅ ⋅ ⋅ ⋅
   
ll ll
cos
u
2
w M 2
2 a L f
F
2 θ β γ
⋅ ⋅ ⋅
⇒ ≤
+ ⋅ ⋅
sen sen cos
2 2 2
u
w M 2
2 F 2 F F f
3
4 a L 4 a L 2 a L
θ θ θ
β γ
 
   
⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅
 
 
⇒ + ⋅ + ≤ ⇒
     
⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅
 
 
   
 
2
2
2 3 F e
F e L
2 a L
n
I 2
2 3 F e
t 0
2 a L
F
F
t
2 a L
2 a L
σ
τ
τ
⊥
⊥
⊥ ⊥
 
⋅ ⋅ ⋅
=
 
⋅
  ⋅ ⋅
= ⋅  
 
 
  ⋅ ⋅ ⋅
 
= ⇒ =
− ⇒
 
⋅ ⋅
 
 
 
 
=
=
 
⋅ ⋅
 
⋅ ⋅
 
ll
ll
2
2 2 u
2
w M 2
F e L f
2 3 3 2 3
2 a L e β γ
 
⋅  
⇒ ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ + ≤
 
 
⋅ ⋅ ⋅
 
 
 
Si e >>> L
2
u u
2
w M 2 w M 2
L 2 3 F e f a L f
0 F
e a L 3 2 e
β γ β γ
⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅
⇒ ⇒ ≤ ⇒ ≤
⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅

3
1
I 2 a L
12
= ⋅ ⋅ ⋅

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