Capacitación y dmkdkdkfkdkfkdkdkfffffkdkdkfkxkxkxkxkk j k kdkdkdkdk kdkdkdkdk k kdkdkdkdk k kdkdkdkdk kdkdkdkdk kkdkdfkckfk kskskwkek kdkfkfdk kskskwkek kdkfkfdk kkdkddkdk kdkekwkwkrck kdkdkdkdk jfkdkdkdkdk cfffkkfkfkfkfkgkcckgkkdksksiwieo ifkdkdffkkfkfkfkdkffk kfkdkdk kdkdjdkk kfkdkdk kfkfkffkfkfkfkfkfk kdkfkfdk kkdkddkdk kdkdkdkdk kfkff

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 a y n. Entonces:
 Si abatimos la sección sobre una de las caras:
1.25
M 2
fu fu
co
 

 32
a  2
n  
2
a  ta
n
n
n
2
 
1
nt 
2
 
1
n t 

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.
d 5e0,2

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 adm del material de los
remaches, la unión se rompería por la sección del remache
sometida a cortadura.
 Si adm es la tensión admisible a cortadura, el número mínimo n de tornillos
que se precisarían para no sobrepasarla verificaría la condición de
equilibrio
adm
4
d2
Pn

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 c,adm es la tensión admisible a compresión en la chapa, el mínimo
número nc de tornillos que se precisarán verificará:
Pnc dec,adm

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 n de
tornillos o remaches se tendría:
adm

adm
4
d2 2P
n 
d2 
Pn 2
 Para el cálculo por aplastamiento:
P
edc,adm
Pnc edc,adm  nc 

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 n
 
1 1
2
i r
kr k
Firi 
Pe
n
2
i
r

1
Fi kri 
Pe
ri
n
1
2 2
i i
i
i
n
2
i
Pe
r 

1
(x y )
r sen 
 Pe
Fix  Fiseni 
 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:
n
i
2 2
i
n
2
i
xi
Pe
r 
1

1
(x y )
yi Fiy Ficosi 
 Pe
ricosi 

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.