Parte 25 · Clase 242 de 830

ARQ-242 · Uniones apernadas y soldadas: coordinación

Parte 25 · Clase desarrollada · Incorporada en v0.15.0.

Prerrequisitos conceptuales: ARQ-241, ARQ-192, ARQ-226. Sin calendario. Casos y parámetros ficticios salvo antecedentes atribuidos. Material educativo; revisión externa especializada pendiente. No es un proyecto ejecutable ni una certificación de desempeño.

Pregunta central

¿Cómo se transmiten las acciones en una unión metálica y por qué calcular una tensión nominal en un perno no verifica todos sus mecanismos?

Resultado y continuidad

ARQ-241 separó propiedades del material y geometría. Aquí se abren UNI-NOM-01, una unión ideal para comparar magnitudes, y UNI-PREC-01, un modelo elástico de perno y piezas comprimidas. Son casos independientes, no una selección de fijaciones. Entregarás diagramas de fuerzas, comprobaciones de unidades y una matriz de funciones y evidencias de la unión.

1. Una unión puede transmitir y permitir cosas diferentes

Antes de calcular, identifica qué fuerzas y momentos deben transmitirse y qué movimientos se permiten. Una articulación ideal del modelo global no se obtiene automáticamente dibujando un perno; una conexión rígida requiere una respuesta compatible con esa hipótesis.

La información de SCI sobre conexiones distingue funciones, configuración y verificaciones [MET-CONNECTIONS]. No se copian detalles ni coeficientes como recetas aplicables a cualquier obra. El estudiante necesita reconocer el camino de carga y preguntar qué evidencia respalda la rigidez supuesta.

Tornillos, pernos, placas y soldaduras pueden participar en mecanismos diferentes. Presión de contacto, corte, tracción, flexión local, deslizamiento o rotura de una sección requieren magnitudes y criterios propios. No se comprueba todo con la mayor tensión de una tabla.

2. Definir qué área corresponde a cada pregunta

UNI-NOM-01 adopta una fuerza de 40 kN, diámetro nominal de perno de 20 mm, placa de 10 mm de espesor y 80 mm de ancho, y agujero de 22 mm. Se consideran dos planos de corte nominales. Las dimensiones son ficticias y no describen roscas, tolerancias o apoyos reales.

La tensión de contacto nominal sobre la placa se expresa F/(dt). La tensión de corte nominal utiliza el área circular multiplicada por el número de planos adoptados. La tensión sobre la sección neta de la placa utiliza (b−dh)t.

Estas áreas no son intercambiables. El agujero de 22 mm interviene en el área neta; el diámetro de veinte, en las otras expresiones del caso. No se reemplaza por el valor que produzca menor resultado. Las condiciones reales podrían exigir áreas y distribuciones distintas.

3. Tres cálculos con la misma fuerza

La presión de contacto nominal es 40.000/(20×10)=200 MPa. El área por plano de corte es π20²/4=314,159 mm²; con dos planos, la tensión nominal es 63,662 MPa.

El área neta de la placa es (80−22)×10=580 mm². Su tensión nominal bajo aquella fuerza es 68,966 MPa. Las tres operaciones conservan N y mm², de modo que el resultado se expresa en MPa.

No se concluye que gobierna el mecanismo con el número más grande. Sus resistencias, distribuciones y criterios no son iguales. También faltan otros modos de respuesta, efectos de borde, deformaciones, excentricidad y comportamiento cíclico. El cálculo enseña a no mezclar denominadores, no a aprobar una conexión.

4. La excentricidad modifica el problema

Si la línea de acción no pasa por el centro resistente del conjunto, aparece un momento además de la fuerza. El reparto entre conectores depende entonces de geometría, rigidez y modo de transferencia. Dividir F por la cantidad de pernos puede resultar insuficiente.

ARQ-226 estudió un grupo ideal con excentricidad; aquí se conserva su método, no sus demandas. Una unión nueva necesita sus propias posiciones y condiciones. Tampoco se suman fuerzas máximas de estados diferentes como si fueran simultáneas.

El dibujo de cuerpo libre debe mostrar qué piezas se aíslan y qué fuerzas son internas o externas. Una misma interacción aparece con sentidos opuestos en cuerpos distintos. Contarla dos veces como carga externa del conjunto rompería su equilibrio.

5. Un modelo distinto: unión con compresión inicial

UNI-PREC-01 representa un perno de rigidez axial kb=300 kN/mm y piezas comprimidas equivalentes de kp=900 kN/mm. Ambos tienen inicialmente una fuerza interna de magnitud N₀=90 kN: tracción en el perno y compresión en las piezas.

Se aplica una fuerza exterior de separación P. Mientras las piezas permanecen en contacto y el modelo lineal es pertinente, un pequeño desplazamiento común aumenta la tracción del perno y reduce la compresión de las piezas. Equilibrio y compatibilidad dan P=(kb+kp)u.

La fracción del incremento que recibe el perno es C=kb/(kb+kp)=0,25. Por tanto, B=N₀+CP y Q=N₀−(1−C)P, donde Q es compresión remanente positiva. No se afirma que estos resortes reproduzcan una unión comercial.

6. Calcular y comprobar un estado

Con P=60 kN, el desplazamiento adicional es 60/1.200=0,05 mm. La tracción del perno aumenta quince hasta 105 kN; la compresión de las piezas disminuye cuarenta y cinco hasta 45 kN.

La comprobación global es B−Q=105−45=60 kN. Si se hubiera añadido toda P al perno manteniendo Q=90, se obtendría otro reparto incompatible con las rigideces adoptadas. La fuerza exterior no es automáticamente el incremento de fuerza en el perno.

La compresión se anula cuando P=N₀/(1−C)=120 kN. A partir de ese punto debe cambiar el modelo de contacto. No se prolonga la expresión hacia compresiones negativas como si las superficies se traccionaran por el mismo mecanismo.

Figura 242. Los dos modelos son independientes. La fuerza interna inicial no es una instrucción de apriete ni un valor de aceptación.

7. No convertir fuerza inicial en procedimiento

La relación entre aplicación, fuerza inicial y respuesta real depende de sistema, fricción, geometría, materiales y procedimiento. El capítulo no transforma N₀ en un par de apriete ni prescribe métodos de instalación. Tampoco clasifica la unión como resistente al deslizamiento por utilizar la palabra compresión.

La selección requiere documentos y criterios específicos. El modelo aporta una explicación de rigideces y cambio de contacto. Sus resultados pueden orientar preguntas sobre qué fuerza o desplazamiento se mide, pero no sustituyen un procedimiento validado.

La trazabilidad debe conservar pieza, lote, configuración y estado de inspección. Una fotografía de una cabeza de perno no demuestra fuerza inicial, propiedades o condiciones internas. La evidencia debe corresponder a la afirmación que se pretende cerrar.

8. Soldadura: geometría, proceso y respuesta

Una soldadura crea una continuidad localizada mediante un proceso que afecta material y geometría. La forma visible, longitud, posición, preparación y acceso son parte de la coordinación. No se supone que un cordón aparente transmita cualquier acción por el solo hecho de unir piezas.

Las propiedades y la soldabilidad deben relacionarse con el material identificado [MET-PROPERTIES]. Distorsión, tensiones residuales, discontinuidades y requisitos de inspección son preguntas del proceso y del diseño, no defectos que puedan diagnosticarse universalmente desde una imagen.

No se entregan parámetros de soldado, tamaños de cordón ni criterios de aceptación. La ficha educativa identifica quién define el detalle, quién ejecuta con procedimiento pertinente y qué evidencia revisa la persona competente. El control de calidad no consiste únicamente en contar cordones terminados.

9. Acceso y secuencia también condicionan la unión

Una conexión puede caber en el modelo final y resultar inaccesible para su instalación o revisión. Placas, cerramientos, otras instalaciones y tolerancias deben examinarse en el estado donde cada actividad ocurre.

Cambiar un agujero o una placa para facilitar montaje puede afectar área neta, apoyo, rigidez y protección. La solución debe actualizar cálculo y planos; no se acepta por resolver solo una colisión. La misma lógica se aplica a un cambio de producto con dimensiones similares.

La coordinación debe prever cómo se inspeccionará y mantendrá el encuentro. Una superficie expuesta a humedad dentro de una junta puede tener una condición distinta del exterior visible. ARQ-243 profundizará la protección frente a corrosión.

10. Una matriz que evita equivalencias falsas

Para cada función registra acción, mecanismo supuesto, geometría, material, estado, evidencia y límite. UNI-NOM tiene tres tensiones nominales, pero no capacidades; UNI-PREC tiene fuerzas por rigidez mientras permanece contacto, pero no procedimiento de apriete.

No se mezclan ambos casos para fabricar una comprobación completa: las dimensiones del primero no se utilizaron para derivar las rigideces del segundo. Esa frontera debe quedar visible en la memoria y los datos.

La conclusión útil identifica lo calculado y lo pendiente. Una tabla de demandas puede estar perfectamente revisada y seguir sin permitir seleccionar la unión, porque faltan resistencias, configuraciones y condiciones de proyecto.

Práctica independiente

En otro caso nominal, toma F=30 kN, d=16 mm, t=8 mm, b=70 mm y agujero de 18 mm, con dos planos de corte. Calcula presión de contacto, tensión nominal de corte y tensión en área neta.

En un modelo independiente, utiliza N₀=60 kN, kb=200 kN/mm, kp=800 kN/mm y P=50 kN. Calcula C, fuerzas remanentes y la fuerza exterior que anula la compresión. Explica por qué esos valores no indican un método de instalación.

Autoevaluación y enlace

Puedes distinguir áreas, mecanismos y estados, comprobar equilibrio y reconocer el límite de contacto del modelo. ARQ-243 estudiará cómo exposición y sistemas de protección se coordinan con esas uniones y superficies.

Decisión pedagógica y posición curricular

Por qué existe

Esta clase existe para resolver una necesidad concreta del recorrido: ¿Cómo se transmiten las acciones en una unión metálica y por qué calcular una tensión nominal en un perno no verifica todos sus mecanismos?

Por qué está exactamente aquí

Ocupa el lugar 2 de la Parte 25. Se estudia después de ARQ-241 · Acero estructural: propiedades y familias de perfiles porque usa esa base para responder «¿Cómo se transmiten las acciones en una unión metálica y por qué calcular una tensión nominal en un perno no verifica todos sus mecanismos?». Se ubica antes de ARQ-243 · Corrosión y sistemas de protección porque la evidencia producida aquí debe estar disponible para ese paso.

• Prerrequisitos: ARQ-241, ARQ-192, ARQ-226
• Capacidad que introduce: ARQ-241 separó propiedades del material y geometría. Aquí se abren UNI-NOM-01 , una unión ideal para comparar magnitudes, y UNI-PREC-01 , un modelo elástico de perno y piezas comprimidas. Son casos independientes, no una selección de fijaciones.
• Clases o experiencias que dependen de ella: ARQ-243

flowchart LR
    A["Prerrequisitos · ARQ-241, ARQ-192, ARQ-226"] --> B["ARQ-242 · necesidad y fundamento"]
    S["Fuentes · MET-CONNECTIONS Simple connections + MET-PROPERTIES Steel material properties"] --> B
    B --> C["Actividad auténtica"]
    C --> D["Evidencia auditable"]
    D --> E["Continuidad · ARQ-243"]

El diagrama permite comprobar una relación que el texto lineal oculta con facilidad: esta clase recibe capacidades previas, toma decisiones apoyadas por fuentes, exige una experiencia y produce evidencia que habilita trabajo posterior. No representa un procedimiento de obra.

Resultado observable, evidencia y evaluación

1. Identificar y delimitar las condiciones necesarias para responder la pregunta central de uniones apernadas y soldadas: coordinación.
2. Producir y comprobar la evidencia declarada por la clase: ARQ-241 separó propiedades del material y geometría. Aquí se abren UNI-NOM-01 , una unión ideal para comparar magnitudes, y UNI-PREC-01 , un modelo elástico de perno y piezas comprimidas. Son casos independientes, no una selección de fijaciones.
3. Justificar una decisión de uniones apernadas y soldadas: coordinación mediante fuentes, supuestos, alternativas y límites explícitos.

Actividad, evidencia y criterio de aceptación

Actividad: En otro caso nominal, toma F=30 kN, d=16 mm, t=8 mm, b=70 mm y agujero de 18 mm, con dos planos de corte. Calcula presión de contacto, tensión nominal de corte y tensión en área neta. En un modelo independiente, utiliza N₀=60 kN, kb=200 kN/mm, kp=800 kN/mm y P=50 kN.

Evidencia mínima: ARQ-241 separó propiedades del material y geometría. Aquí se abren UNI-NOM-01 , una unión ideal para comparar magnitudes, y UNI-PREC-01 , un modelo elástico de perno y piezas comprimidas. Son casos independientes, no una selección de fijaciones.

Archivo sugerido: evidence/ARQ-242/evidencia.md.

Criterio de aceptación: la entrega se acepta cuando:

• La entrega responde explícitamente a la pregunta: ¿Cómo se transmiten las acciones en una unión metálica y por qué calcular una tensión nominal en un perno no verifica todos sus mecanismos?
• La actividad conserva las fronteras del caso y permite reconstruir el procedimiento: En otro caso nominal, toma F=30 kN, d=16 mm, t=8 mm, b=70 mm y agujero de 18 mm, con dos planos de corte. Calcula presión de contacto, tensión nominal de corte y tensión en área neta. En un modelo independiente, utiliza N₀=60 kN, kb=200 kN/mm, kp=800 kN/mm y P=50 kN.
• Cada afirmación externa puede seguirse hasta una fuente, su alcance consultado y su límite.
• La evidencia deja disponible una entrada comprobable para ARQ-243.
• Puedes distinguir áreas, mecanismos y estados, comprobar equilibrio y reconocer el límite de contacto del modelo. ARQ-243 estudiará cómo exposición y sistemas de protección se coordinan con esas uniones y superficies.

La rúbrica común complementa estos criterios; no los reemplaza. Una entrega puede superar un promedio y continuar pendiente si oculta una condición crítica.

Trazabilidad de las decisiones

La tabla permite auditar las relaciones; la explicación, el caso y la práctica de la clase siguen siendo la documentación principal.

Autoevaluación, recuperación y continuidad

Errores diagnósticos

Antes de avanzar, comprueba si puedes reconstruir cada resultado sin mirar la solución, señalar qué evidencia lo sostiene y nombrar una condición que obligaría a revisar tu decisión. Conserva la primera versión, la objeción recibida y la revisión.

Conexión siguiente: La continuidad inmediata es ARQ-243 · Corrosión y sistemas de protección; conserva el método y vuelve a verificar datos y límites.

Fuentes y alcance de uso

Los casos, ecuaciones aplicadas, datos, dibujos y soluciones del ejercicio son elaboraciones del programa. Las fuentes respaldan los conceptos señalados, no los parámetros ficticios. Las referencias nuevas se consultaron el 22 de septiembre de 2026; las heredadas conservan su alcance. No se declara lectura íntegra cuando el acceso fue parcial.

[MET-CONNECTIONS] Simple connections

Steel Construction Institute / British Constructional Steelwork Association. https://steelconstruction.info/topics/design/simple-connections/

Consulta: Introducción, clasificación, conexiones y consideraciones generales de fabricación. Apoyo: Separar resistencia, rigidez y capacidad de giro; interfaces entre pernos, soldaduras y elementos. Límite: No se reproducen tablas de dimensionamiento ni reglas británicas de uniones. Los resortes y tensiones son idealizaciones.

[MET-PROPERTIES] Steel material properties

Steel Construction Institute / British Constructional Steelwork Association. https://steelconstruction.info/topics/design/steel-material-properties/

Consulta: Secciones de resistencia, ductilidad, tenacidad y soldabilidad; relación con proceso y producto. Apoyo: Distinguir grado, geometría, rigidez y propiedades de producto. Límite: No se importan valores de grados británicos ni resistencias de catálogo. Los perfiles se idealizan sin radios ni tolerancias reales.