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• Mohamed La Jeta

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DISEÑO DE ELEMENTOS DE MAQUINAS

UNIONES POR REMACHES DEFINICIÓN Se llama remache a una pieza de sección transversal circular de acero dúctil forjado en el sitio para unir entre sí varias piezas de acero. El remache se fabrica con una cabeza especial, que se denomina cabeza manufacturada, instalada mediante una pistola remachadora la cual forma otra cabeza, durante la instalación. El proceso completo se llama remachado. El remachado es esencialmente un proceso de forja, que se ha desarrollado partiendo de un proceso de martillado a mano hasta llegar al método actual de colocación a máquina. El proceso de remachado pude ser realizado en caliente, normalmente para obras pequeñas realizadas en taller, o para remaches grandes (más de 1”), o puede realizarse en frio, para remachados en campo (remaches de ½” a 7/8”). Inicialmente la cabeza de los remaches se conseguía a golpe de martillo, actualmente toda esta simplificado por el uso de maquinaria especial. Para realizar el remachado primero se perfora la chapa a unir, se coloca el remache (frio o caliente) en la perforación y se conforma la otra cabeza, tal como se muestra en la figura de abajo.

Pasos esenciales en el remachado La utilización de los remaches esta difundida en la construcción de calderas, edificios, puentes, barcos y otros. Su conveniencia de utilización radica en la seguridad de la unión, y la adhesión o rozamiento generado en la conformación de los remaches. TIPOS DE REMACHES Se puede clasificar los remaches por dos categorías: a. Por el tipo de carga que resisten. b. Por la forma del remache. Por el tipo de carga se tienen remaches a carga axial, a carga cortante, y remaches a carga excéntrica; siendo que por la forma se encuentra remaches de cabeza semiesférica, cabeza avellanada, remaches huecos y remaches de cabeza de hongo.

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Siendo que en el diseño mecánico se encuentran más los de cabeza semiesférica se prestara especial atención en ellos. Los remaches de cabeza de hongo se utilizan para unir chapas muy delgadas, mientras que los remaches huecos además de unir chapas delgadas pueden ser utilizados para cuero, cartón u otros. En las figuras siguientes se muestran las formas típicas de los remaches.

Remache De cabeza semiesférica

Remache de cabeza avellanada

º º NORMAS PARA EL DISEÑO DE UNIONES CON REMACHES Las normas para el diseño de remaches están desarrolladas tanto por la AISC, la ASME, la ASTM, dentro las normas americanas, debiendo revisar la norma para realizar un diseño que amerite bastantes detalle. De acuerdo a esta, se recomienda los siguientes materiales para los remaches: ACERO ESTRUCTURAL ASTM A141 ACERO DE ALTA RESISTENCIA ASTM A195 o A502 En la norma DIN, se puede revisar los códigos DIN 660, DIN 124 y DIN 123. TIPOS DE FALLOS EN UNIONES REMACHADAS En la gráfica siguiente se muestra de forma general los tipos de fallos de las uniones remachas, reconociendo: En el remache, fallo por cortadura (simple, doble, triple). En la placa, fallo por aplastamiento, fallo por ruptura a tensión y fallo por corte en los bordes.

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CALCULO DE LOS REMACHES A CARGA AXIAL Cálculo del remache a esfuerzo de corte El remache propiamente (el vástago) puede fallar por esfuerzo cortante, entonces:

=

F   * dr 2     4   

Donde:  : esfuerzo admisible a corte del remache F : fuerza aplicada dr : diámetro del remache

Cálculo de la placa a esfuerzo de tracción Por efecto de los orificios aplicados a la placa para que se inserten los remaches, esta puede fallar a tracción, entonces:

y =

F w  d r  * t

Donde: y: esfuerzo admisible del material de la placa w: ancho de la placa t: espesor de la placa

Cálculo de la placa a esfuerzo de aplastamiento Como resultado de la presión ejercida por el remache, la placa sufrirá un esfuerzo de aplastamiento, que podría desgarrar a la misma, esta verificamos con:

c =

F dr *t

Donde: c: Esfuerzo admisible de compresión

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Cálculo de la placa a esfuerzo de cortante en los bordes La ecuación para calcular este esfuerzo cortante en la orilla de la placa es:

 placa =

Donde: placa a

F a *t

: esfuerzo admisible a corte de la placa : distancia de eje del remache al borde de la placa.

Finalmente se debe verificar en el diseño de uniones por remaches, que las perforaciones no se encuentren muy cerca de los bordes, de forma básica (pues la norma específica varias consideraciones), se debe precautelar que del eje de simetría de la perforación, al borde en dirección de la fuerza exista 1,5 veces el diámetro del remache, y 2 veces el diámetro en su dirección transversal. ESFUERZOS PERMISIBLES 1. De los Remaches ESPECIFICACIÓN ASTM

ESFUERZO DE TRACCIÓN EN PSI

ESFUERZO DE CORTE EN PSI

A 502 – 1

20 000

15 000

A 502 – 2

27 000

20 000

2. De los elementos estructurales Esfuerzo de tracción: Esfuerzo de corte: Esfuerzo de aplastamiento:

St = 0.6 Sy Ss = 0.4 Sy Sa = 0.9 Sy

ARREGLOS DE LOS REMACHES Para calcular los arreglos de los remaches, se debe considerar dos aspectos: 1. Todos los remaches estarán absorbiendo la carga cortante. 2. La placa absorberá la carga solicitada de acuerdo a la disposición de las perforaciones realizadas (arreglo), notando lo siguiente: a. A la altura del primer remache, la carga en la placa será del total de la solicitante. b. En las filas siguientes la carga de la placa estará regida por la siguiente relación:

pactual 

n  n0 *P n

Donde: Pactual : carga actual N : número total de remaches n0 : número total de remaches en la junta anterior

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EFICIENCIA DE LOS ARREGLOS La eficiencia de los arreglos se mide como relación del esfuerzo admisible más bajo de los analizados respecto del esfuerzo nominal de la placa sin perforaciones, o su análogo expresado en fuerzas.

ef 

 solicitan te  admisible

ef 

Padmenor Padmisible

Pese a ello por pruebas empíricas se ha demostrado que la eficiencia de los arreglos de las juntas remachadas nunca es superior al 85%. CALCULO DE REMACHES A CARGA EXCENTRICA Sobre todo en diseño de estructuras para equipos y procesos, se encuentra remaches en perfiles estructurales, los cuales tienen las cargas excéntricas a los ejes y centros de los arreglos de los remaches, en ese caso el cálculo de las juntas se hace un poco más largo, teniendo que considerar el momento generado por la excentricidad. Para detallar el procedimiento se seguirá una memoria de cálculo.

Se indica la siguiente relación para encontrar la fuerza resultante generada por el momento resultante de una carga excéntrica:

T1 

Fed1 2 2 2 2 d1  d 2  d3  ...  d n

T2 

Fed2 2  nk1 d k

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Finalmente, si se quiere obtener la fuerza solicitante total ocasionada por una carga excéntrica, se deberá proceder según la relación:

Fresul  Fcor tan te  Fmomento

Fresul 

P P * e * d1  2 n d1  d 2 2  ...  d n 2