pernos alta resistencia (par)
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INDICE
INTRODUCCION ............................................................... 4DEFINICION ....................................................................... 5
OBJETIVO ........................................................................... 6
METODOLOGIA ................................................................ 6
I. ANTECEDENTES HISTORICOS SOBRE EL PERNODE ALTA RESISTENCIA .................................................. 7
1.1. HISTORIA DE SU I NVESTIGACIÓN Y DESARROLLO (8.L.) ....................................................................... 71.2. DESARROLLO EN CHILE ...................................................................................................................... 13
II. TIPOS DE PERNOS DE ALTA RESISTENCIA ...... 162.1. ESPECIFICACIONES ............................................................................................................................. 162.2. PERNO A 325 ...................................................................................................................................... 15
2.2.1. Calidad .............. .............. .............. .............. ............... .............. .............. .............. .............. ............ 15
2.2.2. Identificación ............. ............... .............. .............. .............. .............. ............... .............. .............. .. 16
2.2.3. Pernos fabricados en Chile ............................................................................................................ 16
2.3. PERNO A 490 ...................................................................................................................................... 182.3.1. Calidad .............. .............. .............. .............. ............... .............. .............. .............. .............. ............ 18
2.3.2. Identificación ............. ............... .............. .............. .............. .............. ............... .............. .............. .. 18
2.3.3. Pernos fabricados en Chile ............................................................................................................ 18
2.4. DIMENSIONES ..................................................................................................................................... 202.4.1. Dimensiones de pernos y tuercas ................................................................................................... 21
2.4.2. Dimensiones golillas circulares ..................................................................................................... 23
2.4.3. Dimensiones rosca ............. .............. .............. .............. .............. .............. ............... .............. ......... 24
2.5. PERNOS DE ALTA R ESISTENCIA GALVANIZADOS ............................................................................... 292.6. PERNOS DE ALTA R ESISTENCIA ESPECIALES ...................................................................................... 30
III. FABRICACION .......................................................... 313.1. PROCESOS DE FABRICACIÓN ............................................................................................................... 31
3.1.1. Trefilación .............. .............. .............. .............. .............. ............... .............. .............. .............. ....... 31
3.1.2. Cabeceo.......................................................................................................................................... 32
3.1.3. Recorte .............. .............. .............. .............. ............... .............. .............. .............. .............. ............ 32
3.1.4. Laminación .............. .............. .............. ............... .............. .............. .............. .............. .............. ..... 323.1.5. Tratamiento térmico....................................................................................................................... 33
3.1.6. Tuercas .............. .............. .............. .............. ............... .............. .............. .............. .............. ............ 33
3.2. ESPECIFICACIÓN A.S.T.M A325-76A ................................................................................................. 34
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3.2.1. Materiales y tratamientos ............. .............. ............... .............. .............. .............. .............. ............ 34
3.2.2. Composición química..................................................................................................................... 36
3.2.3. Dimensiones y tolerancias de fabricación ..................................................................................... 39
3.2.4. Propiedades mecánicas .............. .............. .............. .............. ............... .............. .............. .............. 463.2.5. Métodos de ensayo ............. .............. .............. .............. .............. .............. ............... .............. ......... 52
3.2.6. Comprobación de calidad por requisitos mecánicos..................................................................... 64
3.2.7. Inspección visual de grietas en la cabeza ...................................................................................... 69
3.2.8. Marcas .............. .............. .............. .............. ............... .............. .............. .............. .............. ............ 70
3.2.9. Inspección .............. .............. .............. .............. .............. ............... .............. .............. .............. ....... 70
3.2.10. Rechazo .......................................................................................................................................... 71
3.2.11. Certificados .................................................................................................................................... 71
3.3. ESPECIFICACIÓN A.S.T.M. A 490 - 76A ............................................................................................... 723.3.1. Tablas .............. .............. .............. .............. .............. .............. ............... .............. .............. .............. 74
IV. COMPORTAMIENTO DE LOS PERNOS .............. 78
4.1. SOLICITACIÓN DE TRACCIÓN .............................................................................................................. 784.2. SOLICITACIÓN DE CIZALLE ................................................................................................................. 804.3. PERNOS DE ALTA R ESISTENCIA SOLICITADOS POR TRACCIÓN Y CIZALLE COMBINADOS .............. ..... 844.4. PERNOS DE ALTA R ESISTENCIA SOLICITADOS POR CARGAS CÍCLICAS DE CIZALLE ............. .............. 854.5. PERNOS DE ALTA R ESISTENCIA SOLICITADOS POR CARGAS CÍCLICAS DE TRACCIÓN (R E-EMPLEO DEPERNOS) ......................................................................................................................................................... 86
V. CONEXIONES .............................................................. 885.1. GENERALIDADES ................................................................................................................................ 885.2. COMPORTAMIENTO DE LAS CONEXIONES CON PERNOS DE ALTA R ESISTENCIA SOMETIDOS A CIZALLEDESDE EL PUNTO DE DISTA DEL DISEÑO ........................................................................................................ 92
5.2.1. Conexión tipo fricción.................................................................................................................... 93
5.2.2. Conexión tipo aplastamiento ......................................................................................................... 95
5.3.TIPO DE PERNO DE ALTA R ESISTENCIA, R EQUERIMIENTOS DE TUERCAS, GOLILLAS Y UBICACIÓN DELHILO PARA UNA CONEXIÓN DETERMINADA ................................................................................................... 975.4. DISPOSICIONES DE DISEÑO .................................................................................................................. 98
5.4.1. Campo de aplicación ............. .............. ............... .............. .............. .............. .............. .............. ..... 98
5.4.2. Normas .............. .............. .............. .............. ............... .............. .............. .............. .............. ............ 99
5.4.3. Excentricidad de la unión ............. .............. ............... .............. .............. .............. .............. ............ 99
5.4.4. Excentricidad en grupos de conectores ....................................................................................... 100
5.4.5. Distribución de tensiones en combinación de conectores ........................................................... 100
5.4.6. Uniones mínimas .............. .............. ............... .............. .............. .............. .............. .............. .......... 102
5.4.7. Agujeros .............. .............. ............... .............. .............. .............. .............. ............... .............. ....... 102
5.4.10. Verificaciones ............. .............. .............. .............. ............... .............. .............. .............. ............ 108
5.5. DISEÑO ELÁSTICO DE CONEXIONES .................................................................................................. 1135.5.1. Cizalle axial y aplastamiento ....................................................................................................... 113
5.5.2. Cizalle excéntrico ............... .............. .............. .............. .............. .............. ............... .............. ....... 1165.5.3. Tracción .............. .............. ............... .............. .............. .............. .............. ............... .............. ....... 123
5.5.4. Tracción y cizalle combinados (REF. 8.7) ................................................................................... 136
5.6. EJEMPLOS ......................................................................................................................................... 146
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5.7. PLANOS, R EPRESENTACIÓN Y DESIGNACIÓN .................................................................................... 1785.8 AGARRE, LONGITUD DEL PERNO ...................................................................................................... 181
VI. . ESPECIFICACIONES DE COLOCACION DE LOSPERNOS DE ALTA RESISTENCIA ............................ 184
6.1. GENERAL .......................................................................................................................................... 1846.2. PARTES APERNADAS ......................................................................................................................... 1846.3. TRACCIÓN DE LOS PERNOS ............................................................................................................... 1856.4. MÉTODOS DE APRIETE ...................................................................................................................... 1876.5. MÉTODO DE GIRO DE LA TUERCA ..................................................................................................... 1906.6. APRIETE CON LLAVES CALIBRADAS (DE TORQUE) ........................................................................... 1946.7. ESPECIFICACIÓN A.I.S.C. SOBRE R EGULACIÓN DE LLAVES CALIBRADAS ....................................... 195
VII. INSPECCION .......................................................... 1967.1. ESPECIFICACIÓN A.I.S.C. - I NSPECCIÓN GENERAL ........................................................................... 196
7.1.1. Llave de inspección .............. .............. .............. .............. ............... .............. .............. .............. ..... 197
7.1.2. Dispositivo de calibración ........................................................................................................... 197
7.1.3. Llave de torque manual .............. .............. .............. .............. ............... .............. .............. ............ 198
7.1.4. Llave neumática .............. .............. ............... .............. .............. .............. .............. .............. .......... 198
7.1.5. Aplicación del torque de inspección ............................................................................................ 198
7.2. CONCLUSIÓN .................................................................................................................................... 200
VIII. BIBLIOGRAFIA .................................................... 204
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INTRODUCCION
En los proyectos de construcciones de acero, después que el Ingeniero
Estructural ha hecho el dimensionamiento de la estructura, se debe resolver el problema de
conectar los elementos estructurales. Según el tipo de conector utilizado podemos distinguir
tres tipos de conexiones, a saber:
• Conexiones Remachadas
• Conexiones Soldadas
• Conexiones Apernadas
Además de estos tipos de conexiones, existen conexiones con pasadores y
pernos calibrados, las que se usan en elementos mecánicos o empalmes especiales,
encontrándose en etapa de pruebas y de investigación el empleo de adhesivos.
La Conexión Remachada ha cumplido un papel fundamental en el
desarrollo de la Construcción en Acero. Sin embargo, en la actualidad, ella esta siendo
desplazada por la Conexión Apernada; este reemplazo se ha acelerado con la aparición del
Perno de Alta Resistencia.
Las Conexiones Apernadas pueden utilizar dos tipos de conectores:
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• Pernos Corrientes
• Pernos de Alta Resistencia.
La Norma Nch-427ER76, "Especificaciones para el cálculo de Estructuras
de Acero en Edificios", especifica las limitaciones para el uso de pernos corrientes y los
casos de uso obligado de pernos de Alta Resistencia, si se desea usar conexiones apernadas
en un proyecto de construcción en acero.
En la actualidad, en la gran mayoría de las construcciones de acero de
estructura pesada y básicamente en las obras industriales y de infraestructura sometidas a
fuertes solicitaciones, el conector de terreno por excelencia es el Perno de Alta Resistencia.
DEFINICION
El perno de Alta Resistencia (P.A.R.) es un conector mecánico de cabeza ytuerca hexagonal fuerte, hecho de acero al carbono, tratado térmicamente, de alta tensión de
ruptura y tensión de fluencia entre 5,5 y 6,5 (ton.f/cm!) que permite pretensarlos con el
objeto de proveer una fuerza de apriete (clamping-force), tal que impida el resbalamiento
de los elementos a conectar.
Al nivel de tracción especificado para la colocación se le denomina "carga
de prueba".
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OBJETIVO
El objetivo de esta publicación es entregar una información integral sobre
el tema, abarcando los procesos de Fabricación, Diseño, Colocación e Inspección, de tal
modo de tener concentrado en un solo trabajo especificaciones y disposiciones normativas
acerca de las conexiones con los Pernos de Alta Resistencia.
METODOLOGIA
Este estudio de los Pernos de Alta Resistencia, se centra básicamente en
los pernos A-325 y A-490 que son los Pernos de Alta Resistencia de uso corriente en las
construcciones de acero del país y cuyas especificaciones se encuentra en la Norma Chilena
Nch 427ER76 y en el Manual de Diseño de Estructuras de Acero del Instituto Chileno del
Acero (ICHA).
Los valores y tablas pertinentes se dan según la normalización A.I.S.C.(1971) y la norma chilena Nch 427ER76 (basada en la rosca ISO adoptada por Nch 2115),
atendiendo al dualismo dimensional existente en el sentido de que los Pernos de Alta
Resistencia se especifican en milímetros según Nch 427ER76, pero en la práctica se
compran y se fabrican según la especificación A.S.T.M. correspondiente.
En general en éste trabajo nos referiremos a las especificaciones A.S.T.M.
y su relación o incorporación a las normas correspondientes del Instituto Nacional de
'Normalización (I.N.N.)
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I. ANTECEDENTES HISTORICOS SOBRE EL PERNO DE ALTA
RESISTENCIA
1.1. Historia de su Investigación y Desarrollo (8.l.)
Toda innovación tecnológica tiene como etapas previas a su aplicación un
largo proceso de ensayos e investigación, siendo ellas determinantes en el éxito de la
innovación y en su desarrollo posterior.
En el caso de los Pernos de Alta Resistencia, los señores Batho y Bateman
fueron los primeros en sostener que estos conectores podían usarse en el armado de
estructuras de acero. En 1934 ellos informaron al Comité de Estructuras de Acero de
Investigación científica e Industrial de Gran Bretaña, que los pernos pueden apretarse lo
suficiente como para evitar el resbalamiento en las juntas o uniones estructurales. El trabajo
fue sostenido por Wilson en 1938 quien describió las pruebas de fatiga, demostrando que
los pernos de alta resistencia, apreciablemente más pequeños que los agujeros en los que se
insertan, presentan una resistencia a la fatiga igual o superior a la de los remaches
correctamente colocados, cuando las tuercas se aprietan como para producir una tensión
alta en el perno.
Poco más se hizo respecto a la Apernadura de Alta Resistencia hasta 1947,
cuando se forma en Estados Unidos de Norteamérica "The Research Council on Riveted
and Bolted Structural Joints of the Engineering Foundation” (en este trabajo lo
designaremos coro el Consejo de Investigación).
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Este Consejo fue el mayor impulsor del desarrollo de la Apernadura de
Alta Resistencia.
La Asociación Americana de Ingenieros de Ferrocarriles, considerando que
los Pernos de Alta Resistencia podían ser extremadamente útiles en el mantenimiento de
puentes, también amparó el trabajo del Consejo de Investigación.
El Consejo de Investigación editó su primera especificación en 1951,
después de haber examinado los resultados de estudios de laboratorio y de terreno. Esta
especificación permitió el reemplazo de pernos por remaches en la base de uno por uno. Se permitió una huelga de 1/16 de pulgada (l,5mm), en el agujero. Los proyectistas fueron
aprehensivos al comienzo con respecto a la huelga permisible que era mucho mayor que los
pocos milésimos medidos en las uniones remachadas, pero quedó demostrado que esa
huelga era enteramente satisfactoria.
Una especificación revisada fue editada en 1954, en la cual se tomó en
cuenta el conocimiento ganado con las investigaciones posteriores y las experiencias enterreno.
La revisión incluyó la autorización para usar golillas planas sobre
superficies de inclinación menor o igual a 1:20 y recomendaciones para instalaciones con
herramientas de impacto.
Debido a que el resbalamiento en la unión no siempre es objetable, se
reconoció una conexión del tipo "aplastamiento", Bearing Type, permitiéndose el empalme
de superficies pintadas en este tipo de conexión.
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El anexo a las especificaciones de 1954, editado a fines de 1955, respondió
a las cuestiones relacionadas con la aplicación de la especificación.
El anexo también permitió la pretensión de acuerdo con el método una
vuelta más de la tuerca desde el apriete manual.
La edición de la especificación de l960, reconoció la mayor resistencia del
perno A-325, que fuera concienzudamente probado en uniones grandes en la Universidad
de Lehigh.
A los proyectistas ya no se les exigía reemplazar un perno por un remache;
podían aprovechar la ventaja de las características de superior resistencia del perno,
puesto que los esfuerzos de cizallamiento permisibles fueron aumentados en un 45% en
las conexiones del tipo aplastamiento, siempre que los hilos quedasen fuera del plano de
cizallamiento.
La tensión mínima del perno fue aumentada para determinar la carga de prueba, se modificaron los procedimientos de colocación para permitir el método de “Giro
de la Tuerca” (Turn of nut), sugerido por la empresa Bethlehem Steel. El tamaño
especificado de las golillas templadas fue reducido, exigiéndose las golillas sólo debajo
del elemento de giro (cabeza del perno o tuerca).
En Marzo de 1962 se incorporaron revisiones adicionales a las
especificaciones del Consejo de Investigación. Los pernos de alta resistencia instalados
de acuerdo al método de giro de la tuerca no necesitaron llevar golillas debajo de la
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cabeza del perno o de la tuerca. Las pruebas ejecutadas en la Universidad de Illinois
demostraron que una unión resultaba satisfactoria aún sin el empleo de la golilla.
También demostraron las investigaciones posteriores que media (1/2)
vuelta de la tuerca después de un apriete manual resultaba satisfactoria para dar al perno la
pretensión requerida, sin tomar en cuenta ni el diámetro ni el largo del perno. Sin embargo,
se exigió un cuarto de vuelta adicional para cada superficie inclinada con inclinación >
1:20, cuando no se usaran golillas inclinadas.
Los pernos de alta resistencia son lo suficientemente dúctiles como paradeformarse con ésta inclinación 1:20. Inclinaciones mayores son inconvenientes puesto
que afectan la resistencia y la ductilidad.
Gran parte del trabajo emprendido en 1962 tendió al desarrollo de un perno
de mayor resistencia (A 490) para ser usado con aceros de alta resistencia. En 1964 el
Consejo de Investigación incorporó el perno A 490 a sus especificaciones. Para hacer
aplicable la especificación del Consejo a ambos pernos, A 325 y A 490,el método de "Girode la Tuerca” fue modificado nuevamente. Los estudios iniciales indicaron que los pernos
A 490 más largos que 8 pulgadas (u ocho diámetros), requerían más giro para lograr la
tensión adecuada. Aunque los pernos A 325 no requerían ésta rotación adicional, la
especificación estipuló el mismo procedimiento por motivos de uniformidad.
Las exigencias con respecto a las golillas templadas fueron reducidas aún
más, en vista que las investigaciones demostraron que la función primordial de ellas
consistía en proporcionar una superficie no irritada debajo del elemento girado. Se exigió
la colocación de golillas debajo de la tuerca y de la cabeza del perno al usar pernos A 490
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para unir material de un límite de fluencia inferior a 40 Ksi, (2800 Kg/cm!), pero sólo
debajo del elemento airado cuando se instalan en aceros de mayor resistencia. También se
exigió que los pernos A 490 debían apretarse hasta su carga de prueba o de colocación
especificada, tal como se exigía a los pernos A 325.
En Septiembre de 1966 se publicó la sexta edición de las especificaciones
del Consejo. Las mayores modificaciones se refirieron al perno A 490. Los estudios de
calibración demostraron que los pernos de alta resistencia tienen capacidades límites de
carga en esfuerzo de torsión, que varían corrientemente entre el 80 y el 90% de su
resistencia a la tracción directa. Como la razón entre la carga de prueba o de colocación yla resistencia a la tracción mínima especificada es de 0,8 para los pernos A 490, los pernos
con propiedades mínimas de resistencia que experimentaron la máxima reducción debido a
la torsión, no pudieron ser apretados hasta la carga de prueba por ningún método de
instalación. También revelaron los estudios efectuados Gill, que el apriete hasta el nivel de
la carga de prueba de los pernos A 490 bajo control de una herramienta calibrada podía
tener como consecuencia la falla por torsión del perno durante la instalación y, en algunos
casos, conducir a un apriete insuficiente. Como resultado de estas investigaciones, latensión instalada exigida o carga de prueba para los pernos A 490 fue reducida al 70% de la
resistencia a la tracción mínima especificada.
La pre-carga exigida para los pernos A 325 también fue fijada en este
mismo valor. Esto sólo exigió ligeros cambios, puesto que la razón entre la carga de prueba
y la resistencia a la tracción mínima especificada era aproximadamente igual al 70% para
los pernos A 325.
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Como la resistencia al resbalamiento depende de la pre-carga del perno, la
resistencia admisible para los pernos A 490 en las uniones del tipo de fricción fue reducida
para reflejar la disminución de la fuerza de sujeción requerida. Esta modificación no fue
necesaria para las uniones tipo aplastamiento. Estas uniones no dependen de la pretensión
del perno de alta resistencia para soportar las cargas aplicadas.
Nuevas revisiones de la especificación del Consejo se han efectuado en
Abril de 1972 y Mayo de 1974.
Las modificaciones principales de ésta última revisión se refieren almétodo de apriete por "Giro de la Tuerca". Las investigaciones realizadas por Munse
mostraron que los pernos A 325 y A 490 que tienen una longitud igual o menor que 4
diámetros, alcanzan la pretensión necesaria dándoles una rotación inferior a 1/2 vuelta
especificada en la revisión de 1972. Por este motivo, para pernos A 325 y A 490 de
longitud menor o igual a 4 diámetros, la rotación adicional se redujo a 1/3 de vuelta desde
la posición ajustada.
Ultimamente la actividad del Consejo de Investigaciones se ha dirigido, a
estudiar los tratamientos de las superficies de contacto, el empleo de pernos de alta
resistencia en estructuras galvanizadas, la influencia de agujeros ranurados (alargados) y el
comportamiento estático y de fatiga de uniones apernadas de elementos de acero de alta
resistencia.
Las especificaciones vigentes de los pernos A 325 y A 490 son las ASTM
A 325-76c y A 490-76a publicadas en Diciembre de 1976.
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1.2. Desarrollo en Chile
En nuestro país no se ha desarrollado investigación respecto al perno de
alta resistencia, sino que solamente se han aplicado a las construcciones de acero las
experiencias e investigaciones del Consejo de Investigación.
En el Manual de Diseño de Estructuras de Acero ICHA- Edición 1976,
todas las especificaciones respecto a los pernos de alta resistencia están referidas a las
especificaciones A.S.T.M. y a las recomendaciones de la International Organization for
Standarization “ISO”.
Una de las primeras aplicaciones de pernos de alta resistencia en Chile
tuvo lugar en el año 1958, en la ampliación de un laminador de la Cía. de Acero del
Pacífico donde se utilizaron “Dardalets”, un tipo de perno de alta resistencia estriado cuyos
agujeros debían escariarse.
En el año 1960, se utilizaron pernos de alta resistencia A 325 en laampliación de otra unidad de la Cía. de Acero del Pacífico.
Desde esa fecha la utilización del perno de alta resistencia ha sido creciente
y su uso se ha generalizado en las conexiones de terreno de los más importantes proyectos
desarrollados en el país, entre los cuales podemos citar:
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a.- Ampliación de las instalaciones de la gran Minería del Cobre en las divisiones de:
• Chuquicamata
• Exótica
• El Teniente
• Andina.
b.- Ampliaciones y construcciones de plantas de celulosa y papel:
• Celulosa Arauco S.A.
• Celulosa Constitución S.A.
c.- Instalaciones de la Cía. de Acero del Pacífico:
• Planta de Cal y Dolomita
• Planta de tratamiento de agua
• Acería Conox
• Laminador de 4 marcos
• Planta de pellets
• Talleres de planta industrial ASMAR (THNO)
Además de estos proyectos ya construidos y en funciones, algunos de los
cuales tienen inversiones que sobrepasan los U$ 100.000.000, existen actualmente
numerosos proyectos en etapa de ingeniería de detalle que también utilizan el P.A.R. comoconector de terreno, algunos de ellos son:
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a.- Ampliaciones de las instalaciones de la Cía. Manufacturera de Papeles y Cartones
en sus plantas:
• Valdivia
• Laja
• Puente Alto
b.- Ampliaciones de Codelco
• Concentrador División Chuquicamata
c.- Ampliaciones de Instalaciones de Cía. de Acero del Pacífico.
• Canchas de materias primas
d.- Mineral de Cobre "El Indio"
En nuestro país, la Industria American Screw Chile fabrica desde 1962
pernos de alta resistencia calidad A.S.T.M. A 325 y A 490, facilitando con ello su empleo
en las construcciones de acero.
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II. TIPOS DE PERNOS DE ALTA RESISTENCIA
2.1. Especificaciones
Los dos tipos de pernos de alta resistencia de mayor utilización en el país
son los especificados bajo las denominaciones A.S.T.M. A 325 y A 490.
Estos elementos de sujeción son pernos estructurales de cabeza hexagonal
fuerte, con un largo de hilo menor que el de pernos utilizados para otros fines, dotados de
tuercas fuertes hexagonales semiterminadas, con requisitos químicos y mecánicos cubiertos
por las especificaciones A.S.T.M. A 325 y A 490 y aprobados por el Consejo de
Investigación. Deben haber sido tratados térmicamente, templados (quenching) y revenidos
(tempering).
Todos los pernos de alta resistencia deben usarse con tuercas y golillas
adecuadas, tratadas térmicamente, semiterminadas y endurecidas.
Las tuercas adecuadas corresponden a los grados 2 y 2H de la
especificación A.S.T.M. A 194 y a los grados D y DH de la especificación A.S.T.M. A 563.
Las golillas que deben utilizarse, corresponden a golillas planas
endurecidas definidas por la especificación A.S.T.M. F 436 (for Hardened Steel Washer for
use with Strenght Bolts).
En la tabla Nº1 se indica las propiedades mecánicas y características
especificadas para los pernos de alta resistencia A 325 y A 490.
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Tabla N°1
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2.2. Perno A 325
2.2.1. Calidad
Los pernos de alta resistencia A 325 son fabricados de acero al carbono
medio, tratados térmicamente, templados y revenidos, y su calidad corresponde al grado 5
de la clasificación A.S.T.M.
Existen tres tipos de pernos de alta resistencia que cumplen los
requerimientos mecánicos y químicos de la especificación A.S.T.M. A 325, ellos son los
tipos 1, 2 y 3.
TIPO 1:
Son pernos fabricados de acero al carbono medio, proporcionados en
diámetros de 1/2 a 1 1/2 pulgadas inclusive.
TIPO 2:
Son pernos fabricados de acero martensítico de bajo carbono,
proporcionados en diámetros de 1/2 a 1 1/2 pulgadas inclusive.
TIPO 3:
Son pernos de diámetro de 1/2 a 1 1/2 pulgadas inclusive, con
características de resistencia a la corrosión y al desgaste por agentes atmosféricos similaresa los aceros especificados en A.S.T.M. A 588, A 242 y A 709 (éstos aceros tienen una
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resistencia a la corrosión atmosférica aproximadamente igual a dos veces la resistencia a la
corrosión del acero estructural al carbono con cobre).
Las tuercas y golillas usadas con éstos pernos también tienen
características de resistencia a la corrosión y a los agentes atmosféricos.
2.2.2. Identificación
Todos los pernos de alta resistencia A 325 tipo 1, 2 y 3 deben llevar la
leyenda A 325 v una marca identificando al fabricante.
El perno de alta resistencia A 325 tipo 1, a opción del fabricante, puede ser
marcado con tres líneas radiales formando ángulos de 120° entre ellas. (Ver figura 1).
El perno de alta resistencia A 325 tipo 2, debe estar marcado con tres
líneas radiales que formen ángulos de 60° (Ver figura l).
El perno de alta resistencia A 325 tipo 3, debe ser marcado subrayando la
leyenda A 325 (Ver figura 1) y el fabricante puede colocar otra identificación señalando
que el perno es resistente a la corrosión y a los ataques de los agentes atmosféricos (Ver
figura l).
Todas estas marcas deben ser colocadas sobre la cara frontal de la cabeza
del perno y ellas pueden ser sobre o bajo relieve a opción del fabricante.
2.2.3. Pernos fabricados en Chile
-
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En el país se fabrica solamente perno de alta resistencia tipo 1.
Las características mecánicas de los pernos de alta resistencia fabricados
en Chile son:
Tabla N°2
"#$%&'()* +#,-.
!"#$% '()* +,, + +-.,, + +-),,
/&*#*'&,0#$ 12,#%$ $ 3$ /45'4($ 67 +89:;%%9;%%<
?2%#'& @& A34&,0#$ 1#,#%$ B7 +89:;%%9;%%<
"4(&C$ D7 E F7 /0G HI E FH /0G
G "4(&C$ /)08J&33
-
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2.3. Perno A 490
2.3.1. Calidad
Los pernos de alta resistencia A.S.T.M. A 490 son conectores mecánicos
fabricados de acero aleado, tratados térmicamente, templados y recocidos, su calidad
corresponde al grado 8 de la clasificación A.S.T.M.
2.3.2. Identificación
Los pernos de alta resistencia A 490 se identifican por llevar en la cara
frontal de la cabeza del perno la marca A 490 y la identificación del fabricante (Ver figura
1); la marca puede ser de resalte o depresión.
2.3.3. Pernos fabricados en Chile
Las características mecánicas del perno de alta resistencia A 490 fabricadoen Chile por "American Screw Chile" son:
Tabla N°3
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8+,$%" 9" :-;"&'$( ;/"?( @A B @< !'C
C >;/"?( !D'4E"--
-
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Figura N°1- Identificación Pernos
-
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20
2.4. Dimensiones
En las tablas siguientes se indican las dimensiones de los pernos, tuercas,
golillas y roscas.
Las tablas N° 4, 7 y 8 están basadas en las especificaciones del "Manual of
Steel Constructioon" del American Institute of Steel Construction.
Las tablas N° 5, 6 y 9 están basadas en las especificaciones del "Manual de
Diseño rara Estructuras de Acero" del Instituto Chileno del Acero.
-
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21
2.4.1. Dimensiones de pernos y tuercas
Tabla N°4
a) DIMENSIONES PERNOS Y TUERCAS (A.I.S.C NORMA A.N.S.I B 18.2.1).
NOMINAL PERNOS (in) TUERCAS (in)
DISTANCIA ALTURA LONGITUD DISTANCIA ALTURA
ENTRE DE HILO ENTRE DE
CARAS CABEZA CARAS CABEZA
D F H T W H
!/2 7./8 5./16 1 7./8 31/64
5./8 1!/16 25/64 1 1/4 1 1/16 39/64
3./4 1!/4 15/32 1 3/8 1 1/4 47/64
7/.8 1 7/16 35/64 1 1/2 1 7/ 16 55/64
! 1 5/8 39/64 1 3/4 1 5/8 63/34
1!/8 1 13/16 11./16 2 1 13/16 1 7/64
1!/4 2 25/32 2 2 1 7/32
1"/8 2 3/16 27/32 2 1/4 2 3/16 1 11/32
1!/2 2 3/8 15/16 2 1/4 2 3/8 1 15/32
-
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Tabla N°5
c) LONGITUDES NORMALES
La serie de longitudes normales de pernos según el Instituto Chileno del Acero es: 20, 25,
30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170,
180, 190, 200, 220, 240, 260, 280, 300 mm.. De acuerdo a las especificaciones del
American Institute of Steel Construction, las longitudes normales de pernos varían en 1/4
de pulgada.
b) DIMENSIONES PERNOS Y TUERCAS (ICHA - NORMA ISO R272).
(ISO = INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION)
NOMINAL PERNOS (mm) TUERCAS (mm)
(mm) DISTANCIA DISTANCIA ALTURA LONGITUD DISTANCIA ALTURA
ENTRE ENTRE DE HILO ENTRE DE
VERTICES CARAS CABEZA CARAS CABEZA
D E F H T W H
12 25.4 22 8 25 22 11
14 27.7 24 9 28 24 13
16 31.2 27 10 31 27 15
18 34.6 30 12 33 30 1620 36.9 32 13 35 32 18
!! "#$% 36 14 38 36 19
24 47.3 41 15 40 41 22
27 53.1 46 17 44 46 24
30 57.7 50 19 47 50 26
33 63.5 55 21 50 55 29
36 69.3 60 23 54 60 31
39 75.1 65 25 56 65 34
-
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2.4.2. Dimensiones golillas circulares
Figura N°2
Tabla N°6 Tabla N°7
!" $%&'()%*(') +*,%,,!) -./0 1" $%&'()%*(') +*,%,,!) 02-232.2
ominal $%&'()%*(') 4 -./0 5&&" ominal $%&'()%*(') 4 02-232.2 5%("
6789: 6789:
5&&" ;< ;= ' 5%(" ;< ;= '&%( '&!>
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-
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2.4.3. Dimensiones rosca
a.- DIMENSIONES ROSCA (HILO A.I.S.C.)
PERFIL BASICO
Se llama perfil básico de una rosca a la configuración geométrica que la
genera.
El perfil básico requerido por la especificación A.S.T.M., corresponde a lo prescrito para pernos estructurales especificados por "The American National for Square
and Hex Bolts and Screws” (A.N.S.I. B 18.2.1.).
La rosca (hilo) debe ser de la serie hilo grueso especificado por "American
National Standard for Unified Screw Threads” (ANSI B1.1) clase 2A.
D = Diámetro básico mayor
K = Diámetro de la raíz
Area de Tracción = 0.7854 (D – 0.9743/n)!
n = Número de hilos por pulgadas
-
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25
Figura N°3
Tabla N°8
!"#$%&"'%$& )'&*+ , -$)."/ 0+&"*' 1+2"2&2*3
!"+#$4)'& +)$+& 56789 :8; -
-
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b.- DIMENSIONES ROSCA (HILO-ICHA)
PERFIL BASICO
El perfil básico de los pernos y elementos con hilo de uso estructural está
especificado en la Norma Nch 2115a74 (Ingeniería Mecánica, Rosca Métrica ISO, Perfil
Básico, Dimensiones Métricas).
DIAMETROS Y PASOS
La serie de diámetros normales y su paso asociado para pernos de uso
estructural está señalada en Nch 2114a74 y corresponde a la primera y segunda preferencia
en el rango entre 6 y 39 mm. Los pasos asociados corresponden a la serie gruesa indicada
en esa norma (Ingeniería Mecánica, Rosca Métrica ISO, Diámetro y pasos. Serie General).
En el cálculo de la resistencia a la tracción de pernos corrientes y
elementos con hilos es necesario encontrar el área de tracción, la que se calcula mediante la
siguiente fórmula:
At = (!/16) *(d2 + d3) !
en que:
d1 = diámetro nominal de la raíz = d – 5/4*H
d2 = diámetro nominal sobre los planos = d – "*H
d3 = diámetro nominal del núcleo = d1 – H/6
-
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En cuanto al cálculo del área de tracción de pernos de alta resistencia, se
considera simplemente el diámetro nominal.
Ad = (!/4)*d!
-
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Figura N°4
Tabla N°9
!"#$%&"'%$& )'&*+ , -$)."/ 0+&"*' 1"*2+3
!"+#$4)'& +)$+& 25678 97: -;87
%7 6; );5? %7 6; :;5? !> 4:;@@5A= 1
-
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2.5. Pernos de Alta Resistencia Galvanizados
Las propiedades mecánicas, esto es, la carga de prueba y la resistencia a la
tracción no son afectadas por el proceso de galvanización, sin embargo, es posible que un
perno presente la falla de enroscado o cortadura del hilo (chilenismo hilo rodado) durante la
instalación, debido a la mayor resistencia funcional producida por las raspaduras de zinc
sobre los hilos galvanizados del perno y las mayores tolerancias causadas por el terrajado
excesivo de la tuerca antes de ser galvanizada.
Los estudios realizados en la Universidad de Illinois (1967) revelaron que laresistencia a la tracción de un perno galvanizado se redujo en un 25% cuando se le indujo
tracción por torsión, en comparación con la tracción producida por aplicación de
solicitación axial. Cuando los hilos de los pernos fueron lubricados con cera de abeja la
reducción fue sólo de un 12%, comparable con el valor de pernos sin galvanizar.
El relajamiento de la tensión del perno o pérdida de la tensión de apriete
para conexiones galvanizadas fue aproximadamente el doble que la del perno singalvanizar.
El monto del relajamiento aparentemente guarda relación con el espesor
del revestimiento galvanizado y lleva a la conclusión que el mayor relajamiento del perno
es debido al arrastre o flujo del recubrimiento de zinc bajo sostenidas y altas presiones de
agarre.
La especificación A.S.T.M. A 325 en su punto 1.6, indica que cuando se
especifican pernos de alta resistencia galvanizados, los pernos deben ser A 325 del tipo 1, a
-
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menos que el comprador especifique otra cosa, las tuercas deben ser del grado DH
A.S.T.M. A 563 o grado DH A.S.T.M. A 194 y las golillas deben ser templadas y
revenidas.
2.6. Pernos de Alta Resistencia Especiales
Además de los pernos de alta resistencia A 325 y A 490, se ofrecen en el
mercado (U.S.A.) otros tipos de pernos de alta resistencia con algunas características
especiales, entre ellos podemos señalar:
El perno "Bearing" de sujección, presión o descanso, de cuerpo estriado de
la firma Bethlehem Steel y la tuerca de auto sujección de Anco.
El perno de cuerdo estriado que cumple los requisitos del perno A 325
tiene resaltes interruptos sobre la espiga con los cuales provoca un ajuste de interferencia en
el agujero que impide el desapriete del perno.
La tuerca de Anco tiene una clavija de acero especial que recorre los hilos
durante el apriete; la tuerca se mantiene apretada porque la clavija actúa como trinquete con
el hilo evitando así que se afloje.
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III. FABRICACION
3.1. Procesos de Fabricación
El proceso de fabricación de los pernos de alta resistencia se inicia con la
revisión de los rollos o barras de acero utilizados como materia prima, de acuerdo a las
especificaciones A.S.T.M. A 325 y A 490.
Podemos reconocer cinco etapas en la fabricación del perno:
• Trefilación
• Cabeceo
• Recorte
• Laminación
• Tratamiento térmico
3.1.1. Trefilación
En esta etapa se procede a ajustar el material al diámetro requerido, ya que
por imperfecciones del proceso de laminado de los rollos o barras, estos no vienen con el
diámetro exacto. El trefilado consiste en hacer pasar el material por matrices o mandriles
que ajustan las barras al diámetro requerido.
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3.1.2. Cabeceo
Esta etapa se realiza en una máquina de cabeceo, en la que por medio de un
golpe se le da una forma circular a la cabeza del perno. En esta etapa quedan estampadas
las marcas de identificación del perno.
El cabeceo para los pernos de alta resistencia de diámetro mayor o igual a
5/8” se realiza en caliente.
3.1.3. Recorte
Una vez realizado el cabeceo, las piezas pasan a una máquina en que por
medio de un segundo golpe se produce el recorte hexagonal de la cabeza del perno.
3.1.4. Laminación
Cuando el perno esta cabeceado y recortado, se procede a fabricar el hilo
correspondiente. Este hilo se fabrica sin desprendimiento de viruta haciendo pasar el
vástago del perno entre dos matrices de acero endurecido (Tungsteno) las cuales dejan
estampado el hilo. Este proceso tiene la ventaja de no reducir la resistencia del hilo al no
desprender viruta y no cortar las fibras, como sucede en el caso del hilo hecho en torno.
-
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3.1.5. Tratamiento térmico
El tratamiento térmico de los pernos de alta resistencia consiste en un
templado (quenching) y un recocido (tempening), que les da las propiedades mecánicas
requeridas.
3.1.6. Tuercas
La fabricación de las tuercas es similar a la de los pernos en cuanto al
cabeceo y recorte, luego se perforan y se fabrica el hilo, terminándose el proceso defabricación con el tratamiento térmico.
-
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3.2. Especificación A.S.T.M A325-76a
Considerando que el perno de alta resistencia A 325 es el perno de uso
habitual, hemos querido describir su especificación de fabricación, que es una traducción
parcial de la Norma A.S.T.M. A 325-76a.
Esta especificación se refiere a la fabricación de todos los elementos de un
perno de alta resistencia: perno, tuerca y golilla.
Se definen la calidad de los materiales, tratamiento del acero, dimensiones,características de resistencia mecánica, métodos de ensayo, forma de inspección.
Se especifican los requisitos que debe cumplir cada elemento por separado
para facilitar su aplicación.
3.2.1. Materiales y tratamientos
El acero para pernos deberá ser producido por procesos Siemens-Martin,
Convertidor al Oxígeno o por Horno Eléctrico.
Los pernos serán fabricados de acero de mediano contenido de carbono, en
diámetros desde 1/2 hasta 1 1/2 pulgadas inclusive.
Los pernos deben ser tratados mediante templado en un medio líquido con
una temperatura sobre la temperatura de austenitización y luego sometidos a un revenido
(tempering) por recalentamiento a una temperatura mínima de 427'C (800'F).
-
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El hilo de los pernos de alta resistencia debe ser terrajado o laminado (sin
desprendimiento de viruta).
Las golillas serán preferentemente templadas y revenidas.
Alternativamente pueden ser también carburizadas, templadas y revenidas, pueden usarse
con pernos tipo 1 y tipo 2.
A no ser que se especifique otro medio, los pernos, tuercas y golillas deben
ser galvanizados por inmersión en caliente según los requerimientos de la clase C de la
especificación A.S.T.M. A 153. Las tuercas galvanizadas deben ser terrajadas a un tamañomayor, con un diámetro mínimo especificado en A.S.T.M. A 563.
Cuando el comprador lo especifique los pernos, tuercas y golillas deberán
ser galvanizados mecánicamente; el revestimiento (capa de zinc) y los productos revestidos
deben cumplir los requisitos prescritos para la clase 50 de la especificación A.S.T.M. B
454, o los requisitos de espesor de revestimiento A.S.T.M. A 153.
Las tuercas galvanizadas deben ser terrajadas antes del revestimiento y no
necesitan ser repasadas después.
Las tuercas galvanizadas por inmersión en caliente o mecánicamente deben
ser provistas de un lubricante adicional.
-
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3.2.2. Composición química
Pernos tipo 1 y 2, tuercas y golillas deben cumplir los requisitos de
composición química especificados en tabla N° 10.
Pernos tipo 3, tuercas y golillas deben cumplir los requisitos de
composición química prescritos en tabla N° 11. La selección de la composición química A,
B, C, D, E, o F debe ser a opción del fabricante.
El análisis del producto puede ser hecho por el comprador, de materialterminado representativo de cada lote de pernos, tuercas o golillas
No debe permitirse el uso de coladas de acero a las cuales se le han
adicionado, bismuto, selenio o plomo.
-
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Tabla N°10
!"#$%&%'(& *" +(,-(&%+%./ #$0,%+1 -121 -"2/(& 3%-( 4 5 3%-( 6
789:8;
-
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Tabla N°11
!"#$%&%'(& *" +(,-(&%+%./ #$0,%+1 -12 -"2/(& 3%-( 4
567869:5:;< =>:7:5? @< ABC@D@7@ 46? 48= 99 99 999 9
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!"#$%&%& () :)/%;%,.,% 467 4323 @.A
!"#$%&%& () :)/%;%,.,% 421 46> 471 48> 471 48> 4=1 46> 421 488 475 488 425
451 488 471 42> 451 48> 4=1 46> 421 631 @.A 488 425
52(,( !"#$%&%& () *+,-./. 427 4=7 473 4>7 413 473 473 6433 4=3 4?3 427 4=7 413 6487 427 4=7
!"#$%&%& () :)/%;%,.,%
-
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3.2.3. Dimensiones y tolerancias de fabricación
Los pernos de cabeza hexagonal deberán ser pernos que cumplan con las
dimensiones para pernos estructurales hexagonales pesados, especificadas en la Norma
A.N.S.I. B 18.2.1.
Figura N°5
En tablas N° 12 y 13 se indican las dimensiones y tolerancias de
fabricación para pernos.
-
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Tabla N°12
DIMENSIONES Y TOLERANCIAS DE FABRICACIÓN DE PERNOS
ominal o del ANCHO ENTRE CARAS ANCHO ENTREBásico mayor cuerpo ESQUINAS "G"
del Hilo máximo !"#$%& '"($)& '*+$)& '"($)& '*+$)& -$+. -$+. -$+. -$+. -$+. -$+. -$+.
1/2 0.500 0.515 7/8 0.875 0.85 1.010 0.969
5/8 0.625 0.642 1 1/16 1.0625 1.031 1.227 1.175
3/4 0.750 0.768 1 1/4 1.25 1.212 1.443 1.383
7/8 0.875 0.895 1 7/16 1.4375 1.394 1.660 1.589
1 1.000 1.022 1 5/8 1.625 1.575 1.876 1.796
1 1/8 1.125 1.149 1 13/16 1.8125 1.756 2.093 2.002
1 1/4 1.250 1.277 2 2 1.938 2.309 2.209
1 3/8 1.375 1.402 2 3/16 2.1875 2.119 2.526 2.416
1 1/2 1.500 1.531 2 3/8 2.375 2.3 2.742 2.622
-
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Tabla N°13
DIMENSIONES Y TOLERANCIAS DE FABRICACIÓN DE PERNOS
ominal o ALTURA "H" RADIO DEL Longitud Término Básico mayor FILETE "R" del Hilo "T" del Hilo "Y" del Hilo !"#$%&' ()*$#& (+%$#& ()*$#" (+%$#" !"#$%&' ()*$#" -$%. -$%. -$%. -$%. -$%. -$%. -$%. -$%.
1/2 0.500 5/16 0.323 0.302 0.031 0.009 1 3/16
5/8 0.625 25/64 0.403 0.378 0.062 0.021 1 1/4 7/32
3/4 0.750 15/32 0.483 0.455 0.062 0.021 1 3/8 1/4
7/8 0.875 35/64 0.563 0.531 0.062 0.031 1 1/2 9/32
1 1.000 39/64 0.627 0.591 0.093 0.062 1 3/4 5/16
1 1/8 1.125 11/16 0.718 0.658 0.093 0.062 2 11/32
1 1/4 1.250 25/32 0.813 0.749 0.093 0.062 2 3/8
1 3/8 1.375 27/32 0.878 0.81 0.093 0.062 2 1/4 7/16
1 1/2 1.500 15/16 0.974 0.902 0.093 0.062 2 1/4 7/16
-
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42
La conicidad (taper) de la cabeza, ángulo entre un lado y el eje, no deberá
exceder de 2 grados, siendo la dimensión mayor la especificada como ancho entre caras (F).
El tope de la cabeza deberá ser plano y achaflanado. El diámetro del
circulo del tope será el ancho máximo entre caras con una tolerancia menor del 15%.
La superficie de apoyo debe ser plana y con forma de golilla (washer
faced). El diámetro de la forma de golilla deberá ser igual al 95% del ancho máximo entre
caras con una tolerancia de más o menos 5%.
La superficie de apoyo deberá estar en ángulo recto con el eje del cuerpo,
con una tolerancia de 2 grados para diámetros hasta 1 pulgada incluido, y con una
tolerancia de 1 grado para diámetros mayores de 1 pulgada. La superficie de apoyo deberá
ser concéntrica con el eje del cuerpo, con una tolerancia de 3% del ancho máximo entre
caras.
El hilo deberá ser de la serie de hilo grueso, clase 2A.
La punta deberá ser plana y achaflanada o redondeada a elección del
fabricante y su longitud no excederá de 1 1/2 hilos del extremo de la punta hasta el primer
hilo.
Los siguientes símbolos tienen el significado que se expresa a
continuación:
-
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43
T= longitud de hilo, es la distancia desde el extremo de la punta del perno
hasta el último hilo completo. Las tolerancias para la longitud de hilo se
controlan mediante B mínimo y X máximo.
L= longitud del perno, es la distancia desde bajo la cabeza hasta el extremo
final del perno. Las tolerancias para longitudes de pernos de 6 o menos
pulgadas de largo serán las indicadas en la tabla Nº 14.
Tabla N°14
Las tolerancias para longitudes de pernos sobre 6 pulgadas serán las
indicadas en la tabla N° 15.
Tabla Nº15
Diametros (in) Tolerancia (in)
1/2 ; 5/8 1/8
3/4 ; 7/8 ; 1 3/16
1 1/8 a 1 1/2 1/4
Diametros (in) Tolerancia (in)
1/2 3/16
5/8 ; 3/4 ; 7/8 ; 1 1/4
1 1/8 a 1 1/2 3/8
-
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44
X= longitud de gramil, es la dimensión de control de fabricación. La
longitud de gramil es la distancia desde bajo la cabeza hasta la cara del
anillo normalizado de medida del hilo (standar go thread ring gage), girado
a mano en el perno tan adentro como lo permita el hilo completo. La
máxima longitud de gramil para cualquier longitud de perno es igual a la
longitud nominal del perno menos la longitud nominal del hilo
Xmáx.= Lnom. - Tnom.
B= longitud del cuerpo completo, es la distancia desde bajo la cabeza hastala última marca (o hendidura) del hilo o borde de ángulo de extrusión.
La mínima longitud del cuerpo completo es igual a la longitud nominal del
hilo del perno menos el máximo espacio de terminación del hilo.
Bmin. = Lnom - (Tnom + Ymax)
Y= espacio de terminación del hilo (thread run out), es la longitud del hilo
incompleto.
Los pernos se producen normalmente con incrementos de longitud de 1/4
pulgada, en todas las longitudes.
Podrá haber un resalte o engrosamiento razonable bajo la cabeza, o marcas
de dado en el cuerpo que no excedan lo siguiente:
-
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0.030 pulg. para diámetro 1/2 pulgada
0.050 pulg. para diámetro 5/8 y 3/4 pulgadas
0.063 pulg. para diámetro sobre 3/4 hasta 1 1/4 pulgadas
0.093 pulg. para diámetro sobre 1 1/4 pulgadas
A menos que se especifique otra cosa, las tuercas hexagonales pesadas
deben cumplir los requisitos dimensionales especificados en "The American National
Standar for Square and Hex Nuts" A.N.S.I. B 18.2.2. (ver tabla N° 4).
Las dimensiones de las golillas deben cumplir lo estipulado en la últimaespecificación para uniones estructurales con pernos de alta resistencia A.S.T.M. A 325 del
Consejo de Investigación (Ver tabla N° 7).
A menos que se especifique otra cosa, deben proporcionarse golillas
circulares y planas.
-
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3.2.4. Propiedades mecánicas
Los pernos de alta resistencia no deben exceder la dureza especificada en
la tabla Nº 16. Los pernos cuya longitud sea menor a tres diámetros deben tener una dureza
no menor que los valores mínimos de la tabla, ni mayor que los valores máximos de la
tabla.
Tabla N°16
Los pernos de 1 1/4" y de menor diámetro deberán ser sometidos a ensayo
en su tamaño normal y deberán cumplir los requisitos de resistencia a la ruptura y de carga
de prueba o carga de prueba alternativa especificada en la tabla Nº 17.
!"#$%&%'(& *" +$,"-.
DIAMETRO DEL NUMERO DE DUREZA PERNO Brinell Rockwell C
(in) Mín Max Min Max
1/2 a 1 Inclusive 241 331 23 35
1/8 a 1 1/2 Inclusive 223 293 19 31
-
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Los pernos mayores que 1 1/4" de diámetro deberán ser preferentemente
sometidos a ensayos en su tamaño normal, y en este caso, deberán cumplir los requisitos de
resistencia a la ruptura y de carga de prueba o carga de prueba alternativa especificada en
tabla Nº 17. Cuando no se logre disponer del equipo de capacidad suficiente para el
ensayo, los pernos deberán cumplir los requisitos para probeta especificados en tabla N° 19.
En el caso de que estos pernos sean ensayados por ambos métodos, el ensayo en tamaño
normal manda si existe discrepancia entre ambos ensayos.
-
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Tabla N°17
REQUISITOS DE TRACCIÓN PARA PERNOS EN TAMAÑO NORMAL
"#$%&'() *&+ ,&(-) Area de Tracción *min Carga de prueba Carga de prueba hilos por pulgada Tracción Met. Medida Met. de resistencia y designación de Longitud a la Fluencia COLUMNA 1 COLUMNA 2 COLUMNA 3 COLUMNA 4 COLUMNA 5
(in)! (cm)! (libras) (libras) (libras)
1/2 13 UNC 0.142 0.92 17050 12050 13050
5/8 11 UNC 0.226 1.46 27100 19200 20800
3/4 10 UNC 0.334 2.15 40100 28400 30700
7/8 9 UNC 0.462 2.98 55450 39250 42500
1 8 UNC 0.606 3.91 72700 51500 55750
1 1/8 7 UNC 0.763 4.92 80100 56450 61800
1 1/8 8 UN 0.79 5.1 82950 58450 64000
1 1/4 7 UNC 0.969 6.25 101700 71700 78500
1 1/4 8 UN 1 6.45 105000 74000 81000
1 3/8 6 UNC 1.155 7.451 3/8 8 UN 1.233 7.95
1 1/2 6 UNC 1.405 9.06
1 1/2 8 UN 1.492 9.63
-
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*El área de tracción esta dada por:
At = 0.7854 (D – (0.9743/n))!
Donde
At = Area de tracción en pulgadas cuadradas
D = Diámetro nominal del perno
N = N° de hilos por pulgada
Las cargas tabuladas se basan en lo siguiente:
Tabla N°18
REQUISITOS DE TRACCIÓN PARA PROBETAS DE PERNOS
Tabla N°19
Diámetro del Resistencia Min. Límite Min. Alargamiento Reducción dePerno a la Ruptura de Fluencia en 2 (in) Área
! #$%& # '$( #$! #)*))) (#))) #% '*
DIAMETRO DEL PERNO (in) COLUMNA 3 lb/(in!) COLUMNA 4 lb/(in!) COLUMNA 5 lb/(in!)
1/2 a 1 Inclusive 120000 85000 92000
1 1/8 a 1 1/2 Inclusive 105000 74000 81000
-
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Las tuercas de 1 1/8” y de menor diámetro, deberán ser sometidas a ensayo
de carga y dureza y cumplir los requisitos especificados en tabla N° 20.
Las tuercas de 1 1/4, 1 3/8 y 1 #, deberán cumplir los requisitos para el
ensayo de carga y máxima dureza especificados en tabla N° 20.
Las tuercas A.S.T.M. A 194 y A.S.T.M. A 563 deben cumplir los
requisitos de ensayo de esas especificaciones. Esos requisitos, incluyendo la carga de
prueba, deben también aplicarse a tuercas galvanizadas por inmersión en caliente y las
tuercas galvanizadas en caliente.
Las golillas templadas y revenidas deben tener una dureza Rockwell de C
36 a C 45.
Las golillas carburizadas, templadas y revenidas, deben tener una dureza
Rockwell A 69 a A 73 ó dureza R 15 N de 15N79 a 15N83 y deben ser carburizadas con
una profundidad de 0.015 in (0.38 mm.)
Las golillas, si son galvanizadas por inmersión en caliente, deben tener una
dureza Rockwell de C46 a C45.
-
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Tabla N°20
!"#$" &' (#)'*" + #',)-.-/0 &' &)#'1" ("#" /)'#!".
Diámetro de la Tuerca Carga de Prueba Dureza Brinell
Hilos por Pulgada Mínima
y Designación Libras Mínima Máxima
1/2 13 UNC 20450 352
5/8 11 UNC 32550 352
3/4 10 UNC 48100 352
7/8 9 UNC 66550 352
1 8 UNC 87250 352
1 1/8 7 UNC 109900 352
1 1/8 8 UN 113800 352
1 1/4 7 UNC 139500 143 352
1 1/4 8 UN 144000 143 352
1 3/8 6 UNC 166300 143 352
1 3/8 8 UN 177600 143 352
1 1/2 6 UNC 202300 143 352
1 1/2 8 UN 214800 143 352
-
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3.2.5. Métodos de ensayo
Los ensayos se harán de acuerdo con el suplemento III de Métodos de
ensayo y definiciones A.S.T.M. A 370 para Ensayos Mecánicos de Productos de Acero.
Para ensayos de tracción se prefiere que la determinación de la carga de
prueba sea efectuada de acuerdo al método 1 de medida de longitud.
3.2.5.1.METODO 1, MEDIDA DE LONGITUD
La longitud total de un perno recto se deberá medir sobre su línea de eje
efectiva, con un instrumento capaz de medir cambios de longitud de 0,0001 pulgadas
(0.0025 mm.)
El método referido para medir la longitud será medirla entre centros
c6nicos maquinados en el eje central del perno, con centros coincidentes con las puntas del
instrumento de medida. La cabeza o cuerpo del perno deberá marcarse de manera de que se pueda colocar en la misma posición para todas las mediciones. El perno deberá ser
colocado en el dispositivo de ensayo con la carga aplicada axialmente entre la cabeza y la
tuerca o un manguito adecuado (ver figura Nº6), debiendo tener cualquiera de ellos, el hilo
suficiente para desarrollar la resistencia máxima del perno. La tuerca o el manguito deben
ser colocados en el perno dejando cuatros hilos completamente libres entre las mordazas.
Se deberá aplicar la carga de prueba indicada en la especificación del producto. Después de
quitar la carga deberá medirse nuevamente la longitud del perno y no deberá mostrar
alargamiento permanente. Se admitirá una tolerancia de ± 0.0005 pulgadas (0.0127 mm.)
entre la medida hecha antes de aplicar la carga, y la que se haga después de quitar la carga.
-
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La carga de prueba se mantendrá por un periodo de 10 segundos antes de
quitarla, cuando se usa el Método 1.
Figura N°6
-
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3.2.5.2. ENSAYO DE CUÑA
Los pernos a ensayar a tamaño normal deberán ser ensayados según el
Método de Ensayo de Cuña, descrito en S11.1.5 suplemento III de Métodos A.S.T.M. A
370.
La fractura se deberá producir en el cuerpo o los hilos del perno, sin
ninguna fractura en la unión de la cabeza y el cuerpo.
El objeto de este ensayo es determinar la resistencia a la ruptura portracción, demostrar la calidad de la cabeza y la ductilidad de un perno con cabeza standard
sometiéndolo a una carga excéntrica. La carga de ruptura del perno se determinará
calculando el área resistente con un diámetro promedio entre el de la raíz y el de paso (pitch
diameter) de hilos externos Clase 3 como sigue:
As= 0.7854 (D - (0.9743/n))!
donde:
As= área resistente, pulgadas!
D= diámetro nominal, pulgadas
n= número de hilos por pulgada.
Se colocará una cuña de 10° bajo el mismo perno ensayado previamente
para la carga de prueba. La cabeza del perno deberá estar colocada de manera que ninguna
esquina del hexágono o cuadrado tome carga de aplastamiento, es decir, que una cara
-
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lateral de la cabeza deberá ser alineada con la dirección del espesor uniforme de la cuña
(ver figura 7). La cuña deberá tener un ángulo incluido de 10° entre sus caras y deberá tener
un espesor igual a un medio de diámetro nominal en el lado menor del agujero. El agujero
en la cuña deberá tener la tolerancia siguiente sobre el diámetro nominal de perno, y sus
bordes superior e inferior, deberán ser redondeados a radios siguientes:
Diámetro Nominal
(pulg.)
Tolerancia del Agujero
(mm)
Radio de los Bordes del Agujero
(mm)
1/4 a #
9/16 a "
7/8 a 1
1 1/8 a 1 $
1 3/8 a 1 #
0.76
1.3
1.5
1.5
2.4
0.76
1.5
1.5
3.2
3.2
La velocidad del ensayo determinada con una cruceta de giro libre (free-
runnng cross head) deberá ser como máximo de 1/8 de pulgada/minuto para la
determinación de la carga de prueba para pernos, y como máximo de 1 pulgada/minuto parala determinación de carga ruptura de pernos y de la carga de prueba para tuercas.
-
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Figura N°7
-
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3.2.5.3.ENSAYO DE DUREZA PARA PERNOS
Como se ha especificado, los pernos deben ser sometidos a un ensayo de
dureza. El ensayo de dureza de Brinell o de Rockwell se ejecuta normalmente en una en
una cara lateral ó en el tope de la cabeza del perno. Para arbitraje final la dureza deberá
medirse en un corte transversal a través de la zona con hilo del perno, en un punto a un
cuarto del diámetro nominal desde el eje del perno. Este corte deberá hacerse a una
distancia del extremo del perno equivalente al diámetro del perno. Debido a posible
distorsión por la carga Brinell, se deberá cuidar que este ensayo cumpla todo lo previsto en
el inciso 6,2 de la sección general de estos métodos (A.S.T.M. A 370).
a) ENAYO BRINELL
DESCRIPCION
Se aplica a una carga especificada a una superficie plana de la muestra en
ensayo, por medio de una esfera dura de diámetro especificado. El
diámetro promedio de la hendidura se usa como base para el cálculo del
número de dureza Brinell.
El cuociente de la carga aplicada dividida por el área de la zona hendida,
que se considera esférica, se le denomina número de Dureza Brinell (DB)
de acuerdo con la fórmula siguiente:
DB = P / (! D/2)(D - " (D! - d!))
donde:
-
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DB= número de dureza Brinell
P= carga aplicada, Kg
D= diámetro de la esfera de acero, mm., y
d= diámetro promedio de la hendidura, mm.
El ensayo normal Brinell usando una esfera de 10 mm, emplea una carga
de 3000 Kg para materiales duros y una carga de 1500 o 500 Kg para
secciones delgadas o materiales blandos. Pueden emplearse otras cargas y
esferas de diferentes diámetros cuando se especifique. Cuando se informa
valores de dureza, se debe indicar el diámetro de la esfera y la carga,excepto cuando se emplea una esfera de 10 mm. y una carga de 3000 Kg..
El equipo debe cumplir los siguientes requisitos:
MAQUINA DE ENSAYOS
Una maquina de ensayos de dureza Brinell es aceptable para el uso en un
rango de carga dentro del cual su dispositivo de medida de la carga midacon una precisión de 3%.
MICROSCOPIO MICROMETRICO
El microscopio micrométrico o un dispositivo equivalente para medir el
diámetro o la profundidad de la hendidura se ajusta de manera que el error
de lectura no exceda de 0,02 mm.
-
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ESFERA STANDARD
La esfera standard para el ensayo de dureza Brinell es de 10 mm. (0,3937
pulgadas) de diámetro, con una desviación de este valor de no más de 0,01
mm. (0,0004 pulgadas) en cualquier diámetro.
Una esfera adecuada no debe mostrar ningún cambio permanente de
diámetro mayor que 0,01 mm. (0,0004 pulgadas) cuando se comprime con
una carga de 3000 Kg. contra la probeta de ensayo.
PROBETAS DE ENSAYO
Los ensayos de dureza Brinell se hacen sobre superficies preparadas y se
deberá remover suficiente metal de la superficie para eliminar metal
descarburizado y otras irregularidades de superficie.
El espesor de la pieza ensayada deberá ser tal que no aparezcan combas uotras marcas producidas por la carga en el lado opuesto a la hendidura.
METODO
Es esencial que las especificaciones aplicables del producto establezcan
claramente la posición en que se deben hacer las hendiduras de dureza
Brinell y el número requerido de tales hendiduras. La distancia del centro
de la hendidura al borde de la probeta o al borde de otra hendidura deberá
ser de al menos tres veces el diámetro de la hendidura.
-
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Deberá aplicarse la carga por un mínimo de 10 segundos.
Deberá medirse dos diámetros de la hendidura en ángulo recto al 0,1 mm.
más próximo, estimar a los 0,05 mm. más próximos. Si los dos diámetros
difieren por más de 0,1 mm., se descartan las lecturas y se debe hacer una
nueva hendidura.
No debe usarse una esfera de acero para aceros que tengan una dureza
sobre 444 ni una esfera de carburo sobre DB 627. El ensayo Brinell no se
recomienda para materiales que tengan una DB sobre 627.
Cuando el ensayo de dureza Brinell sea impracticable, deberá ser
substituido por el ensayo de dureza Rockwell. El procedimiento para el
ensayo de dureza Rockwell deberá ser como se describe a continuación:
b) ENSAYO ROCKWELL
DESCRIPCIONEn este ensayo se obtiene un valor de dureza usando una máquina de
ensayos de lectura directa, que mide la dureza determinando la
profundidad de penetración de una punta de diamante o una esfera de acero
dentro de la probeta, bajo ciertas condiciones fijadas arbitrariamente.
Primero se aplica una carga pequeña de 10 Kg. la que produce una
penetración inicial, fija el penetrador sobre el material y lo mantiene en
posición. Se aplica una carga mayor que depende de la escala que se use,
aumentando la profundidad de la hendidura. Se retira la carga mayor y con
la carga menor actuando aún, se lee directamente en la esfera del
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INFORMES DE DUREZA
Al informar valores de dureza, el símbolo de escala deberá preceder
siempre al número de dureza: B96, C40, 15N75, ó 30T77.
BLOQUES DE ENSAYO
Las máquinas deberán ser chequeadas por medio de bloques de ensayo
estandarizados Rockwell para estar seguros que están en buenas
condiciones.
3.2.5.4.ENSAYO PARA PERNOS GALVANIZADOS
Los pernos galvanizados deben ser colocados en una unión y montados con
una golilla y tuerca galvanizada. La unión debe ser de una o más placas planas de acero
estructural de un espesor tal que, incluyendo la golilla, tres o cuatro hilos completos estén
ubicados en los planos de aplastamiento entre la cabeza del perno y la tuerca.
El agujero en la unión debe tener el mismo diámetro nominal que la golilla.
El apriete inicial de la tuerca deberá producir una carga en el perno no
menor que el 10% de la carga de prueba especificada.
Después de este apriete inicial, la posición de la tuerca debe marcarse y
desde esta marca la tuerca debe ser capaz de girar en 360° sin producirse fractura.
-
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Durante el giro de la tuerca la cabeza del perno no debe girar.
3.2.5.5. ENSAYO DE COLOCACION
Complementando el control de calidad del hilo de los pernos por medio de
las tolerancias especificadas, el fabricante de los pernos deberá efectuar ensayos de
colocación de los pernos en las mismas condiciones en que serán empleados por el
comprador. Para ello, se deberá emplear tuercas y golillas calidad A.S.T.M. A325
aprobadas por el inspector representante del comprador.
Este ensayo de colocación se hará en un dispositivo de calibración que
indique la tensión del perno directamente en un dial graduado en libras o en Kg. El
dispositivo deberá ser un calibrador de tipo Skidmore Wilhelm o equivalente. En este
dispositivo, la superficie bajo la parte que va a girar al ser apretado cada perno, deberá estar
igual a la parte correspondiente de la estructura en que se vayan a usar, por ejemplo, deberá
haber una golilla bajo la parte que gira si se usan golillas en la estructura, y si no se usa
golilla el material bajo la parte que gira deberá ser de la misma especificación que el de lasestructuras.
El elemento de apriete que se utilice deberá ser una llave de impacto de
capacidad adecuada y deberá ser alimentada con aire suficiente para obtener el apriete
necesario de cada perno en diez (10) segundos aproximadamente.
Cada perno se deberá apretar hasta obtener como mínimo la tensión que
muestra la tabla siguiente, para cada diámetro.
-
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Diámetro
(Pulgadas)
Tracción Mínima en:
Libras Kilogramos
#
5/8
"
7/8
1
1 1/8
1 1/4
12000
19000
28000
39000
51000
56000
71000
5400
8600
12700
17600
23100
25400
32200
3.2.6. Comprobación de calidad por requisitos mecánicos
El fabricante deberá hacer inspecciones de muestro de cada lote de pernos
para asegurar que las propiedades de los pernos estén conforme a los requisitos de esta
especificación. Todos los pernos deberán ser sometidos a ensayo de inspección antes delembarque, de acuerdo a uno de los métodos de control de calidad descritos más adelante. El
fabricante deberá elegir el método que se va a seguir cuando debe proveer pernos para
cualquier orden de compra única.
El propósito de un programa de inspección por lotes es asegurar que cada
lote cumple los requisitos de esta especificación y que los pernos entregados estén libres de
defectos conocidos. Para que tal programa sea totalmente efectivo, es fundamental que con
posterioridad a la entrega, el comprador continúe manteniendo la identificación e integridad
de cada lote hasta que el producto esté colocado en su posición de trabajo.
-
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3.2.6.1. METODO DE LOTE DE PRODUCCION
Todos los pernos deberán ser procesados según un programa de inspección
de calidad por lote identificado. El fabricante deberá identificar y conservar la integridad de
cada lote de producción de pernos desde la elección del material en bruto, y a través de
todas las etapas de procesos y tratamientos hasta su embalaje final y despacho. Cada lote
tendrá su propio número de identificación de lote asignado; cada lote será inspeccionado y
se conservarán los informes de ensayos de inspección de cada lote.
Un lote de producción, para los efectos de asignación de número deidentificación, y del cual se elegirán muestras para ensayos, consistirá de todos los pernos
que sean procesados esencialmente unidos a través de todos los procesos hasta la caja de
embalaje, y que sean del mismo diámetro nominal, la misma longitud nominal, y
procedentes de la misma colada de acero.
El fabricante deberá hacer ensayos de prueba de carga, prueba de ruptura
(ensayo de cuña), y ensayo de dureza para cada lote de pernos, así como ensayo decolocación parea los mismos lotes.
De cada lote de producción, la cantidad mínima de ensayos de cada
propiedad requerida deberá ser la que sigue:
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Cantidad de Piezas del Lote de Producción Cantidad de Probetas
800 y menos
801 a 8000
8001 a 35000
35001 a 150000
150001 a más
1
2
3
8
13
Si cualquier muestra de ensayo presenta terminación defectuosa puede ser
descartada y sustituida por otra muestra.
Los pernos deberán ser embalados en caras de embarque tan pronto como
sea practicable después del proceso final. Las cajas de embarque deberán ser marcadas con
el número de identificación del lote.
Cuando la orden lo especifique, se deberá proporcionar al comprador de
una copia del informe de los ensayos de inspección para cada lote de producción del cual sesuministran los pernos para cumplir los requisitos de un embarque. No es necesario
identificar la colada de acero en el informe de ensayos.
3.2.6.2. METODO DE LOTE DE EMBARQUE
La inspección en proceso durante todas las operaciones de fabricación,
tratamientos y almacenamiento de los pernos terminados, deberá estar de acuerdo con las
prácticas de cada fabricante.
-
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Antes de embalar los pernos para su embarque, el fabricante deberá
someter a ensayos pernos de muestra tomados al azar de cada lote de embarque. Un lote de
embarque, para el efecto de seleccionar las muestras de ensayo, se define como la cantidad
de pernos del mismo diámetro nominal y de la misma longitud nominal, necesarios para
cumplir lo requerido por una sola orden de compra.
El fabricante deberá efectuar ensayos para carga de prueba, resistencia a la
ruptura por tracción (ensayo de cuña), y de dureza, de cada lote de pernos. Como
alternativa , los ensayos pueden ser resistencia a la ruptura por tracción, resistencia al límite
de fluencia, reducción de área, alargamiento y dureza. El fabricante deberá además efectuarensayos de colocación.
De cada lote de embarque, el número mínimo de ensayos de cada
propiedad requerida deberá ser el que se indica:
Número de Piezas en el Lote de Embarque Número de Probetas
150 y menos151 a 280
281 a 500
501 a 1200
1201 a 3200
3201 a 10000
10001 y más
12
3
5
8
13
20
Si alguna probeta muestra maquineado defectuoso, puede ser descartada y
sustituida por otra probeta.
-
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Cuando se especifique en la orden, se deberá proveer al comprador de una
copia del informe de ensayos de inspección por cada lote de embarque. La colada de acero
no se identifica en el producto terminado.
3.2.6.3. COMPROBRACION DE CALIDAD POR REQUISISTOS MECANICOS PARA
TUERCAS Y GOLILLAS
Los requisitos de esta especificación, para tuercas y golillas, se han
establecido para una producción masiva y continua, y el fabricante debe hacer simples
inspecciones para asegurar que el producto cumple los requisitos especificados.
Ensayos adicionales de partidas individuales de material, ordinariamente
no se contemplan.
Coladas individuales de acero no se identifican en el producto final.
Si el comprador requiere que el fabricante realice ensayos adicionales paradeterminar que las propiedades de tuercas y golillas de una determinada partida cumplen
los requisitos especificados, el comprador deberá especificar, en la solicitud de requisición
y en la orden de contra, los requisitos de los ensayos, incluyendo el plan de muestreo y
bases de aceptación.
Las tuercas A.S.T.M. A 194 ó A.S.T.M. A 563 deben ser muestreadas,
ensayadas e inspeccionadas según los planes de muestreo y métodos de ensayo descritos en
las especificaciones A 194 o A 563. Además, cuando se trate de tuercas galvanizadas por
-
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inmersión en caliente o galvanizadas mecánicamente, estas deben ser ensayadas según el
procedimiento descrito en el párrafo pertinente del punto 3.2.5.4.
3.2.7. Inspección visual de grietas en la cabeza
Una grieta es una quebradura abierta en el material. Las grietas pueden
ocurrir en la parte plana o en las esquinas de las cabezas de los pernos.
Un perno defectuoso, para efectos de la inspección visual de grietas, será
cualquier perno que contenga una grieta en la parte plana, y que se extienda dentro de lasuperficie superior de la cabeza o en la cara de aplastamiento de la cabeza.
Un lote, para el propósito de inspección visual, consistirá de todos los
pernos de un tipo que tengan el mismo diámetro nominal y longitud, dispuestos para la
inspección a un tiempo. Ningún lote debe contener más de 10.000 piezas.
Para cada lote de pernos, una muestra debe ser tomada al azar einspeccionada visualmente para detectar grietas. El tamaño de la muestra debe ser el
indicado en la tabla 21.
Si el número de pernos defectuosos encontrados durante la inspección por
el fabricante es mayor que el número aceptable dado en la tabla 21 para el tamaño de la
muestra, todos los pernos del lote deben ser inspeccionados visualmente y los pernos
defectuosos deben ser sacados y destruidos.
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Si el número de pernos defectuosos encontrados durante la inspección del
comprador es mayor que el número aceptable, para el tamaño de la muestra dado en tabla
21, el lote será rechazado.
Tabla N°21
Si el tamaño del lote es menor a 150, se debe inspeccionar todos los pernos
del lote.
3.2.8. Marcas
Todos los pernos deberán llevar la marca que corresponda según lo
especificado en el punto 2.2.2. Todas las marcas deberán ser colocadas al tope de la cabeza
del perno y pueden ser de resalte o depresión, a elección del fabricante.
3.2.9. Inspección
El inspector representante del comprador debe tener entrada libre, en todo
momento en que se esté ejecutando trabajos para el contrato del comprador, a todas partes
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Tamaño del Lote Tamaño de Numero de
la muestra Aceptación
1 a 150 5 0
151 a 500 20 1
501 a 1200 32 2
1201 a 3200 50 3
3201 a 10000 80 5
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de los talleres del fabricante que conciernan a la fabricación de los materiales ordenados.
El fabricante deberá dar al inspector todas las facilidades razonables que le permitan
comprobar que el material se está produciendo conforme con esta especificación. Todos los
ensayos (excepto los análisis del producto) y la inspección deberán ser hechos en el lugar
de fabricación antes de su embarque, a menos que se especifique en otra forma, y deberán
ser programados de tal manera de no interferir innecesariamente con la operación de los
talleres.
Si la inspección descrita en el párrafo precedente es requerida por el
comprador, deberá especificarlo en el pedido de cotización y en la orden o