Calculadora de tensiones en grupos de soldaduras

¿Cómo se obtiene la tensión de un grupo de soldaduras?

Cuando la carga de una unión formada por varios cordones no pasa por su centroide, las soldaduras transmiten la carga y el momento torsor que genera. El método manual habitual representa la soldadura como una línea cuyo ancho es el espesor de garganta. La carga se distribuye uniformemente sobre el área de garganta y el momento produce una tensión perpendicular al radio que aumenta con la distancia al centroide. Ambas se suman vectorialmente.

Fórmula

La tensión cortante directa es τ′ = F / A y la debida a torsión τ″ = M × r / J. A es el área de garganta (espesor de garganta × longitud total) y J el momento polar respecto al centroide. Si todos los cordones tienen igual garganta, J = a × J_u. J_u solo depende de la geometría de las líneas: (b + d)³ / 6 para un rectángulo cerrado y d (3b² + d²) / 6 para dos líneas paralelas.

Ejemplo

Un rectángulo cerrado de 50 × 50 mm se suelda en ángulo con catetos de 5 mm, por lo que la garganta es 0,707 × 5 = 3,535 mm. Una carga vertical de 12 kN actúa a 175 mm del centroide. El área de garganta es 3,535 × 200 = 707 mm² y la tensión cortante directa 12 000 / 707 = 17,0 MPa. J_u = 100³ / 6 = 166 700 mm³ y J = 589 200 mm⁴. En una esquina, cada componente de la tensión por torsión es 12 000 × 175 × 25 / 589 200 = 89,1 MPa. En las esquinas próximas a la carga, la resultante es √(89,1² + (17,0 + 89,1)²) = 138,5 MPa. La calculadora se abre con este ejemplo y el resultado coincide con la solución desarrollada en Shigley.

Cómo utilizar la herramienta

Introduce cada cordón mediante sus extremos y el espesor de garganta o elige una disposición predefinida. Introduce la carga y un punto de su línea de acción. La herramienta calcula la tensión en cada extremo, señala el punto crítico y obtiene allí la carga por unidad de longitud (N/mm). Esta carga lineal permite elegir el tamaño de soldadura en una tabla.

Límites

Solo se contemplan cargas en el plano de las soldaduras. Para momentos fuera del plano que flexionan el grupo, el segundo momento de área se calcula de otra forma. Compara la tensión con la resistencia de soldadura de tu normativa. En el método simplificado de EN 1993-1-8, el límite tiene la forma f_u / (√3 × β_w × γ_M2): toma los coeficientes de la norma. La resistencia del metal base, la calidad de soldadura y la fatiga se evalúan aparte.