Un tornillo es una barra metalica de sección transversal circular, con una cabeza en un extremo y cuerpo o espiga roscada en el otro, para recibir una tuerca. Se utilizan para unir elementos de acero. Con base en el material y la resistencia los tornillos estructurales se pueden clasificar como tornillos estructurales ordinarios y como tornillos de alta resistencia. Las juntas atornilladas tienen una ventaja económica frente a otros procedimientos de conexión. Tornillos Ordinarios o communes Estos tornillos los designa la ASTM como tornillos A307 llamados a veces tornillos sin tornear y se fabrican con aceros al carbono con características de esfuerzos y deformaciones muy parecidas a la del acero A36. Estan disponibles en diámetros que van de 5/8 pulg. Hasta 1 ½ pulg. En incrementos de 1/8 de pulg. Los tornillos A-307 son más baratos que los tornillos A325 y A-49O, y se deben usar en aplicaciones estructurales de cargas estáticas, siempre que sea posible.
Los tornillos A307 se fabrican generalmente con cabezas y tuercas cuadradas para reducir costos, pero las cabezas hexagonales se usan porque tienen una apariencia un poco mas atractiva, son mas fáciles de manipular con las llaves mecánicas y requieren menos espacio para girarlas. Tienen relativamente grandes tolerancias en el vástago y en las dimensiones de la cuerda, pero sus resistencias de diseño son menores que las de los remaches o de los tornillos de alta resistencia. Se usan principalmente en estructuras ligeras sujetas a cargas estáticas y en miembros secundarios. Los tornillos de cabeza hexagonal y las tuercas se fabrican normalmente en varios tamaños y resistencias a la tracción. Antes se acostumbraba a poner arandelas bajo las tuercas, pero ahora suelen omitirse. Los grados de resistencia más comunes de los tornillos estructurales son 4,6 y 8,8, el primero para fines generales y el segundo cuando se aplican cargas mayores. Normalmente los tornillos se aprietan con llave a mano, en taladros con 2 mm de holgura para tornillos de diámetro de hasta 24 mm, y con holgura de 3 mm en diámetros de más de 24 mm. Cuando la posición debe ser exacta, y para evitar que se muevan las piezas unidas, se ponen tornillos hechos a máquina con precisión, en taladros escariados. Estos tornillos exigen trabajar con exactitud y su colocación es costosa. Si se requiere rigidez, es normal poner tornillos HSFG (de alta resistencia) pretensados.
Tornillos de alta resistencia (HSFG) Estos tornillos se fabrican a base de acero al carbono tratado térmicamente y aceros aleados, tienen resistencias a la tensión de dos o mas veces la de los tornillos ordinarios. Existen dos tipos básicos, los A325 (hechos con acero al carbono tratado térmicamente) y los A490 de mayor resistencia(también tratados térmicamente pero hechos con acero aleado) Se desarrollaron para utilizarse con miembros de acero de alta resistencia. Las especificaciones ASTM permiten el galvanizado galvanizado de los tornillos A325 pero no el de los A490. El A325 es el tornillo estructural que se utiliza comúnmente Los tornillos de alta resistencia se usan para todo
tipo de estructuras desde pequeños edificios hasta rascacielos y puentes monumentales. constituyen en la actualidad las uniones mas utilizadas en las estructuras de acero, utilizan tuercas hexagonales de trabajo pesado del mismo tamaño nominal que el de la cabeza del tornillo para que el montador utilice una sola medida de llave o cubo para la cabeza y para la tuerca. Pueden apretarse hasta alcanzar esfuerzos muy altos de tensión, de manera que las partes conectadas quedan fuertemente afianzadas entre la tuerca del tornillo y su cabeza lo que permite que las cargas se transfieran principalmente por friccion. Se dice que los tornillos de alta resistencia son apretados sin holgura o bien completamente tensados. Los tornillos completamente tensados son un proceso caro solo deben usarse cuando es necesario y cuando las cargas de trabajo ocasionan un gran numero de cambios en los esfuerzos con la posibilidad de generar fatiga. En ocasiones se fabrican tornillos de alta resistencia a partir de acero A449 con diámetros mayores a 1 ½ pulg. Que es el diámetro máximo de los A325 y A490. Estos tornillos pueden usarse también como pernos de anclaje de alta resistencia y para barras roscadas de diversos diámetros. Son aceptados para estructuras sometidas a cargas tanto estáticas como dinámicas. Estos tornillos no solo se convirtieron en el principal tipo de conector de campo sino que se encontró que poseían muchas aplicaciones en conexiones de taller. Las conexiones que antes se hacían con tornillos y tuercas ordinarias no eran muy satisfactorias cuando estaban sometidas a cargas vibratorias porque las tuercas con frecuencia se aflojaban. Utilizando tornillos de alta resistencia el montaje de acero estructural es mas rápido. Se requiere menor numero de tornillos para proporcionar la misma resistencia. Las juntas atornilladas tienen mejor resistencia a la fatiga. La resistencia de las uniones en las que se emplean tornillos de alta resistencia, se debe al aprovechamiento de las fuerzas de rozamiento desarrolladas al apretar fuertemente los diversos tornillos. Estas contrarrestan la acción de las fuerzas exteriores, que tienden a separar las piezas. En las uniones con tornillos HSFG, el esfuerzo cortante se transmite entre las piezas unidas por fricción. La fuerza de fricción procede del apriete de los tornillos, realizado de manera controlada para crear una tensión específica en la espiga. Los tornillos se colocan en taladros con holgura, así que puede no haber efecto portante en la transmisión de la carga. Para aprovechar el efecto de fricción, se necesitan tornillos de alta resistencia a la tracción de modo que se logre el par de apriete adecuado con tornillos de tamaño moderado. Existen tornillos HSFG de dos grados de resistencia, calidad general (equivalente a 8,8) y calidad superior (equivalente a 10,9). Las tuercas están calculadas para desarrollar la máxima resistencia del tornillo. Se ponen arandelas reforzadas bajo la pieza que va a girar en el apriete.
. Las uniones se hacen bien con tornillos ordinarios o de alta resistencia (HSFG). Estos últimos se pueden pretensionar mediante los métodos de torsión regulada, giro parcial o arandelas indicadoras de la carga. El costo de adquisición de un tornillo de alta resistencia es varias veces mayor que un tornillo ordinario
Instituto técnico de la estructura de acero(ITEA)/ TOMO 4/Lección 4.2.2 : Montaje II Diseño de acero estructural Joseph Bowles Manual de Estructuras metálicas ITOP/CAPITULO II Diseño de estructuras de acero(LRFD) Mc Cormac/CAPITULO 12/Conexiones atornilladas Estructuras de acero: comportamiento y LRDF/Sriramulu Vinnakota
