Esfuerzo de tensión de pernos grado 8
Escrito por John Erwin ; última actualización: February 01, 2018
El esfuerzo de tensión es la definición de la fuerza que un material puede soportar antes de sufrir una fractura, siempre se expresa en función de una unidad de área. Además del esfuerzo tensor, otros factores mecánicos deben considerarse para realizar una conexión adecuada, incluyendo el esfuerzo de deformación y el correcto acomodo de todas las partes de la conexión. Con el diseño apropiado, una conexión por tornillo puede soportar cargas de trabajo mucho mayores que las esperadas en su ciclo de trabajo.
Propiedades mecánicas de los pernos
La fuerza que soporta un perno está determinada por sus propiedades mecánicas. El esfuerzo a tensión de un material se determina experimentalmente, estirandolo hasta que sufre una fractura al llegar a la fuerza máxima que resiste. El esfuerzo de deformación de este mismo material es la fuerza capaz de deformar el material permanentemente; en caso del perno, su vástago comenzará a alargarse y adelgazar una vez alcanzado el esfuerzo de deformación.
Los pernos grado 8 están hechos de aleación de acero al carbono, templado y revenido para aumentar su resistencia. Su esfuerzo a tensión equivale al doble de los pernos grado 2 que no son sometidos a los procesos de revenido y templado.
Marcas identificadoras
Todos los pernos llevan marcas que los hacen identificables para obreros y mecánicos en su área de trabajo. La mayoría porta marcas en la cara superior, las marcas varían dependiendo de su grado. Por ejemplo, los pernos grado 8 están marcados por 6 líneas radiales, mientras que el identificador de los pernos grado 5 sólo consiste en 3 marcas radiales, y un perno grado 2 no posee ninguna marca identificadora. (Aclaración: Estos identificadores son para referencias en países que siguen el sistema inglés, en el sistema internacional, SI, existen otros estándares para identificar las propiedades mecánicas de los pernos)
Determinar la carga máxima de un perno grado 8.
Loes esfuerzos de tensión y deformación se expresan en psi en el sistema inglés (MPa en el SI). Para determinar la carga máxima (expresada en Newtons) a la que se puede someter el perno, multiplica el área de la sección transversal (milímetros cuadrados) del vástago por el esfuerzo a tensión del material (mega Pascal). Por ejemplo, un perno de diámetro de media pulgada (12 mm) tiene una sección transversal de 0.1963 pulgadas cuadradas (126.67 milímetros cuadrados) así que su carga máxima será 0.1963 (área) x 150,000 (esfuerzo a tensión) = 29 445 libras (126.67 milimetros cuadrados x 1 034 MPa = 130,976.8 Newton).
Factor de seguridad
No se diseña una unión pensando en que pueda romperse, por esta razón, los ingenieros civiles y mecánicos utilizan factores de seguridad para determinar el tamaño apropiado de los tornillos a utilizar. Si el factor de seguridad es 1.1, la máxima carga a la que se debe someter un perno en la fase de diseño se denomina "carga crítica", equivalente a menos del 92% del esfuerzo de tensión. Manteniendo la carga del perno en la estructura por debajo del valor de la carga crítica asegura que el perno no se deformará de manera permanente. En otro ejemplo, para un factor de seguridad 2.0, la carga crítica del tornillo es igual a la mitad de la carga máxima.
Ensamblamiento adecuado para una conexión segura
Además de la carga del perno, existen otros factores que determinan la durabilidad de una conexión. El número de cuerdas en el tornillo es determinante para resistir las fuerzas axiales sobre el perno. No debe existir holgura entre los pernos y sus tuercas y el vástago del perno debe ocupar toda la superficie interior de la tuerca hasta atravesarla completamente, esto asegura que la carga está correctamente repartida entre el perno y la tuerca. La temperatura, la vibración y la corrosión son otros factores que pueden afectar la funcionalidad de los pernos.
Si el diseño es adecuado, una conexión con pernos tendrá una vida útil más larga que las partes que lo componen. Sin importar el grado y la resistencia, la conexión debe ser diseñada tomando en cuenta el uso y las condiciones de trabajo, incluyendo las propiedades físicas y químicas de los materiales a utilizar.
