Pernos de alta resistencia galvanizados: todos los coeficientes de par cumplen, pero Japón exige el giro de tuerca

El F8T galvanizado no tiene una JIS propia

F8T es una clase japonesa de perno hexagonal de alta resistencia para uniones por fricción, normalizada en JIS B 1186. El F8T galvanizado en caliente no tiene una JIS separada: el artículo indica que aplica los valores de JIS B 1186 y que cada fabricante vende con autorización del ministro de Tierra, Infraestructura, Transporte y Turismo. Los valores incluyen una tensión de prueba mínima de 640 N/mm², resistencia a la tracción de 800 a 1000 N/mm², coeficiente de par de 0,110 a 0,150 y al menos 550 g/m² de cinc (HDZ55). Las arandelas pierden dureza por el recocido durante el galvanizado, por lo que su límite inferior se fija por separado.

Por qué las normas exigen el giro de tuerca

Tanto las especificaciones japonesas para puentes de carretera como la norma de diseño de estructuras ferroviarias exigen el giro de tuerca para el F8T galvanizado, controlando el perno en su zona plástica en vez de mediante el par en su zona elástica. El artículo da dos razones: la variación del espesor del recubrimiento en los elementos y pernos galvanizados dispersa la precarga, y la pérdida de precarga por relajación es grande.

El procedimiento comienza con un apriete inicial de la unión (la norma ferroviaria indica 100 N·m para M16, 150 para M20 y M22, y 200 para M24), se marca, y después se gira la tuerca 120° ± 30° para pernos de hasta cinco diámetros de longitud; los pernos más largos requieren una prueba preliminar. El origen del ángulo se explica en Par más ángulo.

Coeficientes de par de 1.038 pernos

El estudio abarcó certificados de inspección de producto de pernos utilizados en proyectos de la entidad ferroviaria y de los siete fabricantes, además de pernos de prueba: 346 registros, cada uno con la media de tres pernos.

Las medias se sitúan en la parte central del intervalo; el mínimo está 0,005 por encima del límite inferior y el máximo 0,007 por debajo del superior. No hay una relación clara con la longitud del perno. Además, el coeficiente de par de un fabricante fue inferior a 0,120 en todos los tamaños.

Cifras ordenadas, traducidas a fuerza de apriete

Para un par dado, la fuerza de apriete es inversamente proporcional al coeficiente de par. Entre el mínimo y el máximo de los certificados, 0.143 ÷ 0.115 = 1.24: un lote con 0,115 alcanza un 24% más de fuerza de apriete que uno con 0,143 al mismo par. Solo para M22, con media 0,126 y desviación estándar 0,0058, dos desviaciones estándar a cada lado dan de 0,114 a 0,138, alrededor de ±9%. Estas conversiones son cálculos de este sitio a partir únicamente de los valores de los certificados.

El valor del certificado es el resultado de inspección de producto de ese juego de pernos. La variación del recubrimiento que preocupa a las normas, tanto en los pernos como en los elementos galvanizados, y la relajación después del apriete no aparecen en él. Unos certificados ordenados no demuestran que el control por par sea suficientemente preciso; las normas optaron por el control angular (Una cifra de par presupone una condición de fricción).

Para quien especifica los pernos

Decida primero el método de apriete. Si se utiliza control por par, establezca el par a partir del coeficiente propio del perno galvanizado, no de una tabla para pernos sin recubrimiento; la dispersión por recubrimiento y relajación permanece (Par correcto, fuerza de apriete incorrecta).

Lea el certificado de ese lote. Dentro del mismo intervalo, los fabricantes pueden situarse sistemáticamente en valores bajos o altos. Un proveedor o lote nuevo justifica volver a comprobar el par.

La tuerca galvanizada es un asunto propio. Su rosca se corta después del galvanizado (La rosca de una tuerca galvanizada en caliente se corta después de aplicar el cinc).

Lo que esta página no puede concluir

Estas son estadísticas de certificados de F8T japonés según JIS B 1186 y no se transfieren directamente a clases ISO ni a otras normas nacionales. La conversión de fuerza de apriete solo utiliza coeficientes de certificados, sin variación del recubrimiento en campo ni relajación. El artículo no trata la fragilización por hidrógeno de los pernos galvanizados de alta resistencia (La protección contra la corrosión que rompe el tornillo).

Este artículo no pertenece a un solo paso de los seis: abarca varios o aparece después del montaje. Las decisiones se explican en el artículo inglés Specifying a screw.

Preguntas frecuentes

¿Se pueden apretar por par los pernos de alta resistencia galvanizados en caliente?

Las normas japonesas para puentes de carretera y estructuras ferroviarias exigen el método de giro de tuerca para el F8T galvanizado: apriete inicial y después un giro de 120° ± 30° para pernos de hasta cinco diámetros de longitud, debido a la variación del espesor del recubrimiento y a las grandes pérdidas por relajación.

¿Cuál es el coeficiente de par de los pernos de alta resistencia galvanizados?

Un estudio de 2020 de certificados de 1.038 pernos F8T galvanizados encontró medias de 0,126 a 0,129, un mínimo de 0,115 y un máximo de 0,143 frente a un intervalo especificado de 0,110 a 0,150. Un fabricante quedó por debajo de 0,120 en todos los tamaños.

Referencias

• Komine et al. (2020) — Investigation of torque coefficient and mechanical property on hot dip galvanized high strength bolts, JSCE Journal A1 76(1):174–179 (J-STAGE, acceso abierto, en japonés)
• Par más ángulo

El artículo se leyó completo; los valores especificados, los recuentos de registros, los coeficientes de par y las propiedades mecánicas son los publicados. Sus tablas imprimen kN como unidad del coeficiente de par; el coeficiente es adimensional y aquí se muestra sin unidad. La relación de fuerza de apriete y el intervalo de dos desviaciones estándar son cálculos de este sitio.