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Por qué se aflojan los tornillos: dos fallos distintos comparten la palabra
En resumen: «se aflojó» abarca dos fallos que no comparten ningún mecanismo. En uno, el tornillo giró hacia atrás. En el otro, el tornillo nunca se movió y aun así la fuerza de apriete desapareció. El fijador de roscas, las tuercas de par predominante y las arandelas de seguridad solo atacan el primero — y las arandelas Grower apenas atacan siquiera ese. Antes de elegir una contramedida, averigüe qué fallo tiene. Basta con un rotulador y no cuesta nada.
Dos fallos, una palabra
| Fallo | ¿Giró el tornillo? | Causa |
|---|---|---|
| Autoaflojamiento por rotación | Sí — se desenroscó | Movimiento transversal (lateral) en las caras de la unión, no tracción axial |
| Pérdida de precarga sin rotación | No — está exactamente donde lo dejó | Asentamiento, relajación, fluencia, ciclos térmicos — la unión se acortó |
Ningún dispositivo antirrotación fabricado jamás detecta el segundo. A un tornillo que nunca gira no se le puede impedir girar. Poner fijador de roscas en una unión que pierde precarga por asentamiento encarece, añade un problema de retrabajo y no cambia nada — y es uno de los arreglos equivocados más comunes en el montaje de fijaciones pequeñas.
Esto se ve en el registro público de retiros. Al leer cada retiro causado por una fijación en dos registros de EE. UU., los dos discrepan sobre qué fallo predomina: el aflojamiento en productos de consumo (45,8 %) y la rotura en dispositivos médicos (49,3 %).
La comprobación gratuita que los distingue
Después de apretar, trace con un rotulador una sola raya que cruce la cabeza del tornillo y continúe sobre la pieza contigua. Luego ponga el producto en marcha.
- Las dos mitades de la raya ya no coinciden → el tornillo giró. Tiene autoaflojamiento
- La raya sigue perfectamente alineada, pero la unión está floja → el tornillo nunca se movió. Tiene pérdida de precarga
- La raya está alineada y la unión sigue apretada, pero el par para girarlo ha bajado → pérdida de precarga en curso, detectada a tiempo
Esta comprobación es decisiva, no cuesta nada y casi nadie la hace. Reapretar antes de marcar destruye la prueba, exactamente igual que meter un tornillo más grande en un agujero con la rosca barrida destruye allí la prueba.
Así que se desenroscó — pero casi nunca se desenrosca de esa manera
Lo contraintuitivo del autoaflojamiento es la dirección. No es la tracción lo que desenrosca un tornillo — es el deslizamiento relativo entre las caras de la unión. Junker lo demostró a finales de la década de 1960 con un banco de vibración transversal, y sigue siendo la base de los ensayos de los dispositivos de seguridad.
- Mientras las caras apretadas no puedan deslizar entre sí, el tornillo no gira, por mucha vibración axial que haya
- Una vez que empieza el deslizamiento transversal, los contactos bajo la cabeza y en la rosca deslizan a su vez, y cada ciclo devuelve un poco de rotación
- Por eso la verdadera defensa es la precarga — suficiente fuerza de apriete para que el deslizamiento nunca empiece
Esto replantea todo el problema. Una unión que se autoafloja suele ser una unión que nunca tuvo precarga suficiente, o que la perdió — lo que significa que los dos fallos de la tabla anterior no son independientes. La pérdida de precarga es muy a menudo lo que permite que empiece el autoaflojamiento.
Por qué los tornillos pequeños pierden una parte mayor de su precarga
El asentamiento es el aplastamiento de la rugosidad superficial bajo las caras de apoyo y en las roscas. Esta es la parte que no aparece en las guías generales de fijaciones:
- El asentamiento es una distancia absoluta, no un porcentaje. Unas pocas micras de asperezas aplastadas son unas pocas micras tanto si el tornillo es M2 como M12
- Pero el alargamiento elástico que almacena la fuerza de apriete crece con el tornillo. Un tornillo corto y delgado guarda su precarga en un alargamiento muy pequeño
- Así que las mismas pocas micras eliminan una fracción mucho mayor de la precarga en un tornillo pequeño. Es una consecuencia geométrica, no un problema de calidad
La consecuencia práctica: la longitud de apriete es una variable de diseño, no un sobrante. Un tornillo más largo que atraviesa un separador almacena más alargamiento para la misma fuerza de apriete y es mucho menos sensible al asentamiento — y la fuerza de apriete que realmente se obtiene de un par dado es otro problema distinto.
Contramedidas, ordenadas según ataquen o no la causa
Una advertencia antes de la tabla: un experimento en el que se pegaron las tuercas para que no pudieran girar aun así perdió hasta el 40% de la fuerza de apriete en 200 ciclos. Las medidas antirrotación solo atacan el primer fallo.
Una medida falta a propósito en esta tabla: la contratuerca. Solo ataca la rotación y, donde el bloqueo tiene que verificarse, una y otra vez no logra calificarse — el orden estaba en la norma, y luego se eliminó.
| Medida | Qué fallo ataca | Veredicto |
|---|---|---|
| Eliminar el deslizamiento transversal — pasadores, resaltes, mayor fricción entre caras | Autoaflojamiento, en su causa | La mejor. Elimina el mecanismo en lugar de resistirlo. La fricción entre caras también determina si un tornillo inclinado desplaza la unión al introducirlo |
| Más precarga, más longitud de apriete | Ambos | La mejor. Evita el deslizamiento y diluye el asentamiento al mismo tiempo |
| Par predominante (parche de nailon, rosca deformada) | Solo autoaflojamiento | Funciona, pero es fricción en la rosca — no restituye la fuerza de apriete perdida. La cifra de la ficha técnica es un límite y no un valor que sumar |
| Fijador de roscas químico | Solo autoaflojamiento | Funciona si se aplica y cura correctamente. Crea un problema de retrabajo y limpieza |
| Arandelas de bloqueo por cuña (pareja con rampas) | Solo autoaflojamiento | Eficaces en ensayos de vibración transversal — lo que esa frase omite |
| Arandela Grower (arandela elástica partida) | Ninguno, en la práctica | El manual de diseño de fijaciones de la NASA califica el tipo partido de inútil para el bloqueo una vez aplanado por la precarga (los demás tipos de arandela y lo que hace realmente cada uno), y la arandela se aplana con una pequeña fracción de la fuerza de apriete habitual |
| Bloqueo positivo — tuerca almenada y pasador de aletas, alambre de seguridad, arandela de lengüeta | Solo autoaflojamiento, y de forma absoluta | No resiste la rotación, la prohíbe más allá de un paso discreto. El precio es que la precarga con la que se termina es la que permitió el agujero, no la que se fijó (una tuerca almenada se detiene donde el agujero lo permite) |
| Reapriete programado | Ninguno — trata el síntoma | Legítimo solo como medida provisional, y oculta la tendencia que le habría indicado la causa |
Fíjese en la forma de la tabla: las dos medidas que funcionan contra ambos fallos son las dos que cambian la unión en lugar de añadir una pieza. Cada dispositivo de la mitad inferior es una forma de resistir un mecanismo en lugar de eliminarlo, y por eso se califican por ensayo y no por principio.
Cuatro preguntas antes de añadir un dispositivo de seguridad
- ¿Se movió la raya de rotulador? Si no, ningún dispositivo de seguridad es la respuesta
- ¿Hay carga transversal en esta unión? Si las piezas pueden deslizar entre sí aunque sea un poco, ese es el mecanismo
- ¿Cuánto alargamiento tiene el tornillo? Una longitud de apriete corta con caras blandas o recubiertas es la combinación sensible al asentamiento
- ¿Ha cambiado algo la fricción recientemente? Un recubrimiento nuevo cambia tanto la relación entre par y precarga como la fricción entre caras — cambiar el acabado es cambiar la unión, y hay que volver a verificarla
Cuánta de esa pérdida es tolerable es una pregunta que esta página no puede responder, porque las fuentes no fijan un umbral. Un documento sí lo hace, para un tipo de perno: una normativa que fija el setenta por ciento de un mínimo especificado, y el cincuenta cuando la placa apoya sobre madera.
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
¿Qué hace realmente que los tornillos se aflojen por vibración?
El deslizamiento relativo entre las caras apretadas —el movimiento transversal—, no la tracción axial. Junker lo demostró a finales de la década de 1960 con un banco de vibración transversal, y sigue siendo la base de los ensayos de dispositivos de seguridad. Mientras las caras no puedan deslizar entre sí, el tornillo no gira, por mucha vibración axial que haya. Una vez que empieza el deslizamiento, los contactos bajo la cabeza y en la rosca deslizan a su vez y cada ciclo devuelve un poco de rotación.
¿Cómo puede estar flojo un tornillo si no ha girado?
Es pérdida de precarga sin rotación, causada por asentamiento, relajación, fluencia o ciclos térmicos. La rugosidad superficial bajo las caras de apoyo y en las roscas se aplasta, la unión se acorta de forma microscópica y se libera el alargamiento elástico que almacenaba la fuerza de apriete. Ningún dispositivo antirrotación puede ayudar, porque nada está girando. Trace una raya sobre la cabeza y la pieza: si la raya sigue alineada y la unión está floja, esto es lo que ocurrió.
¿Funcionan las arandelas Grower?
El manual de diseño de fijaciones de la NASA califica el tipo partido de inútil para el bloqueo una vez que la precarga ha aplanado la arandela, y se aplana con una pequeña fracción de la fuerza de apriete habitual. En ensayos de vibración transversal, las arandelas partidas y las dentadas aportan muy poco bloqueo. Las medidas que eliminan el deslizamiento transversal, o que aumentan la precarga y la longitud de apriete, atacan la causa en lugar de resistirla.
¿Por qué los tornillos pequeños pierden fuerza de apriete con más facilidad?
Porque el asentamiento es una distancia absoluta, mientras que el alargamiento elástico almacenado crece con el tornillo. Unas pocas micras de asperezas aplastadas son unas pocas micras tanto si el tornillo es M2 como M12, pero un tornillo corto y delgado guarda su fuerza de apriete en un alargamiento muy pequeño, así que las mismas pocas micras eliminan una fracción mucho mayor de la precarga. Es geometría, no un problema de calidad, y por eso la longitud de apriete debe tratarse como una variable de diseño y no como lo que sobre.
Referencias
- Junker test — Wikipedia (ensayo de vibración transversal, Gerhard Junker, finales de la década de 1960)
- Bolt Science — Self-loosening of threaded fasteners
- NASA RP-1228 — Fastener Design Manual (evaluación de las arandelas de seguridad partidas)
- ISO 16130 — Aerospace series — Dynamic testing of the locking behaviour of bolted connections under transverse loading conditions
Consulta
¿Hay uniones que se aflojan en servicio y no sabe qué fallo es? Trace una raya sobre la cabeza y la pieza, ponga el producto en marcha y envíenos una foto de la raya junto con la longitud de apriete y los materiales de las piezas unidas. Esa única foto decide si un dispositivo de seguridad ayudaría en algo — y con bastante frecuencia la respuesta es que no.
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