¿Qué es un perno de alta resistencia?

Los pernos de alta resistencia son fijaciones templadas y revenidas de clase 8.8 o superior, indicadas para uniones sometidas a cargas estáticas y dinámicas elevadas. En una unión atornillada el perno aporta la fuerza de apriete y el sellado lo dan las juntas de brida, por lo que fijación y junta se especifican conjuntamente.

¿Qué es un perno de alta resistencia?

Un perno de alta resistencia se define por sus propiedades mecánicas, no por su tamaño ni por la forma de la cabeza. El acero se templa y se revene para alcanzar valores altos de resistencia a la tracción y de límite elástico, y la clase de resistencia expresa ambos: la primera cifra es la décima parte de la resistencia nominal a la tracción en MPa y la segunda es la relación entre límite elástico y resistencia multiplicada por diez. Las clases más habituales se indican abajo.

Valores nominales de resistencia a la tracción y de límite elástico por clase. La clase 8.8 marca el límite inferior del rango de alta resistencia.

La resistencia por sí sola no explica el diseño. Los pernos de alta resistencia se aprietan con una precarga definida para mantener unidas las placas y transferir la carga por fricción en lugar de por corte del perno. Esta unión por fricción conserva la estanqueidad ante la vibración y los ciclos de presión, y por eso los mismos pernos se emplean en estructuras de acero y en las uniones atornilladas de bridas de tubería.

Ventajas y limitaciones

Las uniones atornilladas con pernos de alta resistencia se eligen frente a la soldadura o el remachado por razones técnicas claras, y también tienen limitaciones definidas.

• Alta capacidad de carga - la resistencia a la tracción y el límite elástico permiten uniones compactas que soportan grandes fuerzas de tracción y corte en servicio de alta exigencia.
• Alta rigidez y resistencia a la fatiga - la precarga mantiene las superficies en contacto, de modo que las cargas dinámicas no abren la unión y baja el riesgo de aflojamiento.
• Montaje rápido en obra - las uniones atornilladas se adaptan al entorno de construcción, se instalan con rapidez y no requieren trabajo en caliente.
• Desmontable y mantenible - la unión puede inspeccionarse, reapretarse o sustituirse sin cortar la estructura.
• Calidad estable y trazable - la producción sigue normas ISO, ASTM y GB, por lo que los lotes son homogéneos y trazables.

La precarga que da rigidez a la unión fija también sus límites.

• Exigencias de montaje - la precarga se fija por control de par, por giro de tuerca o por tensado hidráulico; un apriete insuficiente permite el deslizamiento y uno excesivo deforma el perno o desgasta la rosca.
• Estado de las superficies - las uniones por fricción necesitan superficies limpias, sin aceite, grasa ni óxido suelto, para alcanzar el coeficiente de fricción previsto; esto añade coste de preparación.
• Coste del material - los aceros aleados 40Cr, 35CrMo y 42CrMo, los inoxidables dúplex 2205 y 2507 y las aleaciones de níquel Incoloy 800 y Monel 400 requieren tratamiento térmico y cuestan más que los pernos comunes.
• Riesgo de fractura retardada - cuando existe fragilización por hidrógeno o corrosión bajo tensión, un control débil del material o del proceso deja riesgo de agrietamiento retardado.

Dónde se usan los pernos de alta resistencia

El factor común de estos sectores es una unión sometida a cargas elevadas, vibración o fatiga y que a menudo no puede soldarse en obra.

• Estructuras de acero - vigas, columnas y placas de refuerzo en edificios altos, estadios y recintos feriales, normalmente pernos de cabeza hexagonal pesada o de cabeza rompible.
• Puentes - cerchas principales, placas de unión y apoyos en puentes ferroviarios, de carretera y marítimos, donde mandan la resistencia a la fatiga y la estabilidad a largo plazo.
• Energía eólica y solar - torres de aerogeneradores, uniones de palas y soportes fotovoltaicos, normalmente de clase 10.9 o superior, con carga alternante e intemperie.
• Ferrocarril y vehículos - bogíes, acoplamientos y uniones de carrocería en trenes de alta velocidad, metros y vagones de gran capacidad.
• Maquinaria pesada y minería - excavadoras, trituradoras y prensas con alta vibración e impacto.

La selección parte de la carga y del entorno: clase de resistencia, calidad de aleación o inoxidable frente a corrosión y temperatura, y tratamiento superficial como galvanizado en caliente, Dacromet o recubrimiento de zinc-aluminio. Después los pernos se aprietan con una secuencia calibrada, normalmente en cruz y en varias pasadas, para repartir la precarga por igual.

Preguntas frecuentes

La clase de resistencia, el control de precarga y el tratamiento superficial deciden el comportamiento de la unión; estas son las preguntas habituales de selección y montaje.

¿En qué se diferencia un perno de alta resistencia de uno común?

Un perno común es una fijación de uso general, mientras que uno de alta resistencia se templa y se reviene hasta clase 8.8 o superior y se aprieta con precarga, de modo que la unión trabaja por fricción y no por corte del perno.

¿Qué clase de resistencia conviene especificar?

La clase 8.8 cubre la mayoría de las uniones estructurales, la 10.9 es la elección habitual en torres eólicas y uniones muy cargadas, y la 12.9 se reserva para uniones compactas donde compensa la menor ductilidad.

¿Cómo se controla la precarga durante el montaje?

Los métodos habituales son el control de par, el giro de tuerca y el tensado hidráulico. La calibración de las herramientas y la secuencia de apriete importan tanto como el valor de precarga.

¿Modifica el tratamiento superficial los valores de apriete?

Sí. El galvanizado en caliente, Dacromet y los recubrimientos de zinc-aluminio cambian las condiciones de fricción bajo la tuerca, así que el par debe recalcularse para el perno recubierto.

¿Cuándo se sustituyen los pernos en lugar de reutilizarlos?

Los pernos apretados en exceso, corroídos o expuestos a ambientes de hidrógeno deben sustituirse al abrir la unión, porque el riesgo de fractura retardada permanece en el perno.