Arandela helicoidal: análisis de su eficacia y alternativas

Las arandelas helicoidales, también conocidas como arandelas de resorte helicoidal, han sido utilizadas durante más de un siglo con la creencia de que evitan el aflojamiento de tuercas y pernos. Sin embargo, una gran cantidad de evidencia, tanto experimental como basada en la experiencia, demuestra que no solo no previenen el aflojamiento, sino que en muchos casos pueden acelerarlo.

Inconvenientes de las Arandelas Helicoidales

Estudios realizados, como los publicados por Junker en 1969, revelan la ineficacia de estas arandelas para evitar el aflojamiento. La creencia de que las arandelas helicoidales "bloquean" el conjunto es errónea. Su uso ha contribuido a fallos estructurales con consecuencias materiales y humanas. Pruebas realizadas muestran que una tuerca sin asegurar se afloja fácilmente bajo una prueba Junker, y que una arandela helicoidal no impide este aflojamiento; de hecho, en algunos casos lo acelera.

Existen dos afirmaciones comunes sobre las arandelas helicoidales :

1. Previenen el aflojamiento: Esta afirmación es engañosa. Las pruebas demuestran que no impiden la rotación del perno causada por el movimiento relativo entre las roscas de acoplamiento y la superficie de apoyo del sujetador bajo carga transversal.
2. Aumentan la resistencia a la relajación y fatiga: Si bien es cierto que la compresión de la arandela afecta la rigidez del conjunto, este efecto es mínimo e insuficiente. Las arandelas helicoidales tienden a aplanarse a una precarga baja (entre el 10% y el 20% de la precarga objetivo en sujetadores de clase 8 y superiores), perdiendo su efectividad.

A menudo, se coloca una arandela plana entre la junta y la arandela helicoidal para intentar modificar la rigidez del conjunto. Aunque aumentar la deformación elástica es beneficioso para reducir la relajación, especialmente en longitudes de agarre pequeñas, las arandelas helicoidales no logran este objetivo debido a su rápido aplanamiento. La rigidez a la precarga objetivo es crucial, y las arandelas helicoidales no la afectan significativamente.

Alternativas a las Arandelas Helicoidales

Existen arandelas diseñadas específicamente para modificar la rigidez del conjunto perno-junta, como las arandelas cónicas de resorte (arandelas Belleville gruesas). Estas, a diferencia de las arandelas helicoidales, se diseñan para aplanarse cerca de la precarga objetivo, reduciendo las pérdidas por asentamiento. Su diseño cumple con normas como la DIN 6796, y son mucho más efectivas para prevenir el aflojamiento.

Problemas Adicionales de las Arandelas Helicoidales

Durante las pruebas, se ha observado que algunas arandelas helicoidales se rompen durante el proceso de apriete debido al aplanamiento y penetración parcial o total en la superficie de la tuerca o perno. Además, su ineficacia en la prevención del aflojamiento ha contribuido a accidentes, como el descarrilamiento de un tren de alta velocidad en 2007 en Reino Unido, donde el fallo de las arandelas helicoidales causó la separación completa de tuercas y pernos.

En 2004, el Deutsches Institut für Normung (DIN) retiró una serie de estándares que cubrían las llamadas " arandelas de seguridad ", incluidas las arandelas helicoidales, debido a su ineficacia para resistir el aflojamiento o alterar la rigidez del conjunto. Esta decisión se tomó tras recibir críticas generalizadas y reconocer la falta de conocimiento sobre métodos de bloqueo efectivos.

Conclusión

La evidencia indica que las arandelas helicoidales son ineficaces para prevenir el aflojamiento de pernos. Su uso no se recomienda. La mejor forma de evitar el aflojamiento es mediante un diseño correcto de la junta y un ensamblaje adecuado. Aunque existen métodos de bloqueo efectivos, si la junta soporta fuerzas repetidas que causan movimiento, los pernos pueden fallar por fatiga o desgaste, incluso con métodos de bloqueo. No hay sustituto para un diseño de junta correcto.

Consultas Habituales sobre Arandelas Helicoidales

Tabla Comparativa: Arandela Helicoidal vs. Arandela Cónica de Resorte

Para un diseño seguro y eficaz, es fundamental evitar el uso de arandelas helicoidales y optar por soluciones probadas y efectivas, como las arandelas cónicas de resorte.