Es fundamental comprender las distintas ventajas e inconvenientes asociados a un método de fijación. Utilizando estrategias de diseño eficaces para el pegado, es posible maximizar las ventajas y minimizar los inconvenientes, garantizando así la durabilidad de la unión. El pegado adhesivo sigue el mismo principio. Si se respetan los fundamentos del diseño, es posible conseguir uniones resistentes y duraderas.
El Diseño Inicial
Un buen diseño desempeña un papel clave en la optimización de las numerosas ventajas que tienen los adhesivos en comparación con otros métodos de fijación. Para garantizar un rendimiento óptimo, es crucial diseñar uniones que minimicen la concentración de tensiones, ya que los adhesivos rinden mejor repartiendo la tensión en superficies amplias en comparación con zonas concentradas, como puntos o cordones únicos. A modo de ilustración, consideremos la transición de la soldadura en ángulo al pegado estructural para una típica unión en T. Este cambio permite la distribución de la tensión en un área más amplia, como se muestra en la región naranja del diseño.
Hay que considerar los siguientes factores a la hora de diseñar el pegado de las piezas:
- Propiedades mecánicas del adhesivo
- Características del soporte (tipo, tamaño, propiedades, estado, etc.)
- Características geométricas
- Condiciones de carga
- Factores de reducción
Principios Básicos de Diseño y Buenas Prácticas
En el pegado de piezas, los adhesivos suelen estar expuestos a varios tipos de tensiones, ya sean individuales o combinadas (véase la figura 2). La torsión y la flexión pueden dar lugar a patrones de tensión que se asemejan a combinaciones de estos tipos de tensión.
Los adhesivos resisten eficazmente las fuerzas de cizallamiento, ya que la tensión puede distribuirse uniformemente por toda el área adherida. Por lo tanto, incorporar elementos de diseño relativas al cizallamiento es una elección acertada. Sin embargo, es importante tener en cuenta que los picos de esfuerzo de cizalla se producen en los extremos del solape, donde se soporta la mayor parte de la carga. La intensidad de estos picos de tensión depende de la rigidez relativa del adhesivo y de los adherentes. Cuando un adhesivo flexible se somete a cizallamiento, la tensión se distribuye de forma más uniforme, lo que provoca menores picos de tensión en el extremo del solape.
Las cargas de compresión y tensión, ejercidas por soportes rígidos, crean una distribución uniforme de la tensión dentro de la capa adhesiva. Esto puede ser ventajoso en términos de diseño. Las cargas de compresión son preferibles, ya que los adhesivos suelen presentar una mayor resistencia a la compresión. Por el contrario, las cargas de tracción pueden provocar el despegado o la rotura si los adhesivos se deforman o si la carga aplicada se desplaza en cierta medida. La deslaminación y la hendidura concentran grandes tensiones a lo largo de una única zona de la unión, lo que puede provocar un fallo prematuro, especialmente cuando se utilizan adhesivos rígidos.
Las juntas sometidas a tensiones de deslaminación o hendidura, así como a flexión, deben rediseñarse para optimizar su idoneidad en aplicaciones de pegado.
Buenas Prácticas en el Diseño de Pegado de Piezas
Las directrices fundamentales para el diseño del pegado de piezas, pueden resumirse sucintamente siguiendo los principios que se ilustran a continuación:
- Minimizar las tensiones por deslaminación y hendidura y priorizar las de compresión y cizallamiento.
- Maximizar, en lo posible, el área de pegado.
- Optimizar el diseño de la junta para favorecer una distribución uniforme de las tensiones.
Dimensionamiento con factores de reducción
Tras establecer un diseño adecuado, las dimensiones de la junta pueden calcularse teniendo en cuenta la capacidad del adhesivo para soportar cargas durante toda su vida útil. Es esencial tener en cuenta las condiciones ambientales externas, así como las fuerzas de fatiga y deslizamiento, ya que degradan gradualmente las propiedades mecánicas del adhesivo con el paso del tiempo. Si no se tienen en cuenta estos factores, puede producirse un fallo prematuro del pegado. Además, el grosor del adhesivo y la temperatura de servicio deben tenerse en cuenta durante el proceso de diseño, ya que también influyen en la resistencia final del material.
Por lo tanto, a la hora de dimensionar la junta, es crucial basarse en datos de materiales que representen escenarios críticos posibles durante la vida útil del pegado. Un enfoque simplificado consiste en utilizar factores de reducción (γ) para parámetros como la temperatura, el espesor, el envejecimiento ambiental, las cargas durante la vida útil, etc., aplicados a la resistencia de referencia o característica (τc).
Además, se emplea un factor de seguridad de diseño (Sd) para calcular la resistencia máxima admisible (τa) mediante la siguiente fórmula:
τa = τc *γtemp *γespesor *γenvejecimiento *γcarga......./Sd
Para productos Sika específicos, en nuestra documentación técnica están disponibles conjuntos de referencia de factores de reducción para facilitar el proceso de dimensionamiento.