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DISEÑO DE UNIONES ADHESIVAS
Para llevar a cabo el diseño de una unión adhesiva se considera que el adhesivo trabaje a cargas de cortadura lo máximo posible, evitando esfuerzos de pelado pues es lo que menos tolera.
Los esfuerzos de tracción son aceptables pero peligrosos ya que una mínima desviación en la línea de aplicación de cargas puede traer consigo momentos flectores, que pueden someter al adhesivo a esfuerzos de pelado.
El diseño de la unión es el parámetro más importante para obtener el mayor rendimiento de un adhesivo, para desarrollar una aplicación de unión adhesiva eficaz, es necesario tomar en cuenta los siguientes aspectos:
- El área pegada debe ser tan grande como sea posible considerando la geometría de la unión y las limitaciones de peso por lo que un porcentaje máximo del área a adherir debe contribuir a la resistencia de la unión
- El adhesivo debe estar solicitado en la dirección de su máxima resistencia para evitar las cargas mas severas sobre la misma
- La unión adhesiva actúa sobre un área y no sobre un punto, la unión se diseña a modo de minimizar la concentración de tensiones
- Se debe elegir el adhesivo adecuado para los sustratos a unir
- Tiene que ser compatible con los métodos de producción
- Transmitir las cargas de trabajo previstas
- Resistir los medios de exposición
- Preparación de las superficies: métodos de aplicación, tiempo de curado, tiempo general, costes de producción
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TIPOS DE ESFUERZOS
- Compresión: Se producen por fuerzas perpendiculares al plano de unión y producen un acortamiento en el sentido que ejercen. Es el esfuerzo con menos posibilidades de fallo, y sus aplicaciones son limitadas.
- Tracción: Se produce cuando existen fuerzas exteriores actuando perpendicularmente al plano de unión y tienden a alargar la probeta. Cuando estas fuerzas se distribuyen de manera uniforme sobre la sección, la uniones tienen buena resistencia a la tracción porque todo el adhesivo contribuye a la resistencia de la unión. Sin embargo si la carga se concentra en algún punto de la superficie, la resistencia no será uniforme y se crean tensiones que rompen la unión.
- Cortadura: Se producen tensiones paralelas al plano del punto de unión, en donde toda la superficie unida resulta cargada simultáneamente.
- Pelado: Cuando uno de los sustratos es flexible en comparación con el otro, al aplicar una tensión muy alta en el borde de unión se produce una rotura. Aquí se encuentra la mínima resistencia en las uniones adhesivas. Al diseñar una junta adhesiva es importante saber cómo se distribuyen las tensiones para lograr una disposición uniforme.
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LOS ESFUERZOS MECÁNICOS DE ACUERDO A SU VALOR Y DURACIÓN
- Esfuerzos transitorios: Surgen como consecuencia de un incremento único del esfuerzo hasta una carga máxima. Son aislados, ocasionales y se aplican en la fase de diseño para determinar la resistencia nominal de los adhesivos.
- Esfuerzos estáticos o permanentes: Son constantes y se prologan a lo largo del tiempo lo que puede producir fluencia que conduce al desplazamiento relativo de los elementos de unión, sin necesidad de incrementar la fuerza aplicada, este fenómeno tiene una relación directa con la temperatura por lo que en la etapa del diseño se debe elegir bien el material adhesivo para evitar estos fenómenos o, al menos, reducirlos a limites admisibles.
- Esfuerzos dinámicos: Estos esfuerzos requieren de un óptimo conocimiento de las propiedades de fatiga del adhesivo, teniendo en cuenta la aplicación prevista.
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DISEÑO DE UNIONES TRADICIONALES
Entre las diversas uniones posibles, mencionaremos a continuación las más usuales y conocidas para evaluar los inconvenientes y poder mejorar la resistencia técnica de las mismas.
- Uniones a tope
- Uniones a solape
- Uniones en T y en esquina
- Uniones a tope: Este tipo de uniones reducen de manera importante los esfuerzos de tracción y compresión. Si las caras de unión son biseladas se incrementa la zona de unión y se reduce la posibilidad de que se pueda desalinear y desgarrar.
- Uniones a solape:Es el tipo de unión más común pues son sencillas de ejecutar y se pueden unir sustratos de pequeño espesor. Estas uniones trabajan en dirección de máxima resistencia del adhesivo e igualmente pueden sufrir concentración de tensiones debido al desalineo de cargas que puede distorsionar la unión y producir desgarros.
Soluciones para prevenir o disminuir posibles fallos:
-Diseñar de modo que los esfuerzos esté alineados, evitando la distorsión de los adhesivos.
-Rigidizando los sustratos o adherentes aumentando espesores para no hacer excesivo el peso final.
-Biselando los bordes de los sustratos en la zona de unión para ganar flexibilidad y poder minimizar los esfuerzos de pelado.
- Uniones en T y esquina:Estas uniones son propensas a esfuerzos de pelado y desgarro pues la concentraciones de esfuerzos es inevitable.
Soluciones para prevenir o disminuir posibles fallos:
- Aumento de áreas de unión.
- Uniones a tope en doble ángulo recto.
- Emplear escuadras y elementos que favorezcan las zonas de unión
- Rigidez del conjunto.
- Uso de uniones híbridas: Combinando con métodos de unión mecánicos como remaches, puntos de soldadura, etc…
A continuación mostramos algunas uniones con las variantes posibles a aplicar si las características lo permiten para poder mejorar las propiedades de la unión.
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MODOS DE FALLO DE LOS ADHESIVOS
Como hemos mencionado el mecanismo de unión adhesiva esta relacionado con la fuerza de unión entre el sustrato y el adhesivo (adhesión) y de las fuerzas internas del adhesivo (cohesión).
La principal función de la unión es transmitir una carga externa a los miembros estructurales. Si la unión no es capaz de repartir la carga adecuadamente se producirán daños que traen como consecuencia fallos en las uniones adhesivas.
Estos daños pueden ser producidos por adhesión o por cohesión como:
- Tratamiento inadecuado de las superficies a unir
- Falta de cohesión del adhesivo debido a una mezcla inadecuada
- Un curado inapropiado que no haya alcanzado las propiedades mecánicas esperadas.
- Fallo de un elemento estructural: porosidad, huecos y grietas.
- Fallo en el proceso de fabricación.
- Fallo por reacción química entre el adhesivo y sustrato.
Los modos de fallo pueden resumirse a:
- Fallo adhesivo. Fallo de unión de las interfaces entre el sustrato y adhesivo.
- Fallo cohesivo. Cuando la fractura esta en el adhesivo, rompiendo las fuerzas de cohesión del mismo.
- Fallo de sustrato. En algunos casos se quiebra el sustrato antes de unirlo.
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