La superficie de fricción de un perno de alta resistencia es la interfaz entre dos chapas de acero comprimidas entre sí, a través de la cual se transmite el esfuerzo cortante por rozamiento; se denomina superficie de fricción revestida a aquella que, tras el granallado, ha recibido un tratamiento anticorrosivo indicado por el proyecto (por lo general un silicato de zinc inorgánico o una pintura antideslizante de silicato de zinc). Su parámetro de cálculo es el coeficiente de deslizamiento μ, relación entre la fuerza que provoca el deslizamiento de la interfaz y la suma de los pretensiones de los pernos perpendiculares a esa superficie.
En síntesis: tres conclusiones
- Por defecto no se pinta. El apartado 6.3.7 de GB 50205-2020 prohíbe pintar las superficies de fricción salvo exigencia del cálculo y no admite aceite, óxido suelto, rebabas ni salpicaduras de soldadura.
- Solo puede revestirse si el proyecto lo establece y el valor de μ procede de una tabla normativa o de un ensayo. Los únicos con valores tabulados son los primarios inorgánicos ricos en zinc (JGJ 82-2011: tras granallado y silicato de zinc inorgánico, μ = 0,35 para Q235 y 0,40 para Q355 y superiores); para un poliuretano rico en zinc o un minio alquídico el comentario de GB 50205-2020 reporta medias experimentales cercanas a 0,2 y un valor de cálculo de 0,15.
- Con revestimiento el ensayo se repite. Las probetas deben compartir con las piezas que representan material, lote de fabricación, procedimiento de tratamiento, estado de superficie, serie de pernos y condiciones de almacenamiento; se revisten antes de ensayarse, tres series por procedimiento en cada lote de 50.000 uniones, y el valor medido no puede quedar por debajo del de cálculo.
1. Datos clave
- Coeficientes μ (tabla 3.2.4 de JGJ 82-2011): granallado o arenado 0,45 (Q235) / 0,50 (Q345, Q390, Q420); granallado con óxido uniforme 0,45/0,50; granallado más silicato de zinc inorgánico 0,35/0,40; limpieza con cepillo de alambre o laminado limpio sin tratar 0,30/0,35.
- Comportamiento medido de superficies revestidas (comentario al 6.3.2 de GB 50205-2020): poliuretano rico en zinc y minio alquídico dan medias próximas a 0,2, con valor de cálculo fiable de 0,15; los silicatos de zinc tipo ZINGA pueden asumirse en 0,45; las pinturas antideslizantes de silicato de zinc tienen larga trayectoria en puentes ferroviarios.
- Resistencia al cortante de un perno en unión por fricción: Nvb = 0,9 · nf · μ · P, con nf número de planos de fricción (1 a corte simple, 2 a corte doble) y P pretensión de cálculo.
- Pretensiones P, clase 10.9S: M16 = 100 kN, M20 = 155 kN, M22 = 190 kN, M24 = 225 kN.
- Preparación: el grado de limpieza de la superficie revestida lo fija el proyecto; en la práctica se especifica Sa 2½ según ISO 8501-1, con perfil de anclaje Rz habitualmente entre 40 y 75 µm.
- Espesores: el espesor mínimo del revestimiento sobre una superficie de fricción es dato de proyecto. Para la estructura circundante, sin indicación expresa, el apartado 7.3.1 de GB 55006-2021 exige un espesor total seco de 150 µm en exterior y 125 µm en interior, con tolerancia de −25 µm.
- Lotes de control: un lote equivale a 50.000 uniones atornilladas (una cantidad menor constituye igualmente un lote); con dos o más tratamientos, incluidas superficies revestidas, cada uno se ensaya por separado con tres series de probetas por lote (anexo B.0.7 de GB 50205-2020).
- Carga y precisión: aplicar primero el 10 % de la carga de deslizamiento de cálculo y mantenerla 1 min; cargar después a 3–5 kN/s hasta el deslizamiento; la máquina con error del 1 % y los pernos instrumentados, células de carga y galgas del 2 %.
- Clima de aplicación: humedad relativa no superior al 85 % durante el granallado y la pintura, y acero al menos 3 °C por encima del punto de rocío.
- Reducción por temperatura: entre 100 °C y 150 °C la resistencia de las uniones de alta resistencia se reduce un 10 % (apartado 3.1.4 de JGJ 82-2011).
2. Por qué una película quita rozamiento
2.1 Uniones por fricción y uniones deslizantes
La unión por fricción transmite el cortante mediante el apriete y toma el deslizamiento relativo como estado límite de resistencia. La unión por bearing admite deslizamiento y trabaja a cortante del vástago y a aplastamiento de la pared del agujero, y no está admitida donde gobierna la fatiga bajo carga repetida. El apartado 4.2.1 de JGJ 82-2011 exige en ese caso solo superficies limpias o revestidas según proyecto, sin exigir μ; en la unión por fricción, en cambio, μ decide si el nudo resiste su cortante de cálculo. Dos nudos del mismo pórtico pueden requerir tratamientos de superficie muy distintos.
2.2 Tres formas en que el revestimiento cambia μ
- Se sustituye la interfaz: al contacto rugoso acero sobre acero sucede una interfaz revestimiento sobre revestimiento, y el deslizamiento ocurre dentro de la capa de resina, la más débil.
- Se rellena el anclaje: un perfil de Rz 40–75 µm colmado por una pintura autorrenivelante pierde su enclavamiento mecánico; la superficie que desliza reproduce la forma del revestimiento, no la del acero.
- El film se aplasta y se pule: la pretensión (155 kN en un M20 10.9S) comprime la pintura contra los valles y los ciclos de carga la pulen y destruyen junto a agujeros y bordes, de modo que la carga de deslizamiento retrocede.
Revestir una superficie de fricción no es, por tanto, una capa de cortesía anticorrosiva: es un intercambio deliberado entre capacidad de rozamiento y durabilidad, que debe justificarse con valores normativos o con un ensayo sobre la obra.
3. La frontera normativa: no pintar salvo indicación del proyecto
3.1 La regla general
El apartado 6.3.7 de GB 50205-2020 impone superficies secas y limpias, sin rebabas, aristas vivas, salpicaduras ni poros de soldadura, calamina ni suciedad, y prohíbe toda pintura salvo que el cálculo la exija. La prohibición alcanza todas las capas del sistema, incluida la mano de taller.
3.2 Dónde está hoy la obligación
El apartado 6.3.1 de GB 50205-2020 obligaba a fabricante y montador a realizar por separado ensayo y reensayo de deslizamiento sobre las superficies de fricción, incluidas las revestidas, y un ensayo independiente para las tratadas en obra; era disposición imperativa. Desde el 1 de enero de 2022, la GB 55006-2021, norma de carácter obligatorio integral, sustituyó ese listado: la exigencia está hoy en el apartado 7.1.3, que pide que método de tratamiento y grado de limpieza concuerden con los documentos de proyecto y que las superficies de fricción de las uniones por fricción se ensayen y reensayen por separado tras el tratamiento, con resultados que alcancen el μ fijado por el cálculo. De igual forma fueron sustituidos los apartados 3.1.7, 4.3.1, 6.1.2, 6.2.6, 6.4.5 y 6.4.8 de JGJ 82-2011.
3.3 Las probetas revestidas se pintan antes de ensayarse
El apartado 6.3.2 de GB 50205-2020 exige que limpieza y espesor mínimo del revestimiento se ajusten al proyecto; su comentario añade que el metalizado de aluminio, el galvanizado en caliente, el zincado por proyección, los primarios orgánicos ricos en zinc y demás tratamientos necesitan una base fiable para μ, y que solo el silicato de zinc inorgánico puede tomar valor directamente de GB 50017. En la práctica: tratar, revestir, curar y almacenar las probetas junto con las piezas representadas; la probeta debe reproducir la condición real; una probeta sin pintar o una placa de otro lote no sustituyen el ensayo.
4. Valores de μ admisibles en superficie revestida
| Estado de la superficie de fricción | μ, Q235 | μ, Q345 y superior | Origen del valor | Durabilidad y vigilancia en obra |
|---|---|---|---|---|
| Granallada, sin revestimiento | 0,45 | 0,50 | JGJ 82-2011, tabla 3.2.4 | Máximo rozamiento sin protección: siguiente operación en unas 4 h y sellado de bordes tras el montaje |
| Granallada con óxido uniforme | 0,45 | 0,50 | JGJ 82-2011, tabla 3.2.4 | Válido solo con capa de óxido homogénea; óxido irregular o descascarado anula el valor |
| Granallada más silicato de zinc inorgánico | 0,35 | 0,40 | JGJ 82-2011, tabla 3.2.4 | Aporta protección catódica; controlar espesor y curado completo; prohibida la aplicación a brocha |
| Pintura antideslizante de silicato de zinc | Según datos fiables o ensayo; larga experiencia en puentes ferroviarios | Comentario 6.3.2, GB 50205-2020 | Producto específico, que se coordina con el pretratamiento a pincel y los sellados | |
| Silicato de zinc tipo ZINGA | 0,45 según ensayos nacionales y extranjeros | Comentario 6.3.2, GB 50205-2020 | Partículas de zinc finas; no aplicar a brocha | |
| Poliuretano rico en zinc / minio alquídico | Media cercana a 0,2; valor de cálculo 0,15 | Comentario 6.3.2, GB 50205-2020 | Pérdida marcada de rozamiento; a excluir en uniones por fricción | |
| Aluminizado por proyección, galvanizado en caliente | Procedimiento y μ a establecer por ensayo | GB 50017; nota a la tabla 3.2.4 de JGJ 82-2011 | Punto débil recurrente de los sistemas dúplex; no heredar los datos de los primarios ricos en zinc | |
Aclaración: son valores normativos para el cálculo y la aceptación del lote. Cuando se unen aceros de distinta calidad se adopta el menor; la limpieza con cepillo de alambre debe hacerse en dirección perpendicular al flujo del esfuerzo. Todo procedimiento no tabulado exige ensayo en la obra.
5. Cuántos pernos cuesta perder 0,10 de μ
Véase una unión M20, clase 10.9S (P = 155 kN), con dos planos de fricción (nf = 2) en acero Q355:
- granallada en limpio, μ = 0,50: Nvb = 0,9 × 2 × 0,50 × 155 = 139,5 kN por perno;
- granallada y con silicato de zinc inorgánico, μ = 0,40: Nvb = 0,9 × 2 × 0,40 × 155 = 111,6 kN por perno;
- pintada por error con una imprimación orgánica corriente, μ = 0,15: Nvb = 0,9 × 2 × 0,15 × 155 = 41,9 kN por perno.
La cuenta es terminante: pasar de μ = 0,50 a μ = 0,40 elimina alrededor del 20 % de la resistencia por perno, de modo que se necesitan unos 25 % más de pernos (1 / 0,8 − 1), con efecto sobre pasos, distancias al borde, dimensiones de los despieces y espacio para la llave. Con μ = 0,15 harían falta unas 3,3 veces más pernos que en el caso sin revestir (0,50 / 0,15), a menudo inviable. Una pasada de pistola sobre la superficie de fricción se paga con la capacidad del nudo.
6. Qué productos pueden estar sobre una superficie de fricción
6.1 Silicato de zincos inorgánico y antideslizante de silicato de zinc
Los silicatos de etilo o de potasio cargados de zinc sostienen el metal en un aglutinante inorgánico: la película es dura, porosa y eléctricamente continua por contacto zinc-zinc y zinc-acero, y rellena mucho menos el perfil de anclaje; de ahí que la norma le asigne valores directos. Reglas de uso: llevar el espesor seco al valor de proyecto (el espesor mínimo es parámetro de proyecto), esperar el secado completo antes de montar y ensayar, y recordar que la nota a la tabla 3.2.4 de JGJ 82-2011 excluye la aplicación a brocha en los productos antideslizantes y tipo ZINGA. Debe verificarse la compatibilidad con el intermedio y el acabado del sistema principal y proteger la superficie contra el óxido blanco en ambientes húmedos.
6.2 Epoxi rico en zinc, minio alquídico, poliuretano rico en zinc
Son primarios pesados corrientes, que sobre la superficie de fricción cuestan rozamiento: el comentario de GB 50205-2020 señala cerca de 0,2 de media para el poliuretano rico en zinc y para el minio alquídico. Mientras el cálculo no se apoye en un valor medido, ninguno de ellos debe proyectarse sobre la zona de fricción. El error típico de taller es precisamente el recorrido «granillar la pieza entera, pintar la pieza entera», donde la zona reservada nunca fue marcada.
6.3 Intermedios, acabados y manos de taller
Los intermedios epoxi con mica de hierro y los acabados de poliuretano o polisiloxano son barreras gruesas y autorrenivelantes: no pertenecen a la superficie de fricción. La suerte de la mano de taller íntegra en la zona de la unión la define el proyecto: conservarla suele reducir μ, por lo que se enmascara localmente en el granallado o se retira en el retratamiento.
6.4 Cuando aparece también la protección pasiva contra incendios
El apartado 3.1.4 de JGJ 82-2011 exige que, si la pieza está protegida al fuego con pintura, el espesor en la zona de la unión de alta resistencia no sea inferior al de la pieza adyacente. Ello no contradice la prohibición: la protección contra incendios cubre la geometría expuesta del nudo y la superficie del perfil, mientras la interfaz que transmite el esfuerzo dentro del paquete de chapas queda como en el plano. Ambas zonas deben diferenciarse por color en los planos de taller.
7. Ventana de ejecución y protección
| Fase | Qué gobernar | Práctica habitual y defectos típicos |
|---|---|---|
| Granallado o arenado | Grado de limpieza según proyecto, en la práctica Sa 2½; perfil Rz 40–75 µm | Abrasivo húmedo o agotado no genera anclaje; prohibida la arena de mar; sales solubles medidas según ISO 8502-9 y por debajo de 50 mg/m² como NaCl |
| Aplicación | Humedad relativa hasta el 85 %; acero al menos 3 °C sobre el punto de rocío | El silicato de zinc cura mal con frío y humedad, y sufren a la vez la adherencia y μ |
| Curado y almacenamiento | Montar y ensayar solo con el film seco y en el espesor de proyecto | El silicato de zinc exige tiempos de maduración; ensayar pronto arroja cifras engañosas |
| Bordes | Radio mínimo de 2 mm, tres pasadas de amoladora o tratamiento equivalente | El canto vivo retira el film y concentra tensión y corrosión al mismo tiempo |
| Protección en obra | Seco y limpio, sin aceite, barro, lluvia ni golpes | Cintas sobre zonas reservadas, acopio separado; si reaparece el óxido hay que retratar y ensayar aparte |
| Reensayo previo al montaje | El montador realiza su propio reensayo; las superficies tratadas en obra se muestrean por separado | El informe de taller no es trasladable: transporte y acopio ya cambiaron la superficie |
8. Ensayo y aceptación
El anexo B.0.7 de GB 50205-2020 define el procedimiento: cinco coincidencias, tres series por lote, una curva carga-deslizamiento.
- Cinco coincidencias: la probeta comparte con las piezas calidad de acero, lote de fabricación, procedimiento de tratamiento de la superficie de fricción, estado de la superficie (revestimiento incluido), misma serie y clase de pernos y idéntico almacenamiento.
- Geometría: probeta a tracción con dos planos de fricción y dos pernos por lado; las chapas laterales no más delgadas que la mitad del alma; la sección neta permanece elástica antes del deslizamiento y cada probeta se ensaya una sola vez.
- Apriete: pretensión inicial a cerca del 50 % de la pretensión normalizada y apriete final con cada perno medido entre 0,95P y 1,05P.
- Carga: aplicar el 10 % de la carga de deslizamiento de cálculo, mantener 1 min y cargar después a 3–5 kN/s hasta el deslizamiento registrando Nv.
- Cálculo: μ = Nv / (nf × ΣPi), con nf = 2 y las pretensiones medidas del lado que desliza; redondeo a dos decimales y aceptación solo si el valor medido alcanza el de proyecto.
- Si el ensayo falla: revisar primero la coincidencia de probetas, la pretensión y la limpieza; retratar la superficie y repetir el ensayo. Si vuelve a fallar, cambiar el procedimiento o someter el cálculo a revisión. Una unión por fricción nunca se acepta «por aproximación».
Conviene añadir dos condiciones al pliego de ensayo: temperatura de 10 a 35 °C y humedad relativa inferior al 80 %; y el hallazgo de los laboratorios independientes según el cual una película demasiado gruesa o sin curar es la causa más frecuente de resultados bajos, porque el deslizamiento ocurre dentro del revestimiento y no en la interfaz de acero.
9. Enlace con el sistema anticorrosivo principal
- Zonificación en los planos de nudo: calificar cada superficie como «sin pintar» o «revestida», con μ de proyecto, producto, espesor y límites de la zona (normalmente en distancia al eje del agujero), para que el taller no pulverice la pieza entera por costumbre.
- Reservar ahora, sellar después: aceptado el control del apriete final, sellar cabezas, arandelas, cantos de chapas y juntas. Así se cierran las entradas de agua y cloruros sin alterar la pretensión ni el camino de fricción.
- Las superficies tratadas en obra forman lote propio: el amolado en altura o el granallado de reposición exigen probetas propias y aceptación autónoma, jamás un juicio conjunto con las de taller.
- Dos registros de espesor: uno para el revestimiento de la superficie de fricción frente al mínimo de proyecto y otro para el sistema principal frente al apartado 7.3.1 de GB 55006-2021.
Preguntas frecuentes
P1. El taller pinta piezas enteras: ¿puede seguir la superficie de fricción?
No. El apartado 6.3.7 de GB 50205-2020 lo prohíbe salvo prescripción de cálculo. Una vez pintada, μ debe redefinirse para superficie revestida —en los sistemas orgánicos corrientes solo es defendible 0,15–0,2—, la unión debe recalcularse y en la práctica no existe informe de ensayo coherente.
P2. La superficie ya fue pintada por error. ¿Qué hacer?
Comprobar primero el proyecto y elegir una de dos vías: retirar el revestimiento hasta el grado de preparación prescrito (normalmente Sa 2½ según ISO 8501-1), retratar y volver a ensayar; o conducir la zona como superficie revestida, ejecutar el ensayo de deslizamiento sobre probetas pintadas y hacer confirmar la capacidad por el cálculo. Ambas vías terminan en un informe, no en una apreciación visual.
P3. ¿Por qué el silicato de zinc inorgánico vale 0,35/0,40 y el epoxi rico en zinc no?
Por el modo en que falla la película y por los datos de que dispone la norma. El silicato inorgánico es duro y poroso, mantiene el contacto zinc-zinc y zinc-acero y se apoya en un corpus amplio de ensayos recogido en tablas. El epoxi rico en zinc forma un film orgánico continuo y tenaz en cuyo interior ocurre el deslizamiento: la norma no le asigna valor, que solo puede salir de un ensayo de obra.
P4. ¿Las probetas de superficie revestida se pintan antes o después del ensayo?
Antes. Se granallan, se pintan, se curan y se almacenan junto con las piezas, se llevan al espesor de proyecto y al secado completo y después se montan, aprietan y cargan. Sustituirlas por probetas sin pintar o por placas de otro lote invalida la aceptación.
P5. ¿Pueden el galvanizado en caliente o el aluminizado heredar los valores de los primarios ricos en zinc?
No. GB 50017 y la nota a la tabla 3.2.4 de JGJ 82-2011 exigen que para cualquier otro tratamiento se establezcan procedimiento y coeficiente mediante ensayo. En piezas galvanizadas de un sistema dúplex debe considerarse además el estado del zinc (óxido blanco, sales de zinc) y el perfil modificado.
P6. ¿Cómo se protege el nudo tras el montaje?
Aceptada la comprobación del apriete final, se sellan cabezas, arandelas, cantos y juntas: primero un cordón compatible que cierre el acero desnudo y los capilares, después la reconstrucción del sistema principal hasta el espesor prescrito. En puentes y naves costeras ese trabajo de detalle es el verdadero punto débil de la durabilidad del nudo, y es la compensación por dejar la superficie de fricción sin revestir.
P7. ¿Coeficiente de deslizamiento y factor par son lo mismo?
No. El factor par K de un juego hexagonal, o la pretensión de un juego de cabeza troquelada, caracterizan el perno; el coeficiente de deslizamiento caracteriza la interfaz de las chapas. Ambos deben cumplirse, y por regla general se valida primero el control del perno y después se juzga el ensayo de deslizamiento.
Referencias
- GB 55006-2021, norma general para estructuras de acero, publicada el 9 de abril de 2021, en vigor desde el 1 de enero de 2022 (apartados 4.4.3, 7.1.2, 7.1.3, 7.3.1).
- GB 50205-2020, aceptación de la ejecución de estructuras de acero, apartados 6.3.1, 6.3.2, 6.3.7 y anexos B.0.4 y B.0.7.
- JGJ 82-2011, especificación técnica para uniones con pernos de alta resistencia, apartados 3.1.3, 3.1.4, 3.2.4, 4.1.1 y 4.2.1.
- GB 50017-2017, norma de proyecto de estructuras de acero — coeficientes de deslizamiento y verificación de uniones.
- ISO 8501-1 (grados de preparación), ISO 8502-9 (sales solubles), ISO 8503 (perfil de superficie).
- GB/T 1228, 1229, 1230, 1231 (juegos de cabeza hexagonal) y GB/T 3632 (juegos de cabeza troquelada).
Última actualización: 2026-10-21 | Equipo técnico de Kexin New Materials (Guangdong) Co., Ltd. Los valores siguen las ediciones vigentes de las normas citadas, los documentos de proyecto y los informes de ensayo de obra. Para una especificación de superficie de fricción, envíenos calidad de acero, categoría de corrosividad y μ de proyecto: confirmaremos el sistema juntos.