Tração x Cisalhamento em Parafusos: Como Dimensionar Juntas por Atrito e por Apoio

Uma junta aparafusada trabalha de duas formas principais: o parafuso resiste a esforços de tração (ao longo do eixo) ou de cisalhamento (transversal ao eixo). Em juntas por atrito, a carga transversal é transmitida pelo atrito entre as chapas, gerado pela pré-carga, e o parafuso fica sujeito principalmente à tração. Saber qual mecanismo governa o projeto define bitola, classe de resistência, tipo de rosca e até o método de aperto.

Neste guia, a CRV Parafusos explica de forma prática como identificar o tipo de solicitação, quais dados da norma usar no dimensionamento e quais erros evitar na especificação de fixadores industriais.

O que é tração e o que é cisalhamento em um parafuso?

Na tração, a força atua na direção do eixo do parafuso, tentando separar as peças unidas. É o caso típico de tampas de vasos, flanges, suportes pendurados e cabeçotes. A seção resistente considerada é a área de tensão da rosca (As), definida na ISO 898-1 e na ISO 724 para roscas métricas.

No cisalhamento, a força atua perpendicularmente ao eixo, tentando cortar o parafuso no plano entre as chapas. É o caso de emendas de perfis, chapas sobrepostas e ligações de estruturas metálicas. Nesse caso, importa se o plano de corte passa pela parte roscada ou pela parte lisa (haste), pois a área resistente é diferente.

Na prática, muitas juntas sofrem esforço combinado. Por isso, o projeto deve verificar as duas solicitações e a interação entre elas, seguindo a norma aplicável, como a ABNT NBR 8800 para estruturas de aço.

Quais são os tipos de junta aparafusada?

O que é uma junta por apoio (contato)?

Na junta por apoio, o parafuso trabalha encostado nas paredes do furo e transmite a carga por cisalhamento do corpo e por pressão de contato (esmagamento) nas chapas. O aperto pode ser moderado, pois a transmissão da carga não depende do atrito. A folga do furo pode permitir pequeno deslizamento antes de a carga ser assumida pelo parafuso.

O que é uma junta por atrito (deslizamento crítico)?

Na junta por atrito, o aperto controlado gera uma força de fixação que mantém as chapas unidas e impede o deslizamento. A carga é transmitida pelo atrito entre as superfícies, e o parafuso fica sujeito principalmente à tração da pré-carga. Essa solução é indicada quando não se admite deslizamento, como em estruturas sujeitas a vibração, inversão de cargas ou fadiga. Exige controle da condição da superfície de contato e do método de aperto.

O que é uma junta tracionada?

Na junta tracionada, a carga externa tende a abrir a junta. A pré-carga deve ser suficiente para manter as peças em contato sob carga, e o parafuso recebe apenas parte da carga externa, dependendo da rigidez relativa entre parafuso e peças. Por isso, a pré-carga correta é determinante para a vida em fadiga.

Quais dados técnicos usar no dimensionamento?

A ISO 898-1 define as propriedades mecânicas de parafusos de aço carbono e aço liga com rosca métrica. A classe de resistência indica a resistência à tração nominal e a relação entre escoamento e ruptura. A tabela abaixo reúne valores nominais úteis para uma estimativa inicial. Para o projeto final, consulte sempre a norma vigente e o certificado do lote.

A segunda tabela mostra a área de tensão As para roscas métricas de passo grosso, conforme a ISO 898-1. Ela é usada para calcular a carga de tração que o parafuso suporta.

Como estimativa, a carga máxima de tração é o produto da resistência à tração pela área As. Como exemplo, um parafuso M12 classe 8.8 tem resistência nominal de cerca de 800 MPa e As de 84,3 mm², o que resulta em torno de 67 kN antes de qualquer coeficiente de segurança. Em projeto, aplica-se sempre um fator de segurança e, no caso de pré-carga, trabalha-se com uma fração da tensão de escoamento.

Como considerar a rosca no plano de corte?

Quando o plano de cisalhamento passa pela haste lisa, a área resistente é a seção nominal do parafuso. Quando passa pela rosca, a área é menor, aproximadamente igual a As. Por isso, normas de cálculo costumam prever resistência menor ao cisalhamento com rosca no plano de corte. Em geral, a resistência ao cisalhamento do aço do parafuso é uma fração da resistência à tração, e o valor exato depende da norma de projeto adotada.

• Prefira parafusos com rosca parcial quando o plano de corte puder ficar na haste lisa.
• Em projeto, confirme o comprimento da parte lisa (grip) em relação à espessura das chapas.
• Verifique o esmagamento da parede do furo, principalmente em chapas finas.
• Respeite as distâncias mínimas entre furos e até a borda da chapa.

Como escolher entre atrito e apoio?

A escolha depende do comportamento esperado da junta. Veja o roteiro de decisão:

1. Defina o tipo de carga: estática, cíclica ou com inversão de sentido.
2. Avalie se há tolerância a deslizamento: se a estrutura não pode se movimentar, opte por junta por atrito.
3. Escolha a classe de resistência: juntas por atrito costumam exigir classes mais altas, como 10.9, por causa da pré-carga elevada.
4. Defina o método de aperto: torque calibrado, volta da porca ou indicador direto de tensão.
5. Especifique a superfície de contato: limpa, sem tinta, óleo ou revestimento que reduza o atrito, salvo se previsto em projeto.
6. Verifique o conjunto: parafuso, porca e arruela devem ser compatíveis, conforme a ISO 898-2 para as porcas.

Por que a pré-carga é tão importante?

A pré-carga é a tração que o parafuso recebe no aperto. Ela comprime as chapas e cria a força de fixação. Em juntas por atrito, é ela que gera a capacidade de transmissão da carga. Em juntas tracionadas, ela reduz a variação de tensão no parafuso e melhora a vida em fadiga. Pré-carga insuficiente provoca afrouxamento e fadiga, e pré-carga excessiva pode escoar o parafuso.

O torque aplicado só tem relação indireta com a pré-carga, pois a maior parte dele se perde em atrito sob a cabeça e na rosca. Lubrificação, revestimento e rugosidade alteram bastante a pré-carga obtida com o mesmo torque. Por isso, a especificação do torque deve considerar a condição real de lubrificação dos fixadores.

Quais erros devem ser evitados na especificação?

• Dimensionar apenas pela classe do parafuso, ignorando a área de tensão da rosca.
• Misturar parafusos de classes diferentes na mesma junta.
• Ignorar o plano de corte na rosca em juntas cisalhadas.
• Reaproveitar parafusos de alta classe já apertados além do escoamento.
• Aplicar o mesmo torque para parafusos secos e lubrificados.
• Usar arruelas inadequadas, que perdem pré-carga por assentamento.
• Não exigir o certificado do lote, como o tipo 3.1 da EN 10204, em aplicações críticas.

Como a CRV Parafusos pode ajudar?

A CRV Parafusos é fabricante de fixadores industriais e atende projetos com parafusos em diversas classes de resistência, medidas e acabamentos, com suporte técnico para especificação. Conheça o portfólio completo e fale com a equipe pelo site crvparafusos.com.br para receber orientação sobre o fixador mais adequado à sua junta.