acero para la construccion

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OERLIKON Boletín Técnico de Soldadura N° 68Publicación de Servicios Técnicos EXSA S.A. - SETEXSA - Lima-Perú

ACEROS PARA LA CONSTRUCCION

Es por todos conocido el papel que cumple el acero en las estructuras de concreto armado.Estos aceros son de preferencia aceros de forma redonda con superficie corrugada; con ellosse fabrica estructuras tridimensionales que, al estar envueltas por concreto, constituyen elconcreto armado. La base de la utilización conjunta del concreto y acero es la casi nularesistencia a la tracción del concreto, característica que es aportada por el acero; la modalidadde construcción con concreto armado se caracteriza por lo general, por el hecho que laarmadura del acero alojado sin tensión en el concreto recibe tensiones que provienen de lacontracción del concreto, del peso propio de la construcción y de las cargas útiles en elementosde construcción solicitados por tracción, o bien en zonas de tracción de los elementosportantes de flexión. Ocurre que, el concreto se agrieta después de haber sobrepasadodeterminadas tensiones por carga; la armadura absorbe entonces las fuerzas exteriores. Elconcreto, sigue protegiendo aún el acero contra corrosión mientras que el ancho de las grietasproducidas permanezca lo suficientemente reducido. En elementos de construcción solicitadospor compresión y en las zonas de compresión de elementos portantes de flexión, los materialesde construcción acero y concreto soportan conjuntamente en relación a sus seccionestransversales y a sus módulos de elasticidad.

Adicionalmente, se ha podido apreciar el gran empleo que se ha dado a las barras deconstrucción en la edificación de estructuras portantes como son techos abovedados ocolumnas de sostén de techos aligerados. En estos casos los estribos no se emplean, ya queno aseguran ninguna continuidad en la armadura ni una distribución homogénea de lastensiones que soportan la armadura en conjunto; la soldadura viene a representar unaalternativa de solución siempre y cuando se tomen en cuenta una serie de consideracionesderivadas de los componentes microestructurales del material.

Los aceros de grado 60, tradicionalmente han estado orientados de acuerdo a las normasASTM A615, la que no considera la soldabilidad como parte de la especificación; sin embargola mencionada norma indica que la soldadura deberá ser calificada, considerando que deberíaexistir un convenio entre el suministrador y el usuario.

Dentro de los procesos de soldadura, en nuestro medio el de mayor difusión es el ArcoEléctrico Manual, (soldadura por arco metálico protegido según especifica la AWS-SMAW), poreso no es de extrañar que en la unión de los aceros grado 60 se haya utilizado prioritariamenteeste proceso.

A lo largo del presente artículo al tocar el tema de la soldadura nos estamos refiriendoespecíficamente al proceso SMAW.

La evaluación de la soldabilidad, se ha realizado teniendo en cuenta el aspecto metalúrgico y lacomposición química del acero, este último cuantificado a través del coeficiente conocido comocarbono equivalente. En la tabla mostramos características de los diferentes aceros queactualmente se fabrican a nivel internacional.

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Características de Barras Corrugadasa Nivel Internacional

COMPOSICION QUIMICA (%)ZONA DEVIGENCIA C Si Mn V

CARBONOEQUIVALENTE

0.600.60

0.20 0.60 0.350.60

0.10 - 0.20 0.50 0.40 - 1.50 0.52

R.F.A.

E.E.U.U.0.23 0.55 1.50

JAPON0.32 0.60 1.50

0.36 - 0.42 0.15 - 0.25 1.15 - 1.30 0.68 - 0.810.43 - 0.48 0.15 - 0.25 1.20 - 1.40 0.76 - 0.89PERU0.34 - 0.40 0.15 - 0.20 1.10 - 1.25 0.04 - 0.06 0.56 - 0.67

Los aceros que tradicionalmente se han empleado en nuestro país, poseen valores de carbonoequivalente del orden de 0.70 - 0.80, debido a este valor el precalentamiento es necesario. Enlas pruebas de soldabilidad que se realizaron de acuerdo a la norma Itintec 341-032/ASTMA615. Los resultados obtenidos indicaban que la temperatura de precalentamiento deberíaestar en el orden de 120°C a 160°C y el enfriamiento debería ser lento, preferentementeaislando o cubriendo el área soldada con algún material que conserve el calor. La observaciónmetalográfica al material nos indicaba una alta susceptibilidad en la zona afectada por el calor(ZAC), con la aparición de estructuras martensíticas caracterizadas por su alta dureza (50-60Rc). En adición, los valores de alargamiento nos llevaron a concluir que este acero no debeemplearse en la fabricación de estructuras metálicas soldadas (tijerales) por ejemplo. Paracontrolar la fragilidad en la ZAC se recomendaba aplicar al conjunto un tratamiento térmicopostsoldadura en un rango de temperatura de 400-500°C y régimen de enfriamiento lento.

Barras de Construcción según norma ASTM A 706

El avance de la tecnología de materiales está permitiendo que se desarrollen nuevosproductos; las barras corrugadas de grado 60 de norma ASTM A 706 (Low - Alloy SteelDeformed Bars For Concrete Reinforcement), no están al margen de ello, y están diseñadaspara cumplir todos los esfuerzos que soportaría una barra corrugada convencional;incrementando la soldabilidad de la misma con temperaturas de precalentamiento tan bajasque podrían descartarse, siempre y cuando se emplee un electrodo de bajo hidrógeno denorma AWS 80 XX, donde el material de aporte (electrodo) debe tener como mínimo 60,000lb/Pulg2 de punto de fluencia.

OERLIKON tiene desarrollado en el mercado un electrodo de Norma AWS 8018-G, conocidocon el nombre de Tenacito 80. Es un electrodo de bajo hidrógeno que supera las condicionesmecánicas descritas en la norma AWS D 1.4.

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DATOS TECNICOS

Material ComposiciónQuímica *

CarbonoEquivalente

Resistenciaa la Tracción

Límitede

Fluencia

φφde barra

E% TP**

%C = 0.33% Mn = 1.56 42.2 kg/mm2 14% NOASTM% Si = 0.55 mínimo 3/8" - 3/4" mín

0.44 - 0.46 56.2% P = 0.043 kg/mm2 55.0 kg/mm2 12% 10°C% S = 0.053 máximo 7/8" - 1.3/8" mín

A 706

* Dato obtenido de la Norma ASTM A 706-81** Dato obtenido del Structural Welding Code Reinforcing Steel AWS D 1.4

Como hemos mencionado en anteriores oportunidades, las condiciones de soldabilidadmetalúrgica deben también complementarse con las condiciones de soldabilidad operativa; esen ese sentido que OERLIKON ha realizado también, pruebas de campo con uno de nuestrosproductos, que ofrece excelentes características mecánicas junto éstas con muy buenascaracterísticas de operatividad. Nuestro electrodo SUPERCITO de norma AWS E 7018 tieneuna elongación que supera el 28% y un límite elástico superior a las 70,000 lb/pulg2. En laspruebas realizadas bajo condiciones de campo se han obtenido buenos resultados; la zona derotura no se encuentra en la zona afectada por el calor (ZAC) , con lo que se concluye que losriesgos de fragilización de la ZAC son reducidos. La rotura se produce fuera de la zonasoldada, con lo que se puede concluir que el depósito de soldadura soporta cargas de trabajosimilares o superiores a las del metal base.

TENACITO 80

Electrodo de clasificación AWS 8018 - G que exige la norma ASTM A 706 para soldar barrascorrugadas.

Es un electrodo de bajo hidrógeno cuyas propiedades mecánicas están en la siguiente tabla:

PropiedadesMecánicas Unidad

Resistenciaa la tracción 108,000 - 128,000 lb/pulg2

Límiteelástico > 104,000 lb/pulg2

Elongación en 2" 16 → 20%

Ch V + 20°C > 110 J

• El material depositado corresponde en composición química al de un acero de baja aleaciónal níquel.

• Metal depositado bastante resistente a las fisuras en frío y en caliente.• Sus depósitos son de excelente calidad radiográfica en cualquier posición.• Cuando el electrodo ha estado expuesto excesivamente a la intemperie, resecar a 300°C

durante 2 horas.• Mayores Informes: Consulte nuestro catálogo azul de ELECTRODOS ESTRUCTURALES o

llame a nuestro DEPARTAMENTO TECNICO para otras alternativas de aplicación.

# IMPORTANTE: Confirme con el proveedor de Barras Corrugadas, el tipo o norma con la que hasido fabricada para no caer en errores en el proceso de soldadura

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Preparación de las barras para soldarlas

En el recuadro N° 1, se indica la forma de preparar las piezas cuando las barras tienen undiámetro de 3/4" o mayor y necesariamente deben soldarse a tope según las normas de la ACI.Esta preparación y disposición de las barras se presenta cuando éstas están en posiciónvertical.

En el recuadro N° 2, se presenta la forma de preparar las piezas cuando las barras tienentambién un diámetro de 3/4" o mayor y deben soldarse a tope. La preparación y disposicióncorresponde a las barras que se encuentran en posición horizontal.

La forma de preparar las piezas cuando las varillas tienen diámetros menores a 3/4" sepresenta en los recuadros N° 3 y 4. Como se puede apreciar en el recuadro N° 3, se puedentraslapar las varillas, especialmente cuando éstas tienen diámetros pequeños o bien emplearvarillas laterales o placas de respaldo a las que se sueldan las varillas como se indica en elrecuadro N° 4.

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Las normas de la ACI señalan que las juntas del recuadro N° 3 y la figura 4a con una solavarilla, como de la figura 4b, deben evitarse siempre que sea posible y en caso de utilizarse,debe tenerse en cuenta en el diseño el efecto desfavorable de la excentricidad. Se prohibe suempleo en estructuras que vayan a quedar sometidas a un número grande de ciclos de carga,en las que la falla por fatiga sea una posibilidad, utilizándose en tal caso las juntas a tope.

Precalentamiento de las varillas antes de soldarlas

Antes de proceder a la soldadura, es conveniente precalentar lasvarillas o barras en una longitud igual a 3 veces el diámetro a cadalado de la junta como mínimo.El precalentamiento puede hacerse con una fragua o soplete hasta latemperatura de 95° aproximadamente.El precalentamiento tiene por objeto reducir la diferencia de tempe-ratura entre el metal de aportación y el metal base adyacente, paradisminuir la velocidad de enfriamiento de la junta, reduciendo de estamanera la magnitud de los esfuerzos o tensiones localizadas quepueden ocasionar grietas en la soldadura o en el metal base inme-diato a ellas.Al terminar de soldar una barra, conviene asímismo que ésta se enfríelentamente, a fin de evitar la formación de áreas duras y frágiles porenfriamiento brusco ocasionado por el aire, agua u otro medio, paraello es necesario protegerla, o colocarla fuera de corrientes de aire.

Nota.- el precalentamiento de las varillas, se hace necesario en aceros de construcciónque tienen un CARBONO EQUIVALENTE superior a 0.6 (ver #)

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Condición de empleo del TENACITO 80

El TENACITO 80 está en perfectas condiciones de empleo cuando recién se abre el envasemetálico herméticamente sellado en nuestra fábrica.

Los electrodos pueden utilizarse dentro de un período no mayor de 4 horas contadas a partirdel instante en que se abre el envase metálico, sacando uno tras otro los electrodos que serequieran para el trabajo.

Los electrodos, que hayan estado almacenados en envases abiertos por un lapso mayor de 4horas o que han estado expuestos durante más de una hora a la intemperie con una humedadrelativa de 75% o más de humedad, deberán secarse en hornos adecuados durante una a treshoras a temperaturas comprendidas entre 150 a 350°C antes de ser utilizados.

Proceso de Soldadura de barras de Construcción de Norma AWSM A 706 con TENACITO80

1.- Según el diámetro de la varilla y de la posición en que se encuentre, determinar el tipo dejunta de acuerdo a las indicaciones antes mencionadas.

2.- Preparar los electrodos a emplear. Si el Tenacito 80 está debidamente embalado en sucaja metálica con que sale de nuestra fábrica, no requiere calentamiento alguno. Si elelectrodo está húmedo o se ha mantenido por muchas horas fuera de su envase, deberáprocederse a su secado como se indica en la página 2.

3.- El diámetro del Tenacito 80 que deberá emplearse, queda a criterio del soldador, teniendoen cuenta el grosor de la varilla corrugada, su preparación o bisel y la posición en quedeberá soldarse.

4.- Para proceder a soldar, las superficies por soldar y las zonas adyacentes a ellas hasta 5cm, deben estar limpias, sin materiales extraños como aceite, grasas, cemento, etc.

5.- Las barras deben alinearse debidamente y fijarse con puntos de soldadura antes deproceder a la unión propiamente dicha.

6.- El alineamiento debe hacerse respetando la posición y las separaciones que se indican enlas figuras de preparación de las piezas.

7.- Es conveniente soldar de 6 a 8 varillas en cada ocasión en forma simultánea, con el objetode permitir que cada cordón enfríe lentamente antes de proceder a colocar el siguientecordón. Esta operación evitará que la varilla o barra corrugada se caliente demasiado ydisminuya sus características físicas como por ejemplo su ductibilidad.

8.- El orden de colocación de los cordones deberá ceñirse al empleado en la soldadura deejes, es decir cordones opuestos unos después de otros, a fin de evitar las deformaciones.

9.- En las uniones a tope debe lograrse una penetración completa en la sección soldada, esdecir el metal de aportación deberá fundirse perfectamente en la totalidad del área de susección transversal.

10.- Conviene martillar cada cordón después de haberlo depositado, a fin de aliviar lastensiones que pudieran presentarse como consecuencia de la dilatación y contracción delmaterial.

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11.- En muchos casos, cuando la posición de las varillas no permite ejecutar una soldadura,depositando cordones por los diferentes lados, deberá emplearse respaldos que permitanrealizar juntas eficientes. Estos respaldos pueden ser de acero dulce o cobre y colocarseen la forma que se indica en la figura de esta página.

12.- Al terminarse la soldadura de las 6 ú 8 barras o varillas que se han soldadosimultáneamente, éstas deberán enfriarse lentamente en un lugar protegido de corrientesde aire o bien abrigarlas, empleando material aislante.

Carta del SoldadorPascual ChávezLos Rosales 213 - Mz C - Juliaca

Pregunta: ¿Podría usar barras de construcción para fabricar tijerales?,¿Qué me aconseja respecto a la soldadura?

De un tiempo a esta parte se está empleando en gran cantidad de barras de construcción dediámetros menores a 5/8" para la fabricación de tijerales o combinadas con otros tipos deperfiles; esto debido a una serie de razones como pueden ser: menor peso, un diseño mássimple, menor costo, mayor resistencia, etc.

Tradicionalmente, estas barras son elaboradas según norma ASTM A 615, con contenido decarbono que va a 0.36% a 0.48% y un carbono equivalente de 0.56 a 0.89. Estos valores sonelevados y dificultan el proceso de soldadura, ya que podrían originar estructuras duras, si nose toman precausiones de pre y post calentamiento. En la actualidad se está elaborando barrasde construcción, según norma ASTM A 706, en las cuales el contenido de carbono está pordebajo de 0.30% y el valor del carbono equivalente es de aproximadamente 0.46%. El códigoAWS D 1.4-79 para éste último material prácticamente elimina la temperatura deprecalentamiento y recomienda el uso de un electrodo de bajo hidrógeno de norma AWS 80XX.OERLIKON tiene en el mercado un electrodo que cumple con esta norma y es el Tenacito 80cuyas características se indican en el presente Boletín.

Quisiéramos comentar que, además del Tenacito 80, hemos hecho pruebas con nuestroSupercito que si bien la norma mencionada no lo considera, se podría emplear donde lasexigencias mecánicas no sean extremas como una alternativa, ya que el Supercito es unelectrodo de bajo hidrógeno, que soporta altas cargas y posee buena ductilidad.

Para cualquier consulta llamar a nuestro Departamento Técnico.

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