acero para la construccion

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OERLIKON Boletín Técnico de Soldadura N° 68 Publicación 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 ellos se fabrica estructuras tridimensionales que, al estar envueltas por concreto, constituyen el concreto armado. La base de la utilización conjunta del concreto y acero es la casi nula resistencia a la tracción del concreto, característica que es aportada por el acero; la modalidad de construcción con concreto armado se caracteriza por lo general, por el hecho que la armadura del acero alojado sin tensión en el concreto recibe tensiones que provienen de la contracción del concreto, del peso propio de la construcción y de las cargas útiles en elementos de construcción solicitados por tracción, o bien en zonas de tracción de los elementos portantes de flexión. Ocurre que, el concreto se agrieta después de haber sobrepasado determinadas tensiones por carga; la armadura absorbe entonces las fuerzas exteriores. El concreto, sigue protegiendo aún el acero contra corrosión mientras que el ancho de las grietas producidas permanezca lo suficientemente reducido. En elementos de construcción solicitados por compresión y en las zonas de compresión de elementos portantes de flexión, los materiales de construcción acero y concreto soportan conjuntamente en relación a sus secciones transversales y a sus módulos de elasticidad. Adicionalmente, se ha podido apreciar el gran empleo que se ha dado a las barras de construcción en la edificación de estructuras portantes como son techos abovedados o columnas de sostén de techos aligerados. En estos casos los estribos no se emplean, ya que no aseguran ninguna continuidad en la armadura ni una distribución homogénea de las tensiones que soportan la armadura en conjunto; la soldadura viene a representar una alternativa de solución siempre y cuando se tomen en cuenta una serie de consideraciones derivadas de los componentes microestructurales del material. Los aceros de grado 60, tradicionalmente han estado orientados de acuerdo a las normas ASTM A615, la que no considera la soldabilidad como parte de la especificación; sin embargo la mencionada norma indica que la soldadura deberá ser calificada, considerando que debería existir un convenio entre el suministrador y el usuario. Dentro de los procesos de soldadura, en nuestro medio el de mayor difusión es el Arco Eléctrico Manual, (soldadura por arco metálico protegido según especifica la AWS-SMAW), por eso no es de extrañar que en la unión de los aceros grado 60 se haya utilizado prioritariamente este proceso. A lo largo del presente artículo al tocar el tema de la soldadura nos estamos refiriendo específicamente al proceso SMAW. La evaluación de la soldabilidad, se ha realizado teniendo en cuenta el aspecto metalúrgico y la composición química del acero, este último cuantificado a través del coeficiente conocido como carbono equivalente. En la tabla mostramos características de los diferentes aceros que actualmente se fabrican a nivel internacional.

EXPLOSIVOS S.A. EXPLOSIVOS S.A. División División Soldad Soldaduras uras OERLIK OERLIKON ON Teléfonos: Teléfo nos: 71-05 71-0557, 57, 72-883 72-8831 1 Telefax: Telefax: (014) (014)72659 726592 2 - Lima - Perú OFICINA AUXILIAR: Av. Nicolás Nicolás Arriola 771 - La Victoria FABRICA: km km 38,5 Antigua Panamericana Sur - Lurín Lurín

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Características de Barras Corrugadas a Nivel Internacional ZONA DE VIGENCIA

R.F.A.

C

0.20 0.10 - 0.20

COMPOSICION QUIMICA (%) Si Mn 0.60 0.60 0.60 0.60 0.50 0.40 - 1.50

V

CARBONO EQUIVALENTE

0.35 0.52

E.E.U.U. JAPON

PERU

0.23 0.32 0.36 - 0.42 0.43 - 0.48 0.34 - 0.40

0.55 0.60 0.15 - 0.25 0.15 - 0.25 0.15 - 0.20

1.50 1.50 1.15 - 1.30 1.20 - 1.40 1.10 - 1.25

0.04 - 0.06

0.68 - 0.81 0.76 - 0.89 0.56 - 0.67

Los aceros que tradicionalmente se han empleado en nuestro país, poseen valores de carbono equivalente del orden de 0.70 - 0.80, debido a este valor el precalentamiento es necesario. En las pruebas de soldabilidad que se realizaron de acuerdo a la norma Itintec 341-032/ASTM A615. Los resultados obtenidos indicaban que la temperatura de precalentamiento debería estar en el orden de 120°C a 160°C y el enfriamiento debería ser lento, preferentemente aislando o cubriendo el área soldada con algún material que conserve el calor. La observación metalográfica 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 (50-60 Rc). En adición, los valores de alargamiento nos llevaron a concluir que este acero no debe emplearse en la fabricación de estructuras metálicas soldadas (tijerales) por ejemplo. Para controlar la fragilidad en la ZAC se recomendaba aplicar al conjunto un tratamiento térmico postsoldadura 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 nuevos productos; las barras corrugadas de grado 60 de norma ASTM A 706 (Low - Alloy Steel , no están al margen de ello, y están diseñadas Deformed Bars For Concrete Reinforcement) para cumplir todos los esfuerzos que soportaría una barra corrugada convencional; incrementando la soldabilidad de la misma con temperaturas de precalentamiento tan bajas que podrían descartarse, siempre y cuando se emplee un electrodo de bajo hidrógeno de norma AWS 80 XX, donde el material de aporte (electrodo) debe tener como mínimo 60,000 2 lb/Pulg de punto de fluencia. OERLIKON tiene desarrollado en el mercado un electrodo de Norma AWS 8018-G, conocido con el nombre de Tenacito 80. Es un electrodo de bajo hidrógeno que supera las condiciones mecánicas descritas en la norma AWS D 1.4.

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DATOS TECNICOS Material

Composición Química *

ASTM

%C = 0.33 % Mn = 1.56 % Si = 0.55

Carbono Equivalente

Límite de Fluencia

φ de barra

2

42.2 kg/mm mínimo 0.44 - 0.46

A 706

Resistencia a la Tracción

% P = 0.043 % S = 0.053

56.2 2 kg/mm

TP **

14% mín

NO

3/8" - 3/4"

12% mín

10°C

7/8" - 1.3/8"

2

55.0 kg/mm máximo

E%

* 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 soldabilidad metalúrgica deben también complementarse con las condiciones de soldabilidad operativa; es en ese sentido que OERLIKON ha realizado también, pruebas de campo con uno de nuestros productos, que ofrece excelentes características mecánicas junto éstas con muy buenas características de operatividad. Nuestro electrodo SUPERCITO de norma AWS E 7018 tiene 2 una elongación que supera el 28% y un límite elástico superior a las 70,000 lb/pulg . En las pruebas realizadas bajo condiciones de campo se han obtenido buenos resultados; la zona de rotura no se encuentra en la zona afectada por el calor (ZAC) , con lo que se concluye que los riesgos de fragilización de la ZAC son reducidos. La rotura se produce fuera de la zona soldada, con lo que se puede concluir que el depósito de soldadura soporta cargas de trabajo similares o superiores a las del metal base.

TENACITO 80 Electrodo de clasificación AWS 8018 - G que exige la norma ASTM A 706 para soldar barras corrugadas. Es un electrodo de bajo hidrógeno cuyas propiedades mecánicas están en la siguiente tabla:

Propiedades Mecánicas Resistencia a la tracción Límite elástico Elongación Ch V + 20°C • • • • •

Unidad 108,000 - 128,000 lb/pulg > 104,000 lb/pulg en 2" 16 →

2

2

20%

> 110 J

El material depositado corresponde en composición química al de un acero de baja aleación al 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 ha sido fabricada para no caer en errores en el proceso de soldadura EXPLOSIVOS S.A. División Soldaduras OERLIKON Teléfonos: 71-0557, 72-8831 Telefax: (014)726592 - Lima - Perú OFICINA AUXILIAR: Av. Nicolás Arriola 771 - La Victoria FABRICA: km 38,5 Antigua Panamericana Sur - Lurín

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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 un diámetro 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 posición vertical.

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

La forma de preparar las piezas cuando las varillas tienen diámetros menores a 3/4" se presenta en los recuadros N° 3 y 4. Como se puede apreciar en el recuadro N° 3, se pueden traslapar las varillas, especialmente cuando éstas tienen diámetros pequeños o bien emplear varillas laterales o placas de respaldo a las que se sueldan las varillas como se indica en el recuadro 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 sola varilla, 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 su empleo 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 las varillas o barras en una longitud igual a 3 veces el diámetro a cada lado de la junta como mínimo. El precalentamiento puede hacerse con una fragua o soplete hasta la temperatura de 95° aproximadamente. El precalentamiento tiene por objeto reducir la diferencia de temperatura entre el metal de aportación y el metal base adyacente, para disminuir la velocidad de enfriamiento de la junta, reduciendo de esta manera la magnitud de los esfuerzos o tensiones localizadas que pueden ocasionar grietas en la soldadura o en el metal base inmediato a ellas. Al terminar de soldar una barra, conviene asímismo que ésta se enfríe lentamente, a fin de evitar la formación de áreas duras y frágiles por enfriamiento brusco ocasionado por el aire, agua u otro medio, para ello es necesario protegerla, o colocarla fuera de corrientes de aire. el precalentamiento de las varillas, se hace necesario en aceros de construcción Nota.- que 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 envase metálico herméticamente sellado en nuestra fábrica. Los electrodos pueden utilizarse dentro de un período no mayor de 4 horas contadas a partir del instante en que se abre el envase metálico, sacando uno tras otro los electrodos que se requieran para el trabajo. Los electrodos, que hayan estado almacenados en envases abiertos por un lapso mayor de 4 horas o que han estado expuestos durante más de una hora a la intemperie con una humedad relativa de 75% o más de humedad, deberán secarse en hornos adecuados durante una a tres horas 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 TENACITO 80 1.- Según el diámetro de la varilla y de la posición en que se encuentre, determinar el tipo de junta de acuerdo a las indicaciones antes mencionadas. 2.- Preparar los electrodos a emplear. Si el Tenacito 80 está debidamente embalado en su caja metálica con que sale de nuestra fábrica, no requiere calentamiento alguno. Si el electrodo está húmedo o se ha mantenido por muchas horas fuera de su envase, deberá procederse a su secado como se indica en la página 2. 3.- El diámetro del Tenacito 80 que deberá emplearse, queda a criterio del soldador, teniendo en cuenta el grosor de la varilla corrugada, su preparación o bisel y la posición en que deberá soldarse. 4.- Para proceder a soldar, las superficies por soldar y las zonas adyacentes a ellas hasta 5 cm, deben estar limpias, sin materiales extraños como aceite, grasas, cemento, etc. 5.- Las barras deben alinearse debidamente y fijarse con puntos de soldadura antes de proceder a la unión propiamente dicha. 6.- El alineamiento debe hacerse respetando la posición y las separaciones que se indican en las figuras de preparación de las piezas. 7.- Es conveniente soldar de 6 a 8 varillas en cada ocasión en forma simultánea, con el objeto de permitir que cada cordón enfríe lentamente antes de proceder a colocar el siguiente cordón. Esta operación evitará que la varilla o barra corrugada se caliente demasiado y disminuya sus características físicas como por ejemplo su ductibilidad. 8.- El orden de colocación de los cordones deberá ceñirse al empleado en la soldadura de ejes, 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, es decir el metal de aportación deberá fundirse perfectamente en la totalidad del área de su sección transversal. 10.- Conviene martillar cada cordón después de haberlo depositado, a fin de aliviar las tensiones que pudieran presentarse como consecuencia de la dilatación y contracción del material.


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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 permitan realizar juntas eficientes. Estos respaldos pueden ser de acero dulce o cobre y colocarse en 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 soldado simultáneamente, éstas deberán enfriarse lentamente en un lugar protegido de corrientes de aire o bien abrigarlas, empleando material aislante.

Carta del Soldador Pascual Chávez Los 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 de diámetros menores a 5/8" para la fabricación de tijerales o combinadas con otros tipos de perfiles; esto debido a una serie de razones como pueden ser: menor peso, un diseño más simple, menor costo, mayor resistencia, etc. Tradicionalmente, estas barras son elaboradas según norma ASTM A 615, con contenido de carbono que va a 0.36% a 0.48% y un carbono equivalente de 0.56 a 0.89. Estos valores son elevados y dificultan el proceso de soldadura, ya que podrían originar estructuras duras, si no se toman precausiones de pre y post calentamiento. En la actualidad se está elaborando barras de construcción, según norma ASTM A 706, en las cuales el contenido de carbono está por debajo de 0.30% y el valor del carbono equivalente es de aproximadamente 0.46%. El código AWS D 1.4-79 para éste último material prácticamente elimina la temperatura de precalentamiento 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 80 cuyas características se indican en el presente Boletín. Quisiéramos comentar que, además del Tenacito 80, hemos hecho pruebas con nuestro Supercito que si bien la norma mencionada no lo considera, se podría emplear donde las exigencias mecánicas no sean extremas como una alternativa, ya que el Supercito es un electrodo de bajo hidrógeno, que soporta altas cargas y posee buena ductilidad. Para cualquier consulta llamar a nuestro Departamento Técnico.


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