ATIESADORES INTERMEDIOS

Cuando los tamaños de los perfiles “W” que hay disponibles no son adecuados para soportar la carga o el claro que se necesita se utilizan trabes armadas; básicamente las trabes armadas son vigas de gran altura, sección y claro que se fabrican en placas tanto el alma como los patines y pueden ser soldados o atornillados.

Cuando se tiene un cortante muy alto en una sección del trabe cerca de los apoyos, o el eje neutro se producen tensiones diagonales (no genera problemas en el alma) y compresiones diagonales que puede generar pandeo del alma, en este momento es que son necesarios los atiesadores; su función es crear tableros en la viga que resistan cortante incrementadas o crear campos de tensión para resistir la compresión diagonal.

Cuando el alma se pandea pierde su capacidad de soportar compresión diagonal por lo que el esfuerzo es transmitido a los atiesadores y a los patines.

Los atiesadores intermedios son utilizados principalmente para dar rigidez al trabe y el colocan a una separación calculada y así formar los campos de tensión.

Los atiesadores se analizan como columnas según las Especificaciones y deben cumplir como miembro en compresión.

Figura 1. Viga con atiesadores, equivalencia a columna

La sección transversal mínima de uno o dos atiesadores esta dada en el apéndice g del AISC:

Ast = (Fyw/Fyst)[0.15*D*h*tw*(1-C)*(Vu/FvVn)-18*tw^2]>=0.50

Donde

Asr: área transversal total del atiesador requerido para el campo de tensión

Fyst: esfuerzo del atiesador

D: función da la configuración del atiesador (1 para pares de atiesadores en ángulo o placa, 1.8 un solo atiesador en ángulo, 2.4 un solo atiesador en placa.

El área mínima es lo que se necesita para resistir la componente vertical que produce la compresión diagonal.

El momento de inercia de un solo atiesador con respecto al eje del alma es:

Ist = a*tw^3*j Donde j = (2.5/(a/h)^2)-2>=0.5

Si los atiesadores intermedios no tienen la función de atiesador de apoyo, no es necesario que llegue hasta el patín en tensión y esto evita que se produzcan problemas debido a su fabricación, la distancia de separación viene dada por “C” como se muestra en la figura 2.

Figura 2. Distancia C entre soldaduras. Debe cumplir 4tw<6tw

La separación entre soldaduras intermitentes debe cumplir s<16tw>

Ejemplo de cálculo de atiesadores.

Se desea diseñar una trabe armada de 60pies de longitud con apoyo simple. Debe soportar las cargas de servicio que se presentan en la figura 3.

El peralte permitido es de 65in max. Acero A36, electrodos E70xx, soporte lateral continuo.

Figura 3.

Usando una placa para el alma de 5/16 x 62 y para el patín de 1 ½ x 18 calculamos los atiesadores como se muestra en la figura 4. (El calculo de la placa del alma y patín se pueden ver en el capitulo 10 del libro de Diseño de Estructuras de Acero LRFD de William T, Sequi).

Figura 4. Secciones de placas supuestas.

Determinar la separación entre atiesadores intermedios. A 36” del extremo izquierdo Vu:

Vu=223.4 - 4.34 (36/12) = 210.4kips

F*Vn/Aw = 210.4/19.38 = 10.86kips

De la tabla 10-36 del AISC para un h/tw = 200 y a/h = 1.6 tenemos

10.86kips < style=""> (si cumple) usar a/h=1.6

a= 1.6*h= 1.6* 62=99.2in

Comprobación de campo de tensión

(a/h) > [260/(h/tw)]^2 = 1.69 > 1.6 como no cumple si se permite

Por lo tanto la separación máxima es de 99.2in pero por ajuste de longitud se usara 81in

a/h > 81/62 = 1.306 Ahora se tiene que calcular la resistencia a cortante correspondiente

De la tabla 10.36 con h/tw=200 y a/h=1.306

F*Vn/Aw =12.6ksi y un F*Vn=244.2kips

Hay tres premisas para calcular el área transversal del atiesador

• Área mínima
• Momento de inercia mínimo
• Una razón de ancho espesor máximo

De la tabla 10.36 del AISC con h/tw=200 y a/h=1.3

Ast=2.3% del área del alma=0.023*19.38=0.446in^2

Calculo de j

J = 2.5/(1.306)^2-2 = -0.534<0.5 Se debe usar 0.5

El momento de inercia requerido es de Ist=1.306*(5/16)^3*0.5=1.24in^4

Se tiene que usar el valor máximo de b/t y probando con una placa de ¼x4

95/(fy^(1/2))=b/t

4/0.25=16 95/(36^(1/2))=15.8 1615.8 se puede aceptar

Ast proporcionada=2*4*(1/4)= 2 in^2 > 0.446 in^2 (si cumple)

De la figura 5 se puede sacar la inercia de los atiesadores

Ist=S(Ip*A*d^2)=[0.25*4^3/12+0.25*4*(2+5/32)^2]*2atiesad.=11.97in^4>1.24in^4

(Si cumple)

Figura 5. Sección transversal de la trabe

Calculo de la distancia C de las soldaduras

4*tw=4*(5/16)=1.25in

6*tw=6*(5/16)=1.875in

Suponiendo una soldadura de 5/16” y un C=1.25” el atiesador tendrá una altura de

hst = h-tamaño de soldadura-1.25 = 62-0.3125-1.25 = 60.44in

El atiesador intermedio se hará con una placa de 1/4x4” por 60in de alto.

Bibliografía.

• Segui, William T. 1999. “Diseño de Estructuras de Acero con LRFD”, Capitulo 10.
• American Institute of Steel Construction. 1993. Manual of steel Construction. Load and resistance Factor Design.

Detalles Constructivos en Perfiles laminados en frío

Estos son algunos detalles ilustrados para la construcción en RT.

Tomado de ACESCO.com.

Tablas de Propiedades mecánicas de perfiles RT

Ejemplo de diseño en RT

En la mayor parte de nuestro país, la construcción en perfiles de acero se hace de elementos de RT, como en casas, algunas luces y mayor parte en cerchas.

A continuación se le presentara un ejemplo, de cómo se puede diseñar una luz simple tomado de la ACESCO, también se añadirá unas tablas de propiedades mecánicas de los perfiles que se comercializan en RT.

Además de la parte constructiva de estos perfiles delgados.

Soldadura Aluminotérmica, Aluminotermia o Soldadura de Rieles

Surgió a fines del siglo XIX, cuando Hans Goldscmidt A G Alemania, descubrió que la reacción exotérmica entre el polvo de aluminio y un oxido metálico en polvo, puede iniciarse con una fuente de calor.

Es un proceso de soldadura principalmente utilizado para la construcción de rieles de vías férreas. Este es un proceso exotérmico en el que se da una reducción del oxido de hierro por el aluminio.

La temperatura teórica para que se produzca la reacción es de 3100ºC, sin embargo por la adición de compuestos no reactivos, la perdida de calor por conducción y radiación, la temperatura se reduce a unos 2480 ºC. La cual se considera cercana a la máxima tolerable, ya que el aluminio se evaporiza a 2500 ºC, no obstante esta reducción en la temperatura debe de regularse, pues la escoria de aluminio solidifica a los 2040ºC.

Para mejorar el proceso se pueden adicionar ferro aleaciones compatibles a la química de las piezas a soldar, ya sea para aumentar la fluidez o para disminuir la temperatura de solidificación de la escoria. Las aplicaciones de este tipo de soldaduras son variadas entre ellas:

· Soldadura de Rieles: los que permiten hacer tramos continuos. Se puede realizar con o sin precalentamiento.

· Soldadura de Reparación: lo que permite reparar sectores dañados, usando moldes elaborados en el sitio.

· Conexiones Eléctricas: se usa una mezcla de termita y oxido de cobre (con polvo metálico para alear el cobre), se usan para unir conexiones de conductores y para poner tomas a tierra en rieles de acero usando moldes de grafito para fundir el cobre de unión.

Las normas F.A.7001 de noviembre del 67, con resolución P. No 830/7 y la ALAF 5-032, grupo B con emisión en junio del 2002, de la Asociación Latinoamericana de Ferrocarriles establecen las condiciones de preparación, procedimiento, herramientas, acabados, criterios de aceptación y rechazo, así como ensayos recomendados a la calidad de la soldadura.

El proceso de colocación de la soldadura, es el siguiente:

Preparación de la unión: se hacen guías dimensionales del tamaño real de la pieza,

se colocan las piezas a una separación de 2 a 6 mm por la contracción posterior


Aplicación del Molde: se coloca el molde encima de los rieles, si la soldadura es muy grande se usa un patrón en cera de la cavidad a soldar, se recubre este patrón con arena fractaria después de colocado en la zona a soldar, se coloca el portillo de calentamiento en el centro o hacia la cara de mayor superficie.


Precalentamiento: se derrite la cera con soplete y se deja escurrir, luego se aumenta el poder de la llama, secando bien todo el molde.
Se precalientan las partes a soldar hasta los 800 a 1000ºC, se cierra el portillo de calentamiento por donde ha escurrido la cera, con un tapón de arena.


Colocación del Crisol: este es un recipiente de material refractario, en la zona superior se coloca un tapón de magnesita que se funde a la temperatura que se necesita para colar el metal. Se usan mezclas de termita para ajustar la temperatura en las secciones a soldar. Colado del Material: después de alcanzadas las temperaturas de fundición (aprox. 2480ºC), la primera cantidad de material que se coló, pierde temperatura (escoria), por lo cual se descarta por medio de los boquetes que posee el crisol a ambos lados.

Retiro del molde: después del vertido se espera un lapso especificado por el fabricante de la porción de soldadura y se procede a romper el molde y cortar las rebabas, mediante trancha o corta mazarota. Pulido de la Soldadura: se debe de dar un acabado, más o menos, de 2 a 5 mm de soldadura, mientras se encuentre caliente la misma.


Acabado Final: la soldadura esta completamente terminada, lista para el uso.


Uno de los ejemplos más impresionantes de la utilización de este tipo de soldadura es el Estadio de la Universidad de Phoenix, en la ciudad de Glendale, Arizona, Estados Unidos.Posee una capacidad para 63.400 espectadores (ampliable a 73.000), fue inaugurado oficialmente el 1 de agosto de 2006, después de 3 años de construcción. Con un costo aproximado a los 455 millones de dólares y un área de 122m x 71m. Está considerado un icono arquitectónico en la región, y fue nombrado por la prestigiosa revista Business Week como uno de los 10 estadios deportivos más impresionantes del mundo, al combinar su techo retráctil con el terreno de juego de hierba natural. Es el único estadio estadounidense citado en dicha lista. El Arquitecto Peter Eisenman en colaboración con HOK Sport, realizo el diseño del exterior y la obra ingenieril estuvo a cargo de Walter P Moore Ingenieros y Consultores.


Información recopilada por Marielos Gonzalez Agüero, con ayuda de las paginas de internet:

http://es.wikipedia.org/wiki/Soldadura_aluminot%C3%A9rmica,
www.erf.com.ar/2005/06jun05-e/imagen%20033.jpg
mailto:imexbar@imexbar.com.ar, o bien, http://www.imexbra.com.br/
www.erf.com.ar/mediakit.htm
www.cemif.com.ar/Eathermit/soldadura.htm
http://es.wikipedia.org/wiki/University_of_Phoenix_Stadium

CORROSION El acero es el metal más ampliamente utilizado para la fabricación de estructuras como por ejemplo, puentes, estanques, casco de buques, etc. Si nos referimos al origen electroquímico de la corrosión, veremos que en un mismo metal hay áreas que poseen un distinto potencial eléctrico. Dicha diferencia de potencial es atribuible, entre otros, a la capa de oxido remanente propia del proceso de laminación del acero en donde esta herrumbre es catódica respecto del acero o también a diferencias en el oxigeno disuelto en el agua u otro electrolito.

La protección catódica de estructuras de acero se basa en la aplicación de un metal que sea anódico respecto del acero, de tal manera que proteja a este último mediante el establecimiento de una celda galvánica intencional, en donde el acero se convierte en cátodo, es decir en el metal protegido. Este mecanismo de protección implica por lo tanto el aporte de un metal de sacrificio que se corroerá preferencialmente. Si se analiza la serie galvánica de los metales, se puede ver que tanto el Zn como el Al y el Mg, son anódicos respecto del hierro y del acero.

Se distinguen 2 sistemas de protección:

a) Aplicación de 3 a 10 mils de Zn o Al sobre la superficie en donde el revestimiento protege al acero comportándose como ánodo y degradándose preferencialmente.

b) Aplicación de 3 a 10 mils de Zn o Al sobre la superficie, seguido de la aplicación de un sellante.

El propósito del sellante es impedir la penetración de líquidos y/o gases hacia el acero, imposibilitando la formación de una celda galvánica lo que permite alargar considerablemente la vida útil del revestimiento metálico.

Los sellantes empleados varían en función del ambiente corrosivo que se desea aislar. En general, se emplean pinturas del tipo vinílica, acrílicas, epóxica, uretanos, siliconas, etc.

Como se ha demostrado fehacientemente a través de experiencias prácticas y aplicaciones industriales, los sistemas de protección anticorrosivas por metalizado muestran duraciones de 3 a 10 veces mayor que sistemas tradicionales de pintura. Aun cuando el costo de aplicación inicial resulta en algunos casos superior al costo de aplicar un sistema tradicional, dada su larga duración sin necesidad de mantenimiento, los revestimientos metálicos por metalizado resultan a la larga extremadamente económicos.

La extraordinaria resistencia a la corrosión de estos revestimientos se debe a que el sistema:

a) Provee protección galvánica
b) Actúa como pasivador del metal base (acero)
c) Provee un inhibidor contra la oxidación (imprimante)
d) Provee una barrera impermeable (sellante)

Algunos sistemas de revestimiento usualmente empleados:

APORTE APLICACIONES SELLANTE Aluminio Estructuras sumergidas en agua de mar imprimante + vinil claro Zinc Estructuras expuestas a ambientes marinos cerca de la costa imprimante + vinil aluminio Aluminio Atmósferas industriales, rurales o marinas Silicona - Aluminio (alta temperatura) Al/Zn Protección estructuras expuestas a elevadas concentraciones de sales Poliuretano

La mayor parte de los procesos de corrosión del acero estructural son de naturaleza electroquímica y suceden en etapas. El ataque inicial ocurre en las áreas anódicas sobre la superficie, donde los iones ferrosos son disueltos. De las áreas anódicas se liberan los electrones que se mueven a través de la estructura metálica, a las áreas catódicas adyacentes existentes en la superficie, donde se combinan con el oxígeno y con el agua, formando iones hidroxilos. Éstos reaccionan con los iones ferrosos generados en el ánodo, produciendo hidróxido ferroso que, a su vez, se oxida al aire produciendo el óxido de hierro hidratado, conocido como herrumbre. Todas estas reacciones pueden ser descriptas mediante la ecuación:

4Fe + 3O2 + 2H2O ® 2Fe2O3 · H2O

Dos puntos importantes son consecuencias directas de las consideraciones anteriores:

1. Para que el acero se corroa, es necesario la presencia simultánea de agua y de oxígeno. En ausencia de una de estas substancias, no se produce corrosión.

2. 2. Toda la corrosión ocurre en el ánodo; en el cátodo no hay corrosión.

Ánodo: El electrodo de una celda electroquímica es el lugar donde se produce la reacción de oxidación.
Cátodo: electrodo negativo de una célula electrolítica hacia el que se dirigen los iones positivos, que por esto reciben el nombre de cationes.

Los principales factores que determinan la velocidad de corrosión son:

· Tiempo de humedecimiento. Corresponde al tiempo transcurrido durante el cual la humedad relativa del ambiente es superior a un valor dado (por ej., el 80%) y la temperatura es superior a 0 °C.

· Contaminación atmosférica. El tipo y la cantidad de contaminantes atmosféricos, tales como el dióxido de azufre, los cloruros, los polvos depositados, etc., ejercen un importante efecto en el desarrollo de la corrosión.

· Corrosión localizada. Pueden varios tipos: Corrosión bimetálica (o galvánica). Cuando dos metales disimilares están unidos eléctricamente (por ej., por pernos o soldadura) y están sometidos a un mismo electrolito, fluye una corriente eléctrica entre los metales y el proceso de corrosión se acentúa en el metal anódico (es decir, en el menos noble). Corrosión por picaduras. En algunas circunstancias específicas, el ataque original a las regiones anódicas no es controlado y continúa profundizándose en el metal, formando una picadura de corrosión. Corrosión por grietas. Las grietas se forman generalmente por una mala ingeniería de detalle del proyecto y en la deficiente operación de soldadura. El oxígeno disponible dentro de la grieta se consume rápidamente por el proceso de corrosión.

Soldadura

Fundamentos teóricos

Aceros Inoxidables:

El objetivo de mezclar metales, o metales con no metales es el de obtener aleaciones que puedan ser utilizadas en distintas exigencias.

En el caso del Fe, este material es aleado con otros metales y no metales, con el fin de mejorar sus características mecánicas y/o químicas.

Los elementos de aleación más utilizados son el Silicios, Manganeso, Níquel, Cromo, Molibdeno, Cobre, Vanadio y otros. Algunos de ellos se combinan con el Carbono durante el enfriamiento, formando carburos u otros compuestos, es decir, son agentes endurecedores de Acero.

Al aumentar a un mínimo de un 12% de Cromo, se obtienen los aceros inoxidables, los que tienen propiedades mecánicas y químicas especiales. Se acepta que el mecanismo de resistencia a la corrosión en estos aceros, es debido a la formación de una capa superficial de óxido de cromo muy fina, que impide el ataque corrosivo. Para que el acero sea inoxidable, es necesario que concurran las circunstancias de composición, estado del material y medio de ataque convenientes, para que se forme esa capa de óxido protector.

En realidad, ninguno de estos aceros es completamente inmune a toda clase de ataques corrosivos. Unos resisten bien a ciertos ácidos y otros a determinadas soluciones, otros resisten el calor, etc. Por eso es conveniente, en cada caso, estudiar cual es el más adecuado.

Además, en el comportamiento de los aceros inoxidables, es muy importante el tratamiento térmico. Si un acero inoxidable no ha recibidoel tratamiento que corresponde, su resistencia a la corrosión puede quedar muy disminuida. En general conviene obtener estructuras ferríticas, martensíticas o austeníticas y evitar la formación de carburos de Cromo, que en estos aceros, elimina la resistencia a la corrosión.

Acero Inoxidable Austenítico

Dentro de la familia de los aceros inoxidables austeníticos se encuentra el AISI904L. Este acero se caracteriza por si alto contenido de Níquel – Cromo principalmente, presentando una estructura austenítica a temperatura ambiente.

Soldabilidad de los aceros inoxidables austeníticos

Estos aceros podrían tener tipos de problemas durante la soldadura, estos son:

Sensibilización: la precipitación del Cromo en el área adyacente al borde del grano, deja una cantidad insuficiente de cromo para procurar la mantención de la protección necesaria de la película de óxido.

Existen soluciones para este problema, que es bajar el contenido de Carbono evitando así la precipitación de Cromo. Se considera en la práctica un 0.03% de Carbono como máximo para prevenir la sensibilización. Un segundo método de prevención es añadir a la solución Titanio, Niobio o Tantalio. Estos tres elementos tienen alta afinidad con el Carbono y preferentemente forman carburos, dejando el Cromo en solución.

Formación de fisuras y el rol de la ferrita: Bajo condiciones de uniones extremas, a veces se producen fisuras en la soldadura o alrededor de ella, conocidas como fisuras de solidificación y de licuación.

Se ha determinado que una pequeña cantidad de Ferrita, alrededor de un 2 a 3 %, liberará a la soldadura de las fisuras de solidificación. Principalmente porque la Ferrita aumenta el tamaño límite del grano, aumentando el área disponible de este, lo cual reduce la concentración de segregaciónes de impurezas dañinas, que permanecen dentro de los límites y propicia la nucleación de fisuras.

Fase Sigma: La fase sigma es un compuesto ínter metálico concentrado de Fierro - Cromo, duro y frágil, que puede ser solamente removido mediante un calentamiento a la temperatura de 1010 ºC, en donde este se disolverá.

Fuentes: La prevención de la corrosión en estructuras metálicas, Fabio Domingos Pannoni, Ph.D.*; http://www.infoacero.cl/acero/corrosion.htm.

Ventajas y Desventajas del Uso de Acero en la Construcción

El hombre a lo largo de su historia ha utilizado diferentes materiales para la el desarrollo de la tecnología, en la evolución del uso de estos materiales se han quedado algunos por fuera ya que su abundancia y o características no justifican el seguir haciendo uso de estos.
Por su parte el acero durante los últimos tiempos de desarrollo ha logrado hasta incrementar su consumo y cantidad de usos, esto por sus características que le permiten ser un material óptimo para campos como la construcción, industria de maquinaria en general y la industria bélica entre otras.
Principalmente las características que lo han llevado a este éxito como material de uso en la construcción son las relativamente altas capacidades de transmitir calor, corriente, su bajo peso, y las capacidades ante la aplicación de esfuerzos de tensión (tracción), compresión y cortante. Además de esto el acero acumula dentro de sus ventajas que la mayoría de propiedades se mantienen constantes con los años siempre y cuando se le brinde los cuidados adecuados.
Además el acero en la construcción generalmente se combina con otros materiales para obtener los mejores resultados en cuanto a capacidad se refiere tanto como a acabados arquitectónicos. En cuanto a su generalmente se da en los elementos estructurales como columnas, vigas y otros.

¿Qué es el Acero?

El Acero es básicamente una aleación o combinación de hierro y carbono (alrededor de 0,05% hasta menos de un 1,7%, máximo según su uso). La proporción de carbono en la conformación del acero influye sobre las características de este. Algunas veces otros elementos de aleación específicos tales como el Cr (Cromo) o Ni (Níquel) entre otros, que se agregan con propósitos determinados según sea el uso final del acero producido.

Características Mecánicas y Tecnológicas del Acero

Aunque es difícil establecer las propiedades físicas y mecánicas del acero debido a que estas varían con los ajustes en su composición y los diversos tratamientos térmicos, químicos o mecánicos, con los que pueden conseguirse aceros con combinaciones de características adecuadas para infinidad de aplicaciones, se pueden citar algunas propiedades genéricas:

· Su densidad media es de 7.850kg/m-3.

· En función de la temperatura el acero se puede encoger, estirar o derretir.

· El punto de fusión del acero depende del tipo de aleación. El de su componente principal, el hierro es de alrededor de 1510ºC, sin embargo el acero presenta frecuentemente temperaturas de fusión de alrededor de los 1375 ºC (2500 ºF). Por otra parte el acero rápido funde a 1650ºC

· Su punto de ebullición es de alrededor de 3000 ºC (5400ºF).

· Es un material muy tenaz, especialmente en alguna de las aleaciones usadas para fabricar herramientas.

· Relativamente dúctil. Con él se obtienen hilos delgados llamados alambres.
. Es maleable. Se pueden obtener láminas delgadas llamadas hojalata. La hojalata es una lamina de acero, de entre 0,5 y 0,12 mm de espesor, recubierta, generalmente de forma electrolítica, por estaño, zin.

· Permite una buena mecanización en máquinas herramientas antes de recibir un tratamiento térmico.

· Algunas composiciones y formas del acero mantienen mayor memoria, y se deforman al sobrepasar su límite elástico.

· La dureza de los aceros varía entre la del hierro y la que se puede lograr mediante su aleación u otros procedimientos térmicos o químicos entre los cuales quizá el más conocido sea el temple, aplicable a aceros con alto contenido en carbono, que permite, cuando es superficial, conservar un núcleo tenaz en la pieza que evite fracturas frágiles. Aceros típicos con un alto grado de dureza superficial son los que se emplean en las herramientas de mecanizado, denominados aceros rápidos que contienen cantidades significativas de cromo, wolframio, molibdeno y vanadio. Los ensayos tecnológicos para medir la dureza son Brinell, Vickers y Rockwell, entre otros, con escalas definidas.

· Se puede soldar con facilidad.

· La corrosión es la mayor desventaja de los aceros ya que el hierro se oxida con suma facilidad incrementando su volumen y provocando grietas superficiales que posibilitan el progreso de la oxidación hasta que se consume la pieza por completo. Tradicionalmente los aceros se han venido protegiendo mediante tratamientos superficiales diversos. Si bien existen aleaciones con resistencia a la corrosión mejorada como los aceros de construcción aptos para intemperie (en ciertos ambientes) o los aceros inoxidables.

· Posee una alta conductividad eléctrica. Aunque depende de su composición es aproximadamente de 3x106 S m-1. En las líneas aéreas de alta tensión se utilizan con frecuencia conductores de aluminio con alma de acero proporcionando éste último la resistencia mecánica necesaria para incrementar los vanos entre la torres y optimizar el coste de la instalación.

. Se utiliza para la fabricación de imanes permanentes artificiales, ya que una pieza de acero imantada no pierde su imantación si no se la calienta hasta cierta temperatura. La magnetización artificial se hace por contacto, inducción o mediante procedimientos eléctricos. En lo que respecta al acero inoxidable, al acero inoxidable ferrítico, sí se le pegan los imanes, pero al acero inoxidable austenítico no se le pegan debido a que en su composición hay un alto porcentaje de cromo y níquel.

· Un aumento de la temperatura en un elemento de acero provoca un aumento en la longitud del mismo. Este aumento en la longitud puede valorarse por la expresión: δL = α (δ t°)L, siendo a el coeficiente de dilatación, que para el acero es de aproximadamente 1,2x10-5 (es decir α = 0,000012). Si existe libertad de dilatación no se plantean grandes problemas subsidiarios, pero si esta dilatación está impedida en mayor o menor grado por el resto de los componentes de la estructura, aparecen esfuerzos complementarios que hay que tener en cuenta. El acero se dilata y se contrae según un coeficiente de dilatación similar al coeficiente de dilatación del hormigón, por lo que resulta muy útil su uso simultáneo en la construcción, formando un material compuesto que se denomina hormigón armado.

· El acero da una falsa sensación de seguridad al ser incombustible, pero sus propiedades mecánicas fundamentales se ven gravemente afectadas por las altas temperaturas que pueden alcanzar los perfiles en el transcurso de un incendio.

Acero Para Uso En La Construcción (Estructural):

Acero estructural se conoce como el resultado de la aleación de hierro, carbono y pequeñas cantidades de otros elementos como silicio, fósforo, azufre y oxígeno, que le tributan características específicas. El acero laminado en caliente, fabricado con fines estructurales, se denomina como acero estructural al carbono, con límite de fluencia de doscientos cincuenta (250) mega pázcales (2•549 Kg. /cm2).

El acero estructural puede laminarse económicamente en una variedad de formas y tamaños sin un cambio apreciable de sus propiedades físicas. Normalmente los miembros mas ventajosos son aquellos que tienen grandes módulos de sección en proporción con sus áreas de sus secciones transversales. Las formas I o W, T, y canal, tan comúnmente usadas pertenecen a esta clase.
Los perfiles de acero se identifican por la forma de su sección transversal, como ejemplos están los ángulos, tes., zetas, y placas.

Ventajas y Desventajas del Acero como Material de Construcción:

Ventajas del acero como material estructural:

Alta resistencia.- La alta resistencia del acero por unidad de peso implica que será poco el peso de las estructuras, esto es de gran importancia en para el diseño de vigas de grandes claros.

Uniformidad.- Las propiedades del acero no cambian apreciablemente con el tiempo como es el caso de las estructuras de concreto reforzado.

Durabilidad.- Si el mantenimiento de las estructuras de acero es adecuado duraran indefinidamente.

Ductilidad.- La ductilidad es la propiedad que tiene un material de soportar grandes deformaciones sin fallar bajo altos esfuerzos de tensión. La naturaleza dúctil de los aceros estructurales comunes les permite fluir localmente, evitando así fallas prematuras.

Tenacidad.- Los aceros estructurales son tenaces, es decir, poseen resistencia y ductilidad. La propiedad de un material para absorber energía en grandes cantidades se denomina tenacidad.

Otras ventajas importantes del acero estructural son:

.Gran facilidad para unir diversos miembros por medio de varios tipos de conectores como son la soldadura, los tornillos y los remaches.
.Posibilidad de prefabricar los miembros de una estructura.
.Rapidez de montaje.
.Gran capacidad de laminarse y en gran cantidad de tamaños y formas.
.Resistencia a la fatiga que el concreto.
.Posible reutilización después de desmontar una estructura.

Desventajas del acero como material estructural:

Costo de mantenimiento.- La mayor parte de los aceros son susceptibles a la corrosión al estar expuestos al agua y al aire y, por consiguiente, deben pintarse periódicamente.

Costo de la protección contra el fuego.- Aunque algunos miembros estructurales son incombustibles, sus resistencias se reducen considerablemente durante los incendios. Además se ha comprobado que por su gran capacidad de conducir calor ha provocado la propagación de incendios, elevando la temperatura de habitaciones donde no hay flamas o chispas de ignición mas por el alto calor conducido ha logrado inflamar otros materiales usuales como madera, tela y otros

Susceptibilidad al pandeo. Es decir entre más esbeltos sean los miembros a compresión, mayor es el peligro de pandeo. Como se indico previamente, el acero tiene una alta resistencia por unidad de peso, pero al utilizarse como columnas no resulta muy económico ya que debe usarse bastante material, solo para hacer más rígidas las columnas contra el posible pandeo. Sin embargo cabe la posibilidad de usar perfiles que tengan dentro sus propiedades grandes momentos de inercia abundando a mitigar esta desventaja.

Algunos Otros Usos del Acero:

El acero en sus distintas clases está presente de forma abrumadora en nuestra vida cotidiana.
Este se presenta en forma de herramientas y utensilios para el desarrollo y trabajo en diferentes campos que van desde la medicina, la mecánica automotriz hasta la agricultura y muchos más, además en equipos mecánicos y formando parte de electrodomésticos y maquinaria en general.
También esta presente como uno de los principales materiales de consumo por parte de los astilleros, pues en grandes medidas los barcos, botes y otros tipos de embarcaciones se forman de acero.
Otro campo que hace gran uso de este material es la industria de guerra, en la fabricación de armamento, trasportes y de blindajes
El gran éxito del acero se basa en las relativas ventajas que presentan en cuanto a las propiedades como la conductividad de calor y corriente, así como su resistencia a distintos esfuerzos y quizás uno de los factores más influyente en su éxito en cuanto a la gran gamma de usos y participación en diferentes campos es su relativamente bajo costo en comparación con materiales que puedan tener mejores propiedades o no.

Métodos de inspección de soldaduras en estructuras

Existen dos tipos de métodos de inspección y ensayos para soldaduras:

Métodos destructivos: se realizan exclusivamente en laboratorio (recolección de muestras), principalmente se usa para verificar el procedimiento de soldeo definitivo, corriente y electrodos que se van a utilizar. Entre estos están: de tracción, de plegado, de dureza, de fatiga de impacto. Con estos ensayos también se pueden diagnosticar causas de ruptura y accidentes.

Métodos no destructivos: se realizan en la obra, existen varios métodos de los que se habla a continuación.

Inspección visual

Debe de realizarse por personal muy capacitado, que posea gran agudeza visual y puede ayudarse de algunos elementos auxiliares como: galgas para medir defectos como la falta de alineación, la abertura de la raíz, los parámetros de la junta y las dimensiones de la soldadura; también se emplean otros instrumentos como dispositivos de iluminación, reglas y cintas métricas, imanes, lápices termo indicadores, termómetros y lupas. Su finalidad es detectar defectos superficiales y externos tales como fisuras, mordeduras, apariencia de la soldadura y parámetros de la misma. El inspector visual debe atender especialmente a la preparación de la junta ya que muchos defectos internos de la soldadura, pueden prevenirse en esta fase.

Inspección con líquidos penetrantes

Es un examen que permite detectar fisuras o defectos que afloran a la superficie y que no son visibles a simple vista. Consiste en aplicar un líquido sobre la superficie dejándolo actuar durante unos minutos para que penetre en las posibles grietas. Después se retira el exceso, limpiando la superficie y aplicando un revelador, polvo u otros productos que se impregnan con el líquido que aflora de la grieta evidenciándola claramente. Pueden realizarse fotografías que documentan la inspección. Se emplean dos tipos de líquidos penetrantes: Fluorescentes, más indicados para la inspección en taller y coloreados para inspección en obra.

Figura 1. Tintes penetrantes

Inspección con partículas magnéticas

Este es un proceso rápido y práctico para detectar fisuras y otros defectos internos o invisibles a la vista normal (es capaz de detectar fisuras de hasta una diezmilésima de milímetro). Aprovecha la distorsión que una fisura produce en las líneas de un campo magnético creado mediante un magnetizador de imanes o por corriente eléctrica.

Figura 2. Empleo de particulas magneticas para inspección.

Inspección radiográfica

Se tiene que interpretar imágenes producidas por rayos X o rayos gama después de haber atravesado la unión soldada. Es un procedimiento muy fiable para espesores de pared de 16 a 20 mm, para espesores mayores se recomiendan los ultrasonidos.

Se emplea principalmente para uniones soldadas a tope puesto que las soldaduras en ángulo son difícilmente radiografiables. Permite detectar defectos tales como fusiones incompletas, porosidades e inclusiones de escorias.

Figura 3. Equipo de rayos x portátil para inspección.

Inspección por ultrasonidos

Este procedimiento utiliza la propagación del sonido en un medio sólido como elemento diferenciador de los posibles defectos en el interior de la soldadura toda vez que cambia las características de las ondas sónicas al faltar metal (fisuras o porosidades) o su composición (escorias o defectos de fusión). Es un procedimiento poco adecuado para soldaduras de ángulo.

Figura 4. Equipo de ultrasonido portatil.

Recomendaciones en Estructuras Metálicas

· Es importante una adecuada accesibilidad de la soldadura teniendo en cuenta el tamaño y movimientos necesarios a efectuar durante el soldeo.
· No se recomienda realizar soldaduras mas grandes a las de diseño, pues se encarece y además es peligroso por el calor excesivo aportado (tensiones residuales, cambios en la estructura microcristalina del metal).
· Algunos expertos recomiendan no emplear gargantas de soldadura inferiores a 5 mm para asegurar la fusión.
· Se puede incrementar en 1 mm la garganta como protección anticorrosiva.
· Las soldaduras de ángulo son en general preferibles a las soldaduras a tope no solo por el menor coste sino por la menor incidencia termo-metalúrgica en el proceso.
· Las soldaduras alrededor de una sección (perfil, tubo rectangular,..) no deben empezar o terminar en una de las esquinas de la sección.
· Cuando se trata de espesores pequeños se deben evitar soldaduras de varias pasadas.
· Siempre que sea posible se debe soldar en plano, girando la pieza, puesto que el soldeo es más perfecto.
· En ocasiones es conveniente puntear con soldaduras cortas antes de realizar la soldadura definitiva.
· Es conveniente evitar el soldeo de piezas con espesores muy diferentes, de acuerdo con las recomendaciones de la Norma, si es necesario hacerlo es recomendable precalentar la pieza de mayor espesor.
· Deben evitarse en lo posible soldaduras en las zonas del elemento estructural donde se produzcan esfuerzos mayores.
· Para el soldeo en obra deben tomarse precauciones como las de proteger los trabajos del viento y la lluvia y suspender los trabajos de soldeo si la temperatura ambiente desciende de 0º, salvo que se proteja el soldeo mediante precalentamiento adecuado de las piezas.
· Se tomarán las precauciones adecuadas para reducir hasta límites tolerables las inevitables deformaciones que la soldadura introduce en los elementos unidos. Estas deformaciones pueden ser de tipo lineal, tanto longitudinal como transversal y de tipo angular. Para atenuar las tensiones inducidas por estas deformaciones se deben seguir cuatro principios básicos. El principio de simetría que compensa deformaciones sobre todo de tipo angular, (en uniones en T soldar por los dos lados).
· El principio de libertad que reduce las tensiones de todo tipo si la pieza no coaccionada puede seguir los movimientos inducidos por el soldeo. El principio de accesibilidad, ya que se evitaran defectos en la soldadura si la posición de soldeo es más fácil. Finalmente el principio de enfriamiento, que requiere la ejecución más idónea de la secuencia de cordones para evitar la acumulación de calor en la zona de influencia térmica y esta será menor.
· A pesar de todas las precauciones si hay deformaciones no tolerable estas serán corregidas mediante deformación en frío, asegurándose de que en esta corrección no aparecen fisuras en los cordones.

Métodos de inspección de soldaduras en Costa Rica

En el Instituto Tecnológico de Costa Rica la Escuela de Ingeniería de los Materiales ha venido dando este servicio de inspección así como capacitación de personal por más de 15 años en el área de los ensayos no destructivos . Tanto en el área de capacitación como de servicios, se han priorizado técnicas como la inspección visual, líquidos penetrantes, partículas magnéticas, ultrasonido y radiografía industrial. El personal que esta a cargo de esta labor es de muy alto nivel y es reconocido en el extranjero. El objetivo de la Escuela en un corto-mediano plazo es dotar los laboratorios de nuevos equipos y poder ofrecer el servicio de inspección de pruebas de hermeticidad o fugas, corrientes inducidas, termografía infrarroja, análisis de vibraciones y emisión acústica, pruebas que dentro de poco tiempo se estarán realizando.

Los servicios de inspección se ejecutan según pedido de los diferentes contratistas y los costos de dichos trabajos quedan sujetos a las condiciones en que se realizarán, como por ejemplo: lugar de la inspección, facilidades, transporte, viáticos, honorarios, etc.

Las personas que han tenido contacto directo con la prestación de servicios de inspección y capacitación y a los cuales se les puede contactar para obtener mayor información al respecto son:

Mario Conejo Solís, actual director mconejo@itcr.ac.cr (506)550 2689

Ronald Jiménez Salas rjimenez@itcr.ac.cr (506)550 2439

Galina Pridybailo galia@itcr.ac.cr (506)550 2439

Ing. Oscar Chaverri Quirós ochaverri@itcr.ac.cr (506)550-2706

Escuela de Ciencia e Ingeniería de los Materiales

Instituto Tecnológico de Costa Rica (506)552-5333

Apdo. 159-7050 Cartago, Costa Rica

Fax. (506) 550 2704