CONEXIONES SOLDADAS rev b

Ing. Alfredo Carlos Arroyo Vega

Morelia, Michoacán. Julio 2010

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Temario.Temario.1. Generalidades.2. Metal de aportación.3. Soldadura compatible con metal base.4. Tipos de soldaduras.5. Dimensiones efectivas de las soldaduras.6. Tamaño mínimo de soldaduras de penetración

parcial.7. Soldadura de filete.8. Soldadura de tapón y de filete.9. Resistencia de diseño.10.Combinaciones de diseño.







Algunos beneficios asociados con el uso del acero para los propietarios son:• El acero permite reducir los tiempos de construcción y la posibilidad de construir en

cualquier época del año.

• El uso del acero permite claros mayores y más flexibilidad de uso para los propietarios.

• El acero es más fácil de modificar y reforzar si hay cambios arquitectónicos, durante la vida útil de la estructura.

• Las secciones estructurales de acero son ligeras y pueden reducir los costos de la cimentación.

• El acero es duradero, larga vida y reciclable.

Beneficios del acero estructural




El suministro y manejo del acero estructural es similar a otros materiales, pero hay algunos aspectos exclusivos en la construcción en Acero:

• El acero es fabricado fuera de la obra (arriba a la izquierda)

• El proceso de montaje en sitio es rápido (arriba a la derecha)

• Por lo anterior el uso del acero estructural da algunas ventajas en la programación de la obra.

• La coordinación de todas las partes es esencial para alcanzar estas potenciales ventajas.

Aspectos exclusivos de la Construcción en Acero




Conexiones del Acero Estructural

• Los principales métodos de conexión para acero estructural son los tornillos y la soldadura.

• La resistencia de la estructura depende del uso apropiado de estos métodos de conexión.

• Las conexiones hechas en el taller, son llamadas conexiones de taller.

• Conexiones hechas por el constructor en el campo, son llamadas conexiones de campo.




• La calidad de fabricación en taller, dependerá del equipo y los métodos de fabricación utilizados.

• Las conexiones de campo son típicamente atornilladas.

• La soldadura puede ser utilizada para conexiones de campo donde el uso de los tornillos sea indeseable.

• La soldadura en taller es más conveniente para controlar el medio ambiente.

Conectando el Acero Estructural




ó VENTAJAS1. Menor peso.2. Mayor área de aplicación.3. Estructuras mas rígidas.4. Continuidad de la estructura (fusión de los materiales).5. Facilidad para realizar cambios de diseño y de montaje.6. Proceso casi silencioso (baja contaminación acústica).7. Menor cantidad de piezas.

ó DESVENTAJASó Se inducen altas temperaturas al acero durante la aplicación de la

soldaduraó Requiere mayor supervisión en obraó Necesita mano de obra calificadaó Las condiciones climáticas y sitio de la obra afectan la calidad finaló Inspección cara. Se requiere la asistencia de un laboratorio

especializado




• AWS desarrolla códigos, da recomendaciones y guías bajo los procedimientos estrictos de la American National Standards Institute (ANSI)

• D1.1 Structural Welding Code – Steel, es uno de los mayores códigos consultados en del mundo y es producido por la AWS (AWS 2004a)

Soldadura Estructural




SoldadurasGeneralidades.

ó Una soldadura se define como la unión de dos piezas de metal conseguida mediante la aplicación de calor, con o sin fusión, con o sin adición de material de relleno y con o sin aplicación de presión.

ó Las más comunes y aceptadas en las NTC son las que se efectúan con fusión y sin aplicar presión.

ó “Soldadura de arco eléctrico (AE)” es un grupo numeroso de procesos que emplean un arco eléctrico como fuente de calor para fundir y unir los metales.

ó El AE con el que se transforma la energía eléctrica en calor, se crea al pasar una corriente eléctrica por una abertura en un circuito, entre la pieza que se va a soldar y la punta del electrodo.




Soldadurasó Generalidades.ó El electrodo es una varilla o alambre que puede consumirse o no durante el

proceso, este se mueve a lo largo de la junta, en forma manual o mecánica, o permanece fijo mientras las piezas que se sueldan se mueven.

ó El AE se caracteriza por una temperatura alta y constante (6000 °C)

ó La corriente para el AE suele proporcionarse por una máquina que transforma la corriente de alto voltaje y bajo amperaje (línea ordinaria) en corriente de bajo voltaje y alto amperaje, mas segura y eficiente en calor.

ó Corriente directa a corriente alterna

ó El calor puede generarse por la resistencia al paso de una corriente en un circuito que él forma parte; la unión se consuma aplicando una presión.

ó La soldadura por resistencia se usa en la mayoría de los casos para unir láminas delgadas, de hasta 3 mm de grueso.




• Un método común para unir el acero estructural es la soldadura.

• La soldadura puede ser hecha en el taller o en campo.

• Muchos fabricantes prefieren la soldadura sobre los tornillos.

• La soldadura en campo se restringe en lo posible debido a las condiciones que se requieren para obtener una buena soldadura.

• Hay diferentes procesos de soldadura, tipos, y posiciones que deben ser considerados en la construcción de edificios.





• La soldadura es el proceso de fusión conjunta de múltiples piezas de metal mediante el calentamiento del metal de aporte a un estado liquido.

• Una soldadura bien hecha es mas resistente que el metal base.





• Puntos de soldadura (arriba a la izquierda)

§ Una soldadura temporal se usa para colocar las partes en posición, mientras se realiza la soldadura final.

• Soldadura continua

§ Es la soldadura que se extiende continuamente de un extremo al otro.

• Soldadura intermitente (arriba a la derecha) Stitch Weld (above right)

§ Una serie de soldaduras de longitud específica, que están espaciadas a una distancia específica una de la otra.

Terminología de la Soldadura




Soldadurasó Procesos de soldadura.

ó Los cuatro procesos de soldadura de Arco Eléctrico (AE):

ó 1. Soldadura de arco eléctrico con electrodo cubierto (SMAW)ó Shielded Metal Arc Welding

ó 2. Soldadura de arco eléctrico con electrodo sumergido (SAW)ó Submerged Arc Welding

ó 3. Soldadura de arco protegida con gases (GMAW)ó Gas Metal Arc Welding

ó 4 Soldadura de arco eléctrico con electrodo con núcleo fundente. (FCAW)ó Flux Core Arc Welding




Soldadurasó Soldadura de arco eléctrico con electrodo recubierto.

SMAW (Shielded Metal Arc Welding)

ó La unión se logra por calor generado por AE (punta del electrodo de metal recubierto y el metal base)

ó No se emplea presión y si metal de relleno de la fusión del electrodo y en ocasiones de partículas metálicas que forman parte del recubrimiento.

ó El electrodo es una varilla de acero recubierta de materiales orgánicos o inorgánicos, o una mezcla de ambos.

ó En la practica se limita casi exclusivamente a soldar manualmente.




Soldadurasó Soldadura de arco eléctrico con electrodo recubierto.


ó El recubrimiento produce gases que protegen al arco y el metal fundido de la atmósfera , proporciona agentes fundentes y materiales formando escorias que controlan la viscosidad del metal de soldadura y lo cubren mientras se solidifica, protegiéndolo de la oxidación, retrasando su enfriamiento y controlando la forma de la soldadura.





• La soldadura de arco metálico protegido (SMAW) es también conocida como soldadura manual

• Un arco eléctrico es producido entre el extremo de el electrodo recubierto y las partes de acero que serán soldadas

• El electrodo es un metal base cubierto con un recubrimiento

• El recubrimiento del electrodo tiene dos propósitos:

• Formar una protección gaseosa para prevenir que las impurezas que hay enlaatmósfera puedan introducirse en la soldadura.

• Contiene escoria que purifica el metal fundido.

(AISC & NISD 2000)

Soldadura SMAW




Soldadurasó Soldadura de arco eléctrico con electrodo sumergido

(SAW) Submerged Arc Welding

ó La unión se logra por medio del calor de uno o varios arcos eléctricos formado por uno o varios electrodos de metal y el metal base. La soldadura se protege con una capa de material granular fusible (fundente), sobre el metal.

ó No se emplea presión, el material de relleno se obtiene del electrodo(s) y a veces del fundente

ó El arco no se produce del aire, como en la soldadura manual con electrodo recubierto, pues en el extremo el electrodo está sumergido en el fundente, que se deposita en la junta antes de que llegue el alambre.




Soldadurasó Soldadura de arco eléctrico con electrodo sumergido

(SAW) Submerged Arc Welding

ó Se caracteriza por el empleo de corrientes eléctricas y velocidades altas, pueden usarse electrodos de diámetro grande y corrientes de varios miles de amperes (soldaduras grandes de un solo paso).

ó Gran penetración (fusión profunda) debajo del metal base.

ó A diferencia de la SMAW que se utiliza todas las posiciones, la automática o semiautomática de arco sumergido solo se puede hacer en posición plana y horizontal.




• La soldadura de Arco Sumergido (SAW) es solamente ejecutada por medios automáticos o semiautomáticos

• Electrodo metálico desnudo es alimentado por un carrete y depositado como material de relleno

• El haz de soldadura es protegido de la atmósfera circundante por un montículo de material granular fundible

• El resultado es una soldadura penetración más profunda que otros procesos

• Solo las posiciones horizontal y plana pueden ser usadas

(AISC & NISD 2000)

Soldadura SAW




Soldadurasó Soldadura de arco protegida con gases

(GMAW) Gas Metal Arc Welding

ó La unión se logra por medio del calor de un arco eléctrico formado por un electrodo de metal y el metal base, el se protege con un gas. Puede usarse o no presión y el material de relleno.

ó El gas fluye de una copa invertida colocada alrededor del electrodo y protege a éste, al arco y al metal fundido, de los efectos adversos del oxígeno y el nitrógeno del aire.

ó El flujo del gas desplaza el aire de alrededor del arco evitando que se formen oxidos, lo que elimina la necesidad de usar fundentes.




Soldadurasó Soldadura de arco protegida con gases

(GMAW) Gas Metal Arc Welding




• Soldadura de Arco metálico con gas (GMAW) conocida como soldadura MIG

• Es rápida y económica

• Un alambre continuo se suministra dentro de la pistola soldadora

• El alambre se funde y combina con el metal base para formar la soldadura

• El metal fundido es protegido de la atmosfera por una cubierta de gas la cual es suministrada a través de un conducto a la punta de la pistola soldadora.

• Este proceso puede ser automatizado

(AISC & NISD 2000)

Soldadura GMAW




Soldadurasó Soldadura de arco eléctrico con electrodo con núcleo de fundente

(FCAW) Flux Core Arc Welding

ó El metal de aportación se proporciona por medio de un electrodo tubular continuo que contiene, en su centro, ingredientes que generan todo el gas necesario para proteger el arco, o parte de él; en el segundo caso se usa un gas auxiliar, que se introduce en el proceso de manera similar a como se hace en la soldadura protegida con gases.

ó El fundente del núcleo del electrodo puede estar compuesto por minerales, ferroaleaciones y materiales que proporcionan gases protectores, desoxidantes y escorias para dar forma a la soldadura. Los materiales del núcleo promueven la estabilidad del arco y mejoran las propiedadesmecánicas y la forma de la soldadura.




Soldadurasó Soldadura de arco eléctrico con electrodo con núcleo de fundente

(FCAW) Flux Core Arc Welding




• Soldadura de Arco con núcleo fundente (FCAW) es similar al proceso GMAW

• La diferencia es que el tubo de acero tiene un núcleo central lleno de fundente

• Con este proceso es posible soldar con o sin protección de gas

§ Esto es muy útil para condiciones extremas donde la protección del gas pueda ser afectada por el viento

(AISC & NISD 2000)

Soldadura FCAW




Soldadurasó Metal de aportación

ó Al efectuar una soldadura se funde la región del metal base situada frente al electrodo, el metal base fundido se mezcla con el de aportación, que se encuentra también en estado líquido; cuando, posteriormente, se solidifica la mezcla de los dos metales, une las dos partes entre las que se colocó el metal de aportación.

ó La soldadura formada por varios metales, mezclados en estado líquido y solidificados, los dos factores son importantes en las propiedades finales; pueden ser poco o muy diferentes de las del metal base, puesto que la forman proporciones variables de ambos, y ha estado sometida a un ciclo térmico muy complejo.

ó El metal de aportación es el que proporciona una manera efectiva de controlar la composición final y las propiedades mecánicas de la soldadura.





ó Origen y comportamiento: Tres fuentes que contribuyen a su formación.ó El metal base (porcentaje variable)ó El de aportación, electrodo consumible (porcentaje mayor)ó El incluido en el fundente

Puede parecer que basta con utilizar un metal de aportación con misma composición química del base, pero no se alcanza el objetivo por las propiedades muy especiales que adquiere el base al fundirse y volver a solidificarse.

Todo esto es causa de que el metal de aportación deba tener una composición química especial.

Para elegir el más conveniente para soldar un acero determinado deben conocerse las propiedades de mayor importancia de la soldadura final.





ó El primer termino se considera casi siempre la resistencia, en la mayoría de los casos ha de ser igual a la del metal base, es poco común que se necesite soldadura apreciablemente mas resistente que el base, puede ser inclusive inconveniente, debido a que el aumento de resistencia es reducción de ductilidad, que ocasionan concentraciones de esfuerzos indeseables, incapaces de acompañar a su deformación del acero que los rodea. (deseable resistencia de soldadura igual a la del metal base)

ó Los electrodos se clasifican según su resistencia, diseñados para depositar un metal que combinado con el base fundido posea ductilidad y tenacidad adecuadas.

ó Propiedades de la soldadura de a cuerdo a su uso, ejemplo si la estructura queda expuesta a la intemperie sin protección, su resistencia a la corrosión ha de ser igual a la del metal base.





ó En estructuras aparentes es también importante que las soldaduras y el metal base adquieran el mismo color al oxidarse.

ó Otro aspecto es como trabajan las soldaduras a diferentes temperaturas y fatiga.




Soldadurasó Clasificación de los electrodos

ó Se aceptan cuatro procesos precalificados de soldadura de AE para edificios y puentes sin necesidad de efectuar prueba previa para demostrar su aplicabilidad.

ó La Sociedad Americana de la Soldadura (AWS) publicó especificaciones referentes a los electrodos, fundentes y gases que se utilizan en los cuatro procesos.

ó Clasificación de los materiales de aportación empleados en los dos primeros procesos (mas usados en México)

ó Proceso SMAW; Los electrodos usados están formados por una varilla recubierta con una capa de material que desempeña multiples funciones durante la colocación de la soldadura





ó Su base son las propiedades mecánicas del metal de soldadura en condiciones finales de solidificación, sin someterse a tratamientos posteriores, las características de recubrimiento, las posiciones en que se utilizan y la corriente empleada.





ó Cada electrodo se designa con una letra E, inicial de electrodo, seguida de cuatro o cinco dígitos, Edcba ó Eedcba.

ó Los primeros dos o tres dígitos (ej.60 ó 110), indican su resistencia mínima a la ruptura en tensión del metal de soldadura, en kips.

ó El tercer o cuarto dígito, que es un 1, un 2 o un 4, indica la posición o posiciones en que pueden obtenerse soldaduras satisfactorias.

ó “1” electrodos adecuados en cualquier posición, plana horizontal, vertical o sobre cabeza.

ó “2” a los que pueden depositar soldaduras de penetración en posición plana y de filete en horizontal y plana.

ó “4” en E7048, indica que el electrodo es adecuado para soldaduras verticales depositadas de arriba hacia abajo.

ó Finamente los dos últimos dígitos, tomados en conjunto se refieren a las características de la corriente que debe emplearse y a la naturaleza del recubrimiento.




















• El equipo de soldadura variara dependiendo del proceso de soldadura y si la soldadura es hecha en el taller o en campo

• Se muestra una máquina para soldadura (FCAW) de taller arriba a la izquierda

• A la derecha una máquina para soldadura (SMAW) para soldadura de campo

Equipo de soldadura




A topeTraslapada Esquina

TeBorde

• Son tipos de juntas estructurales, las cuales son establecidas por las posiciones relativas del material de unión.

• Las juntas traslapadas, te y a tope son las más comunes.

(AISC)

Tipos de Juntas




Filete Pen,completabisel simple,

sold de ranura

Penetracio parcialbisel simple

soldadura ranura

TapónPen completadoble v sol de

ranura

Penetraciónparcial simple J sol de ranura

• Los tipos de soldadura definen la configuración de la soldadura y subrayan aproximadamente su diseño.

• Las soldaduras de filete y de ranura son las de más uso común

• Las soldaduras de ranura tienen dos categorías

§ Penetración completa – la sección transversal total del miembro es soldada

§ Penetración parcial – solo una parte de la sección transversal del miembro es soldada

(AISC)

Terminología de Soldadura




• La mayoría de las soldaduras usadas son de filete

• La seccion transversal de las soldaduras de filete son teoricamente triangulares.

• Las juntas de soldaduras de filete tienen dos superficies aproximadamente en angulosrectos, unos a otros en juntas traslapadas, te y de esquina.

(AISC & NISD 2000)

Soldaduras de Filete

Symbolic Profiles

Actual Profiles




• Las soldaduras de ranura se especifican cuando la soldadura de filete no es adecuada para esa unión.

§ Porque la configuración de las piezas no permite la soldadura de filete.

§ Se requiere una resistencia mayor que la provista por la soldadura de filete

• Las soldaduras de ranura son hechas en el espacio o ranura entre las dos piezas que serán soldadas.

(AISC & NISD 2000)

Soldaduras de Ranura




• La preparación en bisel o “J” se extiende sobre la mayoría o la totalidad de la cara del material que será unido

• Ocurre una fusión completa

• En algunos casos de soldaduras de ranura de penetración completa, el material serábiselado de una lado de la placa hasta la placa separadora- llamada placa separadora

(AISC & NISD 2000)

Penetración Completa de Ranura




Las soldaduras en las juntas de Penetración Parcial se usan cuando no es necesario para la junta desarrollar la resistencia en la sección transversal total de los miembros que están siendo unidos.

(AISC & NISD 2000)

Penetracion Parcial de Ranura




Tipo

sde

Sol

dadu

ra




• Hay cuatro posiciones de soldadura:

§ Plana – La cara de la soldadura es casi horizontal y la soldadura se realiza desde arriba de la conexión.

§ Horizontal – El eje de la soldadura es horizontal.

§ Vertical – El eje es casi vertical y la soldadura se realiza al mover el electrodo hacia arriba.

§ Sobrecabeza – La soldadura se realiza desde abajo de la conexión.

• La posición plana es la preferida porque es más fácil y eficiente soldar en esa posición.

(AISC & NISD 2000)

Posiciones de la Soldadura










• Son usados para representar los detalles y requerimientos específicos de soldadura al soldador

• Se incluyen en los dibujos de fabricación y montaje.

Símbolos de Soldadura

Línea principal

Línea horizontal

cola

Símbolo básico de soldadura (Se muestra el símbolo de filete de soldadura)

Notas (Soldadura típica)

Longitud y espaciamiento (en plgs)

Tamaño de soldadura(en plgs)

Soldadura de campo




Soldaduras de filete junta traslapada

Símbolo de soldadura Soldadura deseada





Soldaduras de filete miembro armado







Soldaduras de filete intermitentes





Soldaduras de penetración parcialSímbolo de soldadura Soldadura deseada





Conexión columna placa base





Soldaduras de penetración completaSímbolo de soldadura Soldadura deseada





Soldaduras de tapónSímbolo de soldadura Soldadura deseada





Usos típicos de soldaduras de filete

USOS DE SOLDADURASDE FILETE








Empalmes


Conexiones de momento




Angulos de apoyo


Conexiones simples




Accesibilidad para Soldar• Agujeros de acceso son

requeridos en algunas soldaduras, tales como el patín soldado mostrado a la derecha§ El agujero de acceso

permite colocar una placa de respaldo, abajo del patín superior

§ El acceso del agujero inferior permite el acceso completo de soldadura en el ancho total del patín inferior

• Se muestra un agujero para soldadura para una conexión en el patín

Colum

n

Angulo de asiento

Agujeros paraacceso de soldadura

Pl respaldo

Barra de extensión

(Adapted from AISC 2001)(Adapted from AISC 2002a)










ó La sección transversal de una soldadura de filete típica es un triángulo recto con piernas iguales y el tamaño del filete de soldadura es el tamaño de la pierna.

ó Aaaaaaaa




ó Soldadura de filete

ó En el caso de una soldadura de filete cóncava o convexa el tamaño de la pierna se mide mediante el triángulo recto más grande que se puede inscribir dentro de la soldadura.ó Las soldaduras de filete aumentan en dieciseisavos de

pulg, de 1/8 hasta ½ pulg y en octavos d pulg para tamaños mayores a ½.ó Tamaño de soldadura práctica más pequeña 1/8 de pulg.ó Tamaño más económico probablemente es 5/16 de pulg.




ó El tamaño máximo de una soldadura de filete esta determinado por el espesor del borde del miembro a lo largo del cual se deposita la soldadura.ó Wmax = tp para tp < 1/4 de pulg.ó ≤ tp – 1/16 para tp ≥ 1/4 de pulg.




ó Longitud efectiva Lw es la distancia extremo a extremo de todo el filete, medido de forma paralela a su línea de raíz.ó Por lo tanto la longitud

efectiva es la longitud total menos dos veces el tamaño nominal de la soldadura, para considerar los cráteres.ó Lw ≥ Lw,min = 4w o we = Lw /4.ó Área efectiva, Aw = Lw te




ó Soldadura intermitente solo se realiza mediante el proceso SMAW.ó No es recomendable para

soldaduras expuestas.ó No se permiten soldaduras

intermitentes de ranura.ó La longitud efectiva Lw debe

ser:ó Lw ≥ máx(4w; 1 ½ pulg)




ó Soldaduras longitudinales, transversales e inclinada.ó Soldaduras de filete

longitudinal sometidas a esfuerzos cortantes máximos en la garganta a 45 grados.ó Soldaduras de filete

transversales la garganta se ve sujeta a esfuerzos cortantes como de tensión (o de compresión).ó Soldadura transversal más

fuerte que la longitudinal




ó Soldaduras de tapón y de muesca.ó Están limitadas a la

transferencia de cargas de cortante en planos de unión paralelos a las superficies de contacto.




ó El espesor de las soldaduras de tapón o de muesca en materiales hasta de 5/8 pulg de espesor debe ser igual al espesor de la placa.ó En materiales de mas de 5/8 de pulg de espesor, la

soldadura debe tener un espesor de al menos la mitad del espesor del material, pero no menor a 5/8 de pulg.ó Por lo tanto:ó w = tp para tp ≤ 5/8 de pulg.ó ≤ máx(tp / 2, 5/8 de pulg) para tp > 5/8 de pulg.




ó El ancho de una ranura para la soldadura de muesca no pueden ser menor que el espesor de la parte que la contiene, mas 5/16 de pulg. También, el espesor debe ser menor o igual a 2 ¼ veces el espesor de la soldadura, w. El valor seleccionado se convierte en un múltiplo non de 1/16 de pulg. La longitud máxima permitida para una soldadura de muesca es 10 veces el espesor de la soldadura.ó Por lo tanto:ó dsw,mín = tp + 5/16; dsw,máx = mín(dsw,mín + 1/16 de pulg;2

¼w)ó dsw,mín ≤ dsw ≤ dsw,máx

ó Lsw ≤ 10 w; rh ≥ tpó stsw ≥ 4 dsw; slsw ≥ 2 Lsw




ó Soldadura de fileteó Tamaño mínimo ver Tabla J2.4ó Tamaño máximo

t ≤ 1/4”: tt > 1/4”: t-1/16”lw ≥ 4w

w

w

0,707a = te




ó Soldadura de filete: Tamaño mínimo de soldaduras




óS

olda

dura

de

filet

e




óS

olda

dura

inte

rmite

nte







ó Soldadura de penetración (tamaño mínimo ver Tabla J2.3, sección J2.1b)

T1 T2

te = T1

T T

te = T

D T

te = D – 1/8”

te

45° ≤ α < 60°

GMAW, FCAW, posiciones v y s

D T

te = D

te

60° ≤ α
















Tamaño de soldadura

• El tamaño de la soldadura debe ser el especificado en los dibujos.

• Algunas soldaduras pueden cumplir con el tamaño con una simple pasada.

• Soldaduras más grandes pueden requerir múltiples pasos..

• Soldaduras simples con un solo paso incluyen soldaduras de filete hasta 5/16 plgs y soldaduras de ranura sin preparación para placas delgadas.

• Soldaduras de múltiples pasos incluyen soldaduras de ranura de penetración completa y parcial de bisel simple y soldaduras de filete hasta 5/16 plgs.

• La soldadura de la foto es una soldadura de filete de múltiples pasos.







• Las soldaduras pueden ser cargadas por cortante, tensión, compresión o por una combinación de ellas

• Las capacidades para soldadura están dadas en la especificación del AISC J2 (2005)

• La resistencia de la soldadura depende de múltiples factores: metal base, metal de aportación, tipo de soldadura, tamaño de la soldadura y garganta.

Resistencia de Soldaduras Estructurales

(Part of Table J2.5 AISC 2005)




Resistencia de diseño de las soldadurasó Se determina de acuerdo secc. J2, J4 y J5 del LRFDó Verficar 2 estados limite de resistencia (metal de aportación y metal base –

J2.5 LRFD), rige la menor Rd = mín [ Rdw, RdBM ]

ó Resist. diseño del metal de soldadura es (J2.4):

Rdw: Resist. diseño de soldadura (E.L. Falla del metal de aportación)Aw: Área efectiva sección transv. de soldadura.φ = factor de resistencia = 0.75Fw : Resist. Nominal del material del electrodo.

ó Resist. diseño del material base es:

RdMB: Resist. diseño de soldadura (E.L. Falla del material base)ABM: Área efectiva sección transversal del material base.φ = factor de resistencia = 0.75FBM : Resist. Nominal del material base.

dw w w

w e w

R F AA t L

= φ ⋅ ⋅

= ⋅

dBM MN BMR F A= φ ⋅ ⋅




ó Soldaduras de penetraciónó Tracción o compresión normal al eje de la soldadura

en elementos diseñados para contactoó Metal base

φ = 0.9 Ω = 1.67

ó Soldadura

φ = 0.8 Ω = 1.88

n y e wR F t l= ⋅ ⋅

n EXX e wR 0,60F t l= ⋅ ⋅

Resistencia de diseño LRFD




ó Soldaduras de penetraciónó Corteó Metal base: ver sección J4

ó Soldadura

φ = 0.75 Ω = 2.00






ó Soldaduras de fileteó Corteó Metal base: ver sección J4ó Soldadura

φ = 0.75 Ω = 2.00

ó Soldadura de tapónó Corteó Metal base: ver sección J4ó Soldadura

φ = 0.75 Ω = 2.00


n EXX taponR 0,60F A= ⋅








ó Resistencia de filete
















ó Ejemplo: Resistencia de diseño a cortante (filete)

ó Resistencia de diseño a cortante de una longitud unitaria, de 1/16”, de una soldadura de filete producida mediante el proceso de soldadura de arco metálico protegido (SMAW) al usar electrodos E70.

d(1/16) e e

d(1/16)

W 0.45 (70) t 31.5 t 31.5 (0.707w)

W 22.27 (1/ 16) 1.392 kip

= ⋅ ⋅ = ⋅ = ⋅

= ⋅ =




ó Ejemplo: Resistencia de diseño a cortante (filete)

d

Como la resistencia de una soldadura de filete SMAWes proporcional al tamaño de la pierna w, para una sol-dadura de filete E70 se tiene:

W 1.392 D : resist diseño a cortante por unidad

= ⋅

6d=16

de longitud de tamaño w.DD: numero de dieciseisavos de pulg. w16

Ejemplo : E70 de 3/8"W =1.392 6 8.35 kip

=

⋅ =




ó Resistencia de diseño a cortante (filete)




óR

esis

tenc

ia d

e ta

pón







ó Grupos colineales o paralelos de filetes cargados a través del centro de gravedad

( )( )1,5w EXXF 0,60F 1 0,5 sin= + θ

θ




ó Grupos de soldaduras de filete (método plástico)

( )( ) ( )

( ) ( )

( )( )

1,5w EXX

0,3

i m

i i u crit

0,32m

0,65u

F 0,60F 1 0,5 sin f p

f p p 1,9 0,9p

pr r

0,209 2 w

1,087 6 w 0,17w

−

−

= + θ

= − = ∆ ∆

∆ = ∆

∆ = θ +

∆ = θ + ≤

j

i

rj

ri

j

inx wix wi ny wiy wiR F A R F A= =∑ ∑




ó Grupos de filetes longitudinales y transversales cargados a través del centro de gravedad

( )n wl wt wl wtR max R R ,0,85R 1,5R= + +




• Debe evitarse la soldadura de campo debido a las siguientes condiciones:

• Si esta lloviendo, nevando o hay temperaturas inferiores a 0° F

• A ciertas temperaturas ambientes se requiere precalentar el material

• AWS Code D1.1 (2004b) especifica un mínimo precalentamiento y temperaturas de interface las cuales son diseñadas para evitar el agrietamiento

Influencia del Clima en la Soldadura




• Es importante para el soldador y aquellos que trabajan en el área del proceso de soldadura que sean conscientes de las medidas de seguridad

• El arco eléctrico nunca debe ser visto sin protección para los ojos

• AWS pública muchas medidas de seguridad e higiene que pueden ser descargadas de la siguiente página: www.aws.org

Seguridad para Soldar


http://www.aws.org



Un soldador debe usar las protecciones apropiadas incluyendo:

Medidas de seguridad para soldar

• Casco

• Careta y lentes

• Guantes

• Botas

• Camisa de cuero

• Chaparreras de cuero




La soldadura en estructuras existentes durante el proceso de proyectos de reestructuración requiere consideraciones cuidadosas de numerosos factores:

Soldadura en estructuras existentes

• Determinar la soldabilidad – Identificar el grado del acero y establecer un procedimiento de soldadura

• Seleccionar y diseñar la soldadura-preferir soldaduras de filete y evitar sobre soldaduras• Preparación de las superficies – remover pintura, aceite y grasa• Cargas durante el refuerzo – Un ingeniero determinara las cargas sobre el miembro

estructural durante el calentamiento, soldado o cortado • Riesgo de Fuego – Cumplir los códigos, especificaciones y reglas de seguridad para

evitar el fuego.• Ver detalles en la Guía de Rehabilitación y refuerzo del AISC (2002b)




Inspección de la Soldadura

• Adicionalmente los programas de control de calidad de montaje, pruebas e inspecciones serán avaladas por el Ingeniero o la autoridad responsable

• Un inspector puede pedir pruebas adicionales que aquellas que fueron ejecutadas por el Ingeniero Responsable

• Algunos problemas que pueden ser encontrados en las soldaduras son:

§ Falta de fusión

§ Porosidad

§ Grietas

§ Penetración insuficiente

• Hay algunas inspecciones y pruebas de soldaduras que son comunes

§ Tamaño erróneo

§ Pobre mano de obra




• La inspección visual es la más frecuente y única inspección a menos que la especificación requiera un método de inspección más rigurosa

• La inspección al soldador será hecha antes, durante y después de soldar

• Cuando una inspección externa es requerida, ésta deberá ser hecha antes, durante y después de soldar.

• Problemas menores pueden ser identificados y corregidos antes de que se complete la soldadura

(AISC & NISD 2000)

Inspección Visual




Socavación

Falta de fusión

Defectos en la Soldadura




Falta de penetración

Ilusión de escoria Porosidad

Defectos en la Soldadura




• La prueba de líquidos penetrantes localiza grietas diminutas y porosidad

• Diferentes tipos de tinte pueden ser usados incluyendo:

§ Tintura de color – la tintura saldrá a la superficie delineándola en

§ forma visible

§ Tintura fluorescente – la cual se mostrara bajo el examen con luz negra

• La tintura es normalmente aplicada por un spray directamente a la soldadura

(AISC & NISD 2000)

Prueba de líquidos penetrantes




• Inspección de partículas magnéticas usa polvo de partículas magnéticas para indicar defectos en el material magnetizado

• Un campo magnetizado es inducido en la parte soldada

• El polvo magnético es atraído a las grietas cercanas a la superficie

(AISC & NISD 2000)

Partículas mágneticas




• El ultrasonido puede se usa para detectar defectos dentro de las soldaduras

• Ondas sónicas de alta frecuencia se envían a través del material y se reflejan desde el lado opuesto de éste y se detectan en un tubo de rayos catódicos

• Los defectos afectan el tiempo de transmisión del sonido

• Los defectos se muestran en la pantalla y son sujetos de interpretación por un inspector

(AISC & NISD 2000)

Inspección de ultrasonido




• Inspección radiográfica o rayos X se usa también para detectar defectos en las soldaduras

• Rayos invisibles penetran el metal y revelan defectos en la radiografía o en la pantalla fluorescente (arriba)

• Este es el método de inspección más costoso

(AISC & NISD 2000)

Radiografías




• La soldadura de filete es menos cara que la soldadura de penetración

§ No requiere preparaciones especiales

§ No requiere placa de respaldo

§ Menos volumen de soldadura

§ La soldadura de ranura de penetración parcial es menos cara que la soldadura de ranura de penetración completa

• La mano de obra representa el mayor costo asociado con la soldadura

Costos de Soldadura




• Atornillar es generalmente una operación más rápida que la soldadura

• El atornillar no tiene condiciones de requerimientos de temperatura y clima que están asociados con la soldadura

• Un cambio inesperado del clima puede demorar las operaciones de soldado

Consideraciones de programación en las soldaduras y tornillos




Conexión viga columna comúnmente utilizada antes del sismo de Northridge en

los Estados Unidos




Fallas en conexiones.








Falla en la soldadura de penetración completa.





Zona Común de Iniciación de Fracturas








Resultados de la investigación realizada.

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FEDERAL EMERGENCY MANAGEMENT AGENCY

FEMA 350 July, 1999

Recommended Seismic Design Criteria

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Steel Frame Buildings

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FEMA 352 July,2000


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FEDERAL EMERGENCY MANAGEMENT AGENCY FEMA 351 July, 1999


for New Moment-Resisting


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FEMA 350 July, 1999

Recommended Seismic Design Criteriafor New Moment-ResistingSteel Frame Buildings




Resultados de la investigación realizada.

La placa de respaldo debe ser removida cuando se utiliza en las uniones de penetración completa entre el ala inferior de la viga y columna.

Realizar saneado de raíz y soldar cordón de Respaldo tipo filete de tamaño mínimo de 8 mm.




Requerimientos básicos de una conexión viga columna en zonas

sísmicas.• Debe ser capaz de poder desarrollar la capacidad a flexión de las

trabes.

• Debe poder resistir varios ciclos de carga reversibles con rotaciones plásticas de 0.03 radianes.

• Las articulaciones plásticas deben formarse en las trabes y no en la columna.




Conexiones preclasificadas

por medio de acartelamientos





por medio de acartelamientos





por medio de placas verticales





por medio de placas verticales

disminución intencional de la resistencia en un segmento de la viga





La conexión con la trabe es completamente atornillada por lo que no es necesario soldar en campo.





El muñón se fabrica en taller usando patines de ancho variable para alejar la articulación plástica lejos de la cara de la columna.





Conexión viga columna tipo árbol.




Diseño de la junta.

Resistencia. Las conexiones deben ser capaces de resistir las acciones que les transmiten los miembros.

Rigidez. La conexión debe tener la rigidez suficiente para conservar las posiciones relativas de los elementos que conecta.

Capacidad de rotación. La conexión debe admitir rotaciones importantes conservando resistencia y rigidez suficiente de manera que se formen articulaciones plásticas en los elementos que conectan y por lo tanto permitir la capacidad de deformación de la estructura (ductilidad).

Economía ?

Facilidad de fabricación y montaje ?




Conexión de placas tipo end - plate.




Conexión de placas tipo end - plate.




Preparación de muñones para conexiones.




¿Cómo reparar la soldadura?

• La soldadura deficiente se retira mediante el procedimiento “arco-aire” que requiere electrodo de carbón y un compresor de aire para su aplicación.

• Una vez vaciada la soldadura, se rellena otra vez con nueva soldadura.




Aplicación arco – aire.




Vaciado de soldadura.




Electrodo de carbón.




Aplicación de nueva soldadura.




Acero estructural : El material a seleccionar




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Steel Construction, Inc. Chicago, IL.AISC. (2003). High Strength Bolts: A Primer for Structural Engineers. American Institute of Steel

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http://www.aws.org/



Gracias !




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CONEXIONES SOLDADAS rev b