EFECTOS DE LA SOLDADURA EN LOS REFUERZO DEL HORMIGÓN ARMADO

Conceptos:

Soldadura._

Soldadura es un procedimiento por el cual dos o más piezas de metal se unen por aplicación o no de calor, presión, o una combinación de ambos, con o sin aporte de otro metal, llamado metal de aportación. Soldar consiste en reunir las partes integrantes de una construcción asegurando la continuidad de la materia entre ellas.

Soldadura SMAW (Shield metal arc welding ), Soldadura por arco eléctrico y electrodo revestido . El proceso que permite una soldar el aire libre con el mínimo daño en el cordón de soldadura, por lo cual es el más utilizado para la soldadura en campo

Barras de refuerzos._ Son elementos estructurales compuesto principalmente de carbono y que confieren gran resistencia basadas en las normas: NTE INEN 2167 (Ecuatoriana) Varilla con resaltes de acero de baja aleación, soldables, Low-alloy steel deformed bars for concrete reinforcement laminadas en caliente y/o termotratadas para hormigón armado. ASTM A706 (Americana) según la cual especifica:

Mechanical Requirements

  Grade 60 Grade 80

Tensile, ksi 80 100

Yield, ksi 60-78 80-98

Elongation in 8”    

Bar size #3,4,5,6 14 12

7,8,9,10,11 12 12

14,18 10 10

*Tensile strength shall not be less than 1.25 times the actual yield strength

Chemical Requirements

Element Max %

Carbon 0.30

Manganese 1.50

Phosphorous 0.035

Sulfur 0.045

Silicon 0.50

Weldability

In addition to the above chemical requirements, A706 rebar must also have a carbon equivalent (CE) not

exceeding 0.55%.

El Capítulo 3 del CEC, sección 3.5 se refiere al acero de refuerzo, donde la sección 3.5.2 explica “las varillas de refuerzo que vayan a soldarse deben estar señaladas en los planos, debiéndose especificar los procedimientos de soldadura que se van a emplear. Las especificaciones ASTM para varillas de refuerzo, excepto la ASTM A706, deben complementarse para requerir un informe de las propiedades del material necesarias para cumplir con los procedimientos de soldadura especificados, en el Código de Soldadura del Acero de Refuerzo (AWS D 1.4) de la Sociedad Americana de Soldadura.

“De los ensayos realizados, en el Tesis de Grado “Estudio Sobre el Efecto de los Puntos de Soldadura en las propiedades Mecánicas de los Hierros Corrugados de Producción Nacional”, 1981 se concluye que estos aceros no son recomendables para ser soldados en las condiciones en que este trabajo actualmente se realiza”.

Efectos internos

Normativa para soldar

Datos de ensayos conclusiones

“Aunque los aceros de esta norma no son de soldabilidad garantizada, en casos muy especiales, puede ser especificado por ingeniería el empalme soldado, siempre y cuando este considere la soldabilidad del acero en cuanto a su composición química o índice de carbono equivalente (CE) y cuente con la aprobación de un laboratorio acreditado, así como también esta actividad sea realizada por personal calificado y adecuadamente controlado. Estas uniones soldadas no se deberán usar en puntos críticos de la estructura. “

De manera simplemente informativa, se obtiene el índice de carbono equivalente para una barra de 8 mm cualquiera calculado de la siguiente manera:

CE = %C + (%Mn / 6) + (%Cu / 40) + (%Ni / 20) + (%Cr / 10) - (%Mo / 50) - (%V / 10)

CE = %C + (%Mn / 6)

Según las recomendaciones indicadas en la AWS D1.4-98, los valores del carbono equivalente no deben exceder el 0.55%, mostrando esta medición la pobre soldabilidad de estas barras.

Los electrodos más adecuados para las soldaduras de aceros al carbono son aquellos cuyo revestimiento produce poco o nada de hidrógeno.

RECOMENDACIONES DE LA NORMA AWS (AMERICAN WELDING SOCIETY) PARA SOLDADURAS

Requerimientos para el metal de aporte

Para los empalmes a tope directo, el electrodo a usar deberá estar de acuerdo con la

Tabla 3.3.

Tabla 3.3: Requerimientos del metal de aporte (extracto norma AWS D1.4-2005)

3.4 Temperatura de precalentamiento y temperatura de interpasada La temperatura de precalentamiento y la temperatura de interpasada5 que deben poseer las barras en el proceso de soldadura dependen del carbono equivalente que estas tengan y de su diámetro. La tabla siguiente describe ambas temperaturas en función de las variables recién mencionadas.

Es necesario el precalentamiento de las varillas antes de soldarlas para reducir la velocidad de enfriamiento, evitar la contracción y la formación de una estructura llamada martensita, la cual confiere al acero una gran dureza, afectando de manera negativa otras propiedades mecánicas como la ductilidad (AWS, 1968). Las especificaciones de la ANSI/AWS D1.4-98 (AWS, 1998) recomienda el precalentamiento de las barras de refuerzo del tipo ASTM A615 antes de ser soldadas, de acuerdo con el valor del carbono equivalente, el cual se evalúa con un procedimiento que se describe posteriormente. El esmerilado de las superficies a unir, cortadas con oxígeno-acetileno, garantiza una mejora en la unión entre el metal base y la soldadura.

Una alternativa para no realizar el ensayo radiográfico, se puede realizar un ensayo de tensión que cumpla con por lo menos el 125% de la resistencia ala fluencia del tipo de barra a ser ensayada , mas una macroscopia

Es necesario el precalentamiento de las varillas antes de soldarlas para reducir la velocidad de enfriamiento, evitar la contracción y la formación de una estructura llamada martensita, la cual confiere al acero una gran dureza, afectando de manera negativa otras propiedades mecánicas como la ductilidad (AWS, 1968). Las especificaciones de la ANSI/AWS D1.4-98 (AWS, 1998) recomienda el precalentamiento de las barras de refuerzo del tipo ASTM A615 antes de ser soldadas, de acuerdo con el valor del carbono equivalente, el cual se evalúa con un procedimiento que se describe posteriormente. El esmerilado de las superficies a unir, cortadas con oxígeno-acetileno, garantiza una mejora en la unión entre el metal base y la soldadura.

Estructura de un acero con 30% Ni mostrando Placas de Martensita

El calentamiento de los electrodos contribuye a minimizar el agrietamiento de la soldadura por la acción del hidrógeno. El Reglamento ANSI/AWS D1.4 (AWS, 1998), señala que los electrodos de la serie E90XX-X, los cuales son recomendados para soldar el acero de refuerzo del tipo ASTM A615, deberán ser calentados a una temperatura no menor de 370º C durante por lo menos 2 horas, si los electrodos han estado expuestos a la atmósfera por mas de 5 horas. Sin embargo, es común que en nuestro país esta recomendación se siga de manera inadecuada, ya que se utilizan lámparas sin control de temperatura.

Zona Afectada por el calor (ZAC) en una varilla soldada en esta investigación

CONCLUSIONES tomado de la Revista de Ingeniería Sísmica No. 75 69-94, Mario E. Rodríguez ( )1, Javier Rodríguez Asabay , Mexico (2006).

En esta investigación se llevó a cabo ensayes en tensión de 54 barras de refuerzo, de diámetros

No 8, 10 y 12, las que fueron soldadas a tope directo. Se evaluó el efecto de tres variables importantes en el proceso de soldadura, el tipo de electrodo (E-7018 y E-9018), el tipo de bisel y el efecto del precalentamiento. De este estudio se obtuvieron las siguientes conclusiones:

1) Se recomienda no usar electrodos E7018 para soldar barras de refuerzo, debido a que los resultados de los ensayes mostraron que para este caso la capacidad de deformación última no llegó a 0.02, valor bastante menor que el recomendado en este estudio como capacidad mínima de deformación. Además los valores medidos de la relación Fsu/Fy fueron menores que el valor mínimo de 1.25 recomendado para esta relación tanto por la AWS como por la NTCC-DF-2004.

2) El empleo del precalentamiento y electrodos E9018 en barras soldadas en posición vertical llevó, respecto al caso anterior con electrodos E70, a ligeras mejoras en la capacidad de deformación y en los valores de la relación Fsu/Fy. Sin embargo, las capacidades de deformación medidas fueron menores que la mínima recomendada en este estudio, y para barras de diámetros No 10 (31.8 mm) y No 12 (38.1 mm), la relación Fsu/Fy apenas alcanzó el valor 1.25 recomendado por la AWS y la NTCC-DF-2004, y fue menor que el valor recomendado en este estudio.

3) En todas las barras soldadas con electrodos E9018, excepto las barras No 8 (25.4 mm) soldadas en posición horizontal con doble bisel, la falla ocurrió de modo frágil en la soldadura y en la “zona afectada por el calor”. El precalentamiento de 150º C recomendado por la AWS no fue suficiente para evitar en estos casos la falla de las barras soldadas en la “zona afectada por el calor”.

4) Con base en los resultados de esta investigación aquí comentados, en estructuras de concreto reforzado en zonas sísmicas de nuestro país se recomienda no soldar barras de refuerzo con características de la normativa NMX-C-407 con diámetros mayores que el diámetro Nº 8 (25.4 mm). Los resultados encontrados en este estudio muestran que sólo las barras de refuerzo No 8 soldadas con doble bisel y electrodos E90 podrían alcanzar valores recomendados de capacidades resistentes y de deformación de barras de refuerzo en elementos de concreto reforzado que son sometidos a acciones sísmicas.

5) Los casos de barras soldadas estudiadas en esta investigación que presentaron un pobre comportamiento sísmico, como escasa capacidad de deformación y baja relación Fsu/Fy, son representativas de prácticas usuales de construcción en nuestro país. Por este motivo, en un evento sísmico, como el correspondiente al de diseño, es de esperar un tipo de falla frágil en secciones críticas de elementos de concreto con barras de refuerzo con estos tipos de soldaduras, con un comportamiento indeseable desde el punto de vista del diseño sismorresistente.

6) Debido a las limitaciones aquí descritas de pobres características de soldabilidad de las barras de refuerzo de acero que se usan en nuestro país, con características de la normativa NMX-C-407 (ASTM A615), se recomienda que este tipo de acero no se emplee en zonas sísmicas de nuestro país. Por las buenas características de soldabilidad de barras de refuerzo con aceros de baja aleación, especificados por la normativa Mexicana NMX-B-457 (ASTM A706), se recomienda empezar la producción en México de este tipo de refuerzo para ser empleado en construcciones en zonas sísmicas de nuestro país, en lugar de barras de acero tipo NMX-C-407 (ASTM A615).

7) Una alternativa a la soldadura en barras de refuerzo que se podría explorar es el empleo de conectores mecánicos para barras de refuerzo, siempre y cuando se verifique que estos conectores tengan las capacidades resistentes y de deformación que se recomiendan en este

trabajo. Un estudio de este tipo se lleva a cabo actualmente en el Instituto de Ingeniería de la UNAM.

Revista Tecnológica ESPOL, Vol. xx, N. xx, pp-pp, (Mes, 200x)

Soldabilidad de varillas con resaltes de acero al carbono laminadas en

caliente para hormigón armado.

Rodrigo Corral Franco1, Julián Peña Estrella2

1

Ingeniero Mecánico, 2MSc Facultad de Ingeniería Mecánica y Ciencias de la Producción

Escuela Superior Politécnica del Litoral

Km. 30.5 Vía Perimetral, Guayaquil, Ecuador

rodrigoxcf@hotmail.com, jpena@espol.edu.ec

UNIVERSIDAD DE CHILE

FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICAS

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL

EFECTOS DE LA SOLDADURA EN EMPALMES DE

ACERO DE REFUERZO, PARA HORMIGÓN ARMADO.

MEMORIA PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO

CIVIL.

ARIEL FELIPE QUEZADA RIVERA

PROFESOR GUÍA:

FERNANDO YAÑEZ URIBE

MIEMBROS COMISIÓN:

LEONARDO MASSONE SANCHEZ

RENE LAGOS CONTRERAS

SANTIAGO DE CHILE

JUNIO 2010

Revista de Ingeniería Sísmica No. 75 69-94 (2006)

SE DEBE EVITAR LA SOLDADURA DE BARRAS DE REFUERZO EN

ESTRUCTURAS DE CONCRETO REFORZADO EN ZONAS SISMICAS

DE MEXICO

Mario E. Rodríguez ( )1 , Javier Rodríguez Asabay ( )2