CAPITULO 3. CONEXIONES

3.1 SOLDADURAS. CONTROL DE CALIDAD

La soldadura Es un proceso en el que se unen partes metálicas mediante el calentamiento de sus Superficies a un estado plástico, permitiendo que las partes fluyan y se unan con O sin la adición de otro metal fundido.

3.1.2 TIPOS DE SOLDADURA

Soldadura de arco metálico

El calor se Genera por medio de un arco eléctrico formado entre un electrodo de acero y las Partes  que  se  van  a  soldar.  El  calor  del  arco  funde  simultáneamente  el  metal  base  y  el electrodo, y el campo electromagnético conduce El metal fundido de la varilla de soldadura hacia   el   metal   base,   Mientras   que   el   operador   mueve   El   electrodo,   manual   O automáticamente, a lo largo de la soldadura con una velocidad adecuada Y depositando la cantidad necesaria de metal de aportación. Por lo común, la soldadura Se efectúa en cuatro posiciones: plana,  horizontal,  vertical  Y  sobre  cabeza. 

Los  electrodos usados para la soldadura de arco pueden Ser varillas de acero desnudas o bien recubiertas con distintos compuestos minerales;  en la  soldadura  con electrodos  recubiertos parte del recubrimiento  se  funde,  formando  Una  capa  fluida  De  escoria,  y  otra  parte  forma  una atmósfera gaseosa protectora alrededor del Arco metálico. La protección gaseosa sirve para estabilizar  el  arco  y  para  protegerlo  De  los  gases  atmosféricos.  La  escoria  fundida,  De menor  densidad  que  el  metal  fundido,  sube  a  la  superficie,  retardando  La  rapidez  de enfriamiento  del  metal  de  soldadura  y protegíéndolo  de  una  exposición  Indeseable  a  los gases atmosféricos.

Soldadura de gas

En la soldadura de gas, El calor se obtiene por medio de la combustión de un gas; se usa comúnmente una Mezcla de oxígeno y acetileno y se llama entonces al proceso soldadura de oxiacetilénico. El metal fundido se obtiene de una varilla de soldadura separada, ya sea Desnuda o recubierta.

Soldadura de resistencia

Este proceso es esencialmente Un proceso de soldadura a presión, el cual es una versión moderna  del  antiguo  proceso  De  forja.  El  calor  se  genera  por  medio  de  la  resistencia eléctrica a una corriente de alto Amperaje y bajo voltaje, que pasa a través de una pequeña área de contacto entre Las partes a conectar. El calor desarrollado en este proceso ocasiona un  estado  Plástico  en  el  metal  y  se  efectúa  La  soldadura  aplicando  Presión  y  uniendo localmente de este modo ambas piezas. Se usan en la industria varias formas de soldadura de resistencia; las más comunes Son la soldadura de punto y la de costura.

3.1.3    INSPECCIÓN Y DEFECTOS DE LAS SOLDADURAS

Para  asegurarse  De  una  buena  soldadura  en  un  trabajo  Determinado,  deben  seguirse  Tres pasos:

1) establecer Buenos procedimientos de soldadura,

2) usar soldadores Calificados

3) emplear inspectores Competentes en el taller y en la obra

Para  lograr  Una  buena  soldadura  Existe  una  serie  de  factores  Entre  los  que  pueden Mencionarse  la  selección  Apropiada  de  electrodos,  Corriente  y  voltaje;  Propiedades  del metal  base  y  de  aportación; 
posición  De  la  soldadura.

Inspección Visual

Para  hacer  de  un  hombre  un  buen  inspector,  Es  conveniente  que  él  mismo  haya Soldado y que haya dedicado bastante tiempo a observar el trabajo de buenos soldadores. También  debe  reconocer  Buenas  soldaduras   en  su  forma, dimensiones  y  apariencia  general. 

Existen diversos Métodos para determinar la calidad interna o sanidad de una soldadura.  Estos  métodos  incluyen:

Líquidos Penetrantes

Diversos tipos De tinturas pueden  extenderse sobre las superficies De soldadura; estos líquidos penetrarán en cualquier defecto como grietas que se Encuentren en la superficie y sean poco visibles; después  de  que La tintura ha penetrado  en  las  grietas, Se limpia  el exceso  de  ésta  y  se  aplica  Un  polvo  absorbente,  El  cual  hará  que  la  tintura  salga  a  la superficie  Y  revelará  la  existencia  de  la  grieta,  Delineándola  en  forma  visible  al  ojo Humano.

1.Partículas Magnéticas

Los bordes de Las grietas superficiales o cercanas a la superficie se vuelven polos magnéticos Y si se esparce polvo seco de hierro o un líquido con polvo en suspensión, en el Fantasma magnético queda detectada la ubicación, forma y tamaño de  la  grieta. Sólo grietas, costuras,  inclusiones, aproximadamente A  2.54mm (1/10 pulgada) de la superficie Pueden localizarse por este método.

2.Prueba Ultrasónica

Las ondas sónicas Se envían a través del material que va a probarse y se reflejan desde el lado opuesto De éste; la onda reflejada se detecta en un tubo de rayos catódicos; los  defectos  En  la  soldadura  Afectan  el  tiempo  De  transmisión  del  sonido  y  el  operador puede leer el  cuadro del  Tubo, localizar las fallas  y conocer Qué tan importantes son. 

3.Procedimientos Radiográficos

El uso de Máquinas  de  rayos-X  Portátiles,  donde  el  acceso  no  es  un  problema  y el  uso  de  radio  o cobalto radiactivo para tomar fotografías, son Métodos de prueba excelentes pero costosos. Resultan   satisfactorios   en   soldaduras   a   tope Pero  no  Son  satisfactorios para soldaduras De filete, ya que las fotografías son difíciles de interpretar.

DEFECTOS EN LAS SOLDADURAS

Socavación

La socavación Se define como el quemar excesivamente el metal base. La tendencia a la Socavación depende  en  mayor  o Menor  grado de las carácterísticas del  electrodo  Y de la posición   al   soldar;   Frecuentemente   es   causada   Por   corrientes   y  longitudes   de   arco Excesivas.

Falta de fusión

La falta de Fusión se define como la falla del metal base  Y del metal de  aportación para Fundirse en algún punto de la junta. Si  las  superficies  Están  adecuadamente  limpias  Y  se  seleccionan correctamente  el  tamaño  del  electrodo,  la  velocidad  y  la  corriente,  Se  asegurara  una completa fusión.

Penetración incompleta

La penetración Incompleta se define como la falla del metal base y del metal de aportación Para fundirse en la raíz. Este defecto puede deberse a un mal diseño de la preparación, Tal como una dimensión excesiva de la cara de la raíz, una abertura insuficiente En la raíz o un ángulo insuficiente de la preparación, o puede deberse a una técnica Inapropiada, como el uso  de  un  electrodo  de  diámetro  excesivamente  Grande,  velocidad  excesiva,  O  corriente insuficiente.

Inclusiones de escoria

Las  inclusiones  De  escoria  se  definen  como  los  óxidos  Metálicos  y  otros  componentes Sólidos  encontrados  en  ocasiones  como  inclusiones  alargadas  O  globulares.  Estos  óxidos Son  el  Resultado  de  reacciones  Químicas  entre  el  metal,  el  aire  y  el  recubrimiento  Del electrodo durante  el depósito  y solidificación del  metal de  Aportación. Como la escoria tiene una densidad menor que el metal fundido, Usualmente tiende a subir a la superficie y por lo tanto rara vez presenta dificultades En soldaduras horizontales.

Un enfriamiento  rápido  Y  un  ángulo  Insuficiente  de  la  preparación  pueden  Evitar  que  la escoria suba a la superficie; las inclusiones De escoria representan un problema particular en las soldaduras verticales y sobre Cabeza.

Porosidad

La porosidad Se define como la presencia de vacíos globulares o bolsas de gas en el metal de Soldadura. El gas puede quedar atrapado en el metal de soldadura como resultado De una solubilidad  reducida  al  enfriarse  la  soldadura,  o  por  la  formación  de  gases  debido  A reacciones   químicas.   La   porosidad   se   debe   frecuentemente   al   uso   de   corrientes   o longitudes de arco excesivas.

3.1.4 CLASIFICACIÓN DE LAS SOLDADURAS

Tipo de soldadura

Los dos tipos principales De soldaduras son las soldaduras de filete  Y de  ranura.
Existen además las soldaduras De tapón y de muesca que no son comunes en el trabajo estructural.

Las soldaduras de filete Han demostrado ser más débiles que las soldaduras de ranura; sin embargo,  la  mayoría  de  las  conexiones  Estructurales  se  realizan  Con  soldaduras  de  filete (aproximadamente el 80%).

Las soldaduras De ranura se usan cuando los miembros que se conectan están alineados  en  el  mismo  plano. Son comunes en muchas conexiones tales como los empalmes en columnas y las conexiones De patines de vigas a columnas.

·Las  soldaduras  de  ranura  pueden  Ser  de  penetración completa, que se extienden sobre todo El espesor de las partes conectadas

·Penetración parcial, que se extienden sólo en parte del espesor de Los miembros

·Una soldadura de tapón es una soldadura circular que une dos piezas, En una de las cuales se hacen  la  o  las perforaciones  necesarias  Para  soldar.

Posición

Las  soldaduras  Se  clasifican  respecto  A  la  posición  En  que  se  realizan  como:  planas, Horizontales, verticales y en la parte superior o sobre cabeza, siendo las planas Las más eco- nómicas y las de la parte superior las más costosas.

Tipos de juntas

Las soldaduras también pueden Clasificarse de acuerdo con el tipo de junta usada: a tope, traslapada, en te, de Canto, en esquina, etc.

3.1.5 SOLDADURAS DE RANURA

Cuando  la  penetración  es  completa  y  las  soldaduras  De  ranura  están  sujetas  a  tensión  o compresión axial, el esfuerzo en la soldadura Se supone igual a la carga, dividida entre el área transversal neta de la soldadura.

Tres tipos de Soldadura de ranura.

La uníón sin Preparación, mostrada en la parte a

: se utiliza para unir material  relativamente  Delgado,  de  hasta  aproximadamente  7.9mm  (5/16  pulgada)  De espesor.

V sencilla B) y c):

A medida que el material es más grueso, es necesario usar soldaduras De ranura en V,  y de  soldaduras  De  ranura  en  doble  V.  En  estas  dos  soldaduras,  Los  miembros  se  biselan  antes  de Soldarse, para permitir la penetración total de la soldadura.

Existen  dos razones principales para tener refuerzo, que Son:

1) el refuerzo de cierta resistencia extra Porque el metal adicional contrarresta los poros y otras irregularidades

2) al soldador le es más fácil realizar Una soldadura un poco más gruesa que el material soldado

Figura 3.4. Soldaduras de ranura.

Figura 3.5. Preparación de los bordes para soldaduras de ranura; a) Canto biselado; b) Bisel Con parte cerca; c) Bisel con placa de respaldo; d) Bisel doble con separador.

3.1.6   SOLDADURAS DE FILETE

las soldaduras De filete son más resistentes a la tensión y a la compresión que al corte, de manera Que los esfuerzos determinantes en soldaduras de filete  que  se  establecen  En  las  especificaciones  para  soldadura,  son  esfuerzos  de  corte. Cuando las soldaduras de filete se prueban a la ruptura, parecen fallar por corte En ángulos de aproximadamente 45° a través de la garganta.

Figura 3.6. A) Superficie convexa; b) Superficie cóncava; c)
Soldadura de filete de lados desiguales.

3.2.2 TIPOS DE REMACHES

Los  tres  tipos  de  remaches  de  uso  estructural clasificados por la ASTM.

Remaches tipo A502, grado 1

Estos remaches Se usaron para la mayoría de los trabajos estructurales; tenían un contenido de  carbono  De  aproximadamente  0.80%,  Eran  más  débiles  Que  el  acero  estructural  al carbono  Ordinario  y  tenían  Una  mayor  ductilidad. 

Remaches tipo A502, grado 2

Estos  remaches  De  acero  al  carbono-manganeso  tienen  Resistencia  más  alta  que  los  de Grado  1  Y se  elaboraron  para  usarse  con  aceros  de  alta  resistencia.  Sus  altas  resistencias permiten  al  proyectista  usar  menos  remaches  En  una  conexión  Y,  por  tanto,  Placas  de nudo más pequeñas.

Remaches tipo A502, grado 3

Estos remaches tienen las Mismas resistencias nominales que los de grado 2, pero tienen una resistencia mucho Mayor a la corrosión atmosférica, igual a aproximadamente cuatro veces la de los Remaches de acero al carbono sin cobre.

TIPOS DE TORNILLOS

Tornillos ordinarios O comunes. Estos tornillos los designa la ASTM como tornillos A307 y se fabrican Con aceros al carbono con carácterísticas de esfuerzos y deformaciones muy Parecidas  a  las  del  acero  A36.

Los  tornillos  A307  se  fabrican  Generalmente  con  cabezas  Y  tuercas  cuadradas  Para reducir costos, pero las cabezas hexagonales se usan a veces porque Tienen una apariencia un poco más atractiva, son más fáciles de manipular con las Llaves mecánicas y requieren menos    espacio    para    Girarlas.   

Tornillos de Alta resistencia

Estos tornillos se fabrican a base de acero al carbono tratado Térmicamente y aceros aleados; tienen resistencias a la tensión de dos o más veces La de los tornillos ordinarios.

Existen dos tipos básicos:

Los A325 (hechos Con acero a carbón tratado térmicamente) 

Los  A490  de  mayor  resistencia  (también  Tratados  térmicamente, pero hechos Con acero aleado). Los tornillos de alta resistencia se usan para todo tipo de Estructuras,  desde  pequeños  Edificios  hasta  rascacielos  Y  puentes  monumentales. 

3.3.2      TORNILLOS      APRETADOS      SIN      HOLGURA      Y      TORNILLOS COMPLETAMENTE TENSADOS

Otros    tornillos    Requieren    apretarse    sólo    Hasta    quedar    apretados    Sin    holgura. Esto    se    Logra    cuando    todos    Los    paños    de    Una    conexión    están    En    contacto firme entre sí. En  general se obtiene con  el esfuerzo total realizado por  un operario con una  llave  manual  o  el  apretado  Que  se  efectúa  Después  de  unos  pocos  golpes  Con  una llave de impacto. Obviamente Hay algunas diferencias en los grados de apretado en estas condiciones.

Los tomillos Completamente tensados son un proceso caro, así como su inspección, por lo que sólo Deben usarse cuando es absolutamente necesario, y cuando las cargas de trabajo Ocasionan  un  gran  número  de  cambios  en  los  esfuerzos  Con  la  posibilidad  De  que  se generen problemas de fatiga.

3.3.3 MÉTODOS  PARA  TENSAR  COMPLETAMENTE  LOS  TORNILLOS  DE ALTA RESISTENCIA

Existen   varios   Métodos   para   apretar   Los   tornillos   completamente   tensados.  

Método del giro De la tuerca

Los tornillos se aprietan sin holgura y luego se les da un giro de 1/3 o una vuelta completa, dependiendo de la longitud de éstos y de la inclinación De  las  Superficies  entre  sus  cabezas  y  tuercas. 

Método de la Llave calibrada

En este método los tornillos se aprietan con una llave de Impacto ajustada para detenerse cuando se alcanza el par necesario para lograr la Tensión deseada  de  acuerdo  Con  el  diámetro  Y  la  clasificación  De  la  ASTM  del  tornillo.
Es necesario que las llaves se calibren diariamente y que se usen roldanas Endurecidas.

Indicador directo De tensión

El indicador directo de consiste en una roldana endurecida con protuberancias En una de sus caras en forma de pequeños arcos. Los arcos se aplanan conforme se Aprieta el tornillo.

Tornillos  de  diseño  alternativo

Los  tornillos  Con extremos  ranurados  que  se  extienden  Más  allá  de  la  porción  Roscada  llamados  «Perno indicador de carga» son un ejemplo. Se usan boquillas especiales en las llaves para apretar las tuercas hasta que se Degollan los extremos ranurados.

3.3.4 JUNTAS MIXTAS

En ocasiones Los tornillos pueden usarse en combinación con soldaduras y otras veces en Combinación con remaches (como cuando se añaden a viejas conexiones remachadas para Permitirles recibir mayores cargas).

Tornillos en Combinación con soldaduras. Para construcciones nuevas no se usan tornillos Ordinarios A307 ni los de alta resistencia, en conexiones tipo aplastamiento, para Compartir la carga con soldaduras. (Antes de que la resistencia última de la conexión Se alcance, los pernos se deslizarán y la soldadura tendrá que tomar una proporción Mayor de la carga; la proporción exacta es difícil de determinar.)

Tornillos de Alta resistencia en combinación con remaches Se permite que los tornillos de Alta   resistencia   compartan   La   carga   con   remaches   en   construcciones   nuevas   O   en modificaciones de conexiones Ya existentes que se hayan diseñado como tipo fricción. (La ductilidad de los remaches Permite que ambos tipos de sujetadores trabajen en conjunto)

3.3.5 TAMAÑOS DE LOS AGUJEROS PARA TORNILLOS

Hay tres Tipos  de  Agujeros  agrandados: 

Los agujeros Holgados pueden usarse en todas las placas de una conexión, siempre que la Carga aplicada no exceda a la resistencia permisible al deslizamiento. No deben Utilizarse en juntas tipo aplastamiento.

Los  agujeros  De  ranura  corta  pueden  usarse  Independientemente  de  la  dirección  de  la Carga  aplicada  para  conexiones  de  deslizamiento  crítico  O  de  tipo  aplastamiento  si  la Resistencia  permisible  por  deslizamiento  es  mayor  que  la  fuerza  Aplicada.  Si  la  carga  se aplica  En  una  dirección  Aproximadamente  normal  (entre  80°  y  100°)  a  la  ranura,  estos agujeros pueden usarse en algunas o todas Las capas de las conexiones por aplastamiento.

Los agujeros De ranura larga pueden usarse en cualquiera, pero sólo en una de las partes Conectadas  y  en  cualquier  superficie  De  contacto  en  conexiones  tipo  fricción  o  tipo Aplastamiento. 

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