soldadura en varillas de acero para refuerzo de concreto.pdf

SUBDIRECCION DE TECNOLOGIA Y DESARROLLO PROFESIONAL

UNIDAD DE NORMATIVIDAD TECNICA

ESPECIFICACION TECNICA PARA CONSTRUCCION DE OBRAS

SOLDADURA EN VARILLAS DE ACERO PARA REFUERZO DE CONCRET O

P.3.0132.01

PRIMERA EDICION OCTUBRE, 2001

(WELDING IN STEEL BARS FOR CONCRETE REINFORCING)

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SOLDADURA EN VARILLAS DE ACERO PARA REFUERZO DE CONCRETO

P.3.0132.01: 2001 UNT Primera Edición

P R E F A C I O

Pemex Exploración y Producción (PEP) en cumplimiento del decreto por el que se reforman, adicionan y derogan diversas disposiciones de la Ley Federal sobre Metrología y Normalización, publicado en el Diario Oficial de la Federación de fecha 20 de mayo de 1997 y con la facultad que le confiere la Ley de Adquisiciones, Arrendamientos y Servicios del Sector Público y la Ley de Obras Públicas y Servicios Relacionados con las Mismas, expide la presente especificación para la aplicación de soldadura en varillas de acero para refuerzo de concreto.

Esta especificación se elaboró tomando como base la primera edición de la norma No. 3.135.05, emitida en 1986 por Petróleos Mexicanos, de la que se llevó a cabo su revisión, adecuación y actualización, a fin de adaptarla a los requerimientos de Pemex Exploración y Producción,

En la elaboración de esta especificación participaron:

Subdirección de Región Norte

Subdirección de Región Sur

Subdirección de Región Marina Noreste

Subdirección de Región Marina Suroeste

Dirección Ejecutiva del Proyecto Cantarell

Dirección Ejecutiva del Programa Estratégico de Gas

Subdirección de Perforación y Mantenimiento de Pozos

Coordinación Ejecutiva de Estrategias de Exploración

Auditoría de Seguridad Industrial y Protección Ambiental

Subdirección de Planeación

Subdirección de Administración y Finanzas

Subdirección de Tecnología y Desarrollo Profesional

Unidad de Normatividad Técnica

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I N D I C E D E C O N T E N I D O Página

0. Introducción............................................................................ 4

1. Objetivo................................................................................... 4

2. Alcance................................................................................... 4

3. Actualización........................................................................... 4

4. Campo de aplicación.............................................................. 4

5. Referencias............................................................................ 4

6. Abreviaturas........................................................................... 5

7. Materiales.............................................................................. 5

7.1 Acero de refuerzo y electrodos para soldar........................... 5

7.2 Esfuerzos permisibles............................................................ 5

7.3 Resistencia de la junta soldada............................................. 5

7.4 Electrodos.............................................................................. 5

7.4.1 Clasificación........................................................................... 5

7.4.2 Elección................................................................................. 6

7.4.3 Control................................................................................... 7

8. Requisitos de ejecución......................................................... 7

8.1 Uniones a tope....................................................................... 7

8.2 Uniones a traslape................................................................. 8

8.3 Uniones sin respaldo............................................................. 8

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I N D I C E D E C O N T E N I D O Página

8.4 Uniones con respaldo............................................................ 11

8.5 Precalentamiento................................................................... 12

8.6 Preparación de las juntas...................................................... 12

8.7 Colocación de las piezas por soldar....................................... 13

8.8 Requisitos de calidad............................................................. 13

9. Inspección.............................................................................. 15

10. Correcciones.......................................................................... 17

11. Bibliografía............................................................................. 17

12. Concordancia con normas internacionales............................. 18

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0. Introducción.

Dentro de las principales actividades que se llevan a cabo en Pemex Exploración y Producción (PEP), se encuentran el diseño, construcción, operación y mantenimiento de las instalaciones para extracción, recolección, procesamiento primario, almacenamiento, medición y transporte de hidrocarburos, así como la adquisición de materiales y equipos requeridos para cumplir con eficiencia y eficacia los objetivos de la empresa. En vista de ésto, es necesaria la participación de las diversas disciplinas de la ingeniería, lo que involucra diferencia de criterios.

Con el objeto de unificar los criterios, aprovechar las experiencias dispersas, y conjuntar resultados de las investigaciones nacionales e internacionales, Pemex Exploración y Producción emite a través del la Unidad de Normatividad Técnica, esta especificación para la aplicación de soldadura en varillas de acero para refuerzo de concreto.

1. Objetivo.

Este documento normativo técnico establece los requisitos mínimos para la supervisión, procedimientos de ejecución y comprobación de juntas soldadas y traslapadas con la soldadura en varillas de acero para refuerzo de concreto.

2. Alcance.

Esta especificación se refiere a la soldadura de arco eléctrico de taller o de campo, de varillas de acero para refuerzo de concreto, cuyas características mecánicas provienen de su composición química y del proceso de laminación en caliente, sin recurrir a ninguna otra operación después que se enfrían. No está incluido el acero de preesfuerzo.

Se indican también las características de los tipos de juntas y de los electrodos que deben emplearse

en cada caso y los procedimientos más adecuados para depositar la soldadura.

Finalmente se establece el método para supervisar y comprobar la calidad del producto final.

3. Actualización.

A las personas e instituciones que hagan uso de este documento normativo técnico, se solicita comuniquen por escrito las observaciones que estimen pertinentes dirigiendo su correspondencia a:

Pemex Exploración y Producción.

Unidad de Normatividad Técnica

Dirección: Bahía de Ballenas # 5, 9° piso

Col. Verónica Anzures, México, D. F., C.P. 11300

Teléfono directo: 55-45-20-35

Conmutador: 57-22-25-00, ext. 3-80-80.

Fax : 3-26-54

Email : [email protected]

4. Campo de aplicación.

Este documento normativo técnico aplica en todas las áreas en donde se utilice la soldadura para acero de refuerzo en estructuras de concreto de Pemex Exploración y Producción.

5. Referencias.

5.1 NOM B-6 Varilla corrugada de acero procedente de lingote, para refuerzo de concreto.

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6. Abreviaturas.

6.1 NOM Norma Oficial Mexicana.

6.2 RCDF Reglamento de Construcciones del Distrito Federal.

6.3 ACI American Concrete Institute (Instituto Americano del Concreto).

6.4 AWS American Welding Society (Sociedad Americana de Soldadura).

6.5 UNAM Universidad Nacional Autónoma de México.

6.6 ASTM American Society For Testing and Materials (Sociedad Americana para Pruebas y Materiales).

6.7 kg Kilogramo.

6.8 cm centímetro.

6.9 lb libra.

6.10 pulg pulgada.

6.11 mm milímetro.

6.12 °C Grado Centígrado.

6.13 K Grado Kelvin.

7. Materiales.

7.1 Acero de refuerzo y electrodos para soldar.

Los procedimientos de soldadura considerados en esta especificación, se refieren a varillas de acero al carbono, que contengan un máximo de 0.05% de fósforo y 0.05% de azufre, determinados ambos en análisis de cuchara.

Las varillas que se van a soldar, deben cumplir con los lineamientos establecidos en las

especificaciones de materiales que se indican en los capítulos 5 y 11 de esta especificación.

En la tabla No. 1, se muestran las características principales de las varillas que pueden soldarse y los electrodos correspondientes.

7.2 Esfuerzos permisibles.

a) Los esfuerzos unitarios permisibles para soldaduras en bisel o en “V”, ver figura No. 1, deben ser los mismos que los correspondientes al metal base.

b) El esfuerzo unitario permisible para soldaduras en bisel o en “V”, acampanadas o ensanchadas, en cualquier dirección en la que se aplique el esfuerzo, debe ser de 480 kg/cm2 (6,800 psi) en la garganta de la sección (inciso 11.4).

c) El esfuerzo unitario permisible para soldaduras de filete, en cualquier dirección en la que se aplique el esfuerzo, debe ser de 1,650 kg/cm2 (13,600 psi) en la garganta de la sección. (inciso 11.4).

7.3 Resistencia de la junta soldada.

Todo empalme soldado, debe ser capaz de resistir por lo menos 1.25 veces la fuerza de fluencia de tensión de las barras de refuerzo, sin exceder la resistencia máxima de éstas. En cualquier caso, debe de comprobarse experimentalmente su eficacia (incisos 11.2 y 11.3).

7.4 Electrodos.

7.4.1 Clasificación.

Los electrodos recubiertos empleados en soldadura manual, se designan con la letra E seguida por cuatro o cinco números, en la forma Eabde o Eabcde; los dos o tres primeros dígitos, indican la resistencia mínima a la ruptura por tensión del material depositado por el electrodo, en miles de kg/cm2 (miles de lb/pulg2), el penúltimo, indica la posición o posiciones en que el electrodo puede producir soldaduras satisfactorias, y el último, se refiere al tipo y características de la corriente que se debe

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emplear y a la naturaleza del recubrimiento del electrodo.

Por ejemplo, un electrodo E6010 produce soldadura con una resistencia mínima a la tensión de 4,200 kg/cm2 (60,000 lb/pulg2), aproximadamente, puede utilizarse en todas las posiciones (el 1 corresponde a electrodos que pueden emplearse en cualquier posición; plana, horizontal, vertical y sobre cabeza), y el “0” significa que requiere corriente continua con polaridad invertida, es decir, el electrodo debe ser el polo positivo en el circuito, y el metal base el negativo.

Los electrodos Exx15, Exx16, Exx18 y Exx28 (así como los Exxx15, Exxx16, etc.), son de bajo contenido de hidrógeno, ya que su recubrimiento tiene muy pocos componentes que contengan ese elemento, lo que ocasiona que en la atmósfera del arco existan sólo indicios de hidrógeno o de humedad.

7.4.2 Elección.

Los electrodos que se utilicen para soldar varillas, deben proporcionar un metal de aportación que tenga propiedades físicas semejantes a las de la varilla, tales como esfuerzos de fluencia y ruptura en tensión y ductibilidad, expresada esta última en porcentaje de alargamiento.

El primer paso para elegir el electrodo, debe ser tomar en cuenta el tipo de acero de la barra de refuerzo.

Por ejemplo, si se van a empalmar varilla ASTM A615 grado 60, con límite de fluencia mínimo de 4,200 kg/cm2 y resistencia a la ruptura en tensión, no menor de 6,300 kg/cm2, por medio de soldadura a tope de penetración completa, debe usarse un electrodo del tipo siguiente:

El metal depositado debe tener una resistencia mínima (inciso 7.3) de 4,200 x 1.25 = 5,250 kg/cm2, de manera que se utiliza un electrodo E 80xx, que proporciona una soldadura con resistencia de 5,600 kg/cm2 (80 Ksi), o mayor.

TABLA No.1

VARILLAS DE REFUERZO PARA CONCRETO Y ELECTRODOS QUE DEBEN USARSE PARA SOLDARLAS

ACERO DE REFUERZO ELECTRODOS

DESIGNACION GRADO RESISTENCIA

MINIMA EN TENSION

LIMITE DE FLUENCIA

MINIMO ELONGACION MINIMA EN 203 mm. %

PARA DESARROLLAR EL 125% DEL LIMITE DE

FLUENCIA DE LA VARILLA ELONGACION

Kg/cm2 Kg/cm2 VARILLA No.

GRADO 40 GRADO 60 3 11 9

4, 5, 6 12 9

7 11 8 40 4,900 2,800

8 10 8

E 60

9 9 7

10 8 7

11 7 7

ASTM A-615 NOM B-293

60 6,300 4,200

14, 18 — 7

E 80

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Se recomienda el empleo de electrodos de bajo contenido de hidrógeno (serie Exx15, 16, 18 y 28, y Exxx15, 16, 18 y 28); entre ellos son especialmente convenientes los Exx18-28 y Exxx18-28, ya que el hierro en polvo contenido en su recubrimiento, facilita la ejecución de la junta y aumenta la velocidad de relleno. Las características del electrodo deben ser las apropiadas al tipo de máquina de soldar que se vaya a emplear.

7.4.3 Control.

Los electrodos se deben almacenar en las cajas en que los entrega el fabricante, y conservarse en un lugar seco y limpio.

Se deben manejar con el cuidado necesario para evitar que se maltraten o se contaminen con aceite, agua u otras materias extrañas, cuando aún están en sus envases originales o cuando se han sacado de los mismos.

En el momento en que se usa un electrodo, su recubrimiento debe estar completamente seco. Los electrodos que se saquen de envases sellados herméticamente, deben utilizarse dentro de un periodo no mayor de cuatro horas, contadas a partir del instante en que se abre el paquete. Los electrodos que no se usen dentro de ese lapso de tiempo, los que estén almacenados en paquetes no sellados herméticamente, o los que hayan estado expuestos durante más de una hora a una atmósfera con humedad relativa de 75 por ciento o mayor, deben secarse en hornos adecuados durante una a tres horas, a temperatura comprendida entre 503.15 y 533.15 K (230 y 260ºC), antes de utilizarse. Si una vez secado no se usa dentro de las cuatro horas siguientes, debe volver a secarse antes de usarse. Se deben desechar los electrodos cuyo recubrimiento se haya mojado.

La entrega de los electrodos a los soldadores, debe hacerla únicamente personal autorizado que lleve un control cuidadoso de las condiciones de almacenamiento, manejo y uso.

8. Requisitos de ejecución.

8.1 Uniones a tope.

Las juntas a tope pueden soldarse ya sea directamente, figura No. 1, o por medio de un elemento de unión como una placa, un ángulo u otros, figura No. 2. Una o las dos puntas de las varillas, deben de biselarse, con bisel doble o sencillo o para formar una ranura achaflanada.

a) Bisel en V sencilla

b) Bisel en V doble

Varillas en posición vertical

Varillas en posición horizontal

Figura No. 1 Juntas a tope

45º a 60º

4 mm

3 mm

A A

45º a 60º

3 mm

4 mm

45º

3 mm

4 mm

c) Bisel en V sencilla

3 mm

4 mm 45º

d) Bisel en V doble

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Figura No. 2 Juntas a tope

(varillas en posición vertical)

Se recomienda la unión a tope para varillas del No. 8 o mayores y en aquellos casos en que los requisitos de colocación impidan o dificulten el traslape.

En las uniones a tope, debe lograrse penetración completa en la sección soldada, es decir, el metal de aportación debe fundirse perfectamente con el área de la sección de las varillas que se están empalmando.

Las soldaduras de penetración, deben hacerse con un pequeño refuerzo, excepto cuando se especifique lo contrario. La altura del refuerzo R no debe ser mayor de 3 mm, y la transición entre la superficie de la varilla y la zona de diámetro máximo de la soldadura debe ser gradual.

En la figura No.5, se muestran los perfiles de juntas aceptables y los inaceptables.

8.2 Uniones a traslape.

Cuando las varillas traslapadas están en contacto, la soldadura debe depositarse en las dos ranuras formadas por el traslape, figura No. 3. Para varillas no mayores del No. 5, se admite depositar la soldadura de un solo lado del traslape, cuando el otro lado es inaccesible. Esta excentricidad se toma en cuenta en el diseño.

Cuando se unen dos barras de igual diámetro, el tamaño nominal de una soldadura acampanada en ranura “V” es el radio de la varilla. Cuando se unen dos barras de diferente diámetro, el tamaño nominal de la soldadura es el radio de la varilla menor.

Cuando las varillas de refuerzo traslapadas no están en contacto, cada barra se debe soldar a una placa, a un ángulo de unión o a varillas auxiliares con soldadura sencilla o doble. figura No. 4.

El calibre nominal de la soldadura, es el radio de la varilla. La dimensión de la garganta del material depositado en estos tipos de unión, debe de ser por lo menos 3/4 del calibre nominal de la soldadura. Los esfuerzos de diseño, deben ser los especificados para soldadura de filete.

8.3 Uniones sin respaldo.

Este tipo de uniones puede hacerse únicamente cuando se tiene acceso libre a todo el perímetro de las varillas, lo que con frecuencia sucede sólo en las mesas de armado.

4 a 5 mm

45º

10 mm/min.

d/2

d/2

EJE DE SIMETRIA

ANGULO DE RESPALDO DE 6 mm

ANGULO O PLACA CURVA DE RESPALDO

d/2

d/2

PLACA DE RESPALDO DE 6 mm, DOBLADA EN “MEDIA CAÑA”.

45º a 60º

4 a 5 mm

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Figura No. 3 Juntas a traslape, varillas en

contacto

Figura No. 4 Juntas a traslape, varillas que no

están en contacto

SECCION B-B

TAMAÑO

45º

GARGANTA

B

B

SOLDADURA

PARA VARILLAS HASTA DEL No. 5

PARA VARILLAS MAYORES DEL No. 5

SECCION A-A

45º

GARGANTA

TAMAÑO

SOLDADURA A

A SOLUCION CON UNA PLACA AUXILIAR

SECCION A-A SOLUCION CON VARILLAS AUXILIARES

VARILLA PRINCIPAL

SOLDADURA

VARILLAS AUXILIARES

A

A

SOLDADURA

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Figura No. 5 Perfiles aceptables de soldadura

Cuando se emplea este procedimiento, deben utilizarse elementos de enlace provisional que permitan alinear las varillas y conservarlas alineadas durante la colocación del metal de aportación; los elementos de enlace deben ser mecánicos, y se prohibe el empleo de puntos de soldadura para fijarlos a las varillas. El enlace provisional puede retirarse o dejarse después de efectuar la soldadura.

El procedimiento de ejecución es el siguiente:

a) La secuela de colocación de los cordones necesarios para rellenar por completo la junta, es la indicada en la figura No. 6.

b) Antes de colocar cada nuevo cordón de soldadura, se deben de limpiar cuidadosamente los cordones anteriores para suprimir toda la escoria y cualquier otro material extraño.

c) Debe ranurarse la raíz de la soldadura que se depositó primero, antes de empezar a soldar por el segundo lado; la ranura debe tener la profundidad necesaria para descubrir metal sano y limpio, y el ancho adecuado para permitir la penetración del nuevo metal de

aportación. Puede hacerse con esmeril o con arco aire (Figura No. 6).

a) Varillas en posición horizontal

b) Varillas en posición vertical

Figura No. 6 Preparación de la raíz de la junta

antes de empezar a soldar por el segundo lado

EL REFUERZO R NO DEBE SER MAYOR DE 3 mm.

R

R PERFIL ACEPTABLE

SOCAVACION EXCESIVA GARGANTA INSUFICIENTE

CONVEXIDAD EXCESIVA TRASLAPE

20 19 17

5 3

18 16

4

2 1 6 7 8

9

11 13

10

12 14 15

13 8 22

23

20 15 19

4

3

21

16

18 14

17

12

11 9 7 1 2

5

26

6

10

27

24 28

25 29 30

2

3

1

4 5

RANURA QUE SE HACE CON ESMERIL O ARCO-AIRE

6 mm

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d) En uniones con preparación en V, la secuela de colocación de los cordones, debe ser similar a la de un lado en las uniones en doble V.

e) Las secuelas indicadas se usan en juntas de varillas de cualquier diámetro; el número total de cordones debe ser el apropiado en cada caso. Los primeros cordones que se depositan en un lado, representan aproximadamente 0.75 de la profundidad del bisel en V.

Los tres o cuatro primeros cordones de cada lado, se deben depositar con electrodos de 3.175 ó 4.76 mm (1/8 ó 3/16 pulg) de diámetro. La soldadura se debe completar con electrodos de mayor diámetro.

f) Es conveniente soldar varias varillas al mismo tiempo (de seis a ocho, como máximo) con objeto de permitir que cada cordón se enfríe antes de depositar el siguiente, para evitar un calentamiento excesivo de las juntas que podría disminuir su ductilidad; en cualquier caso, deben respetarse las temperaturas indicadas en la tabla No. 2.

8.4 Uniones con respaldo.

Este procedimiento se debe de emplear cuando no se tenga acceso alrededor de la junta para depositar la soldadura.

Cuando se efectúen soldaduras de penetración completa con respaldo, deben cumplirse las condiciones siguientes:

a) Como elemento de respaldo, se puede utilizar una placa de acero o de cobre, doblada en “media caña”, de 6 mm de espesor mínimo o un ángulo de acero estructural, también de espesor mínimo de 6 mm (figura No. 2). La placa doblada puede sustituirse por medio tubo de diámetro y espesor de pared adecuados.

b) Cuando se emplea como respaldo una placa doblada de acero, el primer cordón se debe depositar de manera que se obtenga fusión

completa entre la soldadura y la placa en toda la zona en que ambas estén en contacto.

c) Si se emplea ángulo de respaldo, es necesario rellenar con metal de aportación el hueco que queda entre la raíz de la junta y el borde interior del ángulo; la dificultad en obtener un relleno correcto hace que sea más recomendable el empleo de la placa doblada en media caña.

d) Si el respaldo es de placa de cobre, puede quitarse después de colocar los primeros cordones, para utilizarlos en otra junta.

e) El respaldo se utiliza también para fijar y alinear correctamente las varillas que se van a soldar, lo que se logra con la ayuda de medios mecánicos de sujeción, y no utilizando puntos o cordones de soldadura.

f) No es necesario quitar los respaldos de acero, pero puede hacerse si se desea, siempre que se utilicen procedimientos que no dañen la junta. Si se dejan las placas o ángulos de respaldo, debe considerarse que no contribuyen a aumentar la resistencia de la junta, pues su finalidad es permitir la colocación correcta de la soldadura y no reforzar el empalme.

g) La secuela de colocación de los cordones necesarios para llenar la junta, debe ser análoga a la que se emplea en empalmes sin respaldo con preparación en V sencilla y se toman las mismas medidas relativas a la limpieza de la junta.

h) También se recomienda soldar varias varillas simultáneamente, por las razones indicadas en el inciso 8.3.f.

i) Los tres o cuatro primeros cordones, se deben depositar con electrodos de 3.175 ó 4.76 mm (1/8 ó 3/16 pulg) de diámetro; en los restantes pueden usarse electrodos de mayor diámetro.

j) Se deben utilizar los electrodos indicados en la tabla No. 1 y los esfuerzos de diseño deben ser los que se especifican para soldadura de filete.

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No se deben hacer empalmes excéntricos en estructuras sometidas a un número elevado de ciclos de carga que pueden fallar por fatiga.

8.5 Precalentamiento.

Antes de empezar a colocar la soldadura, se deben calentar los extremos de las varillas que se van a empalmar, con el objeto de reducir la diferencia de temperatura entre el metal de aportación y el metal base y disminuir la velocidad de enfriamiento de la junta; de esta manera, se reduce la magnitud de los esfuerzos localizados que puedan ocasionar grietas en las soldaduras o en el metal base inmediato a ellas, y se ayuda a evitar la formación de áreas duras y frágiles.

La temperatura de precalentamiento, se fija de acuerdo con la tabla No. 2 en función de la composición química de las varillas y del tipo de electrodo.

El calor puede aplicarse utilizando un soplete oxiacetilénico provisto de una boquilla especial, o por resistencia al paso de una corriente eléctrica. Se deben precalentar los extremos de las dos

varillas que se van a soldar en una longitud no menor de tres diámetros a cada lado de la junta.

Las temperaturas se miden por medio de crayones indicadores o de pirómetros de contacto. No debe acelerarse el enfriamiento de las soldaduras por ningún método. Por lo contrario, las juntas terminadas deben protegerse para evitar un enfriamiento acelerado. Por ejemplo, deben recubrirse con asbesto u otro material semejante, cuando existe la posibilidad de que llueva antes de que las juntas se hayan enfriado por completo, cuando quedan sometidas a vientos de cierta intensidad y en ambientes muy fríos.

8.6 Preparación de las juntas.

a) Las superficies por soldar y las adyacentes a ellas, hasta 5 cm a uno y otro lado de la junta, deben estar limpias, sin escamas de laminado, óxido, pintura, grasa, cemento o cualquier otro material extraño. Se permite la presencia de escamas de laminado que resistan un cepillado vigoroso con cepillo de alambre, así como una ligera capa de aceite secador o de recubrimiento antioxidante.

TABLA No. 2

T EMPERATURAS MINIMAS DE PRECALENTAMIENTO

CONTENIDO DE C y Mn, EN

PORCENTAJE ELECTRODO2 TRATAMIENTO TERMICO REQUERIDO

C, hasta 0.30 Mn, hasta 0.60 Cualquiera

No se requiere precalentamiento, excepto cuando la temperatura de las varillas es menor de 263.15 K (–10ºC); en ese caso se precalientan a 313.15 K (40ºC).

Cualquiera Las varillas se precalientan a 313.15 K (40ºC). C, de 0.31 a 0.35 Mn, hasta 0.90

De bajo contenido de hidrógeno No se rquiere precalentamiento, excepto cuando la temperatura de las varillas es menor de 263.15 K (–10ºC); en ese caso, se precalientan a 313.15 K (40ºC).

C, de 0.36 a 0.40 Mn, hasta 1.30 De bajo contenido de hidrógeno Las varillas se precalientan a 368.15 K (95ºC).

C, de 0.41 a 0.50 Mn, hasta 1.30 De bajo contenido de hidrógeno Las varillas se precalientan a 473.15 K (200ºC).

1

2

Estas temperaturas mínimas deben conservarse durante todo el proceso de colocación de la soldadura, es decir, el metal de aportación ya depositado y el metal base adyacente, deben estar a una temperatura no menor que la indicada al iniciar la colocación de cordones sucesivos. La resistencia del electrodo se fija de acuerdo con la tabla No. 1.............................................................. La longitud de la zona precalentada, debe ser de tres (3) diámetros a cada lado de la junta, como mínimo.

Factor de conversión: C + 273.15 = Kelvin

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b) Las superficies en las que se vaya a depositar la soldadura, en juntas a tope con penetración completa, deben ser lisas y uniformes, sin irregularidades, rebabas, desgarraduras, grietas u otros defectos que afecten desfavorablemente la calidad o resistencia de la soldadura.

c) Los cortes necesarios para preparar los biseles, pueden hacerse con soplete oxiacetilénico o con segueta. Cuando se utilice soplete, debe eliminarse la escoria producida por el corte, y el acabado final de la superficie en la que se vaya a depositar la soldadura debe ser semejante al que se obtiene en cortes con segueta. En caso de ser necesario, los cortes con soplete se corrigen con segueta, esmeril o maquinándolos.

8.7 Colocación de las piezas por soldar.

a) Los detalles y la secuela de preparación de las juntas, se planean de manera que se tenga siempre acceso cómodo a las superficies en las que se debe de depositar la soldadura, y que ésta pueda colocarse en la posición más favorable posible.

b) Las partes por unir y los elementos auxiliares, cuando estos existan, deben alinearse para reducir las excentricidades a un mínimo. Las aristas de los biseles deben de coincidir en tamaño y estar alineados.

c) El desalineamiento máximo permisible es la décima parte del diámetro de la menor de las varillas, sin exceder 3 mm. Al corregir faltas de alineamiento que estén fuera de este límite, las varillas se deben doblar de manera que su pendiente no sea mayor de 1/24.

d) Una vez presentadas las varillas que se van a soldar, las dimensiones de los biseles y las separaciones entre ellas, no deben diferir de las indicadas en las figuras Nos. 1 y 2 en cantidades mayores que las siguientes:

JUNTAS NO TRABAJADAS POR LA RAIZ

JUNTAS TRABAJADAS POR LA RAIZ

Cara de la raíz. ± 1.5 mm Sin limitación. Abertura de la raíz en juntas sin placa de respaldo.

+1.5 mm, -3.0 mm

Abertura de la raíz en juntas con placa de respaldo.

+6 mm, -1.5 mm

Angulo que forman las superficies entre las que se coloca la soldadura.

± 5º +10º, -5º

8.8 Requisitos de calidad.

a) Debe haber fusión completa entre el metal de aportación y el metal base, así como entre los diferentes cordones de soldadura.

b) Los cráteres se rellenan hasta completar la sección transversal especificada de la soldadura.

c) La profundidad de la socavación no debe ser mayor de 0.25 mm cuando su dirección sea transversal a la de los esfuerzos primarios en la parte socavada, ni mayor de 0.8 mm, cuando su dirección sea paralela a la de dichos esfuerzos.

d) La soldadura no debe estar traslapada sobre la varilla.

e) La suma de los diámetros de los poros visibles en la superficie de la soldadura, no debe ser mayor de 9 mm en cada 2.5 cm lineales de soldadura.

f) No debe haber grietas en el metal base ni en el depositado. Las grietas de cualquier tipo, son motivo suficiente para que la unión sea rechazada.

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g) No se aceptan las soldaduras si tienen porosidad, es decir, bolsas de gases u otros vacíos de tipo globular o defectos de fusión tales como inclusiones de escoria, fusión completa, penetración inadecuada u otros defectos semejantes.

h) La soldadura debe depositarse en posición plana siempre que sea posible.

i) La clasificación y el tamaño del electrodo, la longitud del arco de voltaje y el amperaje, deben ser los adecuados al grueso de las varillas, tipo de preparación, posición en que se deposita la soldadura y demás circunstancias relativas al trabajo que se esté efectuando. Las tolerancias con respecto a los valores teóricos correspondientes al tipo de electrodo y de junta son:

Amperaje ± 10 %

Voltaje ± 7 %

Velocidad de avance

±

10 %

j) Todos los soldadores deben calificarse previamente en exámenes que reproduzcan, con la mayor fidelidad posible, las condiciones en las que se efectúa el trabajo.

k) No se debe efectuar ninguna soldadura en cualquiera de las condiciones siguientes:

• En temperatura ambiente menor de 263.15 K (–10ºC).

• Cuando las superficies por soldar estén húmedas o expuestas a la lluvia, el granizo, la nieve o los vientos intensos.

• Cuando los soldadores tengan que trabajar en condiciones inclementes.

l) No se debe encender el arco contra las varillas que se van a soldar, ni se debe de emplear soldadura para mantenerlas en posición.

m) Los diámetros máximos de los electrodos deben ser los siguientes:

• 7.93 mm (5/16 pulgada) para todas las soldaduras hechas en posición plana, a excepción de los cordones depositados en la raíz de la junta (cordones de fondeo).

• 6.35 mm (1/4 pulgada) para soldaduras de filete depositadas en posición horizontal.

• 6.35 mm (1/4 pulgada) para cordones de raíz de soldaduras de filete, hechas en posición plana y de soldaduras de penetración, hechas en posición plana con respaldo y abertura de raíz de 6 mm o más.

• 3.96 mm (5/32 pulgada) para soldaduras hechas con electrodos Exx14, Exxx14 y de bajo contenido de hidrógeno, en posiciones vertical o sobre cabeza.

• 4.76 mm (3/16 pulgada) para cordones de fondeo en soldadura de penetración y para todas las soldaduras no incluidas en los incisos 5.1, 11.1, 11.2 y 11.3.

n) El tamaño máximo de los cordones colocados después del de raíz en soldadura en filete, y el de todos los cordones en soldaduras de penetración, debe ser:

• 6.35 mm (1/4 pulgada) para cordones de fondeo de soldaduras de penetración.

• 3.175 mm (1/8 pulgada) para los cordones restantes de soldaduras hechas en posición plana.

• 4.76 mm (3/16 pulgada) para los cordones restantes de soldaduras hechas en posición horizontal, vertical o sobre cabeza.

El tamaño mínimo de los cordones de fondeo, debe ser el necesario para evitar que se agrieten al enfriarse.

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o) Los tamaños máximos de soldaduras de filete que pueden depositarse en un solo paso son:

• 9.525 mm (3/8 pulgada) en posición plana.

• 7.93 mm (5/16 pulgada) en posición horizontal y sobre cabeza.

• 12.7 mm (1/2 pulgada) en posición vertical.

9. Inspección.

9.1 El objeto de la inspección, es verificar que se están cumpliendo los requisitos aplicables al trabajo y que las soldaduras satisfacen las especificaciones de la obra.

Se establecen las condiciones necesarias para asegurar una supervisión simultánea al avance del trabajo sin esperar que las soldaduras estén terminadas para revisarlas.

9.2 Durante la inspección, se debe verificar:

• Que el acero de refuerzo que se va a soldar es el indicado en los planos y especificaciones de proyecto, y si sus características de soldabilidad son las requeridas.

• Que todos los soldadores que van a intervenir en el trabajo, estén calificados. El inspector puede solicitar la recalificación de un soldador si su trabajo es de calidad inferior a la requerida, o si ha dejado de trabajar durante más de tres meses, en el proceso para el que está calificado.

• Que el equipo que se debe de utilizar, es el adecuado y está en condiciones correctas de operación.

• Que las caras y los bordes de las partes en que se va a colocar soldadura, no tengan defectos inaceptables.

• Que en la preparación de las juntas, el ángulo de inclinación de los biseles, la abertura de la raíz, etc., sean correctos, sobre todo en soldaduras a tope de varillas gruesas, ya que no se puede

lograr la penetración completa si no se cumplen los requisitos establecidos.

• Que la limpieza de las zonas en que se debe depositar la soldadura, el alineamiento de las varillas que se van a empalmar y los dispositivos empleados para mantenerlas en posición, sean los especificados.

• Que el diámetro y el tipo de electrodo, la posición en que debe depositarse la soldadura, las características de la corriente (amperaje, voltaje, polaridad) y la velocidad de colocación de los cordones, sean las especificadas.

9.3 Inspección visual.

Terminadas las juntas de una zona, y antes de que se coloque el concreto, debe hacerse una inspección visual.

No es necesario que el inspector revise personalmente cada uno de los cordones de todas las juntas; la inspección debe limitarse a determinado porcentaje de ellas.

Antes de la inspección visual, se debe limpiar la soldadura para eliminar la escoria o cualquier otro material que oculte, total o parcialmente, la superficie de la misma. El objeto de la inspección visual es observar los siguientes puntos:

• Dimensiones, distribución, tamaño, contorno y continuidad de las soldaduras.

• Apariencia de las soldaduras.

• Defectos superficiales, tales como grietas, poros, cráteres, socabación, etc. Aunque una soldadura con defectos internos de importancia, puede en algunas ocasiones presentar una buena apariencia exterior, esta es, en la mayor parte de los casos, un indicio de que la soldadura se ha hecho correctamente.

• El inspector debe de identificar con marcas fácilmente visibles, todas las partes o juntas que

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requieran correcciones o sustitución, y volver a marcarlas cuando las haya aceptado.

9.4 Inspección radiográfica y pruebas destructivas.

a) La inspección radiográfica y las pruebas destructivas de tensión, no sustituyen la supervisión e inspección visuales durante la colocación de la soldadura y demás operaciones relacionadas con ella, efectuadas a través de todo el proceso. La inspección radiográfica es conveniente para determinar la calidad final de algunos empalmes, escogidos de manera que sean representativos del resto, lo que permite comprobar si por medio de la inspección visual se han obtenido los resultados deseados. Por consiguiente, la radiografía y las pruebas destructivas no deben emplearse nunca aisladamente, sino como un complemento de la inspección visual y del control mantenidos a través de todas las etapas.

b) Inspección radiográfica.

Cuando se desee complementar la inspección visual por medio de radiografías, en las especificaciones de construcción se debe de indicar el número o porcentaje de juntas que se deben radiografiar, pero no señalar su posición; el inspector escoge las uniones en las que se deben tomar radiografías.

En estructuras especiales o en zonas críticas de estructuras ordinarias, puede especificarse que se radiografíe un porcentaje elevado, o aún la totalidad de las uniones soldadas a tope, pero en general no se deben tomar radiografías de más de un diez o quince por ciento de las juntas.

Los procedimientos y el equipo para radiografiar, deben aprobarse por Pemex Exploración y Producción.

c) Pruebas destructivas.

Las radiografías sancionan en general la sanidad de las juntas a tope entre varillas, pero no garantizan que su comportamiento bajo carga debe ser satisfactorio, ya que no proporcionan ninguna información sobre posibles cambios desfavorables en la estructura cristalina del acero, debidos fundamentalmente, a ciclos térmicos inadecuados originados por el proceso de colocación de la soldadura o por el enfriamiento posterior hasta la temperatura ambiente. Además, con cierta frecuencia se forman microfisuras en planos paralelos a la superficie de los biseles, las que no quedan registradas en las placas radiográficas, a causa de su orientación. Para llevar un control de calidad completo, debe ser necesario remover de la obra un cierto número de juntas y someterlas a pruebas de tensión hasta la ruptura, en una máquina de prueba. Estas pruebas pueden complementarse con estudios metalográficos.

La obtención de los especímenes para las pruebas destructivas de tensión, deben llevarse a cabo en forma continua, durante todo el proceso de construcción, y no debe autorizarse ningún colado sin que se conozcan previamente los resultados obtenidos en las pruebas efectuadas en juntas de la zona en donde el concreto se va a colocar.

Se consideran inaceptables las uniones en las que la fractura se presenta en la soldadura o en la zona inmediata a ella, bajo una carga menor que la correspondiente al 125 por ciento del esfuerzo de fluencia de la varilla, o cuando la fractura se presente bajo una carga mayor, pero la ductibilidad del espécimen, medida en porcentaje de la longitud inicial, disminuya a menos de los dos tercios de la especificada para la varilla, o a menos del cuatro por ciento.

Los especímenes deben ser representativos de la totalidad de las juntas efectuadas en la obra, y se escogen de las uniones que, de acuerdo con la inspección visual, tiene más probabilidades de resultar defectuosas. En estas condiciones suele ser suficiente un

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número de pruebas destructivas comprendido entre el cinco y diez por ciento total de las uniones.

10. Correcciones.

Se deben reparar y sustituir todas las soldaduras que no cumplan los requisitos de esta especificación o de las especificaciones particulares correspondientes.

Si una soldadura defectuosa o las operaciones llevadas a cabo para removerla dañan las varillas, de tal manera que disminuyan su resistencia o su ductibilidad, se deben de sustituir o compensar sus deficiencias siguiendo algún procedimiento autorizado.

10.1 Las soldaduras o el metal base defectuosos, se deben corregir sustituyendo la soldadura completa, o procediendo como sigue:

a) Traslape o convexidad excesiva, suprimiendo el exceso de metal de aportación.

b) Concavidad excesiva, cráteres, soldaduras de tamaño menor que el especificado y socavación, limpiando y depositando metal de aportación adicional.

c) Porosidad o inclusiones de escoria excesivas y fusión incompleta, quitando las porciones defectuosas y volviendo a soldar.

d) Grietas en la soldadura o en el metal base, determinando la extensión de la grieta, quitando el metal agrietado y 2.5 cm de metal sano más allá de cada extremo de la grieta y volviendo a soldar.

10.2 La remoción del metal de aportación, o de porciones de metal base, puede hacerse con esmeril o ranurando con arco-aire; en cualquier caso, deben tomarse las precauciones necesarias para no dañar la soldadura o el metal base adyacente.

10.3 El metal de aportación adicional necesario para compensar deficiencia en tamaño, se debe depositar con un electrodo de menor diámetro que el empleado al hacer la soldadura original y de no más de 3.96 mm (5/32 pulgada). Las superficies se deben limpiar cuidadosamente antes de soldar.

10.4 Las varillas que hayan quedado ensambladas inadecuadamente, se deben cortar y volver a soldar.

10.5 Los elementos que se deformen durante la colocación de la soldadura, se deben de enderezar por medios mecánicos sin impacto o mediante la aplicación, cuidadosamente supervisada, de una cantidad limitada de calor localizado. La temperatura de las áreas calentadas no debe de pasar de 873.15 K (600°C), y las partes que se calienten, deben estar libres de esfuerzos y de cargas exteriores.

11. Bibliografía.

11.1 Deformed billet steel bars for concrete reinforcement, ASTM A-615.

11.2 Reglamento de construcciones del Distrito Federal.

11.3 Building code requirements for reinforced concrete ACI-318.

11.4 Welding reinforcing steel, metal inserts and connections in reinforced concrete construction, AWS-D12.1.

11.5 Recomendaciones para soldar varillas de refuerzo en estructuras de concreto, Instituto de Ingeniería UNAM, No.293.

11.6 Especificación P.3.0135.03. Acero de refuerzo en estructuras de concreto.

11.7 Especificación P.4.0137.03. Acero de refuerzo para concreto.

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12. Concordancia con normas internacionales.

Esta especificación no tiene concordancia con normas internacionales.

soldadura en varillas de acero para refuerzo de concreto.pdf

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