Contenido de experto en archivos: El artículo conserva ejemplos históricos y afirmaciones de vigas, puentes y armaduras de acero soldados, pero no es un diseño, cálculo, especificación de juntas, plan de soldadura, calificación de procedimientos, evaluación de fatiga o manual de reparación. El material, soldabilidad, tenacidad, espesor, preparación de la junta, material de aporte, precalentamiento, secuencia, tensiones residuales, tolerancias, corrosión, fuego, fatiga y control deben determinarse según el proyecto específico y las normas aplicables. Las juntas de rodamientos son diseñadas, ejecutadas y controladas por personas debidamente cualificadas.
Savo Kusić hoy se centra en ventanas de madera, ventanas de madera y aluminio, ventanas personalizadas, puertas y solicitudes de cotización. Este artículo permanece como archivo histórico y no representa una oferta para diseñar, soldar, probar o reforzar estructuras de acero.
Soportes completamente soldados
Secciones de soportes
La descripción general se muestra en la fig. 1 y 2. SL. 1a muestra un soporte reforzado con listones de cinturón soldados. Se pueden ensamblar secciones de cualquier capacidad de carga a partir de chapas y acero anchos (fig. 1b a e). Se debe evitar una junta abierta entre las uniones de las esquinas afilando la lámina vertical (fig. 1c). La sección transversal del soporte se puede adaptar al momento de resistencia necesario mediante listones de correa adicionales. Secciones en la fig. 2d a f tienen la ventaja de que la costura de la cara llega a la zona de menor grosor de la nervadura. Aquí las costuras se pueden examinar con especial facilidad mediante rayos X.
Imagen 1 — secciones de soportes soldados.
Imagen 2 — secciones de soportes hechos de perfiles especiales.
Control de soldadura: las pruebas radiográficas utilizan radiación ionizante y se realizan únicamente en condiciones controladas por expertos autorizados. La elección del método de control, el alcance de aceptación y los criterios de calidad están determinados por el proyecto y la norma; El examen de la fotografía o de la superficie externa no es prueba de la calidad interna de la soldadura.
Continuación de hoja vertical
El desarrollo se llevó a cabo de manera completamente apropiada. Se realizaron extensiones con ligas. La extensión cruciforme no adquirió mucha importancia en la construcción de puentes, pero aun así demostró ser buena en la construcción de edificios. Dado que las extensiones verticales de la interfaz no eran rentables debido a las pequeñas tensiones permitidas, se encontraron extensiones con una mayor longitud de costura.
Brocas universales
Fig. 3 muestra la continuación de la viga principal de un puente de carretera con una nervadura reforzada. SL. 4 da la continuación de un puente de carretera. En el mejor de los casos, esta extensión no difiere en apariencia ni modo de acción del soporte no extendido, sólo la resistencia a la fatiga es ligeramente menor. La solución de ampliación depende de si se trata de una ampliación de taller o de una ampliación de montaje. Dado que en el taller se dispone de mejores herramientas, la soldadura in situ es, si es posible, limitada. SL. 5 muestra la división de una viga de longitud 63m. Los soportes fueron entregados al sitio de construcción en secciones de longitudes 38m y 25m, donde solo se soldaron las extensiones marcadas con “B”. Las extensiones de montaje están hechas en forma de U, para evitar soldaduras elevadas.
Imagen 3 — continuación de la viga del puente en la autopista cerca de Hattenheim.
Imagen 4 — detalle histórico de la continuación de la viga del puente.
Imagen 5 — calendario de taller y piezas de montaje.
Las vigas completas continuas se sueldan durante el proceso de montaje a través de aberturas sin andamio, como p.e. cerca de un puente de carretera con aberturas de 42m. Las partes del soporte se instalaron con grúa flotante y luego de la instalación de todos los elementos se soldaron. Al mismo tiempo, los soportes principales se sujetaron con tornillos mediante ligas con aberturas (fig. 6). A través de los agujeros de las ligas se podía soldar la mayor parte de la costura de la lámina vertical, antes de tener que quitar las ligas. SL. 6 contiene más información sobre la preparación de costuras en U para perfiles especiales en el cinturón superior e inferior.
Imagen 6 — ligas temporales con orificios de acceso para soldadura.
Montaje y trabajo en obra: los ejemplos históricos con grúa flotante, amarres temporales, trabajos de escotilla y soldadura en obra no son planos de montaje. Se requiere el cálculo de las condiciones temporales, el plan de elevación y sujeción, el control de la geometría, la protección contra caídas, incendios y humos y el control trazable de cada junta antes de retirar los soportes temporales.
Refuerzos
Es necesario endurecer bien los soportes macizos soldados contra el saliente de la chapa vertical y el pandeo lateral de las correas, además, la flexión durante la soldadura debe mantenerse a un nivel bajo. O investigó las tensiones de contracción en los refuerzos verticales. Gráfico-a. Durante la secuencia de trabajo examinada (primero se soldaron los refuerzos y luego las costuras principales), se produjeron importantes tensiones de contracción en los refuerzos y en las tiras de chapa vertical cercanas. Si los refuerzos ya están en los cinturones antes de retirar las costuras principales, se evita que las lamas del cinturón se encojan. En las laminillas del cinturón aparecieron curvas onduladas en dirección longitudinal.2mm, en dirección transversal aprox.0,25mm(higo.7). Por lo tanto, en los listones del cinturón deben haber tensiones de flexión importantes en ambas direcciones. La capacidad de carga estaba limitada por la aparición de grandes deformaciones, no por la resistencia a la rotura de la correa inferior. Según los resultados de la prueba de fatiga, se requiere que los puentes instalen placas bien ajustadas entre los refuerzos y la correa, que se fijan a los refuerzos mediante soldadura a tope. Los refuerzos y las conexiones se cortan de tal manera que la costura principal quede libre (fig.8). En la industria de la construcción, en la mayoría de los casos, no hay duda de que los refuerzos se sueldan directamente a las vigas. Es mejor evitar cortar las costuras y apilarlas demasiado.
Imagen7— deformación de las correas durante la soldadura.
Imagen8— refuerzo con tejas bien ajustadas.
Contracción, deformaciones y fatiga: los resultados históricos de las pruebas no se pueden transferir a otro detalle sin realizar un cálculo. Los refuerzos, las terminaciones de soldadura, los cruces de costuras, las tolerancias y la secuencia de trabajo afectan las tensiones residuales, el pandeo y la resistencia a la fatiga; Las grietas y deformaciones inaceptables no se solucionan mediante soldadura adicional sin un procedimiento de reparación aprobado.
Soportes y marcos completos
Soportes de arco y arcos esbeltos
Las monturas de arco ofrecen algo especial en comparación con las monturas completas reales. Sin embargo, las conexiones de arcos voladizos de doble pared con vigas de refuerzo de pared simple, como se realizaron en los dos puentes de carretera soldados más grandes, se encuentran entre las construcciones más interesantes que se han soldado. En el puente de la autopista sobre el Lech, cerca de Duisburg, se utilizó en el nudo final una enorme pieza mecanizada de acero forjado para facilitar los trabajos de soldadura. Éste (fig. 9) toma las fuerzas del arco y las transfiere a la viga de refuerzo. Se suministra con una salida fuerte 50 mm, que pasa por una única ranura a la correa superior de la viga de refuerzo y se suelda a la placa vertical, reforzada con un espesor de 50 mm.
Imagen 9 — nodo final del puente arqueado.
Construcciones de marcos
En las esquinas del marco se pueden apreciar mejor las ventajas de la técnica de soldadura, que permite realizar formas complicadas sin especiales dificultades. Una esquina del marco con una carga pesada se muestra en la fig. 10. La construcción cuenta con ampliaciones de taller soldadas. Las extensiones de montaje se fijan con tornillos autorroscantes. Al soldar refuerzos entre las patas de los soportes unidos se producen altas tensiones de contracción, que en ocasiones provocan grietas. Las tensiones de contracción se reducen significativamente cuando, en lugar de nervaduras completas (fig. 11a), solo se sueldan láminas de ala (fig. 11b).
Imagen 10 — esquina del soporte del marco.
Figura 11 — comparación detallada del refuerzo de conexiones soldadas.
Imagen 12 — Nodo de puente belga con vigas de estructura.
Conexiones de soportes longitudinales rígidos a la flexión
En el pavimento de los puentes se puede conseguir una gran simplificación aplicando uniones soldadas. La resistencia a la fatiga de las uniones de soportes longitudinales, etc. bajo carga de flexión, se ilumina mediante pruebas O. Graf-a (fig. 13). Por lo tanto, la conexión con una costura a tope en el lado tensado tiene una mayor resistencia a la fatiga en el esfuerzo de flexión uniforme σUb que la conexión donde la pata tensada está conectada mediante costuras de esquina.
Imagen 13 — variantes históricas de conexiones de soporte longitudinal.
Soportes de rejilla
Construcciones de celosía soldadas
Las formas y conexiones de las rejillas más antiguas eran copias de construcciones remachadas (fig. 14). Esto no es conveniente; a la hora de elegir las secciones deben tenerse en cuenta las propiedades especiales de las uniones soldadas. También es importante la mayor rigidez de todas las uniones en comparación con los nudos remachados. Las uniones de las barras diagonales en los nudos de la celosía son difíciles de realizar con fuerzas mayores, especialmente en la obra. Dado que en este caso se trata en primer lugar de las uniones con las costuras de las esquinas, la resistencia a la fatiga es relativamente baja. Totalmente soldado, es decir. y en los nodos de la rejilla soldada, por lo tanto sólo en algunas zonas especiales de las estructuras de acero. Por ejemplo, con durmientes, con grúas que no tienen una carga muy dinámica, etc.
Imagen 14 — nudo soldado de un soporte de celosía.
En primer lugar, para la formación de secciones transversales se tienen en cuenta los aceros planos y las chapas metálicas. En el caso de construcciones soldadas se fabrican sin grandes dificultades perfiles huecos que, debido a su rigidez a la torsión, tienen la ventaja de las varillas prensadas. Mención aparte merece el caso especial del tubo redondo. Las construcciones tubulares soldadas han encontrado una amplia aplicación, p.e. en la construcción de grúas o construcciones ligeras en el sector de la construcción. En el caso de la continuación y conexión de perfiles huecos, hay que tener en cuenta ciertas dificultades constructivas y costes adicionales. Las secciones soldadas suelen juntarse en los extremos para que la conexión se pueda remachar más fácilmente (fig. 15). Las medidas especiales necesarias en el taller y en la obra para estructuras de celosía soldadas dificultan su aplicación, a menos que se trate de soportes con una carga ligera o predominantemente estática. Para rejillas cargadas dinámicamente y con fuerzas elevadas, la regla era que solo se soldaban elementos individuales, pero su conexión mutua se realizaba mediante tornillos. En primer lugar, se eliminaron las dificultades de instalación; y las rejillas fabricadas con elementos soldados se pueden montar siguiendo los mismos procedimientos que las fabricadas con varillas remachadas.
Figura 15 — conformación del extremo del perfil hueco para la conexión.
Las láminas nodales, que reciben al mismo tiempo las diagonales, se remachan de la forma habitual a las nervaduras de las correas o se sueldan a tope con ellas (fig. 16a). Este último tiene el inconveniente de las “costuras de esquina iniciales”, que perjudican la resistencia a la fatiga de la viga. En el puente ferroviario sobre el Rin, cerca de Maguncia (Puente Kaiser), se dio un paso decisivo hacia la correcta configuración de los puentes de celosía mediante soldadura. Allí, en 50 mm, se insertan láminas nodales reforzadas con costuras a tope en láminas verticales de correas gruesas 30 mm. Las transiciones son graduales, la forma se puede ver en la fig. 16b. Las extensiones de las varillas del cinturón se encuentran junto a los nodos.
Figura 16 — láminas nodales de acoplamiento eólico y puente ferroviario sobre el Rin cerca de Maguncia (puente Kaiser, 1954).
Refuerzo mediante soldadura
El refuerzo de estructuras de acero es uno de los trabajos más difíciles, especialmente cuando se debe realizar sobre una estructura cargada. En el caso de uniones remachadas, la inserción de refuerzos, la perforación y la conexión con piezas existentes requiere mucho tiempo y dinero. Dado que la soldadura es posible sin largos preparativos previos y sin romper los medios de unión existentes, estuvo a punto de intentar soldar el refuerzo de las secciones transversales y las conexiones de las rejillas. La acción conjunta de remaches y soldaduras al recibir fuerzas en varillas se ha examinado en detalle de forma teórica y experimental. Sin embargo, en la práctica aparecieron grietas y roturas por fatiga, en parte sólo después de un uso prolongado. Las causas de estas dificultades fueron los efectos de las muescas de soldadura y los cambios bruscos de sección, y algunas de las grietas que aparecieron fueron causadas por altas tensiones por contracción.
Refuerzo de la estructura existente: la soldadura de acero estresado o envejecido puede introducir grietas, fracturas frágiles, pérdida local de estabilidad y nueva trayectoria de fuerza. Antes del trabajo se debe determinar el material, los daños y fatiga existentes, la carga real, la soldabilidad, la secuencia de alivio de la carga y el seguro temporal. El refuerzo se realiza únicamente según proyecto y procedimiento aprobado, bajo supervisión y control.
Combinando soldadura, remachado y atornillado
Estaba prohibido aplicar soldadura y remachado al mismo tiempo. Se prestó especial atención a las “estructuras totalmente soldadas”, en las que se evitaron por completo remaches y tornillos. Hoy en día, la soldadura y el remachado se vuelven a aplicar en paralelo sobre el mismo objeto. En muchos casos conviene soldar únicamente las ampliaciones del taller y, por el contrario, remachar las prefabricadas. Se debe evitar la aplicación de ambos tipos de conexión en la misma continuación, porque no se puede lograr una distribución clara de fuerzas debido a la contracción relacionada con la soldadura y el deslizamiento de remaches/pernos.
Nota final: No se debe asumir la acción conjunta de soldaduras, remaches y tornillos sin un modelo de cálculo, secuencia definida de ejecución, tolerancias y control de deslizamiento. Para cada detalle portante se debe conocer la trayectoria de la fuerza, la categoría de fatiga, la accesibilidad a la soldadura e inspección, los defectos aceptables y un plan de mantenimiento durante toda la vida útil de la estructura.