PORTAFOLIO ESTRUCTURAS by Estefy Aguirre

PORTAFOLIO ESTRUCTURAS III ESTEFANÍA AGUIRRE

ESTRUCTURAS

DE ACERO

ESTRUCTURAS DE ACERO Caracterización de las estructuras de acero: Estructuras de entramado Livianidad Estructuras y envolventes Uso de elementos lineales Separación estructura y envolventes Propiedades de acero Propiedades mecánicas Seguridad-Margen de tiempo- En talla Esfuerzos de tracción Fase elástica/ Ley de Hocke E: Alargamiento unitario de la materia F: Fuerza S: Alargamiento longitudinal L: Longitud oriental E.: Módulo de elasticidad A: Sección transversal de la pieza

Estructuras metálicas Introducción para diseño de estructuras Diseño de estructura primaria Juego de fuerzas y formas Soluciones pasivas Soluciones activas Conducción de esfuerzos Hacia el suelo

REACCIÓN IZQUIERDA

Transferencia de fuerzas Punto de aplicación Soportes Sistemas de fuerzas Magnitudes Distribución Dirección Puntos de aplicación

REACCIÓN DERECHA

Variedad de secciones Perfil Lamado Alas- Patines Perfil Soldado Alma-Web

Laminados

Conformados

Vigas armadas

Reforzados

Tubos

Compuestos

Mรณdulo de elasticidad del acero Mรณdulo de elasticidad (E) Medio 2.100.000 y 1.900.000 kg/fm Fase elรกstica Fase plรกstica Ruptura

400 300 200 100 5

Elasticidad

Capacidad de volver a la forma original después de sucesivos ácidos de carga y descarga

Plasticidad

Deformación permanente provocado por una tensión igual o superior al límite de fluencia

Grandes luces

Cubierta del Estadio Olimpico de Munich (1972) Frei Otto

Separación estructura y envolvente

Cámara de Comercio de Berlín (1998) Nicolás Grimshan

Sistema de entramado

Centro George Pompiduo (1997) Renzo Piano Y Richard Rogers

Rehabilitación

Modificación de estructuras Refuerzo/ Aumento de distancia entre apoyo/ Añadir pisos Adaptación a nuevos usos Alargamiento de la vida útil

Prefabricación Total

Centro Renault, Swindon (1984) Norman Foster

Montaje y prefabricación

Construcción en lugares apartados

Tolerancia

Precisión al montaje Desmontaje y rehuso Reciclaje

MANUAL DEL SOLDADOR Los procesos de soldadura comúnmente empleados se basan en la fusión componentes en la junta de unión. En la soldadura por fusión, una fuente de calor se encarga de fundir el metal para formar un“puente”entre los componentes. Las fuentes de calor más empleadas son:

El arco eléctrico

La llama de casa

En el proceso de soldadura, el metal fundido debe protegerse de la atmósfera circundante, ya que la absorción de oxígeno, nitrógeno o humedad genera una soldadura de baja calidad. Para evitar la contaminación de la soldadura, el aire presente en el área de la soldadura debe reemplazarse por un gas de protección, o debe cubrirse la soldadura con un flux o polvo protector.

Procesos de soldadura por arco eléctrico El proceso al arco eléctrico se emplea principalmente para la soldadura de láminas, placas o tuberías de metal.

El proceso GMAW establece un arco eléctrico entre la pieza de trabajo y el alambre electrodo que se alimenta continuamente. Utiliza una máquina de potencial constante, antorcha y un mecanismo que alimenta el alambre hacia la unión de los metales. Es requerida la protección de un gas o mezcla de gases. La polaridad recomendada es polaridad invertida, sin embargo deberá consultar la especificación del electrodo a aplicar. En el proceso GMAW la transferencia del electrodo se realiza por 3 formas: a) Tranferencia corto circuito b) Transferencia globular c) Transferencia spray o rocío Se pueden unir aceros al carbón, inoxidables, aluminio, cobre y bronces.

La soldadura MIG/MAG y la soldadura TIG son dos de los procesos más importantes que emplean un gas de protección para proteger al metal soldado de la contaminación atmosférica.

El proceso GTAW, establece el arco eléctrico entre un electrodo de tungsteno (no consumible) y la pieza a unir, se requiere una protección de un gas o mezcla de gases normalmente, la fuentes de poder incluyen una unidad de alta frecuencia que ayuda a iniciar el arco sin tocar la pieza base y estabilizarlo. Una característica del proceso es que no genera salpicadura y produce cordones de gran calidad. Se pueden unir aceros al carbón, inoxidables, aluminio,cobre y aleaciones, titanio y magnesio.

Términos habitualmente empleados en la soldadura al arco protegido con gas

Longitud de arco: distancia entre la punta del electrodo y la superficie del baño de fusión. Metal base: término para describir el metal del cual están hechos los componentes de la unión. Cordón: pasada simple de metal soldado depositado sobre la superficie del metal base. Velocidad de fusión: velocidad a la cual se funde el microalambre. Se da como una medida lineal m/min (metros por minuto) o in/min (pulgadas porminuto). Metal depositado: material que se aunión mediante el electrodo o microalambre de aportación, con el fin de construir el perfil soldado. Velocidad de deposición: velocidad a la cual el metal del electrodo fundido se aporta al baño de fusión.Se mide en kg/h (kilogramos por hora). En algunas ocasiones se emplea incorrectamente refiriéndose a la relación entre el metal depositado y la cantidad de electrodo fundido, cuya terminología correcta sería “rendimiento de deposición”. Electrodo: según el proceso de soldadura corresponde a: a) la varilla recubierta de pasta protectora en la soldadura al arco manual; b) el electrodo de tungsteno en la soldadura TIG y la soldadura plasma; c) el microalambre consumible en la soldadura MIG/MAG. El arco eléctrico se forma entre el metal base y la punta del electrodo. Metal de aporte: metal añadido al baño de fusión durante la soldadura. En la soldadura MIG/MAG el metal de aporte se obtiene por la fusión del electrodo (hilo continuo). En la soldadura TIG el metal se aporta en forma de varilla. Temperatura entre pasos: temperatura de la unión entre cada pasada realizada. En algunas aplicaciones se especifica un máximo de temperatura para evitar los cambios metalúrgicos en el material Paso de fusión: fundir el metal base pasando un arco TIG a lo largo de la superficie. No se emplea metal de aporte. Boquilla: en la soldadura MIG/MAG, TIG y Plasma,consiste en un tubo de material metálico o cerámico, que dirige el gas de protección en el área de soldadura. Paso o cordón: metal depositado en un recorrido del arco a lo largo de la unión. En la soldadura TIG sin aporte el término correcto sería “paso de fusión”. Temperatura de precalentamiento: temperatura del metal base justo antes de empezar a soldar. En algunos casos, el metal base debe calentarse para evitar problemas de agrietamiento o de falta de fusión. Paso de raíz: primera pasada depositada en una unión en el caso en que se necesiten más pasadas para llenar la ranura de la unión.

Soldadura MIG/MAG La soldadura por arco eléctrico con gas de protección es un proceso semi-automático que es válido tanto para la operación manual como automatizada. Se conoce por una variedad de nombres: MIG: Metal Inert Gas MAG: Metal Active Gas GMAW: Gas Metal Arc Welding Para proporcionar el calor necesario para la operación de soldadura se requiere un arco de bajo voltaje (16-40 V) y alta intensidad (60-600 A) que se establece entre el electrodo y la pieza de trabajo. El electrodo, arco, metal fundido y área de soldadura están protegidos de la contaminación atmosférica mediante una corriente de gas de protección.

El gas de protección puede ser:

CO2 Argón Argón + CO2 Argón mezclado con pequeñas cantidades de otros gases (CO2,O2,He,H2) Helio

Siempre se deben considerar características del metal a soldar.

Operación La unidad de alimentación aporta el hilo/electrodo dentro del arco eléctrico. Mediante la fuente de potencia se consigue mantener constante la tensión y la longitud de arco, permitiendo al soldador concentrarse en asegurar la fusión completa de la unión. Las fuentes de potencia empleadas en la soldadura MIG/MAG se llaman “fuentes de voltaje constante” ya que tienen una pendiente característica de la fuente de soldadura.

Para la soldadura de placas, tuberías de espesor delgadoy piezas en posición plana se recurre al proceso de “transferencia en spray” que opera dentro del rango de intensidades de 180 A -450 A. En este proceso se forman pequeñas gotas de metal fundido del alambre de aporte, que se proyectan al baño de fusión a través del arco. Las soldaduras que están localizadas en posiciones en las cuales el metal fundido tiende a salir hacia fuera de la unión por acción de la gravedad (vertical, sobre cabeza), se sueldan a menores intensidades

a) transferencia en cortocircuito: se transfiere el metal a la unión cuando el alambre de aporte contacta con el baño de fusión. b) transferencia en arco pulsado: se transfiere el metal a la unión en forma de pequeñas gotas (tipo spray) controladas mediante impulsos regularmente espaciados

Estas dos técnicas se emplean también para la soldadura de láminas delgadas 1.6 mm (1/16”) y menores. El MIG-Sinérgico es un sistema MIG/MAG avanzado que incorpora la transferencia en spray y la transferencia en pulsado. Se deben establecer las condiciones óptimas de trabajo para un rango de aplicaciones. El proceso MIG-sinérgico requiere un equipo específico de soldadura.

En la soldadura MIG/MAG el alambre se orienta en la misma dirección de avance que la antorcha (técnica de empuje). Esto permite que el arco funda el metal base por delante del baño de fusión y se obtenga una mejor penetración. El soldador debe controlar la velocidad de avance para asegurar que el baño de fusión no vaya por delante del arco, lo que podría provocar una falta de fusión.

La calidad de la soldadura en la soldadura MIG/MAG depende del ajuste de las variables de soldadura. - El voltaje controla el perfil de la soldadura. - La inductancia en la transferencia en cortocircuito estabiliza el arco y reduce el nivel de proyecciones. Inductancia baja: Aceros al carbón, aluminio, cobre. Inductancia alta: Aceros inoxidables. - La velocidad de alimentación del alambre establece el amperaje de soldadura.

Soldadura a tope técnica de Empuje - El amperaje controla: El aporte térmico. El tamaño de la soldadura. La profundidad de penetración. - El diámetro del alambre depende de la corriente requerida. La siguiente tabla sirve de guía para la selección del diámetro de alambre, pero la relación exacta depende también del material y del gas de protección.*

Soldadura en friete técnica de Empuje

alimentación alimentación del hilo del hilo (m/min) (pulg/min)

Diámetro (mm)

Intensidad (A)

0.9

80-200

7.5-10

300-400

1.1

160-240

8.8-14

350-500

Alambres tubulares FCAW Normalmente, los alambres que se emplean para la soldadura MIG/MAG son sólidos. Para aceros dulces, aceros al Carbono–Manganeso y aceros Inoxidables, se pueden emplear alambres tubulares (FCAW - flux cored arc welding). Éstos ofrecen mayores velocidades de soldadura y un control más fácil de los perfiles de las soldaduras en ángulo.

Las mezclas de gases de soldadura de INFRA facilitan la obtención de los resultados óptimos en la soldadura MIG/MAG para un amplio rango de metales. Las mezclas INFRA MIXX 200/25, 200/2, 200/02, 200/05, son un conjunto de mezclas de Argón, CO2 y O2 creadas con el fin de conseguir las condiciones ideales de arco y obtener soldaduras libres de salpicaduras. INFRA MIXX 200/02 está recomendado para la soldadura de láminas de acero al Carbono y de baja aleación de espesores menores a 3 mm en cortocircuito y en arco spray.

INFRA MIXX 200/05 es la mezcla ideal para la soldadura de aceros al Carbono de espesores menores a 6 mm en arco spray pulsado. Proporciona unas propiedades excelentes para procesos automáticos de soldadura: incremento de velocidad y disminución de proyecciones. INFRA MIXX 200/2 está especialmente diseñada para su utilización en la soldadura convencional y sinérgica de aceros al carbón e inoxidables y aleaciones Cupro-Níquel. El gas ARGÓN es particularmente efectivo para soldar Aluminio y sus aleaciones. También se emplea para soldar Cobre y Níquel. La línea de gases ALUMIXX es una mezcla con base Helio especialmente diseñadas para incrementar el aporte térmico del arco a la pieza, lo que permite incrementar la velocidad de soldadura, aumentar la productividad, alcanzar mayor penetración y disminuir el uso de consumibles en función del material a soldar. Está indicada para acero inoxidable, aluminio, cobre y para la soldadura de aceros por el proceso MIG-Sinérgico.

SOLDADURA TIG La soldadura con electrodo de Tungsteno y arco protegido con gas inerte, se conoce normalmente con el nombre TIG (Tungsten Inert Gas). Para conseguir la fusión se emplea un arco que se establece entre el electrodo y la pieza de trabajo. El electrodo es no consumible y el metal de aporte, si se requiere, se aporta desde fuera. El metal fundido en el baño de fusión, el extremo de la varilla del metal de aportación y el electrodo de Tungsteno se protegen de la contaminación atmosféri- ca por medio de un gas protector inerte. El gas de protección más empleado es Argón, pero se puede emplear Helio o mezclas de Argón-Helio o mezclas de Argón-Hidrógeno para obtener mejores resultados, siempre en función de las características del material a soldar.

La soldadura TIG es válida tanto para la operación manual como para la operación automatizada. En la soldadura manual el operario sitúa el electrodo en la misma dirección de avance que la antorcha y emplea el arco eléctrico para fundir el metal en la zona de unión. Si se requiere metal de aporte, por ejemplo en una unión en ángulo, éste se aporta desde el borde frontal del baño de fusión. El metal de aporte se suministra normalmente en forma de varilla de 1 metro de largo y en diversos diámetros.

PROCESO TIG La longitud de arco es controlada por el soldador y normalmente es de 2 mm a 5 mm. La aportación térmica del arco depende de la corriente seleccionada. La velocidad de avance se ajusta para conseguir el tiempo necesario para fundir el metal en la unión.

Para la soldadura TIG se puede emplear tanto corriente alterna AC, como corriente directa DC. La corriente directa (DC) con el electrodo conectado al polo negativo de la fuente de alimentación se emplea para: Aceros al Carbono Aceros Inoxidables Cobre Aleaciones de Níquel Titanio Circonio La corriente alterna (AC) se emplea para la soldadura de: Aluminio y sus aleaciones. Magnesio. Aluminio-Bronce

Disponer de un dispositivo de alta frecuencia en el equipo de soldadura permite iniciar el arco sin que el electrodo toque la pieza de trabajo, y consigue mejorar la estabilidad del arco en corriente alterna y corriente directa.

Fuentes de alimentación para la soldadura TIG Las fuentes de poder para la soldadura TIG deben ser capaces de proporcionar una corriente constante. Se llaman normalmente unidades de “característica descendiente” o de “intensidad constante”. Para la soldadura con corriente directa se emplean normalmente rectificadores, aunque para la soldadura en campo puede ser más adecuado emplear generadores. En la mayoría de los casos de soldadura de aluminio, se emplean transformadores de una fase. Las fuentes de alimentación más modernas tienen formas de onda cuadrada. Se pueden emplear también fuentes de alimentación combinadas AC/DC para el caso de trabajos mixtos. La fuente de alimentación debe estar equipada con l siguientes elementos: Control remoto para la corriente. Dispositivo para establecimiento del arco. Dispositivo para el llenado de los cráteres. Válvulas de control del gas. Válvulas de control del agua, en el caso de tener pi tolas refrigeradas por agua que se emplean pa altas intensidades. Podemos evitar la formación de cráteres con una reducción gradual de la intensidad al final del cordón, manteniendo el gas de protección.

Electrodos para la soldadura TIG

Para la soldadura TIG se pueden emplear electrodos de Tungsteno puro. Sin embargo, es preferible el empleo de electrodos aleados con Torio o Circonio ya que pro- porcionan un establecimiento de arco más fácil y una mayor estabilidad. En el caso de soldaduras en contac- to con productos alimenticios utilizar tungstenos aleados con lantano.

Para un determinado diámetro de electrodo, la corriente máxima que un electrodo puede soportar está determinada por el punto de fusión y de sobrecalentamiento del material que está compuesto.

Los electrodos de Tungsteno aleados con Torio con- tienen un 2% de Torio (Óxido de Torio) y se emplean para la soldadura con corriente directa.

Debe evitarse la contaminación del electrodo con otros metales, ya que ello puede disminuir su punto de fusión.

Antes de su empleo, se debe afilar la punta del electrodo con una rueda de Carburo de Silicio con el fin de obtener el perfil más adecuado.

Los electrodos de Tungsteno aleados con Circonio con- tienen un 2% de Circonio (Óxido de Circonio) y se recomiendan para la soldadura de Aluminio con corriente alterna. Así mismo los tungstenos puros son recomendados para soldadura de aluminio. El diámetro del electrodo se elige en función de la corriente. La corriente mínima de trabajo depende de la estabilidad del arco.

Diámetro del electrodo (mm)

Intensidad de operación máxima (A) Aleado con Aleado con Circonio (AC) Torio (DC)

1.2

1.6 2.4 3.2 4.0 4.8

145 240 380 440 500

40 55 90 150 210 275

Para la soldadura con corriente directa se requiere un afilado en la punta del electrodo de tungsteno. Para la soldadura con corriente alterna únicamente se requiere un pequeño bisel, ya que la punta del electrodo se redondea cuando el arco está operando.

Proceso TIG

Las antorchas que se emplean en la soldadura TIG están clasificadas de acuerdo a la corriente que pueden soportar sin sobrecalentamiento. Para corrientes superiores a 200 A, el cuerpo de la antorcha y posiblemente la boquilla, están enfriadas por agua.

Puede emplearse un difusor de gas con el fin de estabilizar el flujo del gas de protección. Ello permite que el electrodo se proyecte más lejos del final de la boquilla de gas, proporcionando una mejor visibilidad del arco y del baño de fusión.

Para corrientes iguales o menores a 200 A, el mismo flujo del gas de protección proporciona suficiente enfriamiento a la antorcha. Una ventaja del proceso TIG es la existencia de un amplio rango de antorchas, lo cual posibilita la ejecución de soldaduras incluso de espesores muy delgados. La eficiencia del gas de protección depende de manera significativa del diseño de la antorcha.

Gases para la soldadura TIG ARGÓN: Válido para todos los metales. ALUMIXX: La mezcla de Argón-Helio proporciona una soldadura más rápida y una penetración más profunda en la soldaduras de Aluminio y Cobre. Antorcha TIG

ARGÓN-H2: Las mezclas Argón-Hidrógeno de la familia de gases INOXX TAG mejoran el perfil de la soldadura, la velocidad y la penetración, en el caso de aceros inoxidables, Cupro-Níquel y aleaciones de Níquel. Garantizan excelente limpieza y brillo en la soldadura. Ver la página 32 y 33, para la elección del gas correcto.

Proceso TIG

TIG pulsado A corrientes bajas, el proceso TIG se vuelve difícil de controlar. Una corriente pulsada proporciona una mayor estabilidad para niveles bajos de aporte térmico. En el proceso TIG pulsado, el arco opera con bajas corrientes y se superpone un pulso de alta corriente. El soldador selecciona la frecuencia de los pulsos y su duración de acuerdo con el aporte térmico requerido y con el grado de control del baño de fusión. Se emplean antorchas convencionales, pero la fuente de alimentación debe ser un equipo especialmente diseñada para TIG pulsado.

TIG convencional: La velocidad de soldadura se incrementa progresivamente de A a B.

TIG pulsado: Velocidad de avance constante.

El TIG pulsado es especialmente adecuado para la soldadura de láminas de menos de 1 mm de espesor, ya que mediante este proceso se minimiza el riesgo de perforación y/o deformación de la pieza base. El proceso TIG pulsado se emplea también para soldar componentes cilíndricos ya que mantiene uniforme el ancho de la soldadura sin aumentar la velocidad de avance. Esto supone un gran avance para la soldadura automatizada.

Proceso TIG

Soldadura por puntos con el proceso TIG La soldadura por puntos con el proceso TIG es una alternativa frente al proceso de soldadura por resistencia, ya que en este último, o el acceso es sólo por un lado, o no es posible ajustar la pieza a soldar entre las pinzas del equipo de soldadura por resistencia.

En una unión a tope, cuando el metal soldado penetra hasta la raíz, queda expuesto al aire, pudiéndose oxidar. Normalmente esto no es un problema para el caso de aceros al Carbono y aceros de baja aleación, pero puede provocar una soldadura de baja calidad en aceros inoxidables y metales reactivos (tales como Titanio). Esta contaminación se puede evitar empleando un gas de respaldo para la raíz.

En la técnica de soldadura por puntos con el proceso TIG, en la unión a traslape, el electrodo se mantiene a una distancia fija de la superficie. El arco funde un baño de fusión circular que penetra a través de la intercara entre las dos láminas. Después de un tiempo predeterminado, normalmente entre 0.4 y 1 segundo, la intensidad se disminuye progresivamente para permitir que la soldadura solidifique sin formar un cráter.

RECOMENDACIÓN Las mezclas INOXX TAG ofrecen grandes beneficios en aplicaciones como gas de respaldo (Camareo).

Proceso PAW

Soldadura por arco Plasma El arco empleado en el proceso TIG se puede convertir en un arco de alta energía si se le obliga a pasar por un pequeño orificio practicado en la boquilla. El arco se constriñe y forma el chorro de plasma.

Proceso

Espesor material (mm)

Rango de corriente (A)

Microplasma

0.05-0.5

0.5-25

Plasma Key hole

0.5-3.0 3.0-10

10-250 mayor a 250

Gases y mezclas aplicables al proceso PAW Material

Gas Plasma

Gas de protección

Aceros al carbono ARGON ALTA Mezcla INOXX TAG X-1 PUREZA Mezcla INOXX TAG y aceros aleados

Mezcla INFRA MIXX 200/8

Aceros inoxidables ARGON ALTA Mezcla INOXX TAG X-1 PUREZA Mezcla INOXX TAG austeniticos Niquel, Cobre y ARGON ALTA Argón Alta Pureza PUREZA Mezcla INOXX TAG X-1 aleaciones Mezcla ALUMIXX Metales preciosos ARGON ALTA Argón Alta Pureza PUREZA Mezcla ALUMIXX (Oro, Plata, Platino, Cobre, Titanio, Tantalio, Zirconio)

Recomendaciones generales, para aplicaciones de gases. Si requiere asesoría sobre otras aplicaciones, consulte a un asesor técnico de INFRA, quien con gusto le atenderá.

(Key hole)

La soldadura por arco Plasma se basa en tres técnicas principales: ojo de cerradura o keyhole, microplasma y plasma. En el primer caso, el arco de plasma crea un agujero a través de la unión. A medida que la antorcha se desplaza a lo largo de la unión, el metal se funde en el frente del agujero de vapor, se desplaza girando hacia la parte de atrás y solidifica formando el cordón de soldadura. La soldadura microplasma permite la aplicación de soldadura de materiales de calibres muy delgados (más delgados del calibre 16, y permite sldaduras en espesores que no permitirían soldarse con ningún otro proceso).

El proceso de soldadura por arco Plasma se emplea principalmente para uniones a tope de placas y tuberías. Su ventaja principal es que permite una penetración controlada. Como gas de plasma se emplea normalmente ARGÓN ALTA PUREZA o mezclas de Argón-Hidrógeno (INOXX TAG). Como gases de protección se pueden emplear ARGÓN ALTA PUREZA, ARGÓN-HIDRÓGENO o mezclas Argón-Helio (ALUMIXX). Los electrodos de tungsteno son los mismos que se utilizan en TIG con corriente directa.

Tipos de uniones

Soldadura de láminas de bajo espesor por los procesos TIG y MIG/MAG Tanto el proceso TIG como los procesos MIG/MAG pueden emplearse para soldar láminas de material. Con los procesos MIG/MAG deben utilizarse los modos de transferencia en cortocircuito y pulsado.

- unión en T (Filetes)

- unión en esquina

Los bordes de las láminas se cortan perpendicularmente sin estrías.

- unión a tope

Las uniones a tope de láminas de menos de 1 mm de espesor deben soldarse por el proceso TIG o proceso PAW (Plasma soldadura). Los bordes de las láminas en este caso, deben tener pestañas, con el fin de evitar la necesidad de utilizar metal de aporte.

La separación entre los bordes depende del tipo de unión y del espesor de la lámina.

Tipos de uniones

Las láminas deben mantenerse alineadas, preferiblemente apoyadas sobre una placa de respaldo.

Si esto no es posible, deben realizarse puntos de soldadura de unos 10 mm de largo en intervalos de 50 mm. Estos puntos se fundirán dentro de la soldadura principal.

Ver la página 36 para las condiciones de soldadura.

En el proceso de soldadura MIG/MAG, el control del ángulo que forma la antorcha con la superficie del metal es un parámetro crítico.

Tipos de uniones

Soldadura de placas de espesores medio y alto por el proceso MIG/MAG 6 mm y mayores (1/4”) Se puede emplear la transferencia en modo spray para las uniones a tope en posición plana y para las uniones en T en posiciones horizontal y vertical. Tanto las soldaduras en vertical ascendente como las soldaduras bajo techo, requieren la técnica de baja con corriente transferencia en cortocircuito para aceros y con transferencia pulsada para el resto de metales.

“V” simple

Hasta espesores de 6 mm, los bordes de las placas pueden ser rectos. Para espesores mayores de 6 mm se emplea un bisel doble o simple. Las dimensiones de la preparación de bordes dependen del espesor y del tipo de material.

Doble “V” Tipo

Espesor

Aceros al Carbono y Aceros Inoxidables

Aluminio

Bordes rectos Hasta 6 mm

S = 1/2 e

De 6 mm a 18 mm

A = 60º T = 1.5 mm máx. S = 1 mm máx.

A = 65º-70º T = 1.5 mm máx. S = 1.5 mm máx.

Por encima de 18 mm

A = 50º T = de 1 a 2 mm S = A determinar.

A = 80º-90º T = 1.5 mm máx S = 1.0 mm máx.

En V

Bizel sencillo

En doble V

Doble bizel e: espesor S: separación T: hombro A: ángulo

Tipos de uniones

El número de pasadas que se necesitan para rellenar la ranura depende del espesor.

Alternativamente, el lado posterior del cordón de raíz puede soportarse con un respaldo que se elimina después de la soldadura o que si es de bajo espesor, puede permanecer en su lugar.

La profundidad de penetración característica de la transferencia en modo spray hace difícil controlar el metal fundido en el cordón de raíz. Así pues, el cordón de raíz puede realizarse con transferencia en cortocircuito o mediante soldadura manual con electrodo. Ver la página 36 para las condiciones de soldadura.

RECOMENDACIÓN “La mejora de la transferencia de metal por medio de gases basados en Argón, hace que sea más fácil el control de la pasada de raíz”

Tipos de uniones

Uniones de tuberías Hay tres tipos principales de uniones en las soldaduras de tuberías: A tope.

Cuando la unión se hace en posición fija, a medida que la soldadura progresa alrededor de la unión, ésta cambia desde la posición horizontal, pasando por vertical y finalizando en sobre cabeza. Se recomienda emplear transferencia en cortocircuito o pulsada para la soldadura MIG/MAG.

Ramificadas. Bridadas.

Antes de la soldadura, las tuberías pueden sujetarse con abrazaderas o mediante unos puntos de soldadura, con el fin de mantener la alineación.

Si es posible, deberá rotarse la tubería durante la soldadura, de forma que se ejecute en posición horizontal. Se recomienda emplear transferencia en spray, en cortocircuito o pulsada para la soldadura MIG/MAG.

Tipos de uniones

Para el caso de los aceros, los cordones de raíz pueden realizarse por TIG o MIG/MAG con transferencia en cortocircuito o pulsada, o incluso se puede emplear la soldadura manual con electrodo revestido. Con la soldadura TIG, el interior de la tubería puede llenarse de Argón, Nitrógeno, o mezclas de Nitrógeno-Hidrógeno (línea INFRA CAM) para proteger el cordón de penetración y para controlar su perfil.

Las uniones bridadas pueden soldarse a tope o en ángulo.

La preparación de bordes se elige para que se ajuste al proceso.

Para facilitar la soldadura de las uniones bridadas, el eje de la tubería debe mantenerse vertical y la brida deberá rotarse.

RECOMENDACIÓN “Proteja la parte posterior de la soldadura con los gases ARGÓN e INFRA CAM (mezclas Nitrógeno-Hidrógeno)”

Defectos de la soldadura

Defectos en las soldaduras

Falta de fusión

Porosidad Flujo de gas demasiado alto o bajo. Boquilla obstruida.

Longitud de arco demasiado corta. Corriente demasiado baja.

Corriente de aire en el lugar de trabajo.

Velocidad de avance baja (MIG-MAG).

Humedad en la pieza de trabajo o en el metal de aporte.

Selección incorrecta de la inductancia. BAJA: Aceros carbón, aluminio. ALTA: Aceros inoxidables.

Pintura o grasa sobre la superficie del metal. Stick out altos (demasiada longitud de arco).

A - Ausencia de fusión entre cordones B - Ausencia de fusión en el borde

Falta de penetración Voltaje demasiado bajo. Separación de raíz muy pequeña. Sección de raíz demasiado gruesa. Desalineamiento en la unión. Unión sin bizelar.

Raíz

Socavado Velocidad de avance demasiado alta. Voltaje demasiado alto.

Manual de Soldadura - Pedro Claudio Rodríguez

Fig. 1.1 Soldadura por arco soplado (Método Zerener) Este sistema fue utilizado industrialmente por primera vez en el año 1899 por la firma Lloyd & Lloyd de Birmingham (Inglaterra), para soldar caños de hierro de 305 mm de diámetro, los que luego de soldados eran capaces de soportar una prueba hidráulica de 56 atmósferas.

Fig. 2.1 Soldadura por arco con electrodos metálicos

Capítulo 1: Introducción

Se trabajaba empleando 3 dínamos de 550 Amperes cada uno y con un potencial de 150 Volts, los cuales cargaban una batería de 1.800 acumuladores Plantè, destinados a proveer una fuerte corriente en un breve lapso de tiempo. En los Estados Unidos, en 1902, la primer fábrica que comenzó a utilizar industrialmente la soldadura por arco con electrodo de carbón fue The Baldwin Locomotive Works. El excesivo consumo de electrodos de carbón y el deseo de simplificar los equipos de soldadura, hicieron que en el año 1891, el ingeniero ruso N. Slavianoff sustituyera los electrodos de carbón por electrodos de metal (fig. 1.2). Este cambio produjo mejoras en las uniones de los metales (a nivel metalográfico), al evitar la inclusión de partículas de carbón (aportadas por los mismos electrodos antes utilizados) dentro de la masa de metal fundido, y luego retenidas en la misma al solidificarse. El método Slavianoff, con algunas mejoras técnicas implementadas en 1892 por el estadounidense C. L. Coffin (quien logró desarrollar el método de soldadura por puntos), ha sido usado hasta la fecha y es la soldadura por arco conocida en la actualidad. A partir de las determinaciones de Slavianoff se continuaron empleando indistintamente electrodos de carbón y/o metálicos.

Fig. 1.3 Soldadura por arco con atmósfera de gas (Método Alexander)

Manual de Soldadura - Pedro Claudio Rodríguez

En el año 1910 se abandonó definitivamente el electrodo de carbón. Se comenzaron a utilizar electrodos de hierro sin recubrir, pero se obtuvieron resultados deficientes debido a la poca resistencia a la tracción y a su reducida ductilidad. La nociva acción de la atmósfera (oxidación acelerada por el calentamiento) sobre los electrodos sin recubrir durante la formación del arco, llevó a los investigadores a tratar de solucionar dichos inconvenientes. Una de las primeras experiencias en busca de evitar dicho problema, se debió a los ensayos realizados por Alexander, quien pensó en eliminar la acción perniciosa del oxígeno que rodeaba al arco, haciendo que este último se produjera en una atmósfera de gas protector (fig. 1.3 en pág. 5), donde se observa el metal base a soldar (1), el portaelectrodo con el electrodo ubicado (2), y el abastecimiento de gas (3). Alexander ensayó con diversos gases, logrando buenos resultados con el metanol, pero este requería de un complejo equipamiento, por lo que lo hacía poco viable. Retomando y modificando la idea original de Alexander, en 1907 O. Kjellberg, revistió los electrodos con material refractario aglomerado, rodeando el electrodo con una sustancia sólida que poseía idéntico punto de fusión que el metal de aporte. Al producirse el arco eléctrico, ambas, se fundirían simultáneamente, formando una cascarilla sobre el metal fundido brindando la adecuada

Fig. 1.4 Electrodo metálico con recubrimiento en plena acción

Capítulo 1: Introducción

protección contra el oxígeno del ambiente en la etapa de enfriamiento. En 1908, N. Bernardos desarrolló un sistema de electroescoria que se volvió muy popular en su momento. Los electrodos fusionables, fueron mejorados nuevamente en 1914 por su creador, el sueco O. Kjellberg junto al inglés A. P. Strohmenger. Quedaron constituidos por una varilla de una aleación metálica (metal de aporte) y un recubrimiento especial a base de asbesto, tal como los que se utilizan en la actualidad (fig. 1.4).

Fig. 1.5 Soldadura atómica con atmósfera de H2 (Método Langmuir) En 1930, los estadounidenses H. M. Hobart y P. K. Devers desarrollaron el sistema de soldadura con gas inerte, y basado en ello, el doctor Orving Langmuir, ideó la soldadura atómica de hidrógeno. En ésta, el arco

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se produce entre dos electrodos insolubles de tungsteno, en una atmósfera de hidrógeno soplando sobre el arco. En la figura 1.5 se observa la fuente eléctrica (5), la provisión de hidrógeno a presión (4), los electrodos de tungsteno (3), el material de aporte (2) y el material a soldar (1). Por acción térmica, el hidrógeno molecular se descompone en hidrógeno atómico, el que vuelve a su estado primitivo una vez atravesado el arco, transfiriendo el calor de recombinación a las piezas por soldar. Este método se emplea en la actualidad para soldar chapas delgadas. Una variedad del sistema anterior, fue desarrollado en 1942 por el norteamericano R. Meredith (creador del soplete para TIG) y en 1948 por diversos ingenieros (desarrollo del sistema MIG), incluyen las soldaduras por arco en atmósfera de helio o argón, ambos gases inertes que alejan el oxígeno de la zona por soldar. En estos casos, el gas rodea al electrodo de tungsteno, mientras un electrodo o varilla (en caso de ser necesario), provee el metal de aporte o de relleno (fig. 1.6).

Fig. 1.6 Esquema de un sistema de soldadura bajo gas protector Este sistema se utiliza para soldar con éxito aleaciones de magnesio y algunas aleaciones livianas. Los progresos logrados en la industria electrónica, permitieron utilizar dichos adelantos para desarrollar así la soldadura por resistencia (a tope, continua y por puntos); la soldadura por inducción para materiales conductores del calor; la soldadura dieléctrica para los no conductores y, fi-

Capítulo 1: Introducción

nalmente, la alumino-térmica, que resulta una combinación de un sistema de calentamiento con el procedimiento Slavianoff. La variedad de aplicaciones industriales de los sistemas de soldadura llegaron a un grado tal que inclusive han sustituido en la mayoría de los casos al tradicional forjado y remachado. No solamente significaba una operación más sencilla y rápida, sino que la eliminación del remachado permitió reducir el peso de las construcciones metálicas, al simplificar sus estructuras. La soldadura asegura una reducción de costos apreciable con respecto a los métodos de construcción y reparación empleados antiguamente. Se han resuelto problemas de estanqueidad y rigidez, eliminándose las vibraciones (de difícil resolución en uniones remachadas). La soldadura eléctrica usada en la actualidad, era desconocida a fines del siglo pasado. Muchas circunstancias influyeron en el extraordinario desarrollo adquirido por la misma. La carrera armamentista, potencializó el desarrollo en los centros de investigación científicos y técnicos, estudios que se cristalizaron en las novedades utilizadas por las distintos países durante la Segunda Guerra Mundial.

Alcances Se comprenderá ahora que las aplicaciones de la soldadura, en general, son ilimitadas. No basta con conocer sólo las normas para aplicarlas, sino que resulta necesario ahondar en los principios que rigen los distintos fenómenos que se producen en la estructura metalográfica. En este manual, nos dedicaremos a detallar con la mayor extensión posible, los sistemas de soldadura eléctrica, poniendo mayor insistencia en los aspectos prácticos, para que cualquiera que desee incursionar o perfeccionarse en este tema, pueda realizarlo sin mayores tropiezos. La soldadura en general intimida a mucha gente, aunque no debería ser así. Resulta bastante simple su ejecución, siempre que se sepa sacar ventaja del efecto que la temperatura produce sobre cada metal en particular. El principal secreto radica en ser metódico respecto a los procedimientos a seguir. La habilidad del operario para realizar algún tipo de soldadura luego de una extensa práctica y prueba, dependerá de la coordinación que el mismo tenga entre su mano y la vista. Si la coordinación es buena, no se tendrán mayores problemas para poder aprender y ejecutar buenos trabajos en esta área.

CAPITULO 2

SOLDADURA POR ARCO PROTEGIDO Introducción El sistema de soldadura por arco eléctrico es uno de los procesos por fusión para unir piezas metálicas. Mediante la aplicación de un calor intenso, el metal en la unión de dos piezas es fundido causando una mezcla de las dos partes fundidas entre sí, o en la mayoría de los casos, junto con un aporte metálico fundido. Luego del enfriamiento y solidificación del material fundido, se obtuvo mediante este sistema una unión mecánicamente resistente. Por lo general, la resistencia a la tensión y a la rotura del sector soldado es similar o mayor a la del metal base. En este tipo de soldadura, el intenso calor necesario para fundir los metales es producido por un arco eléctrico. Este se forma entre las piezas a soldar y el electrodo, el cual es movido manualmente o mecánicamente a lo largo de la unión (puede darse el caso de un electrodo estacionario o fijo y que el movimiento se le imprima a las piezas a soldar). El electrodo puede ser de diversos tipos de materiales. Independientemente de ello, el propósito es trasladar la corriente en forma puntual a la zona de soldadura y mantener el arco eléctrico entre su punta y la pieza. El electrodo utilizado, según su tipo de naturaleza, puede ser consumible, fundiéndose y aportando metal de aporte a la unión. En otros casos, cuando el electrodo no se consume, el material de aporte deberá ser adicionado por separado en forma de varilla. En la gran mayoría de los casos en que se requiera hacer soldaduras en hierros, aceros al carbono y aceros inoxidables, son de uso común los electrodos metálicos recubiertos.

Equipo eléctrico básico para Soldadura por Arco En la soldadura, la relación entre la tensión o voltaje aplicado y la corriente circulante es de suma importancia. Se tienen dos tensiones.

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Una es la tensión en vacío (sin soldar), la que normalmente está entre 70 a 80 Volt. La otra es la tensión bajo carga (soldando), la cual puede poseer valores entre 15 a 40 Volt. Los valores de tensión y de corriente variarán en función de la longitud del arco. A mayor distancia, menor corriente y mayor tensión, y a menor distancia, mayor corriente con tensión más reducida. Equipo de soldadura de CA ó CC Mango porta electrodos Electrodo Arco Pieza Cable hacia la pieza Cable hacia el electrodo Fig. 2.1 Circuito básico para soldar por arco eléctrico El arco se produce cuando la corriente eléctrica entre los dos electrodos circula a través de una columna de gas ionizado llamado “plasma”. La circulación de corriente se produce cumpliendo el mismo principio que en los semiconductores, produciéndose una corriente de electrones (cargas negativas) y una contracorriente de huecos (cargas positivas). El “plasma” es una mezcla de átomos de gas neutros y excitados. En la columna central del “plasma”, los electrones, iones y átomos se encuentran en un movimiento acelerado, chocando entre sí en forma constante. La parte central de la columna de “plasma” es la más caliente, ya que el movimiento es muy intenso. La parte externa es mas fría, y está conformada por la recombinación de moléculas de gas que fueron disociadas en la parte central de la columna. Los primeros equipos para soldadura por arco eran del tipo de corriente constante. Han sido utilizados durante mucho tiempo, y aún se utilizan para Soldadura con Metal y Arco Protegido (SMAW siglas del inglés Shielded Metal Arc Welding), y en Soldadura de Arco de Tungsteno con

Capítulo 2: Soldadura por Arco Protegido

Gas (GTAW siglas del inglés Gas-Tungsten Arc Welding), porque en estos procesos es muy importante tener una corriente estable. Para lograr buenos resultados, es necesario disponer de un equipo de soldadura que posea regulación de corriente, que sea capaz de controlar la potencia y que resulte de un manejo sencillo y seguro. Podemos clasificar los equipos para soldadura por arco en tres tipos básicos: 1. Equipo de Corriente Alterna (CA). 2. Equipo de Corriente Continua (CC). 3. Equipo de Corriente Alterna y Corriente Continua combinadas. Ahora detallaremos uno por uno los equipos enunciados previamente. 1. Equipo de Corriente Alterna: Consisten en un transformador. Transforman la tensión de red o de suministro (que es de 110 ó 220 Volt en líneas monofásicas, y de 380 Volt entre fases de alimentación trifásica) en una tensión menor con alta corriente. Esto se realiza internamente, a través de un bobinado primario y otro secundario devanados sobre un núcleo o reactor ferromagnético con entrehierro regulable. 2. Equipo de Corriente Continua: Se clasifican en dos tipos básicos: los generadores y los rectificadores. En los generadores, la corriente se produce por la rotación de una armadura (inducido) dentro de un campo eléctrico. Esta corriente alterna trifásica inducida es captada por escobillas de carbón, rectificándola y convirtiéndola en corriente Continua. Los rectificadores son equipos que poseen un transformador y un puente rectificador de corriente a su salida. 3. Equipo de Corriente Alterna y Corriente Continua: Consisten en equipos capaces de poder proporcionar tanto CA como CC. Estos equipos resultan útiles para realizar todo tipo de soldaduras, pero en especial para las del tipo TIG ó GTAW. Es importante en el momento de decidirse por un equipo de soldadura, tener en cuenta una serie de factores importantes para su elección. Uno de dichos factores es la corriente de salida máxima, la que estará ligada al diámetro máximo de electrodo a utilizar. Con electrodos de poco diámetro, se requerirá de menor amperaje (corriente) que con elec-

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trodos de mayor diámetro. Una vez elegido el diámetro máximo de electrodo, se debe tener en cuenta el Ciclo de Trabajo para el cual fue diseñado el equipo. Por ejemplo, un equipo que posee un ciclo de trabajo del 30 % nos está indicando que si se opera a máxima corriente, en un lapso de 10 minutos, el mismo trabajará en forma Continua durante 3 minutos y deberá descansar los 7 minutos restantes. En la industria, el ciclo de trabajo más habitual es de 60 %.

Pinza Portaelectrodos

Metal fundido Costura Escoria

Varilla Cobertura Gases de combustión Arco eléctrico Metal de base a soldar

Fig. 2.2 Esquema de un electrodo revestido en plena tarea Ignorar el Ciclo de Trabajo, puede traer problemas de producción por excesivos tiempos muertos o bien terminar dañando el equipo por sobrecalentamiento excesivo. Se deberá tener en cuenta que al trabajar con bajas tensiones y muy altas corrientes, todos los posibles falsos contactos que existan en el circuito, se traducirán en calentamiento y pérdida de potencia. Para evitar dichos inconvenientes, se mencionan posibles defectos a evitar, a saber: 1. Defectos en la conexión del cable del electrodo al equipo. 2. Sección del cable de electrodo demasiado pequeña, ocasionando sobrecalentamiento del mismo. 3. Fallas en el conductor (roturas, envejecimiento, etc.). 4. Defectos en la conexión del cable del equipo al portaelectrodo. 5. Portaelectrodo defectuoso (falso contacto). 6. Falso contacto entre el portaelectrodo y el electrodo. 7. Sobrecalentamiento del electrodo. 8. Longitud incorrecta del arco.

Capítulo 2: Soldadura por Arco Protegido 9. 10. 11. 12.

Falso contacto entre las partes o piezas a soldar. Conexión defectuosa entre la pinza de tierra y la pieza a soldar. Sección del cable de tierra demasiado pequeña. Mala conexión del cable de tierra con el equipo.

Una vez analizados hasta aquí los aspectos eléctricos, veremos ahora las características de los electrodos.

Fig. 2.3 Medidas de los electrodos La medida del electrodo a utilizar depende de los siguientes factores: 1. Espesor del material a soldar. 2. Preparación de los bordes o filos de la unión a soldar. 3. La posición en que se encuentra la soldadura a efectuar (plana, vertical, horizontal, sobre la cabeza). 4. La pericia que posea el soldador. El amperaje a utilizar para realizar la soldadura dependerá de: 1. Tamaño del electrodo seleccionado. 2. El tipo de recubrimiento que el electrodo posea. 3. El tipo de equipo de soldadura utilizado (CA; CC directa e inversa). Los electrodos están clasificados en base a las propiedades mecánicas del tipo de metal que conformará la soldadura (fig. 2.3; denominado como núcleo de alambre), del tipo de cobertura o revestimiento que posea, de la posición en que el mismo deba ser utilizado y del tipo de corriente que se le aplicará al mismo. Las especificaciones requieren que

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el diámetro del núcleo de alambre no deberá variar en más de 0,05 mm de su diámetro, y el recubrimiento deberá ser concéntrico con el diámetro del alambre central. Durante años, el sistema de identificación fue utilizar puntos de colores cerca de la zona de amarre al portaelectrodo (zona sin recubrimiento). En la actualidad, algunas especificaciones requieren de un número clasificatorio o código, el que se imprime sobre el revestimiento la cobertura, cerca del final del electrodo (fig. 2.4).

Grupo de color

Punto de color Color final

Fig. 2.4 Electrodos con identificación de colores y códigos impresos A pesar de ello, el código de colores se encuentra aún en uso en electrodos de poco diámetro, en los que no permite imprimir códigos por no tener el espacio suficiente, o en electrodos extrudados con alta velocidad de producción. Todos los electrodos para hierro, acero al carbono y acero aleado son clasificados con un número de 4 ó de 5 dígitos, antepuestos por la letra E. Los dos primeros números indican la resistencia al estiramiento mínima del metal depositado en miles de psi (del inglés Pound per Square Inch; libra por pulgada cuadrada). El tercer dígito indica la posición en la cual el electrodo es capaz de realizar soldaduras satisfactorias: (1) Cubre todas las posiciones posibles. (2) Para posiciones Plana y Horizontal únicamente. El último dígito indica el tipo de corriente que debe usarse y el tipo de cobertura. Todos estos datos se detallan en forma grupal en la Tabla 2.1 y Tabla 2.2. Por ejemplo, un electrodo identificado con E7018 nos está indicando una resistencia al estiramiento de 70.000 psi mínimo, capaz de poderse utilizar en todas las posiciones de soldadura con CC (corriente positiva) ó CA, teniendo una cobertura compuesta de polvo de hierro y bajo hidrógeno. En el caso de números identificatorios de cinco cifras, daremos el

Capítulo 2: Soldadura por Arco Protegido

ejemplo de E11018, en el cual los tres primeros números indican la resistencia al estiramiento mínima, que en este caso es de 110.000 psi. Se puede tener una terminación compuesta de una letra y un número (por ejemplo A1; B2; C3; etc.), la cual indica aproximadamente el contenido de la aleación del acero depositado mediante el proceso de soldadura. Este valor también se encuentra detallado en la Tabla 2.1. La forma de clasificar los electrodos es la norma AWS A5.1. Esta norma utiliza medidas inglesas. La norma CSA W48-1M 1980 utiliza como medidas el sistema internacional SI. Por lo tanto, la resistencia a la tracción en el sistema CSA se expresa en kiloPascales (kPa) o megaPascales (MPa). En el caso del electrodo E7024, la resistencia a la tracción de 70.000 psi equivale a 480.000 kPa ó 480 MPa. Con la especificación CSA, el E7024 se

TABLA 2.1

Especificaciones AWS A5.1-69 y A5.5-69

La letra E antepuesta a las cuatro o cinco cifras identifica a los electrodos aptos para soldadura por arco.

Los primeros dos números de los cuatro o los tres números de los cinco indican la resistencia mínima a la tracción. E60XX 60.000 psi mínimo. E70XX 70.000 psi mínimo. E110XX 70.000 psi mínimo.

El próximo dígito indica las posiciones posibles de soldadura. EXX1X Todas las posiciones. EXX2X Plana y horizontal solamente.

La letra con un número final (por ejemplo EXXXX-A1) indica la aleación aproximada del metal depositado por soldadura. • A1 0,5% Mo • B1 0,5% Cr; 0,5% Mo • B2 1,25% Cr; 0,5% Mo • B3 2,25% Cr; 1% Mo • B4 2% Cr; 0,5% Mo • B5 0,5% Cr; 1% Mo • C1 2,5% Ni • C2 3,25 Ni • C3 1% Ni; 0,35% Mo; 0,15% Cr • D1 y D2 0,25-0,45% Mo; 1,75% Mn G 0,5% x Ni; 0,3% x Cr; 0,2% x Mo; • 0,1% x V; 1% x Mn (sólo un elemento de la lista)

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expresa como E48024. En ambos casos, las características del electrodo deberán ser las mismas. La diferencia en la nomenclatura responde a distintos tipos de unidades entre las normas AWS y CSA.

TABLA 2.2 Especificaciones AWS A5.1-69 Código Corriente Cobertura CC (−) solamente EXX10 Orgánica CA ó CC (+) EXX11 Orgánica CA ó CC (−) EXX12 Rutílica CA ó CC (±) EXX13 Rutílica CA ó CC (±) EXX14 Rutilo-Hierro 30% CC (−) solamente EXX15 Bajo hidrógeno CA ó CC (+) EXX16 Bajo hidrógeno CA ó CC (+) EXX18 Bajo H2-Hierro 25% CA ó CC (±) EXX20 Alto óxido férrico CA ó CC (±) EXX24 Rutilo-Hierro 50% CA ó CC (±) EXX27 Mineral-Hierro 50% CA ó CC (+) EXX28 Bajo H2-Hierro 50% Se podrá comprobar en la práctica que la cobertura del electrodo para soldadura por arco posee una gran influencia sobre los resultados obtenidos. El tercero y el cuarto dígito en una designación de electrodos de cuatro números (el cuarto y el quinto en una de cinco números) le informa al soldador experimentado sobre las características de uso. Las funciones de la cobertura de un electrodo son las siguientes, a saber:

•

• •

Proveer una máscara de gases de combustión que sirvan de protección al metal fundido para que no reaccione con el oxígeno y el nitrógeno del aire. Proveer un pasaje de iones para conducir corriente eléctrica desde la punta del electrodo a la pieza, ayudando al mantenimiento del arco. Proveer material fundente para la limpieza de la superficie metálica a soldar, eliminando a los óxidos en forma de escorias que serán removidas una vez terminada la soldadura. Controlar el perfil de la soldadura, en especial en las soldaduras de filete o esquineras. Controlar la rapidez con que el aporte del electrodo se funde.

Capítulo 2: Soldadura por Arco Protegido

• • •

Controlar las propiedades de penetración del arco eléctrico. Proveer material de aporte, el cual se adiciona al que se aporta del núcleo del electrodo. Adicionar materiales de aleación en caso que se requiera una composición química determinada.

Algunos de los componentes de la cobertura del electrodo que producen vapores o gases de protección bajo la acción del calor del arco eléctrico son materiales celulósicos, como algodón de celulosa o madera en polvo. Los gases producidos son dióxido de carbono, monóxido de carbono, hidrógeno y vapor de agua. Los componentes de la cobertura que tienen por finalidad evitar los óxidos en la soldadura son el manganeso, el aluminio y el silicio. Las coberturas son aprovechadas para incluir elementos en aleación con el material de aporte o de relleno. De hecho, el polvo de hierro es muy utilizado en las coberturas de los electrodos para soldadura por arco. Dando otro ejemplo, la cobertura de un electrodo puede ser el proveedor de metales tales como manganeso, cromo, níquel y molibdeno, los que una vez fundidos y mezclados con el alma de acero del electrodo forman una aleación durante el proceso de soldadura. Debido a las composiciones químicas que los electrodos poseen en su superfice, pueden absorver humedad del ambiente. Por dicho motivo, es recomendable almacenar los mismos en lugares secos, libres de humedad. Igualmente, existen hornos eléctricos para el secado previo de los electrodos, para asegurarse de esta forma que las condiciones del aporte son las óptimas.

Comenzando a soldar Antes de iniciar el arco eléctrico, Ud. debe conocer que sucederá en la punta del electrodo. Se generará una temperatura en el orden de los 3.300 y 5.550 °C entre el electrodo y la pieza a soldar. El “flux” o fundente del revestimiento se calentará transformándose en sales fundidas y en vapor. Estas protegerán al metal fundido de la acción de la atmósfera. De allí el nombre de SMAW proveniente de las siglas en inglés, ya explicado al comienzo de este capítulo. El gas de protección generado evita la acción de los gases de la atmósfera sobre la soldadura, los que

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habitualmente causarían incorporación de hidrógeno y porosidad entre otros defectos. Una vez que el metal fundido se solidificó, la escoria también lo hará formando una cascarilla por encima de la soldadura. Esta se podrá retirar con la ayuda de un pequeño martillo con sus terminaciones en punta llamado piqueta. Se deberá tener muy en cuenta lo siguiente. Donde se apunte o apoye la varilla de soldadura es donde irá el metal fundido. El calor junto con el metal fundido saldrán del electrodo dirigidos hacia la pieza en forma de “spray”. Por ello, el electrodo se deberá dirigir donde se desea aportar metal, manteniendo a su vez el arco. La soldadura con arco protegido (SMAW) es un tipo de soldadura de uso muy común. Si bien no resulta difícil de ejecutar, requiere de mucha paciencia y práctica para poder adquirir la pericia necesaria. En una gran parte, los resultados obtenidos dependerán de la habilidad del soldador para controlar y llevar a cabo el proceso de soldadura. La calidad de una soldadura, además, dependerá de los conocimientos que este posea. La pericia solo se obtiene con la práctica. Hay seis factores importantes a tener en cuenta. Los dos primeros están relacionados con la posición y la protección del operario, y los cuatro restantes con el proceso de soldadura en sí. Los mismos están detallamos a continuación, a saber:

• • • • • •

Posición correcta para ejecutar la soldadura. Protección facial (se debe usar máscara o casco). Longitud del arco eléctrico. Angulo del electrodo respecto a la pieza. Velocidad de avance. Corriente eléctrica aplicada (amperaje).

Cuando se menciona que el soldador esté en la posición correcta, nos referimos a que se deberá estar en una posición estable y cómoda, preferentemente de pie y con libertad de movimientos (fig. 2.5). La metodología indica que los pasos correctos a seguir a manera de práctica son los detallados a continuación: 1. 2.

Colocar el electrodo en el portaelectrodo. Tomar el mango portaelectrodo con la mano derecha en una posición cómoda.

Capítulo 2: Soldadura por Arco Protegido 3. 4. 5. 6.

Sujetarse la muñeca derecha con la mano izquierda. Apoyar el codo izquierdo sobre el banco de soldadura. Alinear el electrodo con el metal a soldar. Usar el codo izquierdo como pivote y practicar el movimiento del electrodo a lo largo de la unión a soldar.

Fig. 2.5 Posición del soldador en el banco de trabajo Cuando se menciona que el soldador deberá tener protección facial, nos referimos al uso de máscara o casco con lentes protectores. El mismo deberá cubrir perfectamente la cara y los ojos. Existen infinidad de modelos, sin embargo, para poder disponer de las dos manos en el proceso de soldadura, resultan ideales los cascos abisagrados, los que pueden colocarse en su posición baja con un ligero cabeceo (fig. 2.6), lo que permite no alterar la posición del electrodo (de las manos) ante la pieza, previo al inicio de la soldadura.

Fig. 2.6 Máscara para soldar

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Ahora definiremos los cuatro factores impotantes antes mencionados:

•

Longitud del arco eléctrico: es la distancia entre la punta del electrodo y la pieza de metal a soldar. Se deberá mantener una distancia correcta y lo mas constante posible. Angulo del electrodo respecto a la pieza: El electrodo se deberá mantener en un ángulo determinado respecto al plano de la soldadura. Este ángulo quedará definido según el tipo de costura a realizar, por las características del electrodo y por el tipo de material a soldar. Velocidad de avance: Para obtener una costura pareja, se deberá procurar una velocidad de avance constante y correcta. Si la velocidad es excesiva, la costura quedará muy débil, y si es muy lenta, se cargará demasiado material de aporte. Corriente eléctrica: Este factor es un indicador directo de la temperatura que se producirá en el arco eléctrico. A mayor corriente, mayor temperatura. Si no es aplicada la corriente apropiada, se trabajará fuera de temperatura. Si no se alcanza la temperatura ideal (por debajo), el aspecto de la costura puede ser bueno pero con falta de penetración. En cambio, si se trabaja con una corriente demasiado elevada, provocará una temperatura superior a la óptima de trabajo, produciendo una costura deficiente con porosidad, grietas y salpicaduras de metal fundido.

Para formar el arco eléctrico entre la punta del electrodo y la pieza se utilizan dos métodos, el de raspado o rayado y el de golpeado. El de rayado consiste en raspar el electrodo contra la pieza metálica ya conectada al potencial eléctrico del equipo de soldadura (pinza de tierra conectada). El método de golpeado es, como lo indica su denominación, dar golpes suaves con la punta del electrodo sobre la pieza en sentido vertical. En ambos casos, se formará el arco cuando al bajar el electrodo contra la pieza, se produzca un destello lumínico. Una vez conseguido el arco, deberá alejarse el electrodo de la pieza unos 6 mm para así poder mantenerlo. Luego disminuir la distancia a 3 mm (distancia correcta para soldar) y realizar la soldadura. Si el electrodo no se aleja lo suficiente, se fundirá con la pieza, quedando pegado a ella. Ahora explicaremos como realizar costuras, ya que resultan básicas e

Capítulo 2: Soldadura por Arco Protegido

imprescindibles en la mayor parte de las operaciones de soldadura. Los pasos a seguir son los siguientes: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Ubicar firmemente las piezas a soldar en la posición correcta. Tener a mano varios electrodos para soldar. Colocar uno en el portaelectrodo. Colocarse la ropa y el equipo de protección. Regular el amperaje correcto en el equipo de soldadura y encenderlo. Ubicarse en la posición de soldadura correcta e inicie el arco. Mover el electrodo en una dirección manteniendo el ángulo y la distancia a la pieza. Se notará que conforme avance la soldadura, el electrodo se irá consumiendo, acortándose su longitud. Para compensarlo, se deberá ir bajando en forma paulatina la mano que sostenga el portaelectrodo, manteniendo la distancia a la pieza. Tratar de mantener una velocidad de traslación uniforme. Si se avanza muy rápido, se tendrá una soldadura estrecha. Si se avanza muy lento, se depositará demasiado material.

Resulta imprescindible realizar la máxima práctica posible sobre las técnicas de costuras o cordones. Una forma de autoevaluar si se consiguió tener un dominio del sistema de soldadura es realizar costuras paralelas sobre una chapa metálica. Si se logran costuras rectas que conserven el paralelismo sin realizar trazados previos sobre la chapa, se puede decir que ya se ha conseguido un avance apreciable sobre este tema. Se debe tener un total dominio de las costuras paralelas (fig. 2.7) para poder realizar trabajos de relleno (almohadillado) y/o reconstrucción, los que detallaremos más adelante en este mismo capítulo.

Fig. 2.7 Ilustración esquemática de cordones y costuras paralelas

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Cuando se aporta metal aplicando el sistema de arco protegido, resulta común querer realizar una soldadura más ancha que un simple cordón (sólo movimiento de traslación del electrodo). Para ello, se le agrega al movimiento de avance del electrodo (movimiento de traslación) un movimiento lateral (movimiento oscilatorio). Existen varios tipos de oscilaciones laterales (fig. 2.8). Cualquiera sea el movimiento elegido o aplicado, deberá ser uniforme para conseguir con ello una costura cerrada, y así facilitar el desprendimiento de la escoria una vez finalizada la soldadura. En la fig. 2.8 se detallan los cuatro movimientos clásicos. De los movimientos ilustrados, el de aplicación más común es el mencionado con la letra A, aunque los movimientos C y D resultan más efectivos para realizar soldaduras en metales de mayor espesor.

Fig. 2.8 Movimientos del electrodo para realizar una costura En la fotografía de la fig. 2.9 se observan varias pruebas de soldadura realizadas con distintas corrientes y velocidades de avance. En ella, podemos clasificar a las soldaduras de la siguiente manera, a saber: A. B. C. D.

Costura correcta con amperaje y velocidad adecuados. Costura aceptable con amperaje muy bajo. Costura deficiente por amperaje muy elevado. Costura aceptable con amperaje muy bajo, ocasionando demasiado aporte metálico. E. Costura deficiente con corriente inadecuada. F. Costura correcta con muy poca velocidad de avance. Observar que la costura está muy ancha y muy alta. G. Costura deficiente con corriente adecuada pero con velocidad de avance muy elevada. Luego de que el lector haya realizado una práctica intensiva de lo

Capítulo 2: Soldadura por Arco Protegido

Fig. 2.9 Pruebas de costuras (Gentileza de The Lincoln Electric Co.) hasta ahora detallado, podemos describir las técnicas de rellenado (almohadillado) o reconstrucción. Es importante tener un dominio de las técnicas explicadas hasta aquí porque el relleno y reconstrucción requiere de capas sucesivas de soldadura (fig. 2.10). Para que el trabajo quede bien realizado, se deberá procurar evitar poros en las costuras en donde pueden quedar atrapados restos de escoria de la capa anterior.

Segunda capa

Primera capa

Fig. 2.10 Etapas de relleno o reconstrucción con soldadura por arco

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Esta técnica se utiliza en el relleno o reconstrucción de partes gastadas (ejes, vástagos, pistones, etc.). Se van sumando capas sucesivas de soldadura hasta llegar a la altura de relleno necesaria. Las capas entre sí deberán estar rotadas 90°, y de esta forma se logra una superficie más lisa y se limiita la posibilidad de que queden poros en la capa de relleno. Cuando se realiza el relleno en las cercanías de los bordes de la pieza, el aporte de soldadura tiende a “derramarse”. Para evitar este efecto, se utilizan como límites placas de cobre o grafito sujetas al borde a rellenar. La placa puesta como límite no interviene ni se funde por los efectos del calor producido en el proceso de soldadura (fig. 2.11). Placa de grafito o de cobre

Metal base a rellenar

Fig. 2.11 Forma de limitar el relleno de soldadura Este método resulta de suma utilidad para lograr bordes de relleno rectos, ahorrando bastante trabajo de mecanizado posterior.

Uniones básicas con arco protegido (SMAW) Ahora que ya hemos explicado los procedimientos para depositar cordones y costuras, y para realizar reconstrucciones y rellenos, podemos aplicar estos conocimientos para realizar las uniones típicas en soldadura metálica con arco protegido. Estas son cinco (fig. 2.12): A) la unión a tope, B) la unión en T, C) la traslapada, D) la unión en escuadra, y E) la de canto. Además de las uniones detalladas, existen cuatro posiciones diferentes para realizarlas. Estas son la plana, la vertical, la horizontal, y sobre la cabeza. Estas posiciones se evidencian en la fig. 2.13, en la además se ilustran todas las variantes intermedias. A la soldadura que se deposita en una unión en T se la llama soldadura de filete. También frecuentemente, se le da este nombre a la unión.

CapĂtulo 2: Soldadura por Arco Protegido

Fig. 2.12 Ilustraciones sobre los cinco tipo de uniones para SMAW

Fig. 2.13 Ilustraciones de los cuatro posiciones bĂĄsicas y sus variantes

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Fig. 2.14 Diseños de uniones habituales en soldadura Hay dos clases de soldadura de filete de este tipo, la horizontal y la plana. Ambas son de uso frecuente en la industria (ver fig. 2.15). Siempre que sea posible se colocan las piezas a soldar de tal forma que queden en posición plana. En esta posición se puede soldar con más rapidez ya que así se pueden utilizar electrodos de mayor diámetro y trabajar con corrientes más elevadas. Los pasos a seguir para realizar una soldadura de filete horizontal son: 1. 2. 3.

Ubicar las piezas para efectuar una unión en T (fig. 2.16 A) o una unión traslapada (fig. 2.16 B). Preparar el equipo para soldar (electrodos, elementos de seguridad, vestimenta, regulación de corriente, etc.). Sostener el electrodo de forma tal que apunte hacia la esqui-

Capítulo 2: Soldadura por Arco Protegido

Fig. 2.15 Denominación de los tipos de soldadura

4. 5. 6.

na de la unión a un ángulo de 45° con respecto a la placa horizontal (fig. 2.16 A y B). El electrodo se debe inclinar de 15° a 20° en la dirección del movimiento (fig. 2.16 A y B). Soldar a lo largo de toda la unión. Observar con atención si el cordón está muy alto o socavado. Aumentar la velocidad o cambiar el ángulo del electrodo para corregir, de existir, los posibles defectos.

Unión T

20°

45°

Sentido de la soldadura

Unión traslapada

20°

45°

Sentido de la soldadura

Fig. 2.16 Angulos de los electrodos para soldadura de filete

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Fuera de las soldaduras efectuadas en las posiciones plana y horizontal, las que se deban ejecutar en otra posición (vertical y sobre la cabeza) resultarán bastante más complicadas de realizar si no se experimenta y practica. Siempre que se pueda, tratar de ubicar las piezas en posición plana. De no ser esto posible, se deberá soldar en la posición en que las piezas se encuentren. Para soldar verticalmente, se deberá experimentar con práctica intensiva para que la fuerza de gravedad no haga caer o derramar el metal fundido. Teniendo en cuenta esto y sabiendo como ya dijimos que la punta del electrodo empuja, se deberá poner éste en un ángulo ligeramente negativo respecto a la horizontal. Si la soldadura a realizar es vertical ascendente, el electrodo se moverá hacia arriba, alejándolo y acercándolo de la pieza cada 10 o 15 mm de recorrido. Esto se realiza para permitir que el metal fundido se solidifique. Si la soldadura a realizar es vertical descendente, resulta más fácil de controlar que la ascendente, ya que el efecto de “spray” del electrodo mantiene al material fundido en posición. En este caso, se observa menor penetración que en la soldadura vertical ascendente. Por este motivo, este tipo de soldadura no es la más recomendable para uso industrial. Cuando se suelda en la posición de cabeza, se debe aplicar la misma metodología que en la soldadura vertical ascendente. Resultará necesario realizar la soldadura en varias etapas, para evitar que se eleve demasiado la temperatura del conjunto y permitiendo que el metal de aporte se solidifique.

Soldadura de arco con corriente continua (CC) Cuando se realizan las soldaduras con corriente alterna (CA), no se tiene polaridad definida de ninguno de los dos electrodos. En cambio, al realizarla con corriente continua (CC), existe un sentido único de circulación de corriente y los efectos de la polaridad sobre la soldadura son muy evidentes. Por lo general, la polaridad que se adopta en CC es la inversa, la cual polariza al electrodo positivamente (+) respecto a la pieza. Con esta polaridad, el electrodo toma más temperatura que la pieza, el arco comienza más prontamente, y permite utilizar menor amperaje y un arco más corto. Con la polarización inversa se tiene menor penetración que con la polarización directa. La polarización directa polariza negativamente el

Capítulo 2: Soldadura por Arco Protegido

electrodo respecto a la pieza. Se utiliza sólo para algunos procesos particulares. Existen algunos electrodos que pueden ser utilizados en CC con polarización directa o inversa indistintamente (llamados CA/CC), mientras que otros son aptos solo para corriente continua directa. En la fig. 2.17 se observan esquemáticamente las dos polaridades posibles en la soldadura por arco en corriente continua.

Fig. 2.17 Polaridades en la soldadura por arco con CC En la tabla 2.3 se describen algunos de los electrodos aptos para ser usados con CC, detallando para que metal son aplicables.

Material Acero Inoxidable Bronce Aluminio Hierro fundido Acero de alta dureza Acero común

TABLA 2.3 Polaridad CC (+) solamente CA CC (+) solamente CC (+) solamente CC (+) solamente CC (+) solamente CA CA CC (+) solamente

Electrodos E30815; E31015 E30816; E34716 E-CuSn-C AL-43 ESt E7010-A1; E8018-C3 E7027-A1; E8018-C1 E6011; E7014; E7018 E6010; 5P; E7018

Se darán a continuación indicaciones sobre las condiciones de trabajo para efectuar soldaduras de diversos materiales mediante arco protegido. Comenzaremos por los aceros al carbono. Por lo general resultan difíciles de soldar por arco las láminas de acero, ya que por tener poco espesor,

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suelen perforarse o quemarse. A continuación daremos una serie de indicaciones puntuales para hacer este trabajo más sencillo, a saber: •

•

Soldar con valores de corriente bajos. Intentar con una corriente de 60 a 75 Ampere con electrodo de Ø 3 mm ó con una corriente de 40 a 60 Ampere con Ø 2,5 mm. Mantener un arco corto (poca distancia entre la punta del electrodo y la pieza). Esto permite lograr el calor necesario para fundir el material de aporte con el de base sin excesos. Realizar puntos de soldadura para evitar quemar o perforar el material. Esto ayudará, además, a evitar deformaciones u ondulaciones por exceso de temperatura. Usar pinzas de anclaje, sargentos o elementos de fijación de gran superficie, permitiendo esta característica aumentar la disipación de temperatura de todo el conjunto y evitando así un “shock” térmico que pueda producir mayores deformaciones sobre el material a soldar. Si todo esto falla, utilizar tiras de cobre como respaldo de la soldadura a realizar. La soldadura no se adherirá a las tiras o placas de cobre, las que podrán ser removidas una vez que la costura se haya enfriado.

Para soldar con el sistema de arco protegido el acero aleado (refiriéndonos a los aceros aleados con cromo-molibdeno), se emplea una metodología similar a la utilizada con el acero al carbono. Por lo general, las costuras y los cordones realizados sobre acero aleado son propensos al agrietamiento cuando se enfrían. Esto se debe a la estructura granular que poseen los cristales de este acero. A continuación se dan algunas indicaciones para obtener buenos resultados en la soldadura por arco protegido (SMAW) del acero aleado 4130 utilizando corriente alterna (CA) para su ejecución, a saber: •

•

Cuanto más grande sea la pieza, más importante deberá ser el precalentamiento que reciba la misma previo al trabajo de soldadura. Siempre se debe tratar de soldar a una temperatura no inferior a 20 ºC, y además, se debe precalentar la zona afectada a la soldadura a una temperatura entre 90 y 150 ºC . Precalentar la pieza con un soplete de oxiacetileno o, si el tama-

Capítulo 2: Soldadura por Arco Protegido

• •

•

ño de la misma lo permite, precalentar en horno eléctrico. Utilizar siempre electrodos E7018 para efectuar la soldadura de acero aleado tipo 4130. Asegúrese de que la superficie a soldar esté limpia y libre de óxido, pintura y grasa. De descuidar este aspecto, se producirá sin lugar a dudas una soldadura defectuosa. De ser posible por los espesores que la pieza posea, desbastar los bordes de la unión a soldar formando una V (llamada unión en V). Esto favorecerá a la penetración de la soldadura.

Aunque no resulte común su empleo, es posible efectuar soldaduras por arco en todo tipo de aluminio (laminado, trefilado o fundido) mediante el empleo de corriente continua. El aspecto de la soldadura una vez realizada es rugosa comparada con las costuras realizadas sobre acero con este mismo sistema. Como en la soldadura de acero aleado, resulta indispensable el precalentado de la pieza entre 150 y 200 ºC previo a la soldadura. Los electrodos a utilizar deberán ser especiales para realizar este tipo de tarea. La resistencia obtenida en las soldaduras hechas por arco es de apenas un 50% de la obtenida con los sistemas de arco de tungsteno protegido por gas (TIG). Para efectuar soldaduras en acero inoxidable, no existe en particular ningún problema, y la metodología a emplear es similar a la utilizada en los procesos para aceros al carbono y aceros aleados. Las costuras obtenidas se verán con un buen aspecto siempre y cuando no tengan ningún contacto con la atmósfera. Por lo general, el revés de la soldadura aparece ennegrecida y rugosa. Este aspecto puede ser evitado mediante el uso de “flux” o fundente en pasta para que la soldadura no tenga contacto con el oxígeno de la atmósfera. Los mejores procesos para soldar acero inoxidable son el TIG y el MIG (detallados en los próximos capítulos), pero cuando no se dispone de los equipos mencionados para su realización, se pueden hacer buenos trabajos mediante la soldadura por arco protegido de corriente alterna (CA). En este caso, no es necesario realizar precalentamiento sobre la zona a soldar. Para efectuar soldaduras en hierro fundido o de colada, existen problemas para evitar las fisuras luego de la realización de la soldadura. La razón de ello es la gran rigidez que posee el material. Cuando se desea realizar una soldadura en una pieza de hierro fundido, se calienta un área

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La pistola se posicionará sobre la zona a soldar con un ángulo similar al que se emplearía con un electrodo revestido de soldadura por arco protegido (fig. 4.2). La distancia a la que deberá quedar la pistola de la superficie a soldar deberá ser la misma que la del diámetro de la boquilla de la pistola. El electrodo deberá sobresalir de la boquilla aproximadamente unos 6 milímetros. Este se alimentará en forma continua desde un rollo externo, o bien desde uno ubicado en la misma pistola . En las pistolas con alimentación externa, están las de empuje y las de tracción (fig. 4.3 B y C). En las de empuje, el electrodo es empujado desde el alimentador y la pistola solo posiciona al mismo a través de sus sistemas de guiado interno, dentro de la misma. En las de tracción, varían respecto a las anteriores en que el avance del electrodo se logra por el traccionamiento de un mecanismo interno en la pistola. En las pistolas con alimentación interna, el principio de funcionamiento es similar al de las pistolas por tracción, con la salvedad de que el electrodo continuo se encuentra dentro de la misma carcaza de la pistola. Este tipo de mecanismo resulta de utilidad para soldar en lugares reducidos en los que no se puede trasladar todo el equipo (fig. 4.3 A).

Fig. 4.3 Ilustracionres de los tipos de pistolas para soldadura MIG Además de lo hasta aquí detallado respecto a las pistolas, se deberá proveer a las mismas de gas protector, de corriente eléctrica y de agua

Capítulo 4: Soldadura MIG ó GMAW

para refrigeración (en el caso en que el sistema posea dicha posibilidad). Independientemente del sistema de transporte de electrodo (empuje o Guía del electrodo tracción), el mismo pasa por la parte interna de la pistola. El sistema de guiado se observa en la fig. 4.4. Guía Este consta de un sistema de guía aislada aislada seguida de un contacto metáContacto lico que además de funcionar de guía, le proporcionará corriente continua al electrodo. / El gas de protección, en caso que se utilice, fluirá por fuera del sistema de guía ilustrado (fig. 4.4). Este, coLargo mo en todos los otros casos descriptotal / tos en que se ha utilizado, cumple la Electrodo Largo función de evitar la contaminación del visible metal interviniente en la soldadura, / / ya sea el de aporte o el de base. De él dependerá en gran medida la caliPieza dad obtenida en la soldadura. Por lo general, el gas utilizado es el Dióxido Fig. 4.4 de Carbono (CO2), aunque se pueden utilizar el Argón, el Helio o una mezcla de ellos para aplicaciones específicas o particulares. Se debe poseer para la provisión de gas con flujo contínuo un sistema llamado “fluxómetro”, el cual administra el caudal de gas provisto a la pistola según un valor fijado por el operador en forma previa, y lo mantiene constante durante el transcurso de la operación. Este “fluxómetro” es el mismo equipo que se utiliza en los sistemas TIG ó SMAW. Ahora pasaremos a analizar la soldadura desde el punto de vista físico-químico. Para ello, recurriremos a la ayuda de la fig. 4.5. En ella observamos en acción un sistema de soldadura MIG. El esquema muestra un electrodo generalizado, el que puede ser macizo desnudo o recubierto, o hueco con fundente. Se ha obviado graficar el sistema de boquilla o tobera de salida de gas protector, el cual estaría por fuera del sistema de guía del electrodo esquematizado. En el sector ilustrado perteneciente a

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la soldadura propiamente dicha, se observan distintos sectores que a continuación analizaremos. Al generarse el arco, se eleva la temperatura y funde el material de aporte (electrodo consumible) conjuntamente con el metal base. Esto se transforma en una masa incandescente (descripta en la fig. 4.5 como metal fundido). Dicha masa está compuesta por partículas desprendidas del mismo electrodo, las cuales son transferidas al metal a soldar en las tres formas posibles analizadas anteriormente (inmersión o cortocircuito, globular y aspersión). Dicha inclusión o trans-

Fig. 4.5 Ilustración del proceso de fusión en la soldadura MIG

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Una buena parte de las ventanas y las puertas de nuestras casas están hechas con perfiles de acero unidos por soldadura de arco eléctrico, al igual que muchas herramientas y máquinas.

En este manual mostramos los principios para hacer la soldadura con arco eléctrico. Una vez que se dominen estos fundamentos se estará listo para hacer soldaduras profesionales sencillas. La manera de utilizar estos conocimientos para hacer objetos útiles se muestra en el Manual de herrería de esta misma colección. Los dos procesos de soldadura más usados son la soldadura con arco eléctrico y la soldadura con oxiacetileno, cuyas bases mostramos en el Manual de soldadura con oxiacetileno, también de ésta colección.

La soldadura con arco eléctrico se puede hacer con un equipo muy pequeño y muy económico.

O se puede hacer con un equipo de mayor potencia, que puede resultar costoso para el hogar o un pequeño taller, pero que significa un ahorro en el trabajo de un taller mayor o una pequeña industria.

INTRODUCCIÓN

Dentro de la soldadura con arco eléctrico hay varios procesos, y cada uno se hace con técnicas y aparatos diferentes. Los más conocidos son: la soldadura de arco con electrodo recubierto, la soldadura con gas y arco de metal, y la soldadura con gas y arco de tungsteno.

En este manual mostramos los principios de la soldadura de arco con electrodo revestido.

Y también los principios de la soldadura con gas y arco de metal.

La soldadura de arco con electrodo revestido la ilustramos con un pequeño transformador que sirve para pequeños trabajos en el hogar o en el taller. Sin embargo, máquinas más grandes, que se operan Igual, resisten mejor el trabajo continuo de un taller o una industria.

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Ilustramos este manual con la participación de dos mujeres jóvenes. Una de ellas ya dominaba el manejo del electrodo revestido. La otra lo aprendió durante el proceso de fotografía de este manual. Las incluimos para enfatizar que la soldadura con arco eléctrico no es oficio o práctica sólo de hombres.

En este libro explicamos, en primer término, las reglas de seguridad más importantes que hay que seguir en el aprendizaje y durante el trabajo con soldadura de arco eléctrico.

Enseguida mostramos las características principales de los equipos para la soldadura con electrodo revestido, particularmente de los llamados transformadores. En este mismo capítulo se Indican, con sencillez, algunos conceptos de electricidad. En tercer lugar hablamos de los electrodos y su revestimiento. Mencionamos las características de aquellos que resultan ser los más usados en la soldadura normal del acero dulce o de bajo carbono.

INTRODUCCIÓN

En cuarto lugar explicamos los principios básicos para iniciarse en la soldadura con arco, desde la manera de pararse, tom ar el electrodo y bajar la careta, hasta la form a de hacer cordones y movimientos de costura.

En el capítulo de uniones básicas comienza propiamente la unión de los metales por medio de la soldadura. Se muestran ejercicios para unir a tope, a solapa y en “T” . Igualmente se muestra cómo ejecutarlos en diversas posiciones, como la plana, la horizontal y la vertical. Finalmente, el último

ATTENTION!

c hec k

capítulo trata de la soldadura con gas y arco de metal o soldadura M IG , como es más popularmente conocida. Incluimos este proceso porque cada vez se usa más, y está desplazando al tradicional de electrodo revestido.

QUEMADURAS

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La soldadura se hace con el arco eléctrico que callenta y funde el metal.

O bien, tomarlas con las manos protegidas por unos guantes gruesos de carnaza.

Los electrodos también se calientan, de modo que al cambiar los que se term inan no deben tocarse con las manos desnudas, sino con guantes o con unas pinzas.

Cerca del lugar donde se suelda se debe tener un recipiente para tirar los cabos calientes de los electrodos terminados, para que no caigan en el piso o sobre la mesa de trabajo y alguien se pueda quemar accidentalmente.

SI la pieza que se acaba de soldar se toca con la mano, es muy probable que la experiencia resulte en una quemadura. Hay que tom ar las piezas recién soldadas con unas pinzas.

SEGURIDAD

QUEMADURAS El arco elĂŠctrico con el que se hace la soldadura produce luz visible, luz infrarroja y luz ultravioleta. Las ondas ultravioleta son peligrosas, pues una exposiciĂłn prolongada a ellas puede producir, en la piel y en los ojos, quemaduras de primer y segundo grado.

La luz ultravioleta del arco es tan fuerte que puede quemar los ojos en segundos y la piel en minutos.

La luz ultravioleta traspasa la ropa delgada y clara de las mujeres, por lo que al soldar se debe usar ropa gruesa, de colores vivos, que cubra los brazos, las piernas y el cuello.

QUEMADURAS

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La piel también se puede proteger con lociones o cremas protectoras de los rayos ultravioleta, como las que usan los bañistas para asolearse sin peligro de quemaduras graves.

La protección de la piel es importante en la soldadura con arco, pero la protección de los ojos es fundamental. Ni el soldador ni otras personas deben ver directamente la luz del arco.

El soldador y quien lo acompañe o ayude deben tener todo el tiempo una protección para los ojos, con vidrios de seguridad, con una sombra del número 10 o del 12.

La luz ultravioleta puede lesionar la retina o fondo de los ojos. Son quemaduras que no duelen en el momento, ni se sienten, pero pueden llevar a perder parte de la vista. Las partes blancas del ojo también pueden quemarse con la luz ultravioleta y pueden infectarse.

Los deslumbramientos ocasionales producidos por la luz de arco no producen daños permanentes, sino sólo algunas molestias posteriores, como ardor o sensación de arena, que se llegan a sentir hasta 6 u 8 horas después.

Pero si los deslumbramientos se repiten pueden causar cataratas y hasta ceguera permanente.

QUEMADURAS

SEGURIDAD

Los vidrios actínicos de las caretas llevan al frente un vidrio claro transparente que los protege de las chispas de la soldadura.

Para proteger la piel de la cara y los ojos al soldar, se utilizan unas caretas de fibra de vidrio con una ventana que lleva un cristal oscuro, neutralizador de los rayos ultravioleta, llamado vidrio actínico.

Estos cristales oscuros tienen sombras diferentes. La sombra que se use depende de la clase de soldadura que se haga. Así, la sombra del número 10 es para soldar entre 75 y 200 amperes. Mientras que la sombra del 12 se usa cuando se suelda con más de 200 amperes y hasta los 400. En soldaduras con más de 400 amperes se debe usar una sombra del número 14.

v e n t il a c ió n

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Además de proteger los ojos durante la soldadura, se deben proteger después, mientras se quita la escoria o se esmerila. En todos los procesos en que saltan partículas se debe usar gafas de seguridad con cristales claros.

Todos los procesos de soldadura producen humos y gases indeseables. En la soldadura con arco algunos de los fundentes de los electrodos producen humos que irritan la nariz y las vías respiratorias.

No se debe respirar ninguna clase de humo. Tampoco los humos de la soldadura. Por ello, en el taller debe haber una muy buena ventilación. La mejor ventilación es la natural, que se tiene trabajando al aire libre.

SEGURIDAD

VENTILACIÓN

Si se trabaja en un lugar cerrado se debe tener un extractor que renueve rápidamente el aire del taller. Si se trabaja en soldadura con argón o con dióxido de carbono, gases que no huelen y no se ven, se debe tener muy buena ventilación.

En caso de que se deba soldar con una ventilación pobre es necesario trabajar con una mascarilla.

ROPA

Las chispas del arco pueden quemar la piel y la ropa. Por eso debe utilizarse ropa resistente al fuego, como el algodón o la lana.

Al soldar nunca debe usarse ropa de fibras sintéticas, como el nylon, el rayón o el poliéster, porque se queman muy fácil y rápidamente.

En cambio, las camisas y los pantalones de algodón o lana resisten más el fuego Si son de colores oscuros protegen también de los rayos ultravioleta.

ROPA

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Además de las quemaduras, el soldador se debe proteger de un choque eléctrico, evitando trabajar sobre pisos húmedos o mojados.

Cerca de donde esté instalada la máquina de soldar se debe tener un apagador accesible, con el que se pueda desconectar la corriente sin necesidad de tocar la máquina de soldar.

Al soldar se deben usar zapatos de seguridad, o por lo menos, zapatos de suela de hule gruesa que proporcionen un buen aislamiento durante el trabajo.

No se debe permitir que las partes metálicas de los electrodos ni las partes metálicas del portaelectrodo toquen la piel del soldador o las partes húmedas de su ropa.

Se recomienda que al soldar se lleven guantes secos, particularmente si se es persona a la que le sudan las manos. Los guantes protegen la piel de los rayos ultravioleta, de las salpicaduras del metal callente y del choque eléctrico.

SEGURIDAD

Deben ser guantes de carnaza, suficientemente flexibles para permitir un buen movimiento de los dedos. Es mejor no utilizarlos para tomar las piezas calientes, porque pierden su flexibilidad.

ROPA Se debe usar camisa de algodón o lana de manga larga y cuello alto para proteger los brazos y el pecho, particularmente cuando se suelda en posición vertical, horizontal y sobre la cabeza.

El delantal de cuero se recomienda cuando las chispas son muchas y pueden causar daños.

Cuando hay una cantidad excesiva de chispas es mejor usar un traje de cuero, form ado por una camisola de cuero y pantalones o chaparreras, también de cuero.

ROPA

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Las camisas no deben llevar bolsas abiertas por las que se puedan meter chispas.

Los pantalones no deben tener valencianas por las que se puedan meter chispas o partículas de metal callente.

CORRIENTE ELÉCTRICA

Cuando la máquina de soldar no esté en uso debe tenerse apagada.

Al term inar o interrumpir el trabajo no deje el electrodo conectado al portaelectrodo.

CONCEPTOS DE ELECTRICIDAD

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Calor producido por la resistencia al paso de los electrones Cuando una corriente se mueve a través de un cable se genera calor por la resistencia del alambre al paso de la electricidad. Mientras más grande es el flujo de corriente, más grande es la resistencia y más intenso el calor.

Alam bre Átomos que constituyen el alambre Electrones que forman parte del átom o Cam ino de los electrones que fluyen a través del alam bre Los electrones que se mueven forman la corriente

El calor con el que se hace la soldadura viene de un arco que se provoca cuando la corriente salta a través del aire, entre la punta del electrodo y la base del metal.

El aire presenta una resistencia muy elevada al paso de la corriente, y esta resistencia es la que hace que se produzca un arco con un calor muy intenso que va de los 3,300 a los 5,500 grados centígrados .

Para entender la operación correcta de una máquina soldadora conviene tener algunas nociones de electricidad.

La corriente continua, algunas veces llamada también corriente directa, es una corriente que fluye o corre en una sola dirección, como la de las baterías de los automóviles.

EQUIPO

CONCEPTOS DE ELECTRICIDAD

La corriente alterna es una corriente que, alternadamente, corre o fluye en una dirección y luego en otra. En la primera mitad de un ciclo corre en una dirección y en la segunda mitad del ciclo corre en el sentido opuesto. La velocidad del cambio se conoce como frecuencia, generalmente de 60 ciclos por segundo.

Un conductor es, generalmente, un alambre de metal o una barra que permite el paso libre de la corriente eléctrica. El conductor se recubre algunas veces con un material aislante.

Un circuito eléctrico es el camino que sigue una corriente eléctrica al correr o fluir por el conductor desde una term inal a la otra. Un circuito de soldadura comienza en una terminal de la máquina de soldar y se mueve, a través del alambre o cable, hasta la carga o trabajo y regresa a la otra terminal de la máquina.

2 0 0 0 V-

:zoooon/v

Amperaje es la cantidad de corriente que fluye o corre por un circuito. La corriente se mide en amperes. El instrumento que mide la cantidad de corriente que pasa por un circuito se llama amperímetro.

■

Volt es la fuerza que hace que la corriente corra o fluya en un circuito. Esta fuerza es similar a la presión o fuerza para que el agua fluya o corra por los tubos. El instrumento que mide los volts o fuerza de la corriente se llama voltímetro

CONCEPTOS DE ELECTRICIDAD

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R esistencia es la oposición al paso de una corriente eléctrica, haciendo que la energía se transforme en calor.

El voltaje constante o potencial constante es un voltaje estable, que no cambia, independientemente de que cambie el amperaje producido por la fuente de poder. Esta característica es particularmente importante en la soldadura conocida como M IG.

Al igual que sucede con la presión del agua, que disminuye, conforme aumenta la distancia desde la bomba, el voltaje baja o cae conforme aumenta la distancia desde el generador. Si el cable es muy largo habrá una gran caída de voltaje. Cuando hay mucha caída la máquina no puede proporcionar suficiente corriente para la soldadura.

CONCEPTOS DE ELECTRICIDAD

EQUIPO

Se conoce como voltaje de circuito abierto el voltaje producido cuando una máquina está funcionando y no está haciendo ninguna soldadura. Este voltaje varía de 50 a 100 volts.

Después de que se hace el arco, el voltaje cae a lo que se conoce como voltaje del arco o voltaje de trabajo, que es entre 18 y 36 volts.

La polaridad indica la dirección en que fluye la corriente en un circuito de corriente directa. Cuando el electrodo está conectado al polo negativo se dice que se trabaja con polaridad negativa.

Si el electrodo se conecta al polo positivo se dice que se trabaja con una polaridad positiva. La polaridad es importante para algunas soldaduras, pues afecta la cantidad de calor que se va a la base del metal. Con la polaridad negativa se dirige más calor a la pieza de trabajo, mientras que con la polaridad positiva se produce más calor en el electrodo.

Movimiento oscilatorio de atrás para adelante

En algunos tipos de soldadura es preferible tener más calor en la pieza de trabajo, porque el área de trabajo es grande, en cambio, cuando se trabaja contra la fuerza de la gravedad, ya sea en soldaduras horizontales, verticales y sobre la cabeza, es mejor la polaridad positiva que concentra más calor en el electrodo.

MÁQUINAS

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Las máquinas para soldar se clasifican en dos grandes grupos: las de corriente constante (amperaje constante) y las de potencial constante (voltaje constante)

Las máquinas de corriente constante están hechas para la soldadura normal de barra o electrodo.

La soldadura eléctrica con electrodo o soldadura con metal y arco protegido (SMAW), como es su nombre correcto, es el proceso de soldadura más usado por la facilidad con que se hace y su bajo costo.

Mientras que las de potencial constante son para la soldadura de metal con gas inerte.

En las máquinas de corriente constante se produce una corriente o amperaje estable o constante, a pesar de que haya una gran variedad de voltajes, debido a los cambios en el tamaño del arco, producidos por la vibración del pulso al soldar.

EQUIPO

MÁQUINAS Al soldar manualmente es difícil sostener el electrodo siempre con la misma separación sobre el metal que se suelda. Aunque el largo del arco sube y baja con el movimiento de la mano, la cantidad de corriente que sale por el arco no cambia. Lo que cambia es el voltaje del arco, según su longitud. La corriente o amperaje se mantiene relativamente constante en una máquina de corriente constante.

Con las máquinas de corriente constante se utiliza un electrodo de metal cubierto por una pasta.

La corriente, que viaja por el núcleo de metal, forma un arco desde la punta del electrodo hasta la pieza de trabajo. Este arco produce un calor lo suficientemente intenso para derretir, tanto el metal de trabajo, como el metal del electrodo. El metal derretido del electrodo viaja a través del arco hasta el metal derretido de la pieza de trabajo y se mezcla con él. Conforme el metal se enfría y se vuelve sólido, forma una masa de una sola pieza. El charco de metal derretido está rodeado o protegido y purificado por una nube de humo y una capa de escoria, producida al quemarse y evaporarse la cubierta del electrodo.

MÁQUINAS

Los electrodos para soldar los producen muchos fabricantes.

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La corriente para soldar con metal y arco protegido la producen tres tipos de máquinas: transform adores, generadores de motor y rectificadores.

Las máquinas para soldar se miden por su capacidad en amperes, en un ciclo de trabajo al 60%. Así, hay máquinas de 150, 200, 300, 400, 500 o 600 amperes. Este amperaje se mide por la corriente que sale por la terminal. Una máquina pequeña, de 90 a 180 amperes, sirve para el trabajo ligero y mediano, con resistencia y excelentes resultados en trabajos de mantenimiento y pequeña y mediana producción. Una máquina de 250 a 300 amperes es excelente para los requerimientos de soldadura de una pequeña producción industrial. La corriente para operar estas máquinas viene de las líneas eléctricas normales o bien de unas pequeñas plantas eléctricas de gasolina o de diesel, que se usan en el campo, donde no se dispone de electricidad.

Mientras que, una máquina de 400 a 600 amperes es buena para el trabajo rudo de gran capacidad en la fabricación de maquinaria pesada, barcos, grandes tuberías de acero y tanques, así como para cortar acero.

MÁQUINAS

EQUIPO

Las máquinas para soldar producen un calor intenso,al mismo tiempo que producen la corriente para soldar.

Afortunadamente las máquinas para soldar no son utilizadas por periodos largos sin parar. El soldador tiene que cambiar electrodos, cambiar de posición o voltear la pieza de trabajo, de manera que está constantemente interrumpiendo el trabajo de soldadura. Se llama ciclo de trabajo al tiempo que la máquina puede ser usada continuamente. Un ciclo del 60% quiere decir que en un periodo de 10 minutos la máquina puede ser usada solo 6 minutos a su corriente máxima y luego se debe enfriar por cuatro minutos. El ciclo de trabajo aumenta conforme disminuye el amperaje con el que se trabaja.

TRANSFORMADORES

■ ¿ [ g o w e lc t e r

Su principal desventaja es, precisamente, que sólo produce corriente alterna, por lo que no puede em plear algunos electrodos que sólo se producen para máquinas de corriente directa.

El transformador es un tipo de máquina para soldar que produce corriente alterna. Es el equipo menos caro y más ligero. Es un aparato muy eficiente, silencioso, que no tiene partes móviles, requiere de poco mantenimiento y es durable.

TRANSFORMADORES

El transformador toma su corriente de la línea de corriente normal con un voltaje de 120 volts y 30 amperes (o 220 volts y 60 amperes) y la transforma entre 17 y 45 volts con 150 a 590 amperes.

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El transform ador está hecho con un núcleo de láminas de acero alrededor del cual hay dos bobinas o rollos de alambre, una llamada primaria y otra secundaria.

El rollo de alambre de la bobina primaria tiene más vueltas que el rollo de alambre de la bobina secundaria. La bobina primaria induce en el núcleo de acero una corriente de alta tensión o alto voltaje, y produce en la bobina secundaria una corriente de baja tensión o voltaje y alto amperaje, que se usa para soldar.

En algunas máquinas, el amperaje de la corriente para soldar se ajusta metiendo los bornes de los cables en el enchufe del frente de la máquina que corresponda con el amperaje que se necesite, según el electrodo que se vaya a usar.

Para que estas máquinas se conserven y trabajen bien durante muchos años, únicamente hay que guardarlas en lugares secos y libres de polvo. Después de un tiempo conviene limpiarlas con un chorro de aire comprimido.

EQUIPO

GENERADORES

O puede ser un motor de gasolina o diesel.

Los generadores son máquinas que producen corriente directa de baja tensión o bajo voltaje. Tienen un motor con un generador del que se obtiene la corriente para soldar. El motor puede ser eléctrico y conectarse a la línea de corriente normal.

Estas máquinas producen un arco muy estable. Aunque son caras, resultan muy útiles en los lugares donde no hay corriente eléctrica. Requieren de un mantenimiento constante.

RECTIFICADORES Los rectificadores son esencialmente transformadores que tienen, además, un aparato o rectificador que cambia a corriente directa, la corriente alterna de la línea normal. Algunos rectificadores pueden producir tanto corriente directa como alterna . El rectificador se considera un aparato más eficiente que el generador, porque proporciona una corriente directa muy estable. Tiene un ventilador para enfriar las placas rectificadoras.

EQUIPO DE TALLER

Como parte de la máquina de soldar se utilizan dos cables gruesos cubiertos con aislante; uno va de la máquina al portaelectrodo. Este cable tiene, en un extremo, un borne con el que se conecta a la máquina y en el otro, el portaelectrodo con su mango aislado. El otro corre de la máquina a la pieza de trabajo o al banco de trabajo, y se conoce como el cable de tierra. El cable de tierra tiene, en un extremo, el borne con que se conecta a la máquina y en el otro, unas pinzas de tierra.

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EQUIPO DE TALLER

Cuando se enciende la máquina y el electrodo toca el trabajo, se forma el circuito para la soldadura.

Los bornes son unos conectores de cobre, latón o bronce, de diversas formas.

Las conexiones entre los cables y la máquina deben ser firmes, pues cualquier unión floja puede provocar calentamiento o producir un arco en la conexión. Los cables deben ser del grueso adecuado a la potencia de la máquina para soldar. Un cable de diámetro menor al requerido se calentará y hará que la corriente de salida sea menor.

Los cables se deben mantener limpios para Las conexiones entre los cables y la máquina deben ser firmes, pues cualquier unión floja puede provocar calentamiento o producir un arco en la conexión.

Largo del Cable y Diámetro Recomendado G r u e s o del C a b le p a ra d i s t i n t o s la r g o s

Amperaje de la Máquina

Hasta 15

De 15 a 30 m

Más de 30 m

100

200

2/0

4 /0

300

4 00

2/0

3 /0

4 /0

600

2/0

4 /0

Cada diámetro de cable tiene su largo máximo recomendado. Si se trabaja lejos de la máquina se debe utilizar un cable de mayor diámetro para evitar la caída del voltaje. Pero los cables más gruesos tampoco deben pasar del largo máximo.

EQUIPO

EQUIPO DE TALLER La máquina para soldar debe estar colocada cerca del sitio en que se suelda, pero lo suficientemente apartada para que no la cubra la lluvia de chispas. Es mejor situarla donde haya circulación de aire, en un sitio libre de polvo.

El portaelectrodo es un mango ligero, hueco y aislado que permite un enfriamiento rápido. Debe estar hecho de tal manera que no caliente demasiado ¡a mano del operario.

El mango debe estar balanceado y ser lo suficientemente ligero para no producir fatiga Tiene un par de mandíbulas con mordazas de cobre con las que se sostiene la punta desnuda del electrodo. Un resorte mantiene firmemente cerradas las mandíbulas. Mediante un gatillo con aislante se abren para cambiar el electrodo.

El portaelectrodo debe recibir y expulsar los electrodos fácilmente.

REVESTIMIENTO

M A N U A L DE SO LDADURA C O N A R C O ELÉCTRICO

Los electrodos de la soldadura con metal y arco protegido tienen dos partes: el corazón o núcleo y la cubierta de fundente.

El metal del núcleo sirve para llevar la corriente y como material de relleno o aporte en la soldadura terminada. Es la principal fuente de metal para la soldadura. Para hacer una buena soldadura, el metal del núcleo debe ser lo más parecido o aproximado al metal de la pieza que se suelda.

También los hay para aceros de alta resistencia, para aceros de diversas aleaciones, así como de aluminio, cobre, latón y bronce. Por eso, los electrodos se producen con núcleos de diversas aleaciones y metales diferentes. Sin embargo, los más comunes y más baratos son los electrodos para aceros estructurales y de bajo carbono.

El núcleo de metal soporta la cubierta o revestimiento del electrodo.

La cubierta o fundente del electrodo sirve para varias cosas. Una de las más importantes es producir una cubierta gaseosa durante la soldadura que proteja al arco y al charco de metal fundido, de los gases de la atmósfera, evitando así que el oxígeno y el nitrógeno del aire debiliten la soldadura.

Otra función de la cubierta es depositar una capa de escoria sobre el metal fundido, para protegerlo de los gases de la atmósfera mientras se enfría. La escoria flota sobre la superficie del metal fundido y lo protege.

REVESTIMIENTO

ELECTRODOS

La cubierta también ayuda a hacer más fácil el inicio del arco. Después lo estabiliza, lo concentra en una zona específica, reduciendo el chisporroteo y el salpicado, con lo que hace más fácil todo el proceso de soldadura. Compensa o devuelve algunos elementos metálicos que pierde la aleación del metal, como consecuencia de la acción del arco.

El revestimiento puede afectar la penetración de la soldadura, que puede hacerse más profunda si el núcleo de alambre se funde más rápido que el fundente. La cubierta forma una pequeña cámara o crisol en la punta del electrodo, parecida a la cámara de combustión de un cohete, haciendo que los gases y el metal fundido salgan muy rápidamente. Con ello, se produce un charco que penetra bastante en el metal que se suelda.

En otros electrodos, en cambio, el chorro es más calmado, menos turbulento y más redondo, pero produce un cordón con menos penetración.

M A N U A L DE SO LDADURA C O N A R C O ELÉCTRICO

CARACTERÍSTICAS

Hay unos electrodos llamados de enfriamiento rápido. En ellos, parte de la escoria se solidifica antes de que se solidifique el metal, y se forma una especie de molde que mantiene el metal fundido en su lugar. Estos electrodos, que producen un arco muy penetrante, son excelentes para soldar en las posiciones horizontales, verticales o sobre la cabeza.

Características

del

Electrodo

Tipo

Clase

Tipo de C o rriente

P osición para S oldar

Soldadura Resultante

Acero duce

E6010

Directa

Todas

P enetración profu n da , co rdones planos

E nfriam iento rápido

Acero duce

E6011

A lterna

Todas

P enetración profu n da , co rdones planos

E nfriam iento rápido

Acero duce

E6013

A lterna

Todas

Penetración poco profunda, buen co n to rn o del co rd ó n, poca salpicadura, buena para uniones que no em bonan perfectam ente

E nfriam iento ligeram ente rápido

Polvo de hierro

E7024

Directa A lterna

Plana

M ucha a cum ulación, buena para pasadas m últip le s

Llenado rápido

Bajo h idrógeno

E7018

Directa A lterna

Todas

Para so ld ar aceros al carbón

Llenado rápido

El hierro en polvo, dentro de la cubierta del electrodo, ayuda a hacer más estable el arco cuando se suelda con corriente alterna, además de que permite trabajar más rápido con buena penetración. Estos electrodos salpican poco y su gruesa capa de escoria se quita muy fácilmente.

Grupo del Electrodo

ELECTRODOS

CLASIFICACIÓN Hay unos electrodos llamados de bajo hidrógeno que se usan para soldar los aceros al alto carbono, los cuales son aceros muy duros, con los que se fabrican algunas herramientas y máquinas. Cuando los aceros al alto carbono se sueldan, tienden a hacerse porosos y a cuartearse, porque absorben hidrógeno del aire. Los electrodos de bajo hidrógeno evitan la Introducción del hidrógeno en la soldadura.

Los diferentes electrodos se identifican principalmente por una clave de letras y números que ha establecido la Sociedad Americana de Soldadores o AWS (American W elding Society), como es más conocida. E! último número señala ciertas características del electrodo, tales como el tipo de corriente, el tipo de escoria, el tipo de arco, la penetración de ¡a soldadura, así como ciertas características del revestimiento.

Los electrodos para soldadura con arco empiezan con la letra E, que significa precisamente que son para soldadura eléctrica.

Luego, siguen cuatro a cinco números. Los dos o los tres primeros indican la resistencia mínima a la tracción que tiene una soldadura. Esos números multiplicados por mil indican la resistencia del metal depositado a la tracción, es decir, a ser jalado antes de que se rompa. Esta resistencia se mide en libras por pulgada cuadrada. Una libra equivale a 453 gramos.

El penúltimo número de la clave indica la posición de soldadura en la cual se puede usar el electrodo. El número 1 quiere decir que el electrodo sirve para soldar en todas las posiciones. El número 2 indica que ese electrodo sirve solamente para soldar en posición plana.

El 0 quiere decir que el electrodo es para corriente directa con polaridad invertida. Indica que produce un arco fuerte que tiene una penetración profunda, dejando una cubierta de escoria de celulosa. El revestimiento tiene polvo de hierro.

El número 1 al final Indica que ese electrodo es tanto para corriente alterna como directa de polaridad invertida, y produce un arco fuerte con penetración profunda, que deja un cordón cubierto con escoria de celulosa.

CLASIFICACIÓN

M A N U A L DE SO LDADURA C O N A R C O ELÉCTRICO

El número 2 al final significa un electrodo para corriente alterna o corriente directa con polaridad directa, que produce un arco mediano, de penetración mediana, con una escoria de rutilo.

El número 3 al final quiere decir que se trata de un electrodo que se puede usar en corriente alterna o directa de cualquier polaridad, produciendo un arco suave, de penetración poco profunda, en cordones ligeramente convexos, con una cubierta de escoria de rutilo.

El número 4 significa que el electrodo sirve para corriente alterna y directa, de polaridad invertida, con un arco suave que deja rápidamente depósitos de una penetración ligera, cubiertos de una escoria de rutilo, que se quita fácilmente. El revestimiento tiene polvo de hierro.

El número 6 indica que se trata de un electrodo semejante al número 5, pero que se puede emplear tanto con corriente alterna, como directa de cualquier polaridad.

El número 8 es Indica que es para corriente alterna o directa de polaridad Invertida, hechos con polvo de hierro y bajo hidrógeno, para una penetración pequeña o mediana, con una cubierta de escoria que se quita rápidamente.

El número 5 señala que es un electrodo que sólo se puede emplear con corriente directa de polaridad invertida, que hace un arco mediano de penetración moderada, en cordones planos, ligeramente hundidos, cubiertos con escoria de bajo hidrógeno.

El número 7 es un electrodo que se puede emplear con corriente alterna y directa de polaridad invertida, hecho con polvo de hierro, para rellenos rápidos, con un arco suave de penetración mediana que deja escoria de bajo hidrógeno.

ELECTRODOS D i á m e t r o de l o s Electrodos

__ —

•—

—

TIPOS

En m m

En pulgadas

1.6

1/16

2.0

5/64

2.4

3/32

3.2

1/8

4.0

5/32

4.8

3/16

5.6

7/32

6.4

1/ 4

Los electrodos se producer en varios diámetros. El diámetro del electrodo es e diámetro del núcleo de metal, sin la cubierta. Los diámetros más comunes son éstos.

A j u s t e d e la c o r r i e n t e P a r a l o s E lectrodos E-6 0 1 0

L a r g o de l os Electrodos En m m

305

356

También se producen electrodos de varios largos. Los más comunes son éstos.

D i á m e t r o de los Electrodos

En pulgadas

229

457

En general, §e debe usar un electrodo con un diámetro igual al espesor de la placa que se suelda.

Amperes

En mm

En pulgadas

2.38

3/32

60-90

3.17

1/8

80-120

3.96

5/32

110-160

4.76

3/16

150-200

5.55

7/32

175-250

6 .35

1/4

225-300

E6010

Electrodo sólo para máquinas de corriente directa en polaridad inversa, para soldar en todas las posiciones. Es de enfriado rápido, con un arco fuerte, de penetración profunda. Funciona bien cuando ¡a junta está bien -preparada y embona bien. Se trabaja bien sobre material viejo que estuvo pintado y oxidado. Se usa en tuberías de presión, tanques, calderas, buques, puentes y edificios.

M A N U A L DE SO LD ADURA C O N A R C O ELÉCTRICO

TIPOS

A j u s t e de la c o r r i e n t e P a r a l o s E l e c t r o d o s E - 6011 D i á m e t r o de l o s Electrodos

E6011 Electrodo similar al E6010, sólo que también se puede usar en corriente alterna.

Amperes

En m m

En pulgadas

2.38

3/32

50-90

3 . 17

1/8

80-130

3.96

5/32

120-180

4.76

3/ 1 6

140-200

5.55

7/32

170-250

6.35

1/4

225-325

A j u s t e de la c o r r i e n t e Par a l os E l e c t r o d o s E- 601 2 D i á m e t r o de l os Electrodos

E6012

Electrodo que puede ser usado en corriente alterna y directa en polaridad directa. Tiene un arco muy estable, con pocas salpicaduras y una penetración mediana. Aun cuando se considera bueno para todas las posiciones, generalmente es usado para la posición horizontal. Es especialmente útil para puntear cuando no hay una buena junta. Funciona m ejoren corrientes altas y sobre material nuevo.

En m m

2.38

3/32

40-90

3 . 17

1/8

80- 1 20

3.96

5/32

1 20- 1 90

4.76

3/1 6

140-240

5.55

7/32

1 8 0 - 3 15

6.35

1/4

225-350

E6013

A j u s t e de la c o r r i e n t e P a r a l o s Electrodos E-6013 D i á m e t r o de l os Electrodos En m m

Amperes

En pulgadas

Amperes En

pulgadas

2.38

3/32

30-80

3 . 17

1/8

80-120

3.96

5/32

1 2 0- 1 90

4.76

3/ 1 6

140-240

5.55

7/32

225-300

6.35

1/4

250-350

Es muy parecido al E6012 pero con menos penetración. Trabaja bien en todas posiciones y funciona excepcionalmente bien con la corriente alterna. El arco se puede encender y mantener fácilmente, particularmente con electrodos de poco diámetro. Su cordón es notablemente plano, por lo que se puede usar para soldar lámina o placa. La escoria se desprende fácilmente. Es probablemente el electrodo más popular. Se usa para la herrería en general.

E7018

ELECTRODOS

TIPOS

A j u s t e de la c o r r i e n t e P a r a los Electrodos E - 7 0 1 8 D i á m e t r o de los Electrodos En

m m

Amperes

En pulgadas

2.38

3/32

7 0 -120

3 . 17

1/8

1 0 0 -150

3.96

5/32

12 0 -200

4.76

3/16

200-275

5 .55

7/32

275-350

6.35

1/4

300-400

Es un electrodo con un fundente de rutilo y un 50% de hierro en polvo, con lo que produce un arco muy estable, que tiene una penetración profunda y un llenado abundante y rápido. Deja una capa de escoria gruesa fácil de quitar. Su capa de fundente es tan gruesa que se puede usar la técnica de arrastre, la cual permite hacer buenas soldaduras con poca experiencia. Es excelente para depositar muchas capas de relleno, pero sólo se recomienda para soldar en plano y horizontal.

C l a s i f i c a c i ó n de E l e c t r o d o s s e g ú n el metal a soldar Clave

T i p o de m e t a l

A5.1

a c e r o s al c a r b ó n

A 5 .3

alu mi ni o y aleaci ones de al umi nio

A 5 .4

aceros inoxidables

A 5 .5

a c e r o s de b a j a a l e a c i ó n

A 5 .6

c o b r e y a le a c io n e s de c o b r e

A 5 .11

níquel

A 5 .15

hierro colocado

Hay electrodos para diversas clases de aceros, tales como los aceros inoxidables y los aceros al alto carbono, así como metales no ferrosos. Hay una clave para su identificción. La mayoría

Este es un electrodo rápido, de poca penetración, que deja una capa de escoria gruesa que se puede quitar fácilmente. De hecho, el metal fundido es más protegido por la escoria que por los gases. Como tiene poca penetración no se debe usar para soldar cuarteaduras. El revestimiento de estos electrodos se descompone rápidamente en contacto con la humedad. E7024

A j u s t e de la c o r r i e n t e P a r a l o s Electrodos E-7024 D i á m e t r o de los Electrodos

Amperes

En m m

En pulgadas

2.38

3/32

9 0- 1 20

3.17

1/ 8

1 2 0- 1 50

3.96

5/32

1 8 0 -230

4.76

3/16

250-300

5.55

7/32

350-400

6.35

1/0

400-500

de los electrodos son caros, por lo que una vez adquiridos se deben conservar bien. Los revestimientos son particularmente sensibles a la humedad, de la que hay que mantenerlos aislados, pues se degradan muy fácilmente. Deben guardarse en lugar seco, a temperatura normal, en envases de plástico cerrados.

APRENDIZAJE

Lo primero es aprender a iniciar un arco.

Finalmente, hay que practicar la soldadura en diversos tipos de unión.

M A N U A L DE SO LDADURA C O N A R C O ELÉCTRICO

Lo segundo es aprender a correr un cordón de soldadura.

Hecho lo anterior se tendrá la habilidad y se estará listo para comenzar a hacer soldadura en trabajos concretos, sin el riesgo de echarlos a perder. La calidad de una soldadura depende de la habilidad del soldador. El desarrollo de las habilidades requiere de práctica y paciencia. Para practicar lea primero este manual completo, y luego haga las prácticas que se sugieren.

PRINCIPIOS BASICOS

REQUISITOS r e q u is it o s

Para hacer una buena soldadura se necesitan cinco cosas: tener el ajuste correcto de la corriente de la máquina, mantener el arco con el largo correcto, mantener el arco en el ángulo correcto, mover el electrodo a la velocidad correcta y, finalmente, elegir el electrodo correcto.

AJUSTE DE LA CORRIENTE

R a n g o de A m p e ra je para S o ld a r La máquina se debe ajustar a la cantidad de corriente adecuada para el diámetro y tipo de electrodo que se va a usar.

Clasificación

Electrodo

Tamaño

E6010

E6011

E6012

E6013

E7018

3/32 o 2.4mm

40-80

50-70

40-90

40-85

7 0 - 110

1/8 o 3.2mm

70-130

85-125

75-130

70-120

9 0 - 165

5/32 o 4mm

110-165

130-160

120-200

130-160

125-220

Para cada electrodo hay un rango de amperaje dentro del cual se debe trabajar.

AJUSTE DE LA CORRIENTE

M A N U A L DE SO LD ADUR A C O N A R C O ELÉCTRICO Si se suelda con una corriente más baja no se produce suficiente calor para fundir bien la base de metal. Queda entonces un cordón encima del metal que tiene muy poca fusión y poca o ninguna penetración. Con la corriente muy baja, el arco se produce sólo a una distancia muy corta de la placa, con lo que el electrodo se pega muy fácilmente a ella.

Además, al ser el arco tan pequeño, la cubierta de gas protector no es suficiente para proteger la soldadura de la contaminación de los gases del aire.

Un arco pequeño produce un charco muy chico, que no se derrite lo suficiente, y queda gas o escoria dentro de la soldadura. Por otro lado, el núcleo de alambre no soporta bien una corriente mayor que la que debe llevar. Si se aumenta la corriente el alambre se calienta y algunas de las sustancias de la cubierta se queman demasiado pronto.

Al quemarse esos elementos, el arco se vuelve poco estable, salpica mucho y deja sólo un cordón poroso, con incrustaciones de escoria.

AJUSTE DE LA CORRIENTE

PRINCIPIOS BASICOS

Un cordón hecho con demasiado amperaje es ancho y plano, con una penetración profunda. Las salpicaduras que deja son muchas y difíciles de quitar. Una corriente excesiva produce un charco muy grande, pero con poca acumulación de material.

Si se hace un cordón de soldadura cambiando el amperaje, se puede ver con toda claridad el efecto del amperaje más bajo o más alto de lo normal para cada electrodo.

LONGITUD DEL ARCO

La longitud del arco es la distancia que el arco debe saltar hasta la placa. Esta distancia, generalmente, debe ser la misma que el diámetro del núcleo del electrodo.

Conforme se hace la soldadura el electrodo se consume y acorta. Para mantener constante el tamaño del arco, el electrodo debe bajarse continuamente. Si el arco se mantiene razonablemente constante, sólo con pequeñas variaciones del pulso que estén dentro de su rango de tolerancia, se conservará estable.

LONGITUD DEL ARCO

M A N U A L DE SO LD ADUR A C O N A R C O ELÉCTRICO

Pero si el movimiento de la mano se sale de la tolerancia, la soldadura resultante será defectuosa.

Así, un arco muy corto produce un cordón muy estrecho con gran acumulación de material.

Los arcos demasiado grandes son inestables. Salpican mucho porque el metal que salta a través del arco puede caer fuera del charco de metal fundido. En ese caso, se produce un cordón ancho con muy poca acumulación y sin penetración. En un arco largo los gases no pueden proteger el charco de la contaminación de la atmósfera, por lo que la soldadura queda con impurezas que la debilitan. Ni el arco corto ni el arco largo producen el calor necesario para hacer una buena soldadura.

PRINCIPIOS BÁSICOS

ÁNGULO DEL ELECTRODO

El ángulo

del electrodo es el ángulo en que éste se sostiene durante el proceso de soldadura. El ángulo adecuado asegura la penetración adecuada y la formación de un buen cordón.

Hay dos posiciones desde las que se considera el ángulo: una es el ángulo de trabajo y otra es el ángulo de viaje. El ángulo de viaje es la inclinación del electrodo hacia adelante o hacia atrás, respecto de la línea de la soldadura. Este ángulo puede variar de 5 grados a 30 grados de la vertical.

E l ángulo de trabajo es el ladeo del electrodo hacia la izquierda o derecha de la línea de la soldadura. En las soldaduras horizontales el ángulo de trabajo generalmente es el ángulo recto.

ÁNGULO DEL ELECTRODO

M A N U A L DE SO LD ADUR A C O N A R C O ELÉCTRICO

Pero en la soldadura en “T ” la inclinación puede ser a 45 grados. El ángulo es importante, porque hay un chorro de fuerza que empuja el fundente desde la punta del electrodo hasta la placa y algunos electrodos tienen una fuerza de chorro muy grande.

Sobre la dirección del viaje se pueden considerar tres ángulos: el ángulo recto, el ángulo adelantado o hacia adelante y el ángulo retrasado o hacia atrás.

El ángulo adelantado empuja el metal y la escoria por delante de la soldadura.

Con este ángulo hay que tener cuidado, porque el metal sólido de adelante de la soldadura se puede enfriar y, entonces, solidificar el relleno fundido y la escoria antes de que el electrodo pueda fundir el metal sólido. Al pasar el electrodo sobre esta área, el calor del arco puede no fundirla, y como resultado se quedan algunas inclusiones de escoria.

ÁNGULO DEL ELECTRODO

PRINCIPIOS BÁSICOS Ángulo muy adelantado

Para evitar los residuos incrustados utilice el menor ángulo adelantado posible. Asegúrese de que el arco funda completamente la base de metal y utilice un tipo de electrodo que haga poca acumulación o depósito.

El ángulo rezagado o atrasado empuja el metal lejos del borde de avance del charco, hacia atrás, donde se solidifica.

Angulo adelan tado

Mueva el arco de adelante hacia atrás a lo largo del charco, para fundir ambos extremos.

Ángulo recto

Un ángulo adelantado puede usarse para minimizar la penetración o para ayudar a mantener el metal en su lugar en soldaduras verticales.

Conforme el metal fundido es empujado lejos del fondo de la soldadura, el arco funde más de la base del metal, lo que resulta en una penetración más profunda. El metal fundido empuja hacia atrás la soldadura donde se solidifica y forma un refuerzo.

VELOCIDAD DEL VIAJE

M A N U A L DE SO LD ADUR A C O N A R C O ELร CTRICO

La velocidad del viaje es la velocidad a la que se mueve el electrodo a lo largo de la soldadura.

Si el viaje es muy rรกpido las impurezas quedan atrapadas en la soldadura y dejan un cordรณn angosto, con las ondas puntiagudas.

Si el viaje es muy lento el metal se acumula en exceso y el cordรณn es muy alto, con las ondas casi rectas.

PRINCIPIOS BÁSICOS

ELECCIÓN DEL ELECTRODO

La selección de un electrodo implica tom ar en consideración la posición en que se va a soldar, el espesor del metal que se va a soldar y el tipo de unión. Esta selección la determina, en gran parte, la experiencia del soldador.

El uso de un electrodo con un diámetro menor requiere de menos habilidad por parte del soldador. La cantidad de metal que deposita es menor y la velocidad de la soldadura es más lenta. Aunque con los electrodos de diámetro pequeño se producen soldaduras aceptables sobre placas gruesas, el tiempo que se necesita para lograrlas es mucho mayor.

Si se utilizan electrodos de mayor diámetro sobre láminas delgadas se puede producir un calentamiento excesivo en la lámina. Para corregir el calentamiento excesivo se pueden hacer varias cosas, como disminuir el amperaje de la máquina, o bien, usar un arco más corto, o también, hacer un viaje más rápido o usar un electrodo menor con una corriente menor.

POSICIÓN PARA SOLDAR

M A N U A L DE SO LD ADUR A C O N A R C O ELÉCTRICO

En una posición incómoda se cansará, se forzará y hará movimientos torpes que, normalmente, producirán soldaduras de baja calidad.

Para soldar hay que estar relajado y en una posición cómoda. La comodidad de la posición es importante para el soldador y para la soldadura. Al soldar tiene que haber libertad de movimientos para hacer la soldadura, de manera que durante ella, el soldador no necesite cambiar de posición. Los cambios de posición del cuerpo se deben hacer sólo durante los cambios de electrodo o al terminar una soldadura.

El problema es que la soldadura con arco se tiene que hacer con una careta y al bajarla el soldador no ve. Al encender el arco el soldador puede verlo y ver también una área muy limitada alrededor del charco.

POSICION PARA SOLDAR

PRINCIPIOS BASICOS

En estas condiciones de oscuridad es muy fácil moverse o balancearse sin darse cuenta. Para evitarlo hay que apoyarse sobre o contra un objeto estable. Una de las mejores maneras de apoyarse es contra la propia mesa de trabajo. Antesde comenzar a soldar haga un ensayo con la máquina apagada.

Tome el portaelectrodo con su mano derecha o con la izquierda, si es zurdo.

Agarre su muñeca derecha con la mano izquierda.

Coloque el codo izquierdo sobre el banco de soldar.

ESTRUCTURAS

DE MADERA

1. Generalidades 1.1.

Preliminar

La información contenida en este capítulo, ha sido tomada en su mayoría del “Manual De Diseño Para Maderas Del Grupo Andino”, editado por la Junta del Acuerdo de Cartagena. Esta información está respaldada por ensayos realizados en los países de la Subregión Andina (Proyectos Andinos de Desarrollo Tecnológico en el Área de los Recursos Forestales Tropicales), así como investigaciones en otros países. El Ecuador como miembro de la Junta del Acuerdo de Cartagena, participó en los años ochentas, conjuntamente con Venezuela, Colombia, Bolivia y Perú, en el Proyecto Andino de Desarrollo Tecnológico en el Área de los Recursos Forestales PADT REFORT, con la finalidad de desarrollar el Estudio Integral de la Madera para la Construcción, al término del cual generó algunas publicaciones (véase la sección 1.4.1). Estos documentos han servido de base para la elaboración de este capítulo, en el área de maderas, porque están sustentados en miles de ensayos efectuados en los diferentes laboratorios de los 5 países del Pacto Andino. En el contenido de las diferentes disposiciones, se hará referencia a valores u otra información que los proveedores y constructores con madera deben considerar como elementos vinculantes de esta norma.

1.2.

Definiciones

NOTA: Cuando se trate de términos que constituyen defectos en la madera, sus límites permisibles se podrán encontrar en el Manual de Clasificación Visual para Madera Estructural, documento elaborado en el Marco del Proyecto PADT-REFORT, del Ex Pacto Andino, y reproducido por la CAMICON). Para efectos de la aplicación de esta norma, se adoptan las definiciones técnicas de términos definidas en esta sección. Se referirá igualmente a las definiciones de las normas indicadas en la sección 0 y en el Manual de Diseño de la JUNAC. Acciones Una acción es: x Una fuerza (carga) aplicada a la estructura (acción directa); ó x Una deformación impuesta (acción indirecta), por ejemplo, efectos de la temperatura o asientos. Acebolladura Es la separación del leño entre dos anillos de crecimiento consecutivo. 7

Anhidro Estado de la madera, sin contenido de humedad Anillo de crecimiento Bandas de tejido que se observan en el corte transversal de tronco y de madera aserrada en forma de coronas sucesivas, que corresponden al tejido formado en una etapa de crecimiento. Anisotropía Propiedad de ciertos materiales que, como la madera, presentan características diferentes según la dirección que se considere. Apilar Es el proceso de arrumar ordenadamente la madera, formando lotes o pilas más o menos homogéneas, a fin de secarla o almacenarla. Arista Línea de unión entre dos caras adyacentes en una pieza de madera serrada. Arista faltante Es un defecto que se visualiza por la ausencia de un segmento de la pieza, y que afecta la continuidad de la pieza, reduciendo por lo tanto su resistencia mecánica. Aserrar Es la operación de cortar la madera a partir de una troza, y darle una escuadría determinada con sierra manual o eléctrica. Contenido de humedad (CH) El contenido de humedad (CH) de la madera es la cantidad de agua que contiene una pieza de madera en un momento dado, que se expresa como un porcentaje de su peso anhidro. Contracción de la madera Es la reducción de la dimensión de la madera por disminución de su contenido de humedad durante el secado; a partir del 30 % aproximadamente hasta la condición anhidra (CH= 0%). Corte longitudinal Es el corte paralelo al eje longitudinal de una pieza, que a su vez, puede ser en el sentido radial, tangencial u oblicuo. Corte radial Es el resultante de un corte longitudinal, paralelo a los radios y perpendicular a los anillos de crecimiento.

Corte transversal Es el corte perpendicular al eje longitudinal de una pieza.

Figura 1: Términos usados en la definición de defectos y presentación de la Norma de Clasificación Visual (1/2)

Densidad de la madera Es la relación que existe entre la masa y el volumen de una pieza de madera, a un determinado 3 contenido de humedad. En el Sistema Internacional se expresa en gr/cm 3 o kg/m . Según las condiciones de humedad de la madera, se conocen algunos tipos de densidad:

x Densidad básica Es la relación entre el peso de la madera en estado anhidro y su volumen en estado verde o saturado (CH mínimo del 30 %). Es un indicativo de las propiedades mecánicas que tiene una madera. Está en función de la edad, a mayor edad del árbol de donde procede la madera, su densidad aumenta.

x Densidad verde o saturada Es la relación que existe entre la masa y el volumen de la madera en estado verde o saturado, con un contenido de humedad mayor al 30 %.

x Densidad seca al aire Relación que existe entre el peso y el volumen de la madera en estado seco al aire, con un contenido de humedad de alrededor al 12 %. 9

x Densidad seca al horno o anhidra Relación que existe entre el peso y el volumen de la madera en estado anhidro, es decir con un contenido de humedad del 0 %. Duramen Porción de madera procedente de la parte interna del tronco, de los tejidos muertos y lignificados del árbol, con propiedades de resistencia mecánica y de resistencia al ataque de hongos y/o insectos, mayores que la albura. Frecuentemente de coloración más obscura que la albura. Estructura Combinación organizada de las partes conectadas entre sí proyectada para proveer un cierto grado de rigidez. Este término se refiere a las partes sometidas a carga. Grano Es la dirección de las fibras y de otros tejidos longitudinales de la madera, con respecto al eje principal de una pieza aserrada. Se conoce como Grano Recto, cuando la dirección de la fibra es paralela al eje principal de la pieza. Grano inclinado, cuando la fibra guarda cierta inclinación respecto del eje principal de la pieza. Higroscopía Propiedad que tiene la madera, mediante la cual es capaz de absorber o eliminar agua hasta lograr un equilibrio con la humedad relativa del aire que la rodea. Madera Material más o menos duro, fibroso y compacto, de origen vegetal, proveniente de las plantas leñosas (árboles, arbustos y lianas), principalmente de los troncos de los árboles. Madera rolliza Es aquella susceptible de utilizarse en su forma original (redonda), con o sin corteza. Madera estructural Aquella que en uso, a más de soportar su propio peso, estará sujeta a esfuerzos diversos. Por tal razón deberá tener una densidad básica mínima de 0.4 gr/cm3. Madera aserrada Es la pieza que se obtiene de una troza de madera, mediante cortes longitudinales y/o transversales, realizados con sierras normales o con la sierra eléctrica. Madera cepillada Es la pieza nivelada y alisada de una o más de sus caras y/o cantos.

Figura 2: Términos usados en la definición de defectos y presentación de la Norma de Clasificación Visual (2/2)

Madera no estructural Aquella que en uso, no soporta únicamente su propio peso, pudiendo tener una densidad básica 3 menor a 0.4 gr/cm . Madera preservada Es la madera que ha sido sometida a un tratamiento inmunizante con algún tipo de preservante, a efectos de aumentar su durabilidad y resistencia a los agentes biológicos deteriorantes y/o al fuego o procesos de intemperización. Preservación Acción y efecto de incorporar a la madera, substancias tóxicas para agentes biológicos de deterioro de la madera, principalmente hongos e insectos, para alargar la vida útil de la madera. Pudrición Es la descomposición de la madera por la acción de hongos xilófagos, acompañada de un proceso gradual de cambios de sus características físicas, químicas y mecánicas. Rajaduras Se observan como separaciones del tejido leñoso en la dirección del grano. Rigidez Lo contrario a flexible, y que depende del tipo de sección, tamaño, material y dimensión. Riostra Elemento secundario, de apoyo o amarre entre otros 11

1.3.

Simbología CAÑERIAS

1.3.1. Unidades Se emplearán las unidades del Sistema Internacional (S.I.) de acuerdo con la Norma ISO 1000. Para el cálculo se utilizarán las siguientes unidades: x Aceleraciones: m²/s x Altura: m x Área: m² x Fuerzas y cargas: kN o kN/m² x Masas: kg x Momentos: KN.m x Periodo: s x Peso específico: kg/m

x Presión: Pa o N/m² x Resistencia: kPa o MPa (1 MPa§10 kg/cm²) x Velocidad: m/s o mm/min

1.3.2. Abreviaciones CAMICON Cámara de la Industria de la Construcción CCA

Cobre, cromo y arsénico

CCB

Cobre, cromo y boro

Contenido de humedad

CHE

Contenido de humedad de equilibrio

FAO

Food and Agriculture Organization of the United Nations

INAMHI

Instituto Nacional de Meteorología e Hidrología

JUNAC

Junta del Acuerdo de Cartagena

PSF

Punto de Saturación de las Fibras

1.3.3. Simbología Símbolo

Definición

Absorción líquida en (l/m )

Absorción sólida (kg/m )

Concentración del preservante (%)

Ced

Coeficiente de estabilidad dimensional

C.H.

Contenido de humedad de la madera (%)

Contracción radial

Contracción tangencial

Módulo de elasticidad o módulo de Young

Emin (E0.05)

Valor mínimo

Epromedio

Valor promedio

Compresión paralela

fcA

Compresión perpendicular

Flexión

Tracción paralela

Corte paralelo

Factor de reducción por calidad

Símbolo

Definición

FDC

Factor de duración de carga

Factor de servicio y seguridad

Factor de reducción por tamaño

Peso antes del tratamiento (kg)

Peso después del tratamiento (kg)

Volumen de la pieza (m )

Tabla 1: Simbología

1.4.2. Normas del INEN Abreviación NTE INEN 1156 (2013) NTE INEN 1157 (2013) NTE INEN 1158 (1984) NTE INEN 1159 (2013) NTE INEN 1161 (2013) NTE INEN 1164 (2013) NTE INEN 1162 (2013) NTE INEN 1160 (1984) NTE INEN 1163 (1984)

Nombre y detalles

Maderas. Terminología Anatomía de la madera. Terminología Maderas. Selección y colección de muestras. Madera rolliza y aserrada. Medición y cubicación Maderas. Acondicionamiento para ensayos tecnológicos Maderas. Determinación de la contracción Maderas. Determinación de la densidad aparente Maderas. Determinación del contenido de humedad * 4 Maderas. Método para la descripción de las características generales, macroscópicas y microscópicas * 4

NTE INEN ISO 3129 (2013) Maderas. Métodos de muestreo y requisitos generales para ensayos físicos y mecánicos de especímenes de madera clara NTE INEN 2580 (2011)

Sistema de clasificación y calificación de madera aserrada proveniente de bosques húmedos tropicales

NTE INEN 2579 (2011)

Sistema de clasificación y calificación de trozas de madera para desenrollo proveniente de bosques húmedos tropicales

NTE INEN ISO 2074 (2013)

NTE INEN 0895 (2013)

NTE INEN 0897 (2013)

Madera contrachapada. Vocabulario Tableros de madera aglomerada, contrachapada y de fibra de madera (MDF).Determinación de las dimensiones de las piezas de ensayo Tableros de madera aglomerada, contrachapada y de fibras de madera (MDF). Determinación de la densidad aparente

Abreviación

Nombre y detalles

NTE INEN 0896 (2013)

Tableros de madera aglomerada, contrachapada y de fibras de madera (MDF). Determinación del contenido de humedad

NTE INEN 0898 (2013)

Tableros de madera aglomerada. Determinación de la resistencia a la tracción perpendicular a las caras

NTE INEN 2364 (2005)

Tableros de madera contrachapada. Calidad de pegado. Requisitos

NTE INEN 2342 (2003) NTE INEN 2366 (2005) NTE INEN 2365 (2005) NTE INEN 0900 (2003) NTE INEN ISO 16983 (2013) NTE INEN 1256 (2013) NTE INEN 1248 (2013)

Tableros de madera contrachapada. Chapas. Requisitos Tableros de madera contrachapada. Dimensiones Tableros de madera contrachapada. Medida de las dimensiones Tableros de madera contrachapada. Requisitos Tableros de madera. Determinación de hinchazón en espesor después de la inmersión en agua Tornillería. Arandelas cuadradas para madera. Requisitos Tornillería. Arandelas redondas para madera. Requisitos

NTE INEN 1432 (1987)

Tornillería. Tirafondos y tornillos para madera. Métodos de ensayos de aptitud para el uso * 4

NTE INEN 1438 (2013)

Tornillería. Tornillo para madera de cabeza avellanada abombada ranurada. Dimensiones

NTE INEN 1442 (2013)

Tornillería. Tornillo para madera de cabeza avellanada con ranura cruciforme. Dimensiones

NTE INEN 1440 (1987)

Tornillería. Tornillo para madera de cabeza cilíndrica baja con ranura cruciforme. Dimensiones * 4

NTE INEN 1441 (2013)

Tornillería. Tornillos para madera de cabeza avellanada abombada con ranura cruciforme. Dimensiones

NTE INEN 1439 (2013)

Tornillería. Tornillos para madera de cabeza avellanada ranurada. Dimensiones 18

2. Alcances y requisitos generales 2.1.

Alcances

Esta norma establece las regulaciones sobre características de forma, tamaño, calidad y tipo, así como las condiciones mínimas de uso de la madera, para garantizar una mayor vida útil y un grado mínimo de seguridad, para los usuarios de las edificaciones. Los requisitos establecidos en la presente norma son aplicables: x A las edificaciones en las cuales la estructura está hecha totalmente de madera. x A los elementos de madera de las edificaciones mixtas, aquella donde la estructura está hecha parcialmente con madera, complementada con otros materiales como hormigón, acero o mampostería.

2.2.

Aplicabilidad y responsabilidad

Este capítulo de la Norma Ecuatoriana de Construcción es de aplicación obligatoria en todo el territorio nacional, en todo lo que se relaciona con la construcción de edificaciones en las que se utilice la madera escuadrada como material estructural. Las disposiciones constantes en esta norma se las aplicarán a todas las personas naturales y jurídicas dedicadas a la construcción de edificaciones que utilicen estructuras de madera, así como los proveedores de madera estructural que dispongan la guía de movilización emitida por el Ministerio del Ambiente.

2.3.

Método de diseño estructural

2.3.1. Consideraciones para el diseño En el análisis y diseño de las estructuras de madera deberán respetarse los principios básicos de la mecánica estructural. Se utilizarán procedimientos convencionales de análisis lineal y elástico. Los esfuerzos producidos por las cargas aplicadas serán calculados considerando el material corno homogéneo, isotrópico y de comportamiento lineal, y con las hipótesis habituales de la teoría de vigas. En el diseño de estructuras de madera todos los cálculos se harán con base en las dimensiones reales de los elementos utilizados, teniendo en cuenta las reducciones. En ningún caso se deben utilizar estructuras de madera cuando la temperatura a la cual van a estar sometidas excede 65°C. Se considera que el diseño se hace con madera aserrada. El diseño con madera rolliza puede ser considerado si se dispone de información de laboratorio que respalde el diseño en ese estado del material. Los resultados de los ensayos de laboratorio, en probetas pequeñas libres de defectos son compatibles con la madera aserrada, no así con la rolliza porque en ésta se incluyen partes del árbol, que no forman parte de las probetas pequeñas libres de defectos, según 21

expresamente se indican en las normas generalmente aceptadas. La información sobre los tableros se encuentra en las normas referentes citadas en la sección 1.4.2. De otro lado se pueden usar piezas estructurales de madera laminada, a condición de disponer información consistente de los adhesivos y de la técnica para la elaboración de las piezas: vigas, columnas, pórticos etc. Debe ponerse énfasis en las uniones de las láminas que conformarán la pieza, a fin de garantizar la continuidad de su resistencia. NOTA: El comportamiento de la madera a la aplicación de los esfuerzos no sigue, en general, la Ley de Hooke, sin embargo para los niveles de solicitación a los que normalmente se la utiliza se puede asumir un comportamiento elástico-lineal. Por lo que se efectuará el diseño en madera se lo con la clásica Teoría Elástica, ya que se cuenta con información, respaldada con investigaciones, de las propiedades Físico-Mecánicas.

2.3.2. Requisitos de diseño Todos los elementos de una estructura deberán ser diseñados, construidos y empalmados para resistir los esfuerzos producidos por las combinaciones de cargas de servicio consignadas en la NEC-SE-CG. El diseño de los elementos de madera debe hacerse por el método de esfuerzos admisibles, que exige como mínimo que: x Los elementos estructurales sean diseñados para que los esfuerzos resultantes de la aplicación de las cargas de servicio sean menores o iguales a los esfuerzos admisibles del material. x Las deformaciones en los elementos con la aplicación de las cargas de servicio sean menores o iguales a las deformaciones admisibles. Sin embargo debe tomarse en cuenta las deformaciones diferidas debido a cargas permanentes, para que la deformación total sea adecuada. Se sintetizan los requisitos de diseño como sigue: Requisitos de resistencia: Esfuerzos aplicados < esfuerzos admisibles ࡱ࢙ࢌ࢛ࢋ࢘ࢠ࢕ ࢇࢊ࢓࢏࢙࢏࢈࢒ࢋ = Donde:

ࡲ࡯ ࢞ ࡲࢀ ࢞ ࡱ࢙ࢌ࢛ࢋ࢘ࢠ࢕ ú࢒࢚࢏࢓࢕ ࡲࡿ ࢞ ࡲࡰ࡯

Factor de reducción por calidad

Factor de reducción por tamaño

Factor de servicio y seguridad

FDC Factor de duración de carga 22

Requisitos de rigidez Deformaciones < Deformaciones admisibles Las deformaciones deben evaluarse para cargas de servicio. Se debe considerar los incrementos de deformación con el tiempo (deformaciones deferidas) por acción de cargas aplicadas continuamente. Se precisa que el modulo de elasticidad es aplicable para elementos de madera en flexión, tracción o compresión paralela a las fibras. NOTA 1: x Esfuerzos y deformaciones admisibles para las maderas del Grupo Andino constan en investigaciones sobre el tema, los valores de esfuerzos admisibles, de deformaciones admisibles y otras propiedades constan en el Manual De Diseño Para Maderas Del Grupo Andino. x No obstante, se puede usar información de otras fuentes como resultado de investigaciones. x Igualmente se recomienda usar la información sobre esfuerzos y deformaciones que constan en la bibliografía especializada y/o de la experiencia de estructuras de madera en servicio. NOTA 2: Al estado actual del conocimiento del material al nivel nacional no permite establecer en la presente versión de la norma el diseño al Estado Límite, por no contar con información confiable que permita una razonable seguridad de las estructuras, debido a la gran cantidad de especies latifoliadas de nuestro medio.

3. La madera: del recurso primario al material de construcción 3.1. El recurso forestal 3.1.1. El recurso forestal nacional 3

Según cálculos estimativos, el Ecuador consume actualmente 5 millones de m /año de madera rolliza para diferentes usos: x Tableros contrachapados, x Muebles, x Construcción en general, x Leña y carbón La fuente principal de abastecimiento es el bosque nativo, que alcanza un 70 % (3.5 millones de m3) y el restante 30 % de plantaciones forestales. Lamentablemente las estadísticas forestales del país son incompletas. Algunas fuentes oficiales expresan que existen aproximadamente tres millones de hectáreas de bosques nativos de producción, pero únicamente un millón de ellas se encuentran al momento accesible. Si se considera que con un aprovechamiento sostenible, de cada hectárea de bosque nativo se 3 puede obtener en promedio 1.5 m anuales, entonces la producción sostenida es de 1.5 millones 3 de m3, con un déficit de 2 millones de m , que son cubiertos con madera de tala ilegal o de la conversión de bosque nativo a actividades agropecuarias. El uso de madera para la construcción debe provenir de bosque nativo manejado sustentablemente, de preferencia de plantaciones forestales, cuyos volúmenes (mínimo 250 3 3 m /ha), son mayores que de bosque nativo (20 a 25 m /ha).

3.1.2. Recurso renovable La madera proviene del recurso forestal (bosque nativo y plantaciones forestales), que tiene un carácter renovable, si se manejan bajo la concepción de sustentabilidad; caso contrario, éste se degrada y puede extinguirse. Adicionalmente, en los bosques primarios existe una amplia variedad de especies forestales potencialmente maderables de las que solo un limitado número han sido estudiadas y de las cuales existe información que permite ser usada en la industria de la construcción. Esta Norma no pretende regular el manejo de los bosques, pero si asegurar el uso de la madera, de procedencia legal, autorizada y supervisada por la autoridad competente.

3.1.3. Manejo forestal sustentable El Departamento Forestal de la FAO tiene como tema de política central para promover en el mundo, el concepto de “Manejo Forestal Sostenible” que implica regular la extracción de acuerdo a 24

la productividad del bosque, sus ciclos productivos y mantención de las condiciones de biodiversidad. Estas medidas son propiciadas por los países desarrollados, principalmente de Europa, lo que tuvo un reconocimiento mundial en la Cumbre de Río en 1992. Los países pertenecientes a la OIMT (Organización Internacional de Maderas Tropicales) tienen compromisos en este mismo sentido. El Banco Mundial y la WWF unen esfuerzos para generar programas con similar objetivo.

3.1.4. Régimen forestal para el aprovechamiento y comercialización de madera El aprovechamiento y comercialización de madera de bosques naturales y plantados, públicos o privados, está regulado por la Ley Forestal y de Conservación de Áreas Naturales y Vida Silvestre y las disposiciones establecidas en el Libro III del Régimen Forestal del Texto Unificado de la Legislación Secundaria (TULAS). Además, el Ministerio del Ambiente ha emitido Normas estableciendo criterios técnicos y administrativos que deben ser considerados para la elaboración y ejecución de planes y programas de aprovechamiento y corta, así como para la comercialización de productos forestales. En la Norma de Procedimientos Administrativos para autorizar el aprovechamiento y corta de madera (Acuerdo Ministerial 139, del 30 de septiembre de 2009), se establecen los requisitos para la elaboración de Planes de Manejo y Programas de Aprovechamiento y Corta, así como los aspectos inherentes a la emisión de la Licencia de Aprovechamiento y Guías de Circulación para la transportación de madera. En la Norma del Sistema de Regencia Forestal (Acuerdo Ministerial 038, del 4 de junio del 2004), se establecen los criterios para el funcionamiento de la regencia y el control de la correcta ejecución de planes y programas a nivel de fincas. En cuanto al manejo forestal y aprovechamiento de madera de bosques nativos se ha emitido la Norma para el Manejo Forestal Sustentable y aprovechamiento de madera del bosque húmedo (Acuerdo Ministerial 039, del 4 de junio del 2004). También se cuenta con la Norma para el Aprovechamiento Forestal Sustentable del bosque seco (Acuerdo Ministerial 244, del 9 de agosto del 2007) y, la Norma para el Manejo Sustentable de los bosques andinos (Acuerdo Ministerial 128, del 18 de octubre del 2006). Para las plantaciones forestales, existe las Normas para Aprovechamiento de Madera en bosques cultivados y de madera en sistemas agroforestales (Acuerdo Ministerial 040, del 4 de junio del 2004). Las Normas establecen diferencias entre los requisitos administrativos y técnicos para aprovechar madera de bosques nativos, y de bosques cultivados. Para los primeros debe elaborase planes de manejo y programas de aprovechamiento y para el segundo, programas de corta (PC). En el caso exclusivo del bosque nativo, para la extracción de madera con arrastre no mecanizado se ha establecido el concepto de Programa de Aprovechamiento Forestal Simplificado (PAFSI) y para la extracción con arrastre mecanizado, el Programa de Aprovechamiento Forestal Sustentable (PAFSU). Adicionalmente, cuando se trata de madera de formaciones pioneras, el aprovechamiento y movilización se realiza en base a un Formulario de Corta (FC). Respecto al Plan de Manejo Integral (PMI), este es un instrumento para la zonificación del uso del suelo en la finca. En base a la aprobación de planes y programas -según el tipo de bosque a aprovechar-, el Ministerio del Ambiente emite la Licencia de Aprovechamiento Forestal como documento que autoriza la corta del árbol. Las guías de movilización se emiten sustentadas en las respectivas licencias de aprovechamiento de un programa aprobado. El transporte de madera desde el bosque 25

hasta el destino final (aserríos, centros de acopio, industria), debe realizarse amparado en la Guía de Movilización, las cuales deben establecer el destino final del producto para facilitar procesos de supervisión de la autoridad ambiental. El régimen forestal prevé que el Ministerio del Ambiente realice controles en los destinos de la madera para garantizar que los productos sean de origen legal. Fuente: Descripción de las Cadenas Productivas de Madera en el Ecuador, Ministerio del Ambiente, Quito, 2011

3.2.

Uso de la madera como material de construcción

3.2.1. Procedencia del material 3

La Autoridad Forestal del Ecuador deberá controlar, en los depósitos e industrias de la madera en todo el país, la procedencia legal de la madera a utilizarse en la construcción de viviendas y otras edificaciones, que utilicen la madera como material estructural, conforme a lo expuesto en la sección 3.1.4.

3.2.2. Establecimientos autorizados La Dirección Nacional Forestal, extenderá la guía de movilización, a los interesados que cumplan con los requisitos previstos. Se destacan los siguientes puntos: x Abastecerse de madera proveniente de Programas de aprovechamiento y de corta, autorizados por el Ministerio del Ambiente, es decir de procedencia legal. x Como mínimo, se deberán demostrar las buenas condiciones del secado de la madera (disposiciones, condiciones, tiempos y adecuación de la especie de la madera para secado natural, o infraestructura de secado al horno), y método y producto de preservación, caso sea necesaria (véase las secciones 3.5 y 3.6). x Estar dispuestos a asumir las responsabilidades civiles y penales que se deriven del uso de materiales defectuosos. Toda persona natural o jurídica, responsable de la construcción de edificaciones con material estructural de madera, deberá proveerse del material, en los establecimientos de comercio de madera estructural, autorizados por la Autoridad Nacional Forestal.

3.2.3. Los proveedores de madera estructural Para el aprovechamiento de bosques productores (extracción de madera en bosques naturales o plantados), se precisa lo siguiente: x A los explotadores de bosques de más de 100 has., se les exige previamente un Plan de Manejo; 3

Dirección Nacional Forestal del Ministerio del Ambiente del Ecuador 26

x A quienes exploten hasta un máximo de 100 has. de bosque, se les exige un Plan de Trabajo. Para ello, el interesado presentará una solicitud a la Autoridad Forestal competente, para la obtención de la Licencia de Aprovechamiento Forestal. Una vez que ya se ha obtenido la Licencia de Aprovechamiento, este documento lo habilita al interesado, para que se le otorgue una Guía de Movilización Primaria, para que pueda transportar la madera, desde el bosque hasta un depósito de madera, un aserradero o una industria; y se obtendrá una Guía de Movilización Secundaria, cuando el interesado tenga que transportar la madera hasta su destino final. En caso de caducidad de la Guía, ésta podrá ser sustituida por otra, previa anulación de la anterior. Los proveedores de madera estructural, deberán entregar a los compradores, una lista de las piezas con sus dimensiones y la certificación de sus productos estructurales, con la siguiente información: x Identificación de la madera (nombre común, nombre científico). x Contenido de humedad de la madera, secada al horno. x Densidad básica promedio (a un contenido de humedad del 12%) y grupo estructural o características mecánicas especificas (en este caso, se indicará la fuente y se justificará su fiabilidad) x Características de durabilidad natural, o retención, penetración, y nombre del preservante utilizado para el caso de maderas que requieran de preservación. x Cumplimiento de la Norma de Clasificación Visual para Madera Estructural.

3.3.

Especificidades del material madera

3.3.1. Generalidades La madera es un material heterogéneo poroso, de origen vegetal, constituido por células muertas, biodegradable, combustible, e higroscópico y anisotrópico.

Figura 14: Protecciรณn de Ia humedad en paredes exteriores

Figura 3: composición del tronco y cortes

3.3.2. Especificidades físicas y mecánicas La madera es un material anisotrópico, y más propiamente ortotrópico, lo cual obliga a tener presente la orientación de las solicitaciones con relación al material: paralela y perpendicular a la fibra. El material de construcción “madera “presenta gran variedad física y mecánica, dependiendo aún para una misma especie, de sus condiciones de crecimiento - relacionadas con la latitud, calidad del suelo y características del clima (altitud, temperatura y precipitación)-, procedencia de bosques nativos o plantados, manejo silvicultural, densidad básica y de los defectos que puede presentar una pieza determinada. Cada pieza es un reflejo de todos los factores que afectaron su crecimiento: anillos de crecimiento, densidad, sentido de la fibra, nudos, depósitos, ataques de hongos e insectos. La madera proveniente de la albura del árbol posee en general, propiedades de resistencia mecánica y de resistencia al ataque de hongos e insectos, menores que la madera de duramen. Por su mismo origen y debido a los procesos de apeo, aserrado, transporte, secado, inmunización y trabajabilidad las piezas de madera pueden presentar diversos defectos que no afectan su resistencia. Para su uso estructural se requiere una clasificación que permita identificar piezas con las propiedades mecánicas deseadas. En algunos países el uso estructural de la madera es muy difundido y se cuenta con una clasificación estructural confiable; en otros, su empleo con estos fines es prácticamente inexistente y es difícil encontrar madera clasificada para fines estructurales. Los valores característicos a considerarse en el marco de la presente norma se encuentran en la 28

Tabla 5 y en la Tabla 6. El impacto de la anisotropía se reduce en la madera contrachapada en el que se forman placas de distinto espesor pegando hojas delgadas con las fibras orientadas en direcciones perpendiculares alternadas.

3.3.3. Relación al agua Una de las especificidades de la madera es su comportamiento respeto al agua. La humedad influye: x Las condiciones de durabilidad de la madera (durabilidad natural o preservación, tal como expuesto en la sección 3.4, y preservación por el diseño, tal como expuesto en la sección 4.3, en particular según el uso futuro de los elementos estructurales de madera, como expuesto en las secciones 3.4.3 y 3.4.5). x Su comportamiento mecánico: variaciones de las propiedades mecánicas, variaciones dimensionales (véase a), facilidad de realización de ciertas uniones, etc. Estas interacciones son esquematizadas en la Figura 15.

3.4.

Humedad

3.4.1. El agua de la madera El contenido de humedad en una pieza de madera, es la relación que existe entre el peso del agua que contiene y su peso en estado seco (anhidro), expresado en porcentaje. La madera contiene agua en dos formas: x Agua libre x Agua ligada o higroscópica. En una madera en estado verde, proveniente de árboles recién cortados, la humedad es superior a 35%. La humedad de la madera en estado verde se presenta de dos maneras: x en las cavidades celulares (agua libre), x en las paredes celulares (agua ligada). Al secarse la madera, las cavidades celulares pierden el agua libre antes que la de las paredes celulares. Cuando las células están vacías y las paredes celulares se hallan saturadas de agua higroscópica, es que la madera ha llegado al denominado “Punto de Saturación de las Fibras” (P.S.F.), que es alrededor del 30% de contenido de humedad. A partir de este porcentaje, empiezan a aparecer los defectos que suele presentar la madera.

3.4.2. Contenido en humedad a. Definición y determinación El contenido de humedad (CH) es el porcentaje en peso que tiene el agua libre más el agua higroscópica con respecto al peso de la madera anhidra. El contenido de humedad es un factor muy importante en el uso de la madera, puesto que de él depende una buena parte de sus propiedades físicas y mecánicas (la Tabla 1.7 del 1.6.2 del Manual de Diseño de la JUNAC presenta las variaciones de las propiedades mecánicas en función de la variación del contenido de humedad) y su estabilidad dimensional (véase la sección 3.4.4) cuando se halla en servicio, así como su resistencia al ataque de hongos e insectos y su mayor o menor facilidad para ser trabajada. Para su cálculo se utiliza la siguiente fórmula: ࡯. ࡴ. % = Donde:

ࡼ. ࢂ. െࡼ. ࡿ. ‫ כ‬૚૙૙ ‫۾‬. ‫܁‬

C.H. Contenido de humedad de la madera (%), P.V. Peso de la madera en estado verde o peso inicial (g), P.S.

Peso de la madera seco el horno o anhidro (g). Humedad de la madera en estado verde

Además, se destaca lo siguiente: x Conviene construir con madera a la humedad de equilibrio, de forma a garantizar la estabilidad dimensional y disminuir los riesgos de ataques biológicos potenciales. x La madera almacenada llega a tener generalmente un contenido de humedad uniforme, o sea que las piezas de mayor contenido disminuyen, mientras que las que están más secas aumentan. x La madera en servicio presenta variaciones de contenido de humedad causadas por los cambios climáticos a los que está expuesta.

b. Variación del porcentaje de humedad x En madera verde, la humedad de la madera varía del 30 al 200 % o más. Normalmente, la albura contiene más humedad que el duramen, pero el duramen de algunas frondosas puede ser también muy húmedo. x En madera secada al aire, la variación de humedad se debe a factores, tales como: diferencia de las condiciones climáticas, tiempo de su apilamiento, posición de la pila y especie maderable.

c. Medición de la humedad Se pueden usar detectores eléctricos para medir la humedad de la madera. Estos aparatos, denominados también higrómetros, sirven para medir de manera rápida y fácil la humedad de una 30

madera y se lo emplea con éxito para el control en las industrias madereras. Si al artefacto se lo emplea correctamente, es una excelente ayuda para el industrial y para el constructor con madera.

3.4.3. Humedad de equilibrio de la madera a. Definición Por ser la madera higroscópica, trata siempre de alcanzar el contenido de humedad de equilibrio del sitio o zona donde se encuentre en servicio. El contenido de humedad de equilibrio de la madera (CHE) es el contenido de humedad que una madera alcanzará si se la deja indefinidamente bajo condiciones de temperatura y humedad relativa constantes. Si una madera está completamente seca y se halla expuesta a un ambiente de humedad relativa y temperatura determinada, las moléculas o partículas de agua del medio ambiente penetran por los espacios existentes en su estructura y quedan retenidas en ellos. Éste proceso continúa hasta que se produce un estado de equilibrio entre las partículas de agua que entran y salen de la madera. Este fenómeno llamado sorción es típico de sólidos con una estructura celular compleja, como es el caso de la madera. Si se mantiene constante la temperatura y varía la humedad relativa del aire, se obtendrá una serie de valores de humedad de la madera que corresponderán a los diferentes equilibrios que se van presentando según los valores cambiantes de la humedad relativa. El poder de higroscopicidad de la madera tiende a disminuir con la elevación de la temperatura. Existe un equilibrio entre el agua ligada y el estado higrotérmico (humedad relativa más temperatura) del medio ambiente, llamado equilibrio higroscópico de la madera.

b. Determinación general del CHE Se puede deducir que para cada condición del medio ambiente existe una cierta cantidad de agua sorbida en la madera y por consiguiente un contenido de humedad en la madera. Así se puede deducir que existe una relación entre los conjuntos de valores de temperatura, humedad relativa y contenido de humedad de la madera que corresponde al Equilibrio de Contenido de Humedad y que se define como la humedad máxima que puede adquirir la madera en un medio ambiente de condiciones higrotérmicas constantes. Toda madera expuesta a condiciones ambientales, aún desde el momento en que se corta el árbol, empieza a perder humedad y se equilibra con el ambiente. Así mismo si el contenido de humedad de una madera está por encima o por debajo del punto de equilibrio perderá o ganará humedad hasta alcanzar dicho punto.

Figura 4: Isotermas de Sorción (fuente: titulo G, NSR 2010)

Se determinará el CHE mediante datos normales del INAMHI (temperatura y humedad relativa anual, y si pertinente mensual), combinadas a la Figura 4 para determinar el CHE de la madera en servicio. En defecto o alternativamente, se podrán utilizar los datos referenciales copilados en el Apéndice 6.1, que permiten determinar el CHE de la madera en varias localidades del ecuador. La densidad es una de las características de la madera que sirve de guía en el Manual de Diseño de la JUNAC para conocer su mayor o menor resistencia. Cuanto más densa o dura es una madera, tanto más difícil es secarla. A un mismo contenido de humedad, las maderas de mayor densidad (densidad básica) requieren de mayor tiempo para secarse y llegar a su contenido de humedad de equilibrio.

3.4.4. Estabilidad dimensional Para lograr la estabilidad dimensional de una madera, es necesario que su humedad sea igual a la humedad de equilibrio correspondiente a las condiciones de temperatura y humedad relativa del aire en el sitio donde se encuentra en servicio. En la práctica, una madera expuesta al aire libre jamás permanece estabilizada a un determinado grado o contenido de humedad, ya que depende de las variaciones de la temperatura y la humedad relativa del ambiente. A cualquier madera se la debería secar hasta un contenido de humedad que equivalga al valor promedio entre el valor mayor y el valor menor (mensuales) de la humedad de equilibrio de un sitio determinado (véase la Figura 4). En el secado al aire libre, la humedad de equilibrio indica la humedad límite a la que se puede llegar utilizando este método de secado. En cambio, en el secado al horno, en el que se pueden cambiar las condiciones de la cámara, se consigue mecánicamente y de manera controlada que el porcentaje de humedad final de la madera puede descender aún más, debajo de la humedad de equilibrio. Véase la sección 3.6.2 para más detalles. 32

a. Coeficiente de contracción El Manual de Diseño de la JUNAC considera las variaciones dimensionales vinculadas a cambios de humedad de la siguiente forma: ࡱ࢕࡯%= Donde:

࡯ࡴࢌ െ ࡯ࡴ࢏ ࢞ࡷ ࡼࡿࡲ

E, C Expansión o contracción CHf

Contenido de humedad final

Chi

Contenido de humedad inicial

PSF Punto de saturación de las fibras (30%) K

Coeficiente de contracción o expansión (total, radial o tangencial, según lo que está calculado); véase la sección 1.3.2 y la tabla 1.3 del Manual de Diseño de la JUNAC

Para disminuir los cambios dimensionales en los elementos de la estructura, se aconseja secar la

madera a un contenido de humedad entre 12 y 15% antes de usarla.

Los diferentes cortes de las piezas pueden influir en las deformaciones se recomienda que las piezas para material estructural presenten de preferencia corte radial. Los detalles constructivos deben permitir a la madera contraerse libremente a medida que se seca.

b. Grado de estabilidad dimensional La relación entre contracción tangencial y contracción radial indica el grado de estabilidad dimensional de la especie: Ced = CT/CR Donde: Ced

Coeficiente de estabilidad dimensional

Contracción tangencial

Contracción radial

Estabilidad

Ced = CT / CR

Muy estable

Menor de 1.5

Estable

1.5 -1.8

Moderadamente estable

1.8 - 2.4

Inestable

Mayor de 2.5

Tabla 3: Relación: Contracción tangencial/contracción radial (fuente: titulo G, NSR 2010)

Para los casos en que el contenido de humedad cambie, entre los periodos de construcción y servicio, se debería tener en cuenta este cambio dimensional.

3.4.5. Madera en servicio Se podrá considerar las siguientes condiciones para evaluar los riesgos relativos al uso de la madera, según sus características de durabilidad natural y su uso: 1. El CHE es escasamente superior a 12% (madera protegida, en espacios poco húmedos, etc.), 2. El CHE es escasamente superior a 20% (madera bajo techo, en espacios ventilados, etc.), 3. El CHE puede superar 20% para tiempos de duración largos.

3.5.

Durabilidad y preservación

3.5.1. Preliminar Se destaca que la durabilidad de las estructuras de madera dependerá de varios factores, que el diseñador deberá tomar en cuenta: x Durabilidad natural de la especie elegida, necesidad de preservación (o no) e impregnabilidad de la misma; x Tipo de uso en servicio, clima y CHE; x Protección por el diseño.

3.5.2. Ataques biológicos La madera por ser un material orgánico y natural, constituido principalmente por celulosa y lignina, si es sometida a ciertas condiciones de humedad, temperatura y oxígeno puede ser degradada. A dichas condiciones ambientales pueden invadir ciertos sectores de la madera, como: x Ataque de hongos xilófagos (pudrición), mohos y hongos cromógenos (atacan la madera con contenido de humedad superior al punto de saturación de las fibras (27 a 32% de CH). x Insectos xilófagos

a. Agentes destructores de la madera Los agentes destructores de la madera son: x Hongos xilófagos: son aquellos capaces de desintegrar las paredes celulares, y por lo tanto, sus características físicas, químicas y mecánicas, ocasionando la pudrición de la madera. x Mancha azul: no genera en sí una pudrición, puesto que no ataca directamente las paredes celulares. Sin embargo, puede ser el inicio de una pudrición verdadera. La mancha azul o azulada como también se la conoce, presupone la presencia de agua o humedad mayor al 24 %.

b. Insectos xilófagos Existe gran variedad de insectos xilófagos, que en forma casi exclusiva atacan la madera. Hacen perforaciones, especialmente en la albura, porque el duramen tiene generalmente una resistencia mayor al ataque y a la penetración. Las perforaciones producidas contribuyen a acelerar el proceso de pudrición ocasionado por esta clase de hongos.

3.5.3. Durabilidad natural La durabilidad natural de la madera depende principalmente de la especie y de la zona del tronco de donde ha sido extraída (clima, suelo, etc.). Generalmente el duramen contiene sustancias tóxicas coma las fenólicas por ejemplo, que rechazan a los agentes biológicos que quieran invadirla. En su estado natural la albura se considera no durable. A fin de determinar la relación que existe entre la durabilidad natural y la tratabilidad de una madera, se han establecido 5 categorías, las cuales se basan en porcentajes de pérdidas de peso por la acción de los hongos. Las 5 categorías de durabilidad natural (determinadas mediantes ensayos de campo), son las siguientes: 1. Altamente resistentes, 2. Resistentes, 3. Moderadamente resistentes, 4. Muy poco resistentes, 5. No resistentes. Se precisa que mediante ensayos de laboratorio, se puede determinar la durabilidad relativa, que clasifica la misma característica tal como sigue: 1. Muy resistentes 2. Resistentes 3. Moderadamente resistentes 35

4. No resistentes 5. Muy susceptibles Las especies de alta durabilidad natural deben ser usadas preferentemente, mas aun en zonas de posible presencia de agua o humedad, y cercanas o en contacta con el suelo. Aquellas de poca durabilidad natural, deben preservarse por métodos reconocidos e indicarse el mantenimiento a seguir posteriormente. Se deben tomar precauciones en el tipo de preservación para madera que va a estar en contacta directo con el hombre o con sus alimentos. Para calificar la durabilidad natural de las especies de madera, se permite usar datos oficiales o producidos mediante investigaciones y ensayos, tales como: x Centro Colombo-Canadiense de la Madera, Sena Regional Antioquia Chocó, Universidad Nacional de Colombia seccional Medellín x Base de datos TROPIX del CIRAD

3.5.4. Preservación Para evitar el ataque de organismos biológicos degradantes, la madera sin durabilidad natural, puede ser tratada mediante la impregnación de sustancias preservantes, y mediante un buen diseño. La durabilidad natural se puede aumentar mediante procedimientos artificiales, mediante un simple secado o por tratamientos preservadores especiales.

a. Preservantes Son sustancias químicas que al aplicarlas adecuadamente en la madera, la hacen resistente al ataque de hongos, insectos y otros agentes de deterioro. La protección se consigue haciendo que la madera se torne venenosa y por lo tanto repelente a los diferentes agentes biológicos de deterioro. Clasificación de los preservantes De acuerdo a su origen o naturaleza, los preservantes para madera se clasifican básicamente en: x Creosotas (ordinaria, liquida, mezclas) x Oleosolubles o orgánicos (pentaclorofenol, pentaclorofenato de sodio, naftenato de cobre o de zinc) x Hidrosolubles o inorgánicos (sal simple, sal doble, multisal tipo CCA o CCB) Preservantes oleosolubles Son de gran toxicidad para los agentes biológicos, y presentan cualidades muy importantes, como: no son corrosivos, tienen gran poder de penetración y no son inflamables una vez que el solvente se ha evaporado.

Preservantes hidrosolubles El agua presenta varias ventajas como solvente para los preservantes de madera. Se destacan su buena penetración en la madera, su ausencia de peligro ante el fuego, y además, no es perjudicial para la salud. Entre los principales preservantes hidrosolubles, se pueden mencionar las sales de C.C.A. Es un compuesto de cobre, cromo y arsénico. Estas sales son muy eficaces en la protección de la madera en contacto directo con el suelo y bajo condiciones de mucha humedad. Sin embargo se debe tener presente su alta toxicidad para seres vivos. Ventajas del CCA: x es tóxico para hongos e insectos; x eventualmente puede tratarse madera en estado húmedo; x el solvente (agua) es barato y no es inflamable; x la madera puede recibir pintura después de tratada; x su aplicación es bastante más rápida en relación a los preservantes oleosos. Puesto la alta toxicidad del producto, se prestará especial atención a las condiciones de reutilización o reciclaje de las maderas tratadas con CCA. En particular, se prohíbe usarla como combustible, o simplemente quemarla. Últimamente, se reemplaza el arsénico por el boro (sales de CCB), porque se ha llegado a determinar, que aquel arsénico, resulta nocivo para la salud humana. Productos caseros ineficientes Existen varios productos caseros que utilizan ciertos madereros y constructores como preservantes de madera, entre los cuales, se encuentran: el aceite quemado, el diesel, incluso la gasolina, y otros, que suelen emplearlos con este fin. Siendo de reconocida ineficiencia, no pueden ser empleados como preservativos de la madera.

b. Métodos de preservación Los procedimientos por osmosis y difusión necesitan que la madera conserve toda la humedad posible para lograr la incorporación de los preservadores salinos. Todos los otros métodos exigen que la madera esté seca, es decir, con un CH entre 15 y 25%. Todos los cortes o perforaciones que se tengan que hacer a la madera, para colocarlas en obra, se deben practicar antes del tratamiento. Cuando se tiene maderas que resultan difíciles de preservar, por ser impermeables, se pueden hacer incisiones superficiales, con máquinas apropiadas, para lograr una penetración lateral aceptable, o una mejor distribución del preservador para formar un verdadero anillo protector. Por Io general, las incisiones se practican en la zona crítica de la madera, es decir, en la zona de empotramiento, que es por donde se inician las pudriciones.

No es raro hacer incisiones a lo largo de toda la pieza de madera que haya mostrado deficiencias en la distribución de los preservadores. En general, los métodos de preservación se pueden dividir en tratamientos sin presión y tratamientos con presión. Métodos sin presión De estos procedimientos, los más conocidos son aquellos en que se aplica el preservante con brocha, por aspersión, por inmersión, y por difusión. x Con brocha y por aspersión. Mediante estos dos procedimientos, apenas una pequeña cantidad del líquido preservativo penetra en la madera. La ligera absorción que ocurre con este tipo de tratamientos, se debe, en parte, a la resistencia natural de la madera a la penetración, pero también influye la escasa cantidad de preservante que realmente aprovecha. x Inmersión prolongada. Este tratamiento se hace en frío. Se lo emplea generalmente, para tratamientos de madera destinada a la elaboración de ventanas, marcos de puerta, vigas y otros trabajos en que no se halle la madera en contacto directo con el suelo. El tratamiento consiste, en sumergir la madera por espacio mínimo de 24 horas, y un máximo de 48 horas, en que, prácticamente, ya no absorbe más. x Inmersión momentánea. La efectividad de este tipo de preservación, es muy limitada y no se recomienda para tratamientos de madera que luego estará en contacto directo con el suelo o expuesta a la intemperie. No obstante, dicho procedimiento se lo ha utilizado satisfactoriamente en tratamientos de ventanas, puertas, marcos y otros trabajos de carpintería. El tratamiento consiste en sumergir la madera dentro del producto preservativo por espacios de tiempo muy cortos, que van desde varios segundos hasta 10 a 15 minutos. Para ello, obviamente, la madera debe estar seca. x Tratamiento por difusión. Este tratamiento tiene como fundamento aprovechar el desplazamiento de la sabia a través de la madera. Para ello se utiliza madera rolliza, preferentemente de pequeño diámetro, recién cortada y descortezada. Uno de los extremos se lo sumerge en un preservante hidrosoluble. Se puede preparar una solución, mezclando 4 Kg de sales en 100 L de agua. Métodos a presión En estos métodos, el preservador se aplica a la madera utilizando presiones distintas a la de la atmosfera dentro de un autoclave Los métodos a presión que se utilizan para impregnar preservantes en la madera al interior de cilindros cerrados herméticamente; básicamente son dos: el de célula llena y el de célula vacía. Son, indudablemente, los más efectivos pero también los más costosos. x De célula llena o de Bethell. Con este tratamiento se trata de retener en la madera la mayor cantidad posible del líquido preservativo, permitiendo de esta manera que se produzca una absorción máxima en el material tratado. x De célula vacía. Con este procedimiento se pretende recuperar parte de la solución inyectada a presión en la madera. Este método da buen resultado cuando se trata de lograr una penetración bastante profunda pero con una escasa absorción final del líquido 38

preservativo. Método Boucherie Es un procedimiento de tratamiento de la madera basado en el reemplazo de la sabia por un preservante hidrosoluble, cuyos componentes tengan similar velocidad de difusión. Como condición principal se requiere que los elementos a tratarse se encuentren en estado verde, es decir, con un contenido de humedad de por lo menos el 30 %, debiéndose mantener la corteza durante el tratamiento. Para el funcionamiento del proceso, se requiere 1 atmósfera de presión, que se la consigue por diferencia de niveles a una altura de aproximadamente 10 metros. La madera rolliza, al momento del tratamiento se la coloca en posición inclinada, a fin de facilitar el desplazamiento del preservante a través de los sistemas de conducción de la sabia. Los elementos van sujetos en su extremo superior, mediante un casquete de caucho.

c. Permeabilidad, impregnabilidad Se recomienda utilizar lo indicado en la sección 2.3.4 del Manual de Diseño de la JUNAC. En relación con la penetración liquida en la madera, se destaca la característica de impregnabilidad. Respecto a este aspecto, se deben distinguir 2 partes de la madera: albura y duramen. La segunda parte es más central, en la cual hubo una reacción biológica que le da otras propiedades de impregnación y de vulnerabilidad ante ataques biológicos, en particular. Clasificación de permeabilidad Para cada parte de la madera, y cada especie, se define una de las siguientes 4 clases de permeabilidad: x Permeables x Moderadamente Permeables x Escasamente Permeables x Impermeables El criterio más importante que debe ser considerado en un tratamiento de preservación, es la cantidad del inmunizante que absorbe la madera y la profundidad a la que penetra. También es necesario considerar, la buena distribución del preservante en toda el área tratada. La absorción o retención del preservante, se la mide, mediante la siguiente fórmula: ࡭࢒ = ࡭࢙ =

ࡼ૚ െ ࡼ૙ ‫ כ‬૚૙૙૙ ࢂ࢖

࡯ (ࡼ૚ െ ࡼ૙ ) ‫ כ‬૚૙ ࢂ࢖

Donde:

Absorción líquida en l/m3

Absorción sólida en kg/m3

Peso antes del tratamiento en kg

Peso después del tratamiento en kg

Volumen de la pieza en m3

Concentración del preservante en % 3

Tipo de absorción

Pentaclorofenol (kg/m )

Sales de CCA (kg/m )

Absorción alta

+ de 150

+ de 200

Absorción moderada

101 a 150

151 a 200

Absorción pobre

51 a 100

101 a 150

Absorción nula

- de 50

- de 100

Tabla 4: Cuadro referencial de escalas de absorción, destinado a la clasificación de las maderas

Clasificación de la madera por su tratamiento Está hecha en función de la absorción y tipo de penetración que se presenta en la madera tratada. En este sentido, se establecen 4 categorías de tratabilidad: 1. Fácil de tratar; 2. Moderadamente tratable; 3. Difícil de tratar; 4. Imposible de tratar.

d. Secado de la madera a preservar La madera que va a ser destinada a tratamientos de preservación, a través de procedimientos, como: a presión, inmersión en frío, requiere de un previo secado hasta alcanzar el contenido de humedad de equilibrio, el que normalmente se encuentra entre el 11 y el 16 % en nuestro medio. Contenidos de humedad mayores al 20 % no son recomendables para este tipo de tratamientos. La práctica más usual para secar madera que se la destina a la construcción (postes, tablas, tablones, etc.) consiste en armar pilas al aire libre, con dos objetivos fundamentales: 1. Reducir al máximo los daños causados por hongos e insectos, 2. Acelerar el proceso de reducción del contenido de humedad.

e. Aspectos económicos de la preservación La preservación de la madera se torna viable siempre y cuando sea ventajosa desde el punto de vista económico. Es necesidad imperiosa que se preserve una madera que va a ponérsela en servicio, lo que contribuirá a aumentar, no solamente su vida útil sino también su resistencia y 40

durabilidad.

3.5.5. Resistencia a la corrosión Las uniones metálicas y otros ensamblajes estructurales deben, si necesario, tener un tratamiento anti-corrosivo.

3.6.

Secado de la madera

3.6.1. Aspectos generales Antes de la construcción, la madera deberá secarse a un contenido de humedad apropiado y tan parecido como sea práctico al contenido de humedad en equilibrio promedio de la región en la cual estará la estructura. Se debe secar la madera hasta un CH% lo más próximo posible al contenido de humedad de equilibrio con el medio ambiente (humedad de servicio). La madera estructural debe tener un CH inferior a 19%. La madera a ser laminada debe tener una humedad de 12%, al momento de ser procesada. El secado puede ser natural (con buenas prácticas de apilado, ventilación, etc.) o artificial (se aconsejan hornos o cámaras de secado). Se recomienda de manera general referirse a las especificaciones y recomendaciones del Manual de Secado publicado por la Junta del Acuerdo de Cartagena (tabla con datos sobre el comportamiento del secado de maderas aptas para construcción, así como una descripción gráfica de los defectos de secado más comunes). La comprobación del contenido de humedad se puede hacer mediante el uso del xilohigrómetro o medidor eléctrico de humedad.

3.6.2. Recomendaciones Recomendaciones para ponerla a una madera en servicio: 1. Si no se sabe de antemano en qué localidad va a ser empleada una determinada madera, la misma deberá ser secada hasta un porcentaje de humedad menor al contenido de humedad de equilibrio que registre esa zona. 2. Prácticamente, toda madera que vaya a ser empleada en interiores (pisos, revestimientos, muebles…), se aconseja secarla al horno. 3. La madera secada al aire es apropiada para ser utilizada en elementos en los que las variaciones dimensionales no sean importantes. 4. La madera verde debe limitarse a ser empleada donde se mantenga un alto grado de humedad, o donde la contracción hubiera sido considerada al momento de realizar el proyecto de una construcción.

4.3.2. Ilustraciones de protección ante la humedad La fuente exclusiva de las siguientes figuras es el Manual de Diseño de la JUNAC.

a. Protección general por diseño

Figura 5: Protección por diseño

b. Cimentaciones

Figura 6: Protecciรณn de la humedad del suelo en uno losa o piso

Figura 7: Protecciรณn de la humedad del suelo en una placa o losa de cimentaciรณn

Figura 8: Protecciรณn de la humedad en pilotes

Figura 9: Protecciรณn de la humedad en columnas en contacte con el piso

c. Acciรณn capilar

Figura 10: Aislamiento de Ia humedad en pilastres

Figura 11: Protecciรณn de la humedad en pisos de modera elevados

d. CondensaciĂłn

Figura 12: Aislamiento de la humedad en entrepiso sobre mure de adobe

Figura 13: Aislomiento de la humedad en entrepĂŽso sobre muro de ladrillo

ESTRUCTURAS

DE BAMBÃ&#x161;

Generalidades

1.1. Antecedentes La información contenida en este capítulo fue elaborada sobre la base del Proyecto Normativo de Guadúa presentado por INBAR (siglas en inglés para la Red Internacional de Bambú y Ratán), bajo la autoría del maestro Jorge Morán Ubidia, arquitecto ecuatoriano referente internacional en la construcción con bambú. INBAR es una organización compuesta por 41 países, de la que Ecuador forma parte y es sede de la oficina de enlace para América Latina. El presente capítulo fue elaborado por un grupo de trabajo liderado por MIDUVI e integrado por representantes técnicos de INBAR, Universidad Católica Santiago de Guayaquil, Universidad Central del Ecuador, Pontificia Universidad Católica del Ecuador, Universidad Tecnológica Equinoccial, Colegio de Arquitectos, y el Gobierno Autónomo Descentralizado de Santo Domingo de los Tsáchilas, entre otras instituciones que revisaron el documento base y realizaron distintos aportes sobre requisitos de calidad, bases para el diseño estructural, diseño y construcción con guadúa. Para la elaboración del presente documento se tomó como referencia la Norma Técnica E 100 Bambú del Ministerio de Vivienda, Construcción y Saneamiento del Perú, y la Norma Sismo Resistente NSR-10 Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente, que se alinea con los procesos que INBAR lidera para la actualización de las ISOS relacionadas con el bambú. De igual forma, como parte del documento se tomó información de tesis de grado desarrolladas por varias universidades ecuatorianas; destacamos la información generada por la Universidad Católica Santiago de Guayaquil, a través de su planta de Investigación de Ecomateriales, que ha desarrollado varios ensayos de caracterización físico mecánica de la Guadua angustifolia Kunth (GaK).

1.2. Preliminar La caña Guadua angustifolia Kunth (GaK) es una de las más de mil doscientas especies de bambú que han sido identificadas en el mundo (Ver Apéndice 1: Estudio de Especies Prioritarias de Bambú del Mundo), es un bambú leñoso que crece en regiones tropicales y sus tallos pueden alcanzar una altura aproximada de 30m. El bambú pertenece a la subfamilia de las gramíneas denominada bambusoideae, y a diferencia de las maderas, éstas presentan un rápido crecimiento y propagación sin que haya necesidad de replantarlo después del aprovechamiento adecuado, lo que representa ventajas productivas y económicas. Los bambúes del género guadúa son endémicos de Centro y Sur América, integrando 32 especies aproximadamente, sin embargo, la Guadua angustifolia Kunth es nativa de Colombia, Ecuador y Perú, aunque en la actualidad otros países han empezado a plantarla por el potencial que posee para su aplicación en diferentes usos (construcción, artesanías, muebles, laminados, entre otros) debido a sus características físicas y mecánicas. Desde la época precolombina la GaK ha sido utilizada como material en la construcción de diferentes estructuras, y hoy en día los testimonios de su durabilidad, son edificaciones aún existentes que fueron construidas hace más de 100 años a lo largo del Eje Cafetero en Colombia, o en ciudades como Guayaquil, Jipijapa y Montecristi en Ecuador; además, en la costa norte del Perú en ciudades como Piura y Tumbes, existe también una larga tradición del uso de la caña guadúa como principal material para la construcción de viviendas. 1

La caña guadúa sobresale entre otras especies de su género por las propiedades estructurales de sus tallos, como la relación peso – resistencia (similar o superior al de algunas maderas), siendo incluso comparado con el acero y con algunas fibras de alta tecnología, considerando que la capacidad para absorber energía y admitir una mayor flexión, hace que esta especie de bambú sea un material ideal para construcciones sismo resistente. Otro aspecto a considerar, es que por las características que posee la GaK como materia prima local y como recurso renovable, ofrece la posibilidad de bajar la huella ecológica de las edificaciones, lo que resulta importante para uno de los sectores industriales más contaminantes del planeta.

1.3. Definiciones Para efectos de aplicación de este capítulo, se adoptaron algunas definiciones técnicas. En caso de usar otros términos o conceptos de cálculo, estos deben ser los reconocidos en el campo de diseño de estructuras por organismos nacionales o internacionales de normalización. Abrasivo: Producto sólido o líquido que desgasta una superficie. Acabado: Estado final, natural o artificial, en la superficie de una pieza de madera o Guadúa. Estado final del recubrimiento o enlucido. Acción conjunta: Participación de varios elementos estructurales con separación no mayor a 600 mm para soportar una carga o sistema de cargas. Afirmado: (material de mejoramiento, recebo compactado) Material granular seleccionado de relleno, que se coloca entre el suelo natural y el entrepiso. Este material debe compactarse en forma adecuada. Alféizar: Muro que constituye el hueco inferior de una ventana; generalmente sólo se dice del horizontal que sirve de coronación del antepecho. Apeo: Acción y efecto de apear (ǁ sostener un edificio). Armazón, madero o fábrica con que se apea el todo o parte de un edificio, construcción o terreno. Arandela: Pieza metálica en forma de corona, utilizada en uniones empernadas para repartir la fuerza en un área mayor. Sinónimo de rodela. Aspectos morfológicos: Aspectos visuales como forma, color y otros detalles. Aserrado: Proceso mediante el cual se corta una troza (un tronco) para obtener piezas de madera de sección transversal cuadrada o rectangular. Avinagrado: Proceso que consiste en dejar el culmo recién cortado, durante al menos 6 días, sobre el tocón para que de forma natural libere los líquidos contenidos en el mismo. Basa: Segundo segmento del culmo de GaK, a continuación de la cepa, con una longitud entre 4 y 6 m. Basal: Situado en la base de una formación orgánica o de una construcción. Boucherie: Sistema de inmunización de la GaK por presión. Cabio: Vigueta de cubierta puesta en el sentido de la pendiente, también se le conoce con el nombre de alfarda. Caña picada: (esterilla en Colombia, caña chancada en Perú) Estera que se forma después de realizar incisiones longitudinales al culmo de GaK en estado verde y de abrirla en forma plana. 2

Carrera: Solera superior que corona una estructura de muros, también se le llama solera superior. Celulosa: Polisacárido que forma la pared de las células vegetales y es el componente fundamental del papel. Cepa: Primer segmento basal del culmo de guadúa con longitudes que fluctúan entre 3 a 4 m; es la parte de la guadúa que presenta el mayor diámetro y el mayor espesor de pared. Cercha: Elemento estructural reticulado destinado a recibir y trasladar a los muros portantes las cargas de cubierta. Tiene una función equivalente a la de una correa o vigueta de cubierta. Cimentación: Entramado (malla o retícula) de vigas de hormigón reforzado que transfiere las cargas de la superestructura al suelo. Colector solar: Mecanismo o sistema diseñado para absorber las radiaciones solares y transformar esa energía en calor. Columna en Guadúa: Pieza, generalmente vertical, cuyo trabajo principal es a compresión. Conicidad: Diferencia de los promedios de los diámetros en los extremos del culmo de bambú Guadúa, dividida por la longitud entre ellos. Contracción: Reducción de las dimensiones de una pieza de madera o guadúa causada por la disminución del contenido de humedad. Contrapiso: (o losa base) Elemento de hormigón o mortero con arena o grava colocado sobre material de afirmado y que sirve de soporte al piso acabado. Correa: Elemento horizontal componente de la estructura de la cubierta, también se le conoce como vigueta de cubierta o tirante. Cuadrante: Elemento que se pone diagonalmente para conformar una forma triangular cerrada en las esquinas de entrepisos y cubiertas, para limitar la deformación, en su propio plano, de los diafragmas. Culata: Parte del muro que configura el espacio entre la cubierta y los dinteles y que remata con la pendiente de la cubierta. También se denomina cuchilla. Culmo: Tallo del bambú, formado por nudos y entrenudos, que emerge del rizoma; es el equivalente al tallo de un árbol. Dermis o Tripa: parte blanda del Bambú. Diafragmas interiores del culmo: Tabiques o membranas interiores del tallo de bambú ubicados a la altura de cada uno de los nudos. Diafragma: Elemento estructural (entrepiso o cubierta) que reparte las fuerzas inerciales laterales a los elementos verticales del sistema de resistencia sísmica (muros). Distancia eje a eje: Distancia del eje de un elemento al eje del elemento adyacente, por ejemplo, distancia entre viguetas o entre pies derechos. Densidad básica (DB): Cociente entre la masa en estado anhidro (guadúa seca al horno) y el volumen de la guadúa en estado verde (VV). Distancia al extremo: Distancia del centro de un elemento de unión (conector) a la punta de la pieza de Guadúa. Elementos especiales de cimentación: Son elementos atípicos en este título y que resuelven de manera particular problemas específicos de una construcción en su cimentación tales como pilotes, micropilotes, realces, muros de contención y plataformas de suelo mejorado. 3

Elementos suplementarios de cimentación: Son elementos que complementan el trabajo de la cimentación en su función de transferencia de cargas hacia el suelo, tales como elementos de cierre de los anillos en la malla, elementos de estabilidad de elementos medianeros, etc. Endémico: Propio, nativo u originario de un lugar. Enlucido: (pañete, revoque) Mortero de acabado para la superficie de un muro. También se denomina mortero de alisado. Entramado: Sistema estructural primario de los muros de bahareque, corresponde a marcos hechos de bambú guadúa o de una combinación de bambú guadúa con madera. Entrenudo: Porción del culmo comprendida entre dos nudos; también se le conoce como canuto o cañuto, su longitud varia a lo largo del culmo y se va incrementado en el entrenudo subsiguiente de la parte alta. Epidermis: Piel o parte externa del culmo. Fibra: Células alargadas con extremos puntiagudos y casi siempre con paredes gruesas. GaK: Guadua angustifolia Kunth. Gramíneo: Dicho de una planta. Del grupo de las angiospermas monocotiledóneas, con tallo cilíndrico, comúnmente hueco, interrumpido de trecho en trecho por nudos llenos, hojas alternas que nacen de estos nudos y abrazan el tallo, flores muy sencillas, dispuestas en espigas o en panojas, y grano seco cubierto por las escamas de la flor. Higrómetro: Instrumento que sirve para determinar la humedad. Higroscópico: Que tiene la Propiedad de algunas sustancias de absorber y exhalar la humedad según el medio en que se encuentran. Hinchamiento: Aumento de las dimensiones de una pieza de madera o bambú guadúa por causa del incremento de su contenido de humedad. Hoja caulinar: Hoja triangular, que protege temporalmente las yemas del culmo durante los primeros seis meses. Hormigón ciclópeo: Hormigón con adición de agregado de tamaños mayores al corriente (sobretamaño). Horcón: Madero vertical que en las casas rústicas sirve, a modo de columna, para sostener las vigas o los aleros del tejado. Lignina: Sustancia natural que forma parte de la pared celular de muchas células vegetales, a las cuales da dureza y resistencia Líquenes: Organismo resultante de la simbiosis de hongos con algas unicelulares, que crece en sitios húmedos, extendiéndose sobre las rocas o las cortezas de los árboles en forma de hojuelas o costras grises, pardas, amarillas o rojizas. Madera y/o guadúa tratada o preservada: Sometida a algún tipo de procedimiento, natural o químico, con el objeto de extraerle humedad y/o inmunizarla contra el ataque de insectos o pudrición. Malla expandida: Malla que no se basa en tejer o en soldar alambres, sino que resulta de expandir una lámina metálica troquelada y perforada, también conocida como malla venada. Malla con vena estructural: Malla fabricada a partir de lámina expandida y troquelada, con resaltes continuos que la hacen autoportante. Malla de gallinero: Malla de alambre trenzado con agujeros hexagonales con aberturas no superiores a 25.4 mm. 4

Micrón: (micra) Unidad de longitud equivalente a la millonésima parte del metro (0,001 mm). Mortero: Mezcla de arena, cemento y agua, que para efectos de este Capítulo es utilizada para llenar los entrenudos en conexiones empernadas, también se utiliza para pegar ladrillos y enlucir muros o techos. Muerte Descendente: Proceso en el cual La planta empieza a secarse, por acción de microorganismos, desde la parte alta de la guadúa hacia abajo. Muro: Elemento laminar vertical que soporta los diafragmas horizontales y transfiere cargas a las cimentaciones. Muros de carga: Son muros que además de su peso propio llevan otras cargas verticales provenientes del entrepiso y de la cubierta. Estos muros deben estar amarrados al diafragma y deben tener continuidad vertical. Muros de rigidez: Son muros que sirven para resistir las fuerzas laterales en cada dirección principal de la edificación. Cuando son transversales a los muros de carga, sirven adicionalmente para reducir la esbeltez de estos. Estos muros deben estar amarrados al diafragma y deben tener continuidad vertical. Muros divisorios: (tabiques) Son muros que no llevan más carga que su peso propio, no cumplen ninguna función estructural para cargas verticales u horizontales y por lo tanto pueden ser removidos sin comprometer la seguridad estructural del conjunto. No obstante, deben estar adheridos en su parte superior al sistema estructural, con el fin de evitar su vuelco ante la ocurrencia de un sismo. Nudo: Parte del culmo de la Guadúa, donde las fibras se entrecruzan. Pandeo: En la construcción, flexión de una viga, provocada por una compresión lateral. Pie de amigo: Elementos oblicuos que transfieren cargas desde elementos horizontales a los elementos verticales. Pie-derecho: (montante) Elemento vertical que trabaja a compresión. Piezas verticales de los entramados o muros de corte, en muros de bahareque generalmente son de bambú guadúa y/o madera. Preservación: Tratamiento para prevenir o contrarrestar la acción de organismos destructores de la guadúa o la madera, como insectos y hongos. Preservante: Sustancia química que se aplica para prevenir o contrarrestar por un periodo de tiempo, la acción de alguno o varios tipos de organismos capaces de destruir o afectar la madera o el bambú Guadúa. Preservantes hidrosolubles: Preservantes que pueden disolverse en agua. Preservantes oleo solubles: Preservantes solubles en solventes oleosos derivados del petróleo. Pudrición: Este tipo de defecto corresponde a la descomposición de los culmos de guadúa por ataque de agentes biológicos o humedad, que producen cambios en su apariencia, color y propiedades físicas y mecánicas. Retiro: Espacio obligatorio entre construcción y el límite del lote o entre dos construcciones. Recubrimiento: Vaciado suplementario sobre una placa prefabricada que beneficia su trabajo como diafragma. Recubrimiento de muros de bahareque encementado: Material que conforma las caras de un muro. 5

Riostra: Elemento que limita la deformación de una estructura o de componentes de una estructura, generalmente se ponen en las esquinas de los muros en ángulos que van de los 30° a los 60°, pueden ser de bambú, madera o metálicas. Rodela: (arandela) Pieza generalmente circular, fina y perforada, que se usa para mantener apretados una tuerca o un tornillo, asegurar el cierre hermético de una junta o evitar el roce entre dos piezas. Rolliza/o: Estado cilíndrico natural de los tallos de guadúa o madera. Ruma: Gran cantidad de elementos (Culmos de Bambú) dispuestos con orden unos sobre otros. Secado: Proceso natural o artificial mediante el cual se reduce el contenido de humedad de la madera o Guadúa. Sección transversal: Aquella sección que resulta de cortar una guadúa en sentido perpendicular a las fibras. Sílice: Mineral formado por silicio y oxígeno. Si es anhidro, forma el cuarzo, y si está hidratado, el ópalo. Sismorresistente: Construido para resistir terremotos. Sistema radicular: Raíces o rizomas. Sobrebasa: Tercer segmento del culmo de Guadúa, localizado a continuación de la basa con longitudes hasta de 4 m. Solera: En muros de bahareque encementado, es el elemento horizontal que sirve de base a la estructura de un muro e integra las cargas de los pié-derechos. Tocón: Porción inferior de un tallo de árbol o bambú que queda en el terreno luego de ser cortado. Tuerca: Complemento metálico, generalmente hexagonal, provisto de cabeza y rosca helicoidal incorporada. Varillón: Segmento terminal del culmo de Guadúa, localizado a continuación de la sobrebasa, con longitudes hasta de 4 m. Se utiliza tradicionalmente en cubiertas como soporte de tejas de barro. Viga: Pieza cuyo trabajo principal es la flexión. Viga de sección compuesta: Viga conformada por dos o más culmos de guadúa conectadas entre sí por medio de pernos o varilla roscada. Viga en Guadúa: Pieza, generalmente horizontal, cuyo trabajo principal es a flexión. Vigueta: Elemento estructural secundario de la cubierta o entrepiso, que trabaja a flexión y cortante. Xilófagos: Insectos que roen la madera y el bambú. Hacen que pierda sus características para ser usado como elemento estructural o de construcción. Zuncho: Abrazadera metálica que envuelve la circunferencia de la Guadúa.

1.4. Simbología 1.4.1. Unidades Se emplearán las unidades del Sistema Internacional (S.I.) de acuerdo con la Norma NTE INEN-ISO 80000-1:2014 CANTIDADES Y UNIDADES – PARTE 1: GENERALIDADES (ISO 80000-1:2009, IDT). Para el cálculo se utilizarán las siguientes unidades: 

Altura y Distancia: m (metro) o mm (milímetro).



Diámetro: mm (milímetro) o ” (pulgada).



Área: m² (metro cuadrado) o mm² (milímetro cuadrado).



Temperatura: °C (grados centígrados).



Momento de Inercia: mm 4 (milímetro a la cuarta).



Fuerza y Carga: N (newton), kN (kilonewton) o kN/m² (kilonewton por metro cuadrado).



Masa: kg (kilogramo).



Momento: kN/m (kilonewton por metro).



Presión: Pa (pascal) o N/m² (newton por metro cuadrado).



Resistencia: kPa (kilopascal) o MPa (megapascal).



Velocidad: m/s (metro por segundo) o mm/min (milímetro por minuto).

1.4.2. Abreviaciones 

GaK

Guadua angustifolia Kunth



Contenido de humedad



Humedad de equilibrio



EPS

Espesor de Película Seca



INBAR

International Network for Bambú and Ratán Red Internacional de Bambú y Ratán



MAGAP

Ministerio de Agricultura, Ganadería, Acuacultura y Pesca.



MAE

Ministerio del Ambiente.



MIDUVI

Ministerio de Desarrollo Urbano y Vivienda.

1.4.3. Simbología de Fórmulas Símbolo

Definición Porcentaje de conicidad de la pieza en %

D+

Diámetro mayor en mm 7

D-

Diámetro menor en mm

Longitud de la pieza de guadúa

║

Compresión paralela al eje longitudinal.

┴

Compresión perpendicular al eje longitudinal. Valor característico en la solicitación i

Valor promedio de los datos de las pruebas de laboratorio

Desviación estándar de los datos de las pruebas de laboratorio

Número de ensayos

Subíndice que depende del tipo de solicitación Esfuerzo admisible en la solicitación i

Factor de reducción por calidad tomando en cuenta las diferencias entre las condiciones de los ensayos en el laboratorio y las condiciones reales de las cargas aplicadas a la estructura. Factor de servicio y seguridad tomando en cuenta varias incertidumbres como los defectos no detectados, posibles variaciones en las propiedades del material, entre otros.

FDC

Factor de duración de la carga tomando en cuenta los esfuerzos de rotura de la caña guadúa angustifolia. Coeficiente de modificación por duración de carga Coeficiente de modificación por contenido de humedad Coeficiente de modificación por temperatura Coeficiente de modificación por estabilidad lateral de vigas Coeficiente de modificación por forma Coeficiente de modificación por redistribución de cargas, acción conjunta Coeficiente de modificación por estabilidad de columnas Coeficiente de modificación por cortante Esfuerzo admisible modificado para la solicitación i

Área neta de la sección transversal de guadúa Diámetro exterior de la pared de la guadúa 8

Espesor de la pared de la guadúa Esfuerzo a flexión actuante

Momento actuante sobre el elemento Esfuerzo admisible

Módulo de Sección

Inercia de la sección.

Área para el i-ésimo culmo.

Distancia entre el centroide del conjunto de culmos (sección compuesta) y el centroide del i-ésimo culmo.

La inercia individual de cada culmo referida a su propio centroide. Esfuerzo cortante paralelo a las fibras actuante Esfuerzo admisible para corte paralelo a las fibras, modificado por los coeficientes a que haya lugar.

Fuerza cortante en la sección considerada

Espaciamiento entre conectores de vigas compuestas Luz de viga

Máximo cortante en la viga Esfuerzo actuante en compresión perpendicular a la fibra Esfuerzo admisible en compresión perpendicular a la fibra, modificado por los coeficientes a que haya lugar.

Fuerza aplicada en el sentido perpendicular a las fibras Esfuerzo a tracción actuante Esfuerzo de tracción admisible, modificado por los coeficientes a que haya lugar Área neta del elemento Longitud no soportada lateralmente del elemento Coeficiente de longitud efectiva, según las restricciones en los apoyos Longitud efectiva 9

relación esbeltez del elemento

radio de giro de la sección Esfuerzo admisible en compresión paralela a las fibras Módulo de elasticidad percentil 5% Esfuerzo de compresión paralela a la fibra actuante

Fuerza de compresión paralela a la fibra actuante Esbeltez que marca el límite entre columnas intermedias y largas Esfuerzo de tracción admisible, modificado por los coeficientes a que haya lugar Coeficiente de magnificación de momentos Carga de compresión actuante Carga crítica de Euler

1.5. Marco normativo y referencias Los siguientes documentos, en su totalidad o en parte, son referidos en este documento y son indispensables para su aplicación. Para referencias fechadas, solamente aplica la edición citada. Para referencias sin fecha, aplica la última edición del documento de referencia, incluyendo cualquier enmienda:

1.5.1. Normas y estándares internacionales  NTE INEN-ISO 80000-1:2014 Cantidades y Unidades – Parte 1: Generalidades (ISO 800001:2009, IDT),  ISO 22156: 2004 Bamboo - Structural Design.  ISO/22157-1: 2004 Bamboo – Determination of physical and mechanical properties - Part 1: Requirements.  ISO/22157-2: 2004 Bamboo – Determination of physical and mechanical properties – Part 2: Laboratory manual.  Norma Técnica E 100 Bambú, Ministerio de Vivienda, Construcción y Saneamiento del Perú, 2009.  NTP341.026:1970 Barras de Acero al Carbono Laminadas en Caliente para Tuercas.  NTP341.028:1270 Barras de Acero al Carbono Laminadas en Caliente para Pernos y Tornillos Formados en Caliente.

 Norma Sismo Resistente NSR-10 Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente: -

Capítulo G.12 — “Estructuras de Guadúa”

Capítulo E.7 — “Bahareque encementado”,

Capítulo E.8 — “Entrepisos y uniones en bahareque encementado”,

Capítulo E.9 — “Cubiertas para construcción en bahareque encementado”

Titulo E — “Casas de uno y dos pisos”

 Norma Técnica Colombiana: -

NTC 5300 Cosecha y post cosecha del culmo de Guadua angustifolia Kunth, NTC 5301 Preservación y secado del culmo de Guadua angustifolia Kunth,

NTC 5407 Uniones de estructuras de Guadua angustifolia Kunth,

NTC 5525 Métodos de ensayo para determinar las propiedades físicas y mecánicas de la Guadua angustifolia Kunth, publicadas por el Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación ICONTEC.

 INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMALIZACIÓN Y CERTIFICACIÓN. Preservación y secado del culmo de Guadua angustifolia Kunth. NTC 5301. Bogotá D.C.  INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMALIZACIÓN Y CERTIFICACIÓN. Uniones de estructuras con Guadua angustifolia Kunth. NTC 5407. Bogotá D.C.  INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMALIZACIÓN Y CERTIFICACIÓN. Métodos de ensayo para determinar las propiedades físicas y mecánicas de la Guadua angustifolia Kunth. NTC 5525. Bogotá D.C.  ASOCIACIÓN COLOMBIANA DE INGENIERÍA SÍSMICA. Reglamento colombiano de Construcción Sismorresistente NSR-10, Titulo E, Casas de uno y dos pisos y Titulo G estructuras de madera, estructuras de Guadúa. Bogotá D.C. 2010.

1.5.2. Norma Ecuatoriana de la Construcción  NEC-SE-CG: Cargas (no sísmicas).  NEC-SE-DS: Peligro sísmico y requisitos de diseño sismorresistente.  NEC-SE-RE: Riesgo sísmico, evaluación, y rehabilitación de estructuras.  NEC-SE-GC: Geotecnia y diseño de cimentaciones.  NEC-SE-HM: Estructuras de hormigón armado.  NEC-SE-AC: Estructuras de acero.  NEC-SE-MP: Estructuras de mampostería estructural.  NEC-SE-MD: Estructuras de madera.  NEC-SE-VIVIENDA: Viviendas de hasta 2 pisos con luces de hasta 5m.  NEC-DR-BE: Viviendas de bahareque encementado de uno y dos pisos.

1.5.3. Documentos de investigación (Repositorios Académicos)  CALVA, L., Diseño de un Modelo de Vivienda Ecológica con Bambú para la Zona Rural de Yantzaza. Universidad Nacional de Loja. Ecuador.2015.  COBOS, J., y LEÓN, A., Propiedades Físicas-Mecánicas de la Guadua Angustifolia Kunth y Aplicación al Diseño de Baterías Sanitarias del IASA II. Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE, Sangolquí Ecuador. 2007.  CÓRDOBA, P., Obtención de las propiedades mecánicas y estructurales de la Caña Guadua angustifolia Kunth del Ecuador. Universidad Católica de Santiago de Guayaquil. Ecuador. 2007. Guayaquil Ecuador. 2014.  GUTIÉRREZ, S., Uniones Estructurales con Bambú (Guadua Angustifolia). Universidad Nacional de Ingeniería. Perú. 2010.  LUNA, P., TAKEUCHI, C., GRANADOS, G., LAMUS, F., y LOZANO, J., Metodología de Diseño de Estructuras en Guadua Angustifolia como Material Estructural por el Método de Esfuerzos Admisibles. Universidad Nacional de Colombia. Bogotá D.C. 2011.  MENDOZA, J., ROSALES, J., Uso de la Caña Guadua en la Vivienda Modular. Universidad de Cuenca. Ecuador.2014.  MUIRRAGUI, A., El Uso de la Guadua como Madera Alternativa para la Construcción y su Aplicación en la Elaboración de Tablas para Encofrado. Escuela Superior Politécnica del Litoral. Ecuador.2011.  PRIETO, R., Optimización de Unión en Guadua ante Solicitación de Fuerza Sísmica. Universidad Industrial de Santander. Bucaramanga Colombia. 2004.  VÁSCONEZ, M., Rolando, J., Diseño de puentes peatonales utilizando caña guadúa como elemento de construcción. Escuela Superior Politécnica del Litoral. Ecuador.2005.

1.5.4. Otras referencias citadas  Junta del acuerdo de Cartagena PDAT – REFORT, Manual de Diseño para maderas del grupo andino, 1984  MONTOYA, J., Investigación Tecnológica para la evaluación de métodos de preservación de la Guadua. Colombia 2002.  MONTOYA, J., OROZCO, C., Secado Solar y Convencional de la Guadúa angustifolia. Scientia Et Technica, vol. XI, p.133 - 137. Universidad Tecnológica de Pereira. Colombia 2005.  MONTOYA, J., Procedimientos de secado de la especie de bambú Guadua angustifolia bajo condiciones tropicales. Colombia 2006.  MONTOYA, J., GONZALES, H., BEDOYA, J., Resultados de ensayos a flexión en muestras de bambú de la especie Guadua angustifolia Kunth. Scientia Et Technica, vol. 35, p.503– 508. Universidad Tecnológica de Pereira. Colombia 2007.  MONTOYA, J., GONZALES, H., Evaluación de Métodos para la Preservación de la Guadua angustifolia Kunth. Scientia Et Technica, vol. XIV, núm. 38, pp. 443-448. Universidad Tecnológica de Pereira. Colombia 2008.  UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA, SEDE BOGOTÁ. Guías de diseño para estructuras de Guadua angustifolia Kunth. 12

 LONDOÑO, X., Identificación Taxonómica de los Bambúes de la Región Noroccidental del Perú. Perú 2010.  CAMARGO, J., Guía para silvicultura de guaduales naturales. Universidad Tecnológica de Pereira, Facultad de Ciencias Ambientales. Colombia 2004.  CAMARGO, J., RODRÍGUEZ, A., SUAREZ, J., Determinación en campo de la madurez de culmos de guadua angustifolia en el Eje Cafetero de Colombia. Costa Rica. Recursos Naturales Y Ambiente. Centro Agronómico Tropical de Investigación y Enseñanza Catie. 2010  CAMARGO, J., GARCÍA, J., Condiciones de la calidad de guadua angustifolia para satisfacer las necesidades del mercado en el Eje Cafetero de Colombia. Costa Rica. Recursos Naturales Y Ambiente. Centro Agronómico Tropical de Investigación y Enseñanza Catie. 2010.  CAMARGO, J., MOSQUERA, O., Concentraciones de una solución preservante a base de ácido bórico y bórax. Evaluación en culmos de Guadua angustifolia. Costa Rica. Recursos Naturales Y Ambiente. Centro Agronómico Tropical de Investigación y Enseñanza Catie. 2012.  CAMARGO, J., GARCÍA, J., MORALES, T., Bases para la planificación y manejo silvicultural de bosques de Guadua: Una aplicación a nivel de finca en la Zona Cafetera de Colombia. Colombia. 2007.  LÓPEZ, L., Estudio Exploratorio de los Laminados de Bambú Guadua Angustifolia como Material Estructural, Universidad de los Andes. Colombia 2004

Campo de aplicación

Esta norma está dirigida al diseño estructural de edificaciones con Guadua angustifolia Kunth (GaK) y otros bambúes de similares características físico – mecánicas (Ver Apéndice 2: Especies Nativas de Bambú en el Ecuador), de hasta dos niveles o pisos, para el diseño de vivienda, equipamientos en general y estructuras de soporte a infraestructuras, con cargas vivas máximas repartidas de hasta 2,0 kN/m2. Se requerirá de diseño estructural, en los siguientes casos: 

Proyectos de una planta con luces mayores a 3 m.



Edificaciones con superficies mayores a 200 m 2.



Tipologías arquitectónicas como vivienda o equipamiento, cuyo modelo será replicado en más de 15 unidades o más de 3000 m 2 de área construida.

Las recomendaciones mínimas establecidas en esta norma pueden usarse tanto para proyectos de estructuras diseñadas íntegramente en Guadua como para estructuras mixtas. Los requisitos aquí expuestos son de índole general y están dirigidos a todos los profesionales de la ingeniería, arquitectura o profesiones afines, siempre y cuando se sigan correctamente los requerimientos presentados en esta norma. Para construcciones de vivienda de hasta dos pisos en bahareque encementado, no se requiere de diseño estructural, siempre y cuando se apliquen los requerimientos expuestos en el documento reconocido NEC-DR-BE.

Requisitos de calidad para guadúa estructural

La primera parte de esta sección, desde el punto 3.1 hasta el punto 3.8 está dirigida a los productores, proveedores y expendedores del material, ya que se detallan los cuidados que deben tenerse con la GaK, desde la plantación hasta la comercialización (identificación, selección, corte, avinagrado, apeo, corte de ramas, transporte, limpieza, preservación, secado y almacenamiento) para garantizar su calidad. La segunda parte de esta sección, el punto 3.9, está dirigida a los profesionales encargados del diseño y construcción con GaK, ya que se indican las características generales que deben cumplir los culmos antes de ser utilizados como material de construcción.

3.1. Identificación de la GaK La identificación de los culmos idóneos para la construcción en la plantación de GaK, se debe realizar considerando las siguientes características y aspectos morfológicos que la diferencian de otras especies de bambú: a) Cuando tierno, el culmo de GaK es de color verde claro con franjas blancas en las proximidades de los nudos. 14

b) La GaK presenta espinas en las ramas. c) La hoja caulinar de la GaK es de forma triangular, tiene líneas rectas que asemejan la punta de una lanza, y en la parte inmediata a su vértice posee un triángulo de textura y color diferentes al resto de la hoja.

3.2. Selección de los Culmos de GaK en la plantación Los productores de GaK deben llevar un control de la edad de cada culmo en las plantaciones, la composición ideal de tallos en un bosque de bambú, es de aproximadamente un 10% de brotes, un 30% de tallos jóvenes y un 60% de tallos maduros. Adicionalmente, los culmos que tienen una edad entre 4 y 6 años, tienen varios signos visibles que indican su madurez: a) Color verde oscuro, cuyas bandas blancas en los nudos son apenas perceptibles. b) Manchas espaciadas de líquenes en el culmo, en forma de motas de color blanquecino que son indicativos de que es un culmo maduro y apto para su aprovechamiento en la construcción. Si carece de estas manchas, es indicativo de que es un culmo no maduro, no apto para construcción. c) Si el culmo está totalmente cubierto de líquenes, y es de color blanquecino-amarillento, es indicativo de que es un culmo viejo o sobre maduro, no apto para ser usado en construcción, por no tener la misma resistencia físico - mecánica que un culmo en estado óptimo de madurez. d) Los culmos con agujeros producidos por aves e insectos, o que presenten muerte descendente (cuando la planta empieza a secarse desde la parte alta de la guadua hacia abajo) serán desechados.

3.3. Corte de Culmos y Ramas Una vez seleccionados los culmos de GaK que pueden ser aprovechados para la construcción, para realizar un corte adecuado y optimizar el aprovechamiento de este recurso, es necesario tener en cuenta los siguientes aspectos: a)

Los culmos maduros seleccionados, serán cortados a ras del primer nudo inferior, con el fin de evitar que en el tocón se acumule agua y prevenir la pudrición del sistema radicular de la planta.

Después del corte, se procederá al apeo o tumbado del culmo, evitando que éste, en su caída, se reviente, fisure o rompa. Se recomienda usar un horcón u horqueta, que permita el apeo con caída segura del culmo, si las condiciones lo requieren.

El corte de ramas será realizado con machete o sierra, cortando desde el ángulo inferior que forma cada rama con el culmo hacia la parte superior, para evitar el desgarramiento de las fibras del culmo.

Se procederá a la extracción de los culmos, cuidando que sus extremos no se deterioren por el arrastre.

El corte y selección de culmos se lo realizará de acuerdo a los estándares comerciales o requerimientos y especificaciones técnicas del constructor, tanto en longitud como en diámetro, siempre y cuando cumpla con lo mencionado anteriormente.

3.4. Transporte de los Culmos Luego de que los culmos de GaK han pasado por el proceso de corte, es necesario que estos sean transportados adecuadamente para evitar daños importantes en su estructura, por ello se debe considerar lo siguiente: a) El transporte del material a la zona de preservación y secado, se realizará mediante vehículos cuya longitud de carga sea igual o mayor a la longitud de corte de los culmos (6 m, 9 m, 12 m). b) En el caso de usar transportes de plataforma, éstos llevarán estacas de seguridad fijadas a la plataforma que impidan el desplazamiento de los culmos. c) Durante el embarque, movilización y desembarque se evitará todo tipo de impacto que afecte al material. d) Debe evitarse sobrecargar los culmos durante el transporte y almacenamiento. Se apilarán en rumas hasta una altura de 2.0 m, procurando que los culmos de mayor diámetro se coloquen en la parte inferior del transporte para evitar aplastamientos. e) La disposición de la GaK será por capas horizontales, alternando en una capa la parte basal y en otra las de menor diámetro, para que la presión de los culmos sea uniforme. f) El trasporte de los culmos mediante el empleo de vehículos, cumplirá con las regulaciones establecidas por los Ministerios competentes (MAGAP y MAE) y la Ley Orgánica de Transporte Terrestre, Tránsito y Seguridad Vial.

3.5. Preservación de la GaK La preservación es el procedimiento mediante el cual los culmos de GaK se someten a un proceso que garantice su protección y conservación, para evitar con ello que sufran daños por acción de factores bióticos (xilófagos o similares) que destruyan o afecten las características físico-mecánicas de los elementos constructivos de GaK. a) La GaK es un material orgánico constituido por celulosa, lignina y sílice, que cuando no es manejado correctamente (tratamiento y detalles de aplicación para la preservación), puede degradarse ante ciertas condiciones, como el ataque de hongos o de insectos. Por este motivo en ningún caso se deben instalar elementos estructurales de GaK sin inmunización previa. b) El tratamiento de la GaK se realiza por medio de la impregnación de sustancias preservantes. Estas sustancias deben ser escogidas considerando la mayor efectividad de protección de la GaK, el menor impacto ambiental y los niveles de toxicidad de menor perjuicio para los seres humanos. c) Siempre se debe revisar las recomendaciones realizadas por los proveedores de los productos de preservación, para la manipulación, el grado de toxicidad y las reacciones químicas, en caso de posibles accidentes derivados del proceso de aplicación. 16

Diseño y Construcción con GaK

El objetivo de esta sección es establecer los requisitos mínimos para garantizar el buen desempeño de una estructura de GaK. Cada material de construcción tiene sus especificaciones de aplicación y uso, en el caso de la GaK, existen fundamentos de diseño que deben ser considerados para cada uno de los proyectos. En esta sección se establece dichos principios y algunas aplicaciones constructivas. Las pautas de diseño arquitectónico propuestas deben tener en cuenta las especificidades del material y asegurar estabilidad, seguridad y durabilidad de la edificación. En caso de ser usado un proceso constructivo con GaK diferente a los mostrados en esta norma, este debe ser sustentado con los cálculos técnicos y resultados de laboratorio respectivos, y estar a cargo de un profesional responsable de la obra. Todas las labores relativas a la preparación del material, fabricación, construcción, montaje y mantenimiento de estructuras de GaK, deben regirse por las prácticas establecidas y aceptadas por la ingeniería y la arquitectura.

5.1. Consideraciones generales Antes de iniciar la construcción, el encargado de la obra debe contar con los diseños arquitectónicos, estructurales, de instalaciones técnicas, presupuesto, análisis de costos unitarios, estudio de mecánica de suelos, planos de detalles constructivos y especificaciones técnicas, de acuerdo a los requerimientos de los GAD´s municipales. Como en toda obra de construcción, se inicia con: reconocimiento del sitio, limpieza del lote, seguridad de las edificaciones colindantes, bodegas e instalaciones provisionales, acometida provisional de energía eléctrica y agua, provisión de materiales y mano de obra calificada.

5.2. Adquisición de los culmos de GaK Previo a la adquisición de los culmos, se debe considerar lo siguiente: a) Con anticipación, no menor a dos meses del inicio de la obra, el constructor debe realizar la adquisición de los culmos de GaK, con las especificaciones de medidas y calidad requeridas en el proyecto. Se recomienda que el constructor adquiera por lo menos un 20% más de los culmos calculados para la obra, ya que existen culmos con imperfecciones, curvaturas pronunciadas, doble curvatura o alabeos y rajaduras, que solo se evidencian a la hora de la construcción. Los culmos con dichas imperfecciones no se deben usar como elementos de soporte estructural. b) El constructor exigirá al proveedor del material garantía de calidad del producto, donde, además del número de culmos, longitudes, diámetros, fechas (madurez y corte); sean especificados: las características de los culmos, el % de contenido de humedad del material a pie de obra, el tipo de preservante y el método utilizado para la inmunización y secado de los culmos de GaK. c) El constructor constatará las características de calidad indicadas en la sección 3.8. de la presente norma (prueba de cúrcuma), así como el % de contenido de humedad del material a pie de obra. 47

d) En el sitio de la obra los culmos deben ser almacenados de acuerdo a lo indicado en el ítem 3.7. de este documento normativo. e) Se recomienda que los culmos en la obra, sean almacenados bajo cubierta provisional.

5.3. Protección por diseño La GaK es un material poroso e higroscópico. Al igual que la madera, si la humedad se acumula en su interior afectará sus propiedades físico-mecánicas y será propensa al ataque de hongos y posterior putrefacción. Por este motivo es indispensable proteger a los elementos estructurales de la humedad. En una edificación la humedad llega principalmente por capilaridad, lluvias o condensación. Por tal motivo, la estructura de GaK debe protegerse como se indica a continuación: a) Las columnas de GaK no pueden estar en contacto directo con el suelo natural. Deben apoyarse en un sobrecimiento (zócalos, pedestales, pilaretes u otros) debidamente impermeabilizado en la superficie de contacto con los culmos.

Figura 5: Detalle de apoyo de columnas de GaK en sobrecimiento b) Los culmos no deben estar enterrados o inmersos en la cimentación o en cualquier otro componente de hormigón. c) Las edificaciones deben estar protegidas de las escorrentías mediante: drenajes, cunetas, sumideros, conformación de plataformas u otros elementos. 48

Figura 6: Protección de las edificaciones de las escorrentías d) Por medio del diseño se debe evitar la exposición directa de los elementos estructurales de la GaK a las condiciones climáticas del lugar (lluvia, sol, salinidad, entre otros), para ello, se recomienda usar aleros generosos y canales de recolección de aguas lluvias. En casos donde esto no sea posible, debe considerarse el recubrimiento de cada elemento estructural con sustancias hidrófugas o superficies impermeables. e) Para evitar la condensación se debe procurar la ventilación en los espacios interiores. En ambientes cuyo uso implique que los elementos estructurales estén expuestos al vapor, como baños y cocinas, además de la ventilación, estos deben estar protegidos con elementos impermeables. f) Si existe la posibilidad de presencia de termitas, se recomienda que, sobre la capa anti capilar, se coloque una plancha metálica de 2 mm de espesor, que cubra la cabeza del sobrecimiento y sobresalga 2 mm de sus bordes. Esta plancha metálica será protegida con anticorrosivos. En ambientes salinos o costeros, se puede reemplazar la plancha metálica por planchas de neopreno de 6 u 8 mm. g) Cuando queden aberturas en el armado estructural (entrepisos, cubiertas y demás), es necesario sellar las mismas a través de elementos de cierre que eviten el ingreso de roedores, insectos u otros, que puedan afectar la estructura y la habitabilidad. h) El armado de andamios no debe anclarse o conectarse a la estructura de la edificación. i) Bajo ninguna circunstancia es admisible que las instalaciones hidrosanitarias, eléctricas, electrónicas y mecánicas, atraviesen o comprometan los culmos del sistema estructural. j) Previa utilización de los culmos, estos deben ser limpiados cuidadosamente con elementos apropiados que no causen daños en la epidermis del culmo (telas, esponjas, cepillos no abrasivos, entre otros). 49

k) No maltratar los culmos durante el proceso de construcción mediante impactos, aplastamientos o caídas que afecten sus propiedades físico-mecánicas. l) Los culmos para uso estructural no deben ser usados previamente para la construcción de andamios u otros, que puedan comprometer la integridad de los culmos.

5.4. Cimentación y sobrecimiento Realizado el trazado y las excavaciones, las obras de cimentación se ejecutarán de acuerdo a los capítulos de la NEC del sistema constructivo a utilizar, basado en los planos estructurales y detalles constructivos. Se debe construir un sobrecimiento de altura mínima de 200 mm sobre el nivel del terreno natural para recibir todos los elementos estructurales verticales de GaK (sean columnas o muros estructurales).

Figura 7-1: Detalle de cimiento y sobrecimiento (Viga de cimentación)

Figura 8-2: Detalle de cimiento y sobrecimiento (Plinto)

5.5. Anclaje de los culmos a los sobrecimientos Existen varias opciones de anclaje de los culmos a los sobrecimientos, como: varilla corrugada, pletinas, tubos de acero, elementos articuladores de acero, entre otros, de acuerdo a los requerimientos del diseño estructural. A continuación, se detallan dos de los sistemas de anclaje más usuales:

5.5.1. Mediante varillas de acero En este tipo de anclaje se debe considerar lo siguiente: a) Las varillas inician en el cimiento y sobresalen en la cabeza del sobrecimiento, para cumplir las funciones de anclaje entre el sobrecimiento y los culmos. Ver Figura 8. b) El sistema posibilita el apoyo de, uno o más culmos, en la cabeza del sobrecimiento. c) El o los culmos debe(n) apoyarse a 20 o 30 mm por abajo del nudo. d) Antes de introducir el/los culmo(s) en las varillas, se debe eliminar el diafragma interior de los dos nudos inmediatos y extraer los restos del diafragma. e) Con la sierra de copa o saca bocados, realizar una abertura de 25 mm de diámetro en el entrenudo del culmo a 300 mm del sobrecimiento. f) El diámetro de los anclajes que penetran en los culmos de GaK, está en función de la altura de las columnas, en todo caso, no deben ser menores a 10 mm (3/8”), ni mayores a 18 mm (3/4“). 51

g) Los anclajes que sobresalen del zรณcalo o pedestal deben ser de no menos de 300 mm de longitud. h) Recomendaciones: -

Colocar el culmo de la manera que se encuentra en la naturaleza, es decir, la parte basal sobre el zรณcalo o pedestal.

No realizar el relleno del mortero o mezcla de arena - cemento, hasta que se hayan concluido todos los soportes. Los componentes del mortero arena/cemento son de 1:3 (preferiblemente con un aditivo plastificante que garantice la fluidez de la mezcla). Sin embargo, para alcanzar una mayor resistencia del mortero, se puede reemplazar de la proporciรณn anterior, 1 parte de arena por 1 parte de cisco (residuo de piedra triturada).

Golpear el culmo con un mazo de caucho, para que el mortero penetre y se reparta de manera uniforme en su interior. No es necesario hacerlo con fuerza excesiva.

Figura 9-1: Ejemplo de anclaje mediante varillas de acero (La cabeza del sobrecimiento se cubre mediante plancha metรกlica)

preferiblemente (puede ser también mezcla de mortero de cemento con arena y cisco, como se ha indicado anteriormente), con un aditivo plastificante que garantice la fluidez de la mezcla.

Figura 13: Vaciado de mortero y unión de los culmos con mortero Los elementos estructurales (columnas, vigas, estructuras portantes de cubierta, etc.) pueden disponerse de diferentes formas dependiendo del diseño del proyecto, con uniones diversas que se adapten a cada uno de los requerimientos estructurales. Sin embargo, a continuación, se presentan algunos ejemplos de aplicación de los principios antes mencionados en algunos tipos de uniones estructurales:

5.7.2.1. Uniones longitudinales Las uniones longitudinales (o uniones a tope), se realizan cuando se requiere aumentar la longitud de los culmos en la estructura, manteniendo la conicidad. Es decir, asegurar un conjunto de culmos cuyo eje longitudinal sea común. Para unir longitudinalmente dos culmos, se deben seleccionar piezas con diámetros similares y unirlas mediante elementos de conexión, según los casos 1, 2 y 3. -

Caso 1: Con pieza de madera Dos culmos se conectan mediante una pieza de madera y se deben unir con dos pernos de 9 mm como mínimo, perpendiculares entre sí, en cada una de las piezas. Los pernos estarán ubicados como máximo a 30 mm de los nudos.

(Delta) = Distancia existente entre el perno y el borde de la pieza de madera que conecta a los dos culmos. El valor de Delta será de cinco diámetros del perno como mínimo.

Figura 14: Uniones longitudinales con pieza de madera -

Caso 2: Con dos piezas metálicas Dos culmos se conectan entre sí mediante dos elementos metálicos, sujetos con pernos de 9 mm como mínimo, paralelos al eje longitudinal de la unión. Los pernos estarán ubicados como máximo a 30 mm de los nudos.

Figura 15: Uniones longitudinales con dos piezas metálicas

Caso 3: Con dos culmos Dos piezas de GaK se conectan entre sí mediante dos culmos, sujetos con pernos de 9 mm como mínimo, paralelos al eje longitudinal de la unión. Los pernos estarán ubicados como máximo a 30 mm de los nudos. 58

Figura 16: Uniones longitudinales con dos culmos

5.7.2.2. Uniones perpendiculares Sirve para asegurar dos elementos estructurales que están dispuestos uno perpendicularmente al otro. a) El culmo que se asienta sobre una boca de pez debe encajar en su totalidad, los culmos que se unan deben ser de un diámetro similar. b) El culmo que tiene la boca de pez es despojado de su diafragma inmediato e interior. c) En estas uniones se debe lograr el mayor contacto entre los culmos. d) La distancia entre el nudo y la parte inferior del corte boca de pez debe tener entre 40 y 60 mm. e) En el culmo que tiene la boca de pez, se introduce una varilla roscada de 10 mm, a 30 o 40 mm por debajo del nudo, la misma que se asegura mediante arandelas y tuercas. Lo denominamos perno de anclaje. f) En el culmo a acoplarse, se realiza una perforación transversal, de manera perpendicular a sus fibras y que atraviese el culmo. g) Se prepara un perno, -llamado tensor- que en un extremo tenga un gancho y en el otro el hilo o rosca para la tuerca. h) Verificar que, este perno tensor tenga una medida tal que, alcance con su gancho el perno de anclaje y que el otro extremo sobresalga por la superficie del culmo ortogonal. i) Finalmente, se engancha el perno tensor al perno de anclaje y se introduce su otro extremo por las perforaciones realizadas en el culmo de acople, hasta asegurar con arandela y tuerca, el extremo mencionado. Para asegurar que el perno de anclaje no actúe como elemento cortante, se debe rellenar con mortero de cemento cada uno de los canutos en donde se encuentre el perno de anclaje. Donde actúa el perno tensor también se debe rellenar con mortero de cemento para evitar hundimiento por aplastamiento de la superficie de las GaK. 59

j) Si se trata de obras provisionales o temporales, se exceptúa el relleno con mortero en los elementos tensores, prevaleciendo el relleno con mortero en los elementos que trabajen a tracción o compresión.

Figura 17: Unión perno tensor

5.7.2.3. Uniones perpendiculares con disco y media caña metálica Son una variación de las uniones tipo boca de pez, sirven también para asegurar dos elementos estructurales perpendiculares entre sí, pero para facilitar el proceso y reducir el tiempo de ejecución de la obra la unión entre culmos se realiza por medio de elementos metálicos como lo muestra el detalle de la figura 16. a) El proyecto debe prever el diseño de las piezas metálicas y el diámetro de los culmos a utilizarse. b) El procedimiento es similar al indicado en la sección 5.7.2.2, salvo las siguientes innovaciones: 60

Se realiza un corte plano en el culmo receptor y, en lugar de la boca de pez, se ubica un disco metálico de 2 mm de espesor con perforación central de 10 mm y sobre él, una media caña metálica de 150 mm de longitud, con perforación de 10 mm y proveniente de un tubo metálico de 110 mm (4”) de diámetro y 2 mm de espesor.

El disco debe tener el diámetro previsto en función de los culmos disponibles: -100, 110, 120, 130 mm- y las medias cañas metálicas se acoplarán de igual manera a los culmos, ya sea abriendo o cerrando los lados de la media caña.

c) La colocación y aseguramiento del perno de anclaje y el perno tensor es igual a lo expuesto en la sección 5.7.2.2.

Figura 18: Uniones perpendiculares con disco y media caña metálica

5.7.2.4. Uniones diagonales Son realizadas por medio del corte pico de flauta, entre una pieza vertical u horizontal con otra que no sea paralela ni perpendicular. En estas uniones se debe lograr el mayor contacto entre las piezas. a) La unión en diagonal puede ser asegurada de dos maneras: colocando un perno tensor y uno de anclaje y/o colocando una varilla roscada en el ángulo que forman el culmo y la pieza en diagonal. Ver Figura 17. b) La colocación de pernos en diagonal provoca que las tuercas y arandelas no queden perpendiculares a las fibras del culmo, provocando la fisura de la pieza de GaK. Para evitar esto, es preferible utilizar pequeños prismas de madera dura (preservada), neopreno o metálico, que permita un mejor empalme. c) El acople del corte pico de flauta con culmos verticales u horizontales, según sea el caso, debe provocar un perfecto ajuste de los dos elementos, ajuste que corresponde de manera exclusiva a la entalladura denominada pico de flauta. d) La varilla roscada que atraviesa y une los culmos, debe pasar por detrás del nudo del culmo que tiene el corte pico de flauta para evitar fisuras. Ver Figura 18.

Figura 19: Unión Diagonal Simple

Figura 20: Unión Diagonal con Bambú de Apoyo 62

5.7.2.5. Uniones zunchadas Las uniones zunchadas (Ver Figura 19) están permitidas siempre y cuando sean para garantizar que dos elementos de GaK se acoplen correctamente entre ellos, pero no dependerá del zuncho la transmisión de carga. Se recomienda zunchar las puntas de las conexiones de GaK para evitar el agrietamiento. a) El zuncho puede ser de: plástico, metal, caucho, fibras vegetales, cuero, nylon, fajas, entre otros, que permitan acoplar los culmos. b) Esta unión no requiere de pernos u otro tipo de anclaje.

Figura 21: Unión zunchada

5.7.2.6. Otras uniones Se permitirán otros tipos de uniones siempre que sean verificadas por un estudio científico, con no menos de 30 ensayos, que permitan verificar que la capacidad de unión propuesta es equivalente o superior a las expuestas en la presente norma. 63

5.8. Elementos constructivos de GaK 5.8.1. Columnas Las columnas pueden conformarse de un culmo o de la unión de dos o más piezas de GaK, colocadas de forma vertical con las bases orientadas hacia abajo. a) Las columnas compuestas de más de una pieza de bambú, deben unirse entre sí con zunchos o pernos, con espaciamientos que no excedan un tercio de la altura de la columna. b) La construcción de columnas demanda su apoyo en zócalos, pedestales o columnas de H. A. de diferente altura, de acuerdo al diseño. El anclaje de los culmos en sus apoyos, se expone en la sección 5.5. c) La altura de las columnas y la carga axial a soportar, demanda el análisis estructural de la esbeltez de aquellas, para contrarrestar posibles flexiones o pandeos de las mismas. Un procedimiento para disminuir la esbeltez de las columnas es aumentar la sección de las mismas con adición de dos o más culmos que eviten las posibles flexiones laterales o pandeos. d) La adición de culmos con alturas diferenciadas, permite asegurar vigas superiores transversales, sean éstas dobles o triples, evitando la flexión lateral de aquellas.

Figura 22: Columna compuesta por 5 culmos y que soportan vigas dobles transversales.

5.8.2. Vigas Las vigas deberán conformarse de uno o de la unión de dos o más culmos. Para cualquiera de los casos, el diseño de la viga deberá estar respaldado por el diseño estructural. a) Las vigas compuestas de más de un culmo, deben unirse entre sí con zunchos, tarugos de madera tipo A preservado, o pernos espaciados como mínimo de un cuarto de la longitud de la viga. b) Para obtener vigas de longitudes mayores a las piezas de GaK, se deben unir dos culmos longitudinalmente, según lo establecido en la sección 5.7.2.1. c) Las uniones de los culmos en las vigas compuestas, deben ser alternadas para que las uniones se traslapen. d) En la unión de vigas compuestas no deben coincidir los entrenudos de los culmos. e) Los pernos serán de 10 mm y se procurará que estén ubicados a 30 mm de los nudos. f) Las puntas de los culmos que queden expuestos deben ser rellenados con mortero, yeso, poliuretano, masilla de madera (aserrín + cola blanca), entre otros, que impidan el paso de insectos y animales que puedan afectar los culmos.

Figura 23: Viga compuesta tipo A

Figura 24: Viga compuesta tipo B

Figura 25: Detalle de uniĂłn de culmos paralelos

5.8.3. Paneles La construcciĂłn de paneles o tabiques se puede realizar de varias maneras, diferenciadas entre sĂ por el tipo de estructura del panel, la misma que puede ser de culmos, listones de madera tipo A o B preservada o mixto entre GaK y madera.

5.8.3.1. Paneles con estructura de GaK Para construir un panel con estructura de culmos de GaK, se debe considerar: 66

a) Se recomienda prefabricar paneles con máximo 3 m de longitud y de 3.5 m en su punto más alto, por el peso del mismo, puesto que un peso mayor dificultara su manejo y puesta en obra. Si se requiere paneles de mayor longitud, se fabricarán dos paneles cuya longitud sume la deseada, siempre y cuando no sobrepasen los 3 m cada uno. De requerir paneles con dimensiones mayores, se construirán en base al diseño estructural respectivo. b) Los culmos intermedios y los laterales, serán asegurados a los culmos de la solera superior e inferior, mediante la unión boca de pez, y asegurados con pernos de anclaje y tensores, como se indica en la sección 5.7. c) Los culmos intermedios se colocarán espaciados a no más de 0.6 m entre ejes. d) En cada uno de los espacios extremos, se debe colocar un culmo en diagonal para dar rigidez al panel. Estos dos culmos deben ser asegurados con la unión pico de flauta, como se indica en la sección 5.7. e) La estructura del panel puede ser modificada en función de la necesidad de colocar puertas o ventanas, para lo cual se colocará dinteles y alféizar correspondiente.

Figura 26: Panel con estructura de culmos de GaK.

Figura 27: Detalle uniones en panel con estructura de culmos de GaK.

Figura 28: Paneles estructurales con GaK.

5.8.3.2. Paneles con estructura de Madera En lugar de usar culmos como estructura del panel se pueden sustituir estos, por listones de madera tipo A o B preservada de sección 50 x 50 mm. El procedimiento es similar al utilizado en la sección 5.8.3.1. a) La madera debe estar seca e inmunizada contra insectos xilófagos, ser recta, de aristas vivas, de la sección solicitada, no presentar rajaduras, nudos o defectos. b) Las consideraciones en referencia a las medidas de los paneles son similares a las expresadas en el caso de paneles con estructura de culmos: máximo 3 metros de largo y 3 metros en su máxima altura. 68

c) Si se requiere paneles de mayor longitud, se fabricarán dos paneles cuya longitud sume la deseada, siempre y cuando no sobrepasen los 3 m cada uno. d) Los listones de división vertical estarán espaciados 400 a 600 mm entre ejes. e) Las uniones entre listones son a tope, mediante clavos de acero de 3” o tornillos avellanados para madera. f) En los 4 vértices del panel se recomienda ubicar dos clavos (o tornillos), para evitar el giro de los listones. Se pueden usar clavos de forma lancero para mayor seguridad. g) En cada espacio lateral se colocará un listón en diagonal para dar mayor rigidez al panel. h) La estructura del panel puede ser modificada en función de la necesidad de colocar puertas o ventanas, para lo cual se colocará dinteles y alféizares correspondientes.

Figura 29: Paneles con estructuras de madera (semidura) de sección 5 x 5

Figura 30: Detalle de uniones de paneles con estructuras de madera (semidura) 69

5.8.3.3. Paneles con estructura de GaK y Madera a) Los paneles mixtos de GaK y madera, están constituidos por elementos horizontales llamados soleras, elementos verticales llamados pie – derechos y recubrimientos. b) Los culmos no deben tener un diámetro inferior a 80 mm. c) La distancia entre los pies derechos y el número de diagonales estará definida por el diseño estructural. d) En caso de soleras de madera, estas tendrán un ancho mínimo igual al diámetro de los bambúes usados como pie - derechos. El espesor mínimo de la solera superior e inferior será de 35 mm y 25 mm respectivamente. e) El corte de los culmos se lo realizara de acuerdo a la sección 5.6. f) Las uniones se realizarán de acuerdo a la sección 5.7.

Figura 31: Paneles con estructura de GaK y Madera

Figura 32: Detalle de uniones de solera de madera a sobrecimiento con arandela y tuerca

Figura 33: Detalle de uniones de solera de madera a sobrecimiento con varilla de acero anclada 71

Figura 34: Detalle de unión de la columna de GaK a la solera de madera

5.8.3.3.1. Uniones entre muros Se unen entre sí mediante pernos o zunchos. Debe tener como mínimo tres conexiones por unión, colocadas a cada tercio de la altura del muro. El perno debe tener por lo menos 9 mm de diámetro.

Figura 35: Uniones entre muros 72

Figura 36: Paneles con estructuras de GaK y madera. Vista superior.

5.8.3.4. Recubrimiento y aseguramiento de los paneles. Los paneles detallados en esta sección podrán ser recubiertos de distintas maneras:

5.8.3.4.1. Recubrimiento con latillas de culmos de bambú. a) Los paneles descritos en esta sección pueden ser recubiertos por una o por las dos caras, con latillas extraídas de los culmos. b) Las latillas deben estar secas y preservadas, de anchos y espesores uniformes y cantos rectos. c) Las latillas se colocarán con su epidermis hacia el exterior. d) Pueden asegurarse de manera ortogonal a la estructura del panel, sean estos de culmos enteros o de madera. Otra forma de asegurarlos es en diagonales o formando figuras geométricas. e) Antes de su recubrimiento se debe realizar la instalación sanitaria hasta 50 mm (2”) y la eléctrica, dejando las cajas de toma corrientes y las de interruptores. Ver figura 35. f) Para asegurar la latilla a la estructura de los paneles de GaK madera, se utilizan clavos de 38 mm (1 ½”), enlazados por alambre galvanizado No 18. Este alambre puede ser recubierto posteriormente con latillas del culmo de bambú. g) Para no provocar fisuras en las latillas, antes del clavado se recomienda realizar en la epidermis de la latilla, una pequeña incisión en forma de cruz.

Figura 19: Unión Diagonal Simple

Figura 20: Unión Diagonal con Bambú de Apoyo 62

TRABAJOS

FORO CONEXIONES METÁLICAS: SOLDADAS Y EMPERNADAS La soldadura es la forma más común de conexión del acero estructural y consiste en unir dos piezas de acero mediante la fusión superficial de las caras a unir en presencia de calor y con o sin aporte de material agregado. Cuando se trabaja a bajas temperaturas y con aporte de un material distinto al de las partes que se están uniendo, como por ejemplo el estaño, se habla de soldadura blanca, que es utilizada en el caso de la hojalatería, pero no tiene aplicación en la confección de estructuras. Conexiones apernadas Otra forma frecuente de materializar uniones entre elementos de una estructura metálica es mediante pernos. Hoy, el desarrollo de la tecnología ha permitido fabricar pernos de alta resistencia, por lo que estas uniones logran excelentes resultados. h t t p : / / w w w. a r q u i t e c t u r a e n a c e r o . o r g /u s o - y - a p l i c a c i o n e s - d e l - a c e ro/soluciones-constructivas/uniones-y-conexiones

Conexiones Metálicas: Soldadas y empernadas

Soldadas

TIPOS DE SOLDADURA

Las posiciones de soldadura típicas son: Plana Vertical Horizontal Sobre cabeza

VERTICAL PLANO

FILETE

BISELADAS

HORIZONTAL

SOBRECABEZA

Soldadura Oxiacetilénica, en que la temperatura se logra encendiendo una mezcla de gases de oxígeno y acetileno en el soplete capaz de fundir los bordes de las planchas a unir a la que se le agrega el material de aporte proveniente de una varilla con la que se rellena el borde a soldar. Soldadura al Arco, los procesos más utilizados hoy son la soldadura por arco eléctrico en que se genera un arco voltaico entre la pieza a soldar y la varilla del electrodo que maneja el operador que produce temperaturas de hasta 3.000ºC.

Empernadas

Entre las ventajas de las uniones apernadas se cuenta con que existe una amplia gama de dimensiones y resistencia, no se necesita una especial capacitación, no exige un ambiente especial para el montaje y simplica los procesos de reciclado de los elementos.

Los tornillos son conexiones rápidas utilizadas en estructuras de acero livianas, para fijar chapas o para perfiles conformados de bajo espesor (steel framing). Las fuerzas que transfieren este tipo de conexiones son comparativamente bajas, por lo que normalmente se tienen que insertar una cantidad mayor de tornillos (hay que tener presente que los tornillos deben ser utilizados preferentemente para unir chapas delgadas).

EL COMPORTAMIENTO DE LOS TRONCOS VEGETALES PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL ECUADOR

FACULTAD DE ARQUITECTURA, DISEÑO Y ARTES

Estructuras III Sexto semestre Ing. Alex albuja

Introducción - Bambú Los troncos de bambú han sido utilizados como elementos estructurales teniendo una amplia gama de aplicaciones en cada cultura Un tronco se utiliza para transmitir cargas como en el caso de las casas, tejados, torres, barcos e incluso mástiles de barco. Permite una amplia variedad de nuevas formas de construcción, materiales de construcción y dimensiones para que los edificios se desarrollan a gran velocidad. Factores importantes que hay tomar en cuenta Borde de la carga y las características de deformación son de mayor importancia. Valores indicativos para el comportamiento material y, además, el modo teórico, tiene que ser examinado en relación con la realidad en todo momento.

Métodos de carga/deformación o el comportamiento de carga/ruptura

Diagrama BIC - Lambda El diagrama BIC-A es capaz de recoger información sobre el comportamiento de carga del componente de un edificio o incluso de una estructura.

1. A los rayos apoyados en el componente de un edificio hasta que se fractura o no cumple su tarea como resultado de deformaciones indeseables. 2. Las dimensiones que debe tener para transferir una carga desde el punto en que se aplica la fuerza a los soportes u otros componentes de la construcción que transmiten la carga. 3. Las cantidades de material 'm' requeridas.

La masa permite determinar los pesos y al mismo tiempo sirve de base para el cálculo de los costos. El BIC es la cantidad fundamental que pone en relación la masa con la fuerza y su camino de transmisión. El producto de la fuerza y la vía de transmisión se denomina "Tra". La relativa esbeltez "ƛ" se refiere a la longitud del componente de construcción de la raíz de la fuerza que se va a transformar. Cuanto más clara sea la definición de la tarea de construcción y cuanto menos fluctúan las fuerzas materiales, más precisa será la zona que une los valores Bic y ƛ en el diagrama. En general, es una zona caracterizada en la que indica un claro imitador inferior. Es posible introducir zonas o curvas ßic- ƛ para variaciones de la misma tarea de construcción en un solo diagrama y así compararlas con respecto a la masa y la relativa esbeltez ' ƛ '. Cuanto más bajo sea el valor numérico del BIC para el componente de construcción, menor será la masa necesaria para transferir la fuerza. Si se comparan los valores BIC de las varillas de tensión con las cargas útiles permitidas, se hace evidente que el acero St 52 se encuentra entre la madera y el bambú. La masa de un elemento de tensión de acero es aproximadamente el doble de la de uno de bambú, y la de una varilla de madera el doble de la de una varilla de acero. El diagrama BIC- ƛ hace que sea extremadamente simple determinar las dimensiones y la masa de los componentes del edificio en función de la carga y la tarea opuesta. Las varillas se consideran elementos cilíndricos a efectos de aproximación. Los valores de prueba se refieren a una falla en el estribo urinario.

Material Bic y capacidad de carga La capacidad de carga de los polos expresada por la fuerza mĂĄxima.

El pensamiento bĂĄsico que subyace a este procedimiento

El cociente entre el peso de la longitud m/1

'fâ&#x20AC;&#x2122;=El factor de proporcionalidad (Bicmat)

El material Bic de la capacidad de carga es proporcional

Determinar: Longitud de varilla

Peso varilla

para calcular la capacidad de carga utilizando

Ejemplo de dimensionamiento usando el diagrama BIC - Lambda

Ejemplo 1 Datos: Un brazo de bambú de más de un metro de largo, el extremo del cual se carga con una fuerza de 1 kN. Se debe encontrar: El diámetro D en el punto de fijación y la masa requerida.

El valor Lambda λ se calcula usando la fórmula > a. Este valor Lambda λ se encuentra en el diagrama BIC - Lambda λ adyacente, en el eje x. Este está marcado con un "1". Si la flecha se dobla hacia arriba en sentido vertical, la relación 1/D de la longitud del brazo en voladizo con respecto al diámetro se obtiene en la línea recta del brazo en voladizo de bambú. El valor BIC se obtiene bajando la flecha horizontal al eje BIC > c. El diámetro D buscado se obtiene de > b, la masa de > d. La masa es incrementada por un 10 a 20 % más para la restricción

Ejemplo 2 Datos: - Una viga sobre dos columnas de madera redonda con un diámetro D de 25 cm - La luz 1 es de 5 m, la distancia de transmisión de fuerza s es 1/2 1 = 2,5 m. ¿Cuál es el valor de la fuerza máxima F aplicada al centro?

La relación 1/ D puede determinarse a partir de la luz 1 y el espesor D > e. Este punto se traza en la curva de la viga de madera en dos columnas, cf. ‘2’ en el diagrama. Los valores asociados de BIC y Lambda λ ahora pueden ser leídos > f. La fórmula para Lambda λ se resuelve según F > h, y F es r calculado. La fuerza máxima F es de 12 kN. Diagrama:

Proceso :

Ejemplo 3 Datos:

El valor se calcula > a , y traza en el punto "3" del diagrama. Si se siguen las flechas verticales y horizontales, se obtiene la relación 1/ D y el valor Bic > b, c. El diámetro se calcula a partir de > d, la masa M a partir de > e. La masa se incrementa en un 10 a 20 % más para la restricción.

Un poste de compresión de 2 m de largo de bambú fijado en el suelo se somete a una carga de 6400 N > 1.

¿Cuál es su diámetro D en el punto de

fijación y su masa m?

Ejemplo 4 Datos: Una estructura de madera redonda > 2 está sometida a una carga por medio de una fuerza horizontal de 10 KN. ¿Qué tamaño tiene la masa necesaria?

Una fuerza de compresión de 10 kN actúa en el polo vertical y una fuerza de tracción de 10 kN = 14,1 kN en el polo inclinado > a. Los valores ƛ aplicables a los polos individuales se calculan según > b. Las relaciones 1/D y los valores Bic se obtienen leyendo en el diagrama, cf. ' 4' en el diagrama y > c, d. La masa estructuralmente requerida es, por lo tanto, 3900 g. Como resultado de la introducción de fuerzas y el diseño de la intersección, se debe esperar un esfuerzo adicional de 5 a 25 % El Bic del sistema global es 0. 195

Imagen:

Proceso:

Diagrama Bic- ƛ Para barras de compresión y tensión de sujeción y articuladas con pernos hechas de bambú y madera redonda (valores permitidos según la norma DIN 1052)

DIAGRAMA BIC - LAMBDA Para los brazos y vigas en voladizo de dos columnas de bambú y madera redonda.

Ejemplos para determinar los valores Bic-Lambda El BIC de una varilla de tensión de madera redonda con un espesor constante es generalmente una constante. Metodo W. El factor w es una cifra que figura en el cuadro 4 de la norma DIN 1052, que estipula la medida en que debe aumentarse la tensión F/A calculada para lograr una seguridad suficiente contra el pandeo

a) La varilla de tensión de la madera redonda La misma fuerza puede ser transmitida, independientemente de la longitud. Un valor constante para el Bic resulta del hecho de que la masa 'm' es proporcional a la longitud 'l'. Como resultado, el BIC asume el carácter de un parámetro material. A = área de la sección transversal, ten= la resistencia a la tensión y p la densidad. BICten =la tensión en el material Bic El material Bic para la presión y la desviación está definido b) El polo de compresión de madera prismática soportado a ambos lados de forma articulada

Ejemplos para determinar los valores Bic-Lambda El factor I depende de la esbeltez X Datos: En vista del hecho de que las regulaciones restringen el valor, se produce una torcedura en las curvas de Bic -Lamda donde la proporción 1/d permanece constante.

La curva Bic de los polos de compresión aumenta considerablemente cuanto mayor sea la esbeltez. La masa aumenta enormemente debido al riesgo de pandeo de las columnas delgadas que deben transferir pequeñas fuerzas a largas distancias.. Esta curva también tiene una escala de 1/ d para permitir el acceso inmediato a las dimensiones polares.

Ejemplo 1 La masa del palo de bambú de 10,5 cm de diámetro puede determinarse pensándolo o estimándose calculando de acuerdo con > b (por razones de simplicidad, se supone que el palo es cilíndrico). El factor 'f' puede determinarse usando la tabla de la p. 287 > c. El material Bic es 0,044 g/Nm > d (c f. página 281) ~ Esto resulta en un valor de 1008 N para máx F

Ejemplo 2 Datos:

En este ejemplo, el material Bic para la madera es 0,05 , > h. Esto resulta en una capacidad de carga máxima F de 12 kN, > i.

Es aconsejable y sencillo asumir la proporcionalidad entre la fuerza máxima F y la expresión "peso de la longitud dividido por el material Bic". Las condiciones especiales de la tarea de construcción están incluidas en el factor de proporcionalidad. La forma del polo y las cargas que se le aplican pueden ser registradas con f.

Datos:

En la tabla adyacente se resumen las fórmulas del factor "f" para dos formas de sección transversal y cinco sistemas estructurales y métodos de carga típicos.

Oscar Hidalgo López. Construyendo con Bambú en Sur América. Uno de los principales objetivos es utilizar sistemáticamente la guadua sudamericana (bambusa guadua) para la construcción.

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