REVISTA VECTOR 45 SEPTIEMBRE 2012

Acero Gerdau anuncia proyecto para México Ensayo de conexión de marcos resistentes a momento en campo Inspección práctica de soldadura y campo

Revista de difusión de la Federación Mexicana de Colegios de Ingenieros Civiles, A.C.

Vector

Nº 45 Septiembre 2012 Costo

$ 50.00

Indice

Vector Septiembre 2012

En portada

AMIVTAC

• Colaboración Especial – El

Museo Maya/4

Instituto Mexicano de la Construcción en Acero

• Colaboración Especial – Gerdau anuncia proyecto para México/16 – Ensayo de conexión de marcos resistentes a momento en campo/33 – Inspección práctica de soldadura y campo/41• Suplemento Especial Infraestructura Visión panorámica de las infraestructuras de acero en México/17

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Editorial

Editorial Cozumel # 63-A • Col. Roma Norte C.P. 06700 México, D.F. Tel. (55) 5256 1978

Carlos Arnulfo López López Leopoldo Espinosa Benavides Roberto Avelar López Manuel Linss Luján Jorge Damián Valencia Ramírez Enrique Dau Flores CONSEJO EDITORIAL Raúl Huerta Martínez DIRECTOR GENERAL Daniel Anaya González DIRECTOR EJECUTIVO Patricia Ruiz Islas DIRECTORA EDITORIAL Daniel Amando Leyva González JEFE DE INFORMACIÓN Ana Silvia Rábago Cordero COLABORACIONES Historia de la ingeniería civil

Alfredo Ruiz Islas CORRECCIÓN DE ESTILO Nallely Morales Luna DIRECTORA DE DISEÑO Iman Diseño

Brenda Madrigal Dueñas DISEÑO GRÁFICO

Ernesto Velázquez García DIRECTOR DE DISTRIBUCIÓN Escuela Digital WEB MASTER Carlos Hernández Sánchez DIRECTOR DE PROYECTOS ESPECIALES

Resulta interesante notar que el acero —tal vez la aleación más familiar y utilizada de cuantas ha producido el ingenio humano— es, al mismo tiempo, una de las menos convencionales pues, a diferencia de lo que sucede con el latón, el bronce, el aluminio1 y tantas otras, el acero es el resultado de la mezcla, no de dos metales, sino de un elemento metálico —el hierro— con un no metal —el carbono—. Y es precisamente esa extraña alianza entre, por así decirlo, “principios opuestos” —lo aislante y lo conductivo, lo quebradizo y lo maleable, lo orgánico y lo mineral— lo que le proporciona al material resultante, además de su característica dureza —“duro como el acero” es ya una frase proverbial—, elasticidad, propiedad que complementa a aquella y que coloca a esta aleación en una categoría aparte.

Los materiales que el hombre ha inventado a lo largo de la historia no solo ofrecen los beneficios de su aplicación práctica. Por ejemplo, al reflexionar acerca de la evolución de cada uno de ellos, se puede comprender a plenitud el valor que tiene la observación cuidadosa, tanto de los fenómenos como de las experiencias pasadas, y concluir, como hizo el gran alquimista musulmán Geber, que “El principio esencial es que lleves a cabo experimentos, pues aquel que no los realice nunca alcanzará el menor grado de maestría”. Incluso, una vez que la ciencia ha develado el origen de las propiedades del acero, es posible utilizar ese conocimiento técnico como una metáfora moderna que nos inspire a buscar nuevas posibilidades en la unión de lo diverso y aun de aquello que se podría considerar como de signo opuesto, como lo estético y lo estructural, dos principios de cuya armonización dependió el éxito del proyecto del Museo del Mundo Maya. Por su parte, la creciente integración de la mujer al campo de la ingeniería civil —proceso que iniciaron en México a mediados del siglo pasado precursoras de la talla de Ruth Rivera Marín–, hace pensar en esa otra clase de “aleación” que, a partir de lo observado en los campos más diversos, ha hecho más fuerte y flexible a la sociedad.

1 En la gran mayoría de los casos, las láminas y perfiles que llamamos “de aluminio” están echas de una mezcla de dicho elemento con otros metales, como el zinc y el magnesio.

Herminia Piña González DIRECTORA COMERCIAL

“Los hombres son como el

Myrna Contreras García ADMINISTRACIÓN

acero: cuando pierden el

Dimensiona Artes Gráficas, S.A. de C.V. IMPRESIÓN

temple, pierden su valor”.

Chuck Norris.

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Actor y maestro de artes marciales.

REVISTA VECTOR de la Ingeniería Civil, Año 5, Número 45, Septiembre 2012, es una publicación mensual editada por Comunicaciones La Labor, S. A. de C.V. Cozumel 63 – A, Col. Roma Norte, Delegación Cuauhtémoc, C.P. 06700, Tel. 5256 – 1978, www.revistavector.com.mx, daniel.anaya@revistavector.com.mx •Editor responsable: Daniel Anaya González. Reservas de Derechos al Uso Exclusivo No. 04201- 010512575900-102, ISSN: (En trámite) Licitud de Título No. 14259, Licitud de Contenido No. 11832, ambos otorgados por la Comisión Calificadora de Publicaciones y Revistas Ilustradas de la Secretaría de Gobernación. Permiso SEPOMEX No. IM09- 0754. Impresa Por Dimensiona S. A. de C. V., Francisco Álvarez de Icaza No. 9,Col.Obrera, C.P. 06800, Delegación Cuauhtémoc, México, D. F., Tel. 57615440. Este número se terminó de imprimir el 14 de Septiembre de 2012 con un tiraje de 8,000 ejemplares. Las opiniones expresadas por los autores no necesariamente reflejan la postura del editor de la publicación. Queda estrictamente prohibida la reproducción total o parcial de los contenidos e imágenes de la publicación sin previa autorización del Editor.

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Colaboraci贸n Especial

El Museo del

Mundo May Un museo de vanguardia

Ricardo Combaluzier, Enrique Duarte, William Ram铆rez, Josefina Rivas y Vector.

ya.

Colaboración Especial

E

l Museo del Mundo Maya es parte integral del proyecto de turismo cultural de Yucatán impulsado por el gobierno del estado, al interior del cual coexiste con la elaboración del plan estratégico de Chichén Itzá y la construcción del Palacio de la Civilización Maya. El 21 de diciembre de 2009, con el fallo favorable para 4A Arquitectos —después, Grupo Arquidecture— en el proceso de licitación pública, se dio inicio formal al desarrollo del proyecto.

Instalado en un predio de poco más de dos hectáreas de superficie y 250 metros de frente, el museo se hallará en el corazón del importante subcentro urbano norte de la ciudad: un polígono en proceso de consolidación que se prevé reactive su desarrollo con la inauguración del nuevo huésped, ya que será un edificio multifuncional en medio del flujo natural entre plazas comerciales y espacios de entretenimiento.

En un futuro próximo, sendas arboladas para peatones y bicicletas, espacios abiertos para actividades al aire libre, y quizás, incluso, un tranvía turístico, entre otros servicios, podrían hacer de éste el primer subcentro urbano sustentable de la ciudad.

En las entrañas del proyecto se han dispuesto las bodegas de colecciones y las bodegas de tránsito. El primero de estos espacios reservados permite resguardar el vastísimo acervo de piezas relacionadas con la cultura maya que conforma la colección del museo, conservándolas en óptimas condiciones. El área, además, estará dotada de las instalaciones requeridas para que la indispensable labor de los curadores pueda llevarse a cabo. Los investigadores, de igual forma, dispondrán de un espacio para colocar las piezas, fotografiarlas y realizar diversos estudios. La bodega de tránsito, por su parte, permitirá recibir las piezas de las exposiciones temporales y resguardarlas mientras les llega el turno de ser exhibidas.

En todos los casos, el manejo de las piezas se realizará a través de circulaciones de acceso restringido y serán transportadas hacia el primer nivel para su exhibición por medio de un montacargas.

En dicho nivel se encuentran los estacionamientos, tanto el público como el destinado al personal, que cuentan con un total de 260 cajones, de los cuales diez son para personas con discapacidad y cuarenta para motocicletas y bicicletas.

La accesibilidad ha sido un asunto importante para los planeadores del Museo del Mundo Maya, quienes han dispuesto un andén de ascenso y descenso en el vestíbulo, donde se encuentran las circulaciones verticales —elevador y escaleras— para las personas que lo requieran.

El nivel de acceso se encuentra desplantado con respecto a la calle y genera una gran plataforma que hace alusión a las construidas por los mayas. Por su posición, permite dar la bienvenida a los visitantes que transitan por la calle y a los visitantes del Centro de Convenciones, que pueden acceder desde la plaza que interconecta a este con el museo. La mayor parte del movimiento de visitantes se genera en este acceso, ya que aquí se localizan las salas de exposición, el área de atención a niños, la cafetería y la tienda.

En el vestíbulo propiamente dicho del museo se encuentra el área de guardarropa y la taquilla, en la cual se podrán adquirir boletos para las exposiciones, la sala audiovisual y los demás espectáculos que se presenten en el museo, incluyendo las actividades de todos los paradores turísticos manejados por el patronato, lo cual permitirá dar una gran difusión a la cultura maya.

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Colaboración Especial

Las salas tienen una superficie de más de 2,000 metros cuadrados. Cuatro de estos recintos estarán dedicados a la exposición permanente y uno quedará reservado para las temporales, espacio que será primordial para la renovación constante del museo y que permite poner las mejores exposiciones del mundo al alcance de la gente.

Todas salas cuentan con gran flexibilidad en lo que a instalaciones se refiere y están preparadas para cualquier tipo de exhibición. Para ello, se ha dispuesto una gran parrilla en el plafón que permite el paso y movimiento de cables, tubería y otros elementos necesarios tanto para el montaje de exposiciones como para el mantenimiento de las mismas. El objetivo ha sido otorgarle al personal todas las facilidades para que su labor se desarrolle en excelentes condiciones, con el convencimiento de que el éxito de un museo está directamente relacionado con el buen funcionamiento del área de operación; es decir, con lo que no se ve.

El recorrido por las salas se ha trazado de manera que en todo momento haya contacto con las áreas exteriores, que ofrecerán espacio de descanso visual y físico —a través de sus áreas de exposición e información complementaria y puntos de encuentro para los visitantes—, otorgando al visitante el control de su recorrido y permitiéndole hacer pausas cuando así lo determine.

En el costado oriente se encuentra el jardín etnobotánico, área de exposición al aire libre de los tesoros naturales de la región, mientras que en el costado poniente se encuentra el jardín de las estelas.

La cafetería dará servicio tanto en un área cubierta y acondicionada, con capacidad para cien comensales, como en una terraza con lugar para cincuenta personas, a la sombra de los árboles, y estará preparada para funcionar en horario nocturno. En la azotea de la cafetería se instalará una terraza para eventos con capa-

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cidad para doscientas personas, la cual permitirá la realización de actividades que complementarán los servicios del museo.La atención a los niños es fundamental.

El museo contará con un espacio especialmente diseñado para ellos, con áreas de trabajo y de esparcimiento educativo como el arenero arqueológico donde, a través de actividades lúdicas, se les familiarizará con el campo de la investigación arqueológica.

La seguridad es un tema de la mayor importancia para cualquier edificio de este tipo y, por eso, el museo contará con tecnología de punta en esta materia. En un punto estratégico de las instalaciones se ubicará el cuarto de monitoreo equipado con los mejores sensores de movimiento, circuito

cerrado de televisión y de detección de humos, entre otros.

A través de las escaleras eléctricas o del elevador se podrá acceder al segundo nivel, donde se encuentran el salón de usos múltiples y una sala audiovisual con capacidad para trescientos sesenta espectadores, contando los espacios para discapacitados. En esta área se realizarán proyecciones que serán apoyo y complemento de las exposiciones.

El salón de usos múltiples albergará eventos propios del museo o complementarios de las actividades del Centro de Convenciones, tales como encuentros, seminarios, conferencias, cursos, congresos y presentaciones de libros, entre otros, haciendo del museo un centro académicamente activo.

Editorial

NUESTRA FILOSOFÍA En GRUPO ARQUIDECTURE la sustentabilidad y el trabajo en equipo son parte fundamental de nuestra filosofía, la cual se expresa en nuestra misión, visión y valores.

NUESTRA MISION Diseñar y desarrollar ESPACIOS QUE ENTIENDEN las necesidades del usuario en contextos específicos y con criterios SUSTENTABLES, expresados en proyectos arquitectónicos y urbanos que abarcan desde la concepción de la idea hasta los planos ejecutivos e información técnica constructiva que se vean reflejados en una mayor eficiencia costo y tiempo durante la materialización de los mismos.

NUESTRA VISION En GRUPO ARQUIDECTURE tenemos como VISIÓN ser una referencia de la ARQUITECTURA en México, ofreciendo productos inmobiliarios mejores, generando nuevas alternativas y formas de hacer las cosas.

VALORES Respeto, Compromiso, Integridad y Excelencia.

En GRUPO ARQUIDECTURE trabajamos con la mejor gente, con los mejores procesos, con la mejor tecnología y con las mejores propuestas para brindar el mejor servicio a nuestros clientes.

GRUPO ARQUIDECTURE

GRUPO ARQUIDECTURE es un equipo encabezado por los arquitectos Ricardo Combaluzier, William Ramírez y Josefina Rivas, cuyo propósito es ofrecer un servicio completo y con la mejor calidad en el ámbito del diseño y desarrollo de proyectos de arquitectura y urbanismo.

Calle 38 No. 191 Col. Buenavista C.P. 97137, Mérida, Yucatán, México Tel.: (999) 938-1319 Fax: (999) 938-1320 contacto@arquidecture.com

www.arquidecture.com

Colaboración Especial

El museo da la

bienvenida a todos.

Su principal intención es propiciar la participación de todos e invitarlos a recorrer y vivir una experiencia inolvidable en el conocimiento de la cultura maya y sus orígenes.

Lo más importante, busca crear conciencia en cuanto al enorme e ilimitado potencial de desarrollo que tenemos sus descendientes, tal y como el árbol de la ceiba se refiere al infinito y sus ramas llegan hasta el cielo.

Tanto la sala audiovisual como el salón de usos múltiples pueden dar servicio cuando las salas de exposición hayan cerrado, sin que ello signifique comprometer el resguardo del contenido de las mismas.

La dirección y las oficinas administrativas —la cabeza del museo, por así decirlo— se ubican en el tercer nivel. Se trata de un gran espacio que permite la comunicación expedita entre todo el personal, a la vez que independizan las áreas que, por su naturaleza, requieren aislamiento. Este nivel cuenta con iluminación natural, indispensable cuando se trata de áreas de trabajo.

Finalmente, como un símbolo del anhelo del museo de abrirse y extenderse hacia la ciudad, las superficies exteriores de los volúmenes que lo conforman están diseñadas de manera que sea posible utilizarlas para realizar proyecciones, concediendo a todos los paseantes la oportunidad de gozar de un espectáculo sin igual durante las noches. La plaza de acceso sobre la plataforma podrá fungir como zona de espectadores para este fin.

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Todos los espacios del museo han sido concebidos para generar una experiencia que permita cautivar y enamorar al visitante, brindarle un nuevo conocimiento y dejarlo con la sensación y curiosidad de querer repetirla.

El visitante es recibido un gran vestíbulo climatizado naturalmente, ubicado a la sombra de La Ceiba, el elemento arquitectónico más sobresaliente del conjunto. El vestíbulo es el espacio en el que se vinculan y distribuyen todos los servicios mencionados en esta semblanza.

Colaboración Especial

Museo del Mundo Maya El

en palabras de sus creadores

Vanessa Padilla —Comunicación Social de Altos Hornos de México— y Vector

El Museo del Mundo Maya,

ubicado al norte de Mérida —la Ciudad Blanca, como también se le conoce—, fue concebido como un majestuoso homenaje arquitectónico a una de las culturas más importantes de Mesoamérica por los creadores del proyecto, todos ellos miembros del Grupo Arquidecture.

En una entrevista realizada por Altos Hornos de México, los responsables del proyecto abundaron en los detalles de este complejo, la edificación de cuyos veintidós mil metros cuadrados de área construida se llevó a cabo en apenas doce meses de trabajo. Josefina Rivas, William Ramírez y Ricardo Combaluzier hablaron de la ingeniosa estructura de acero que asemeja una ceiba, árbol sagrado de los mayas, y que funge como eje del conjunto.

Lo que hace diferente al museo —señaló Josefina Rivas— es su concepto arquitectónico, el cual rinde homenaje a la cultura maya a través del árbol sagrado de la ceiba. En la propuesta del museo, bajo la elipse metálica que representa el árbol, tres volúmenes recuerdan la metáfora de las tres piedras de la mitología maya de la creación de la tierra y representan, a la vez, templos de la floreciente cultura.

Ubicada en la parte central del conjunto, La Ceiba cubre y soporta las oficinas administrativas del museo, una

sala de cine de gran formato y varias salas de exposiciones.

La estructura de La Ceiba —recordó Ricardo Combaluzier— fue un gran reto, ya que buscamos que el diseño fuera de gran impacto; por otro lado, teníamos que pensar en los sistemas y perfiles existentes y en la capacidad técnica y tecnológica de las empresas que trabajan la estructura.

Al subrayar la cuestión —muy importante— de la factibilidad asociada a la construcción —lo que algunos denominan constructibilidad—, William Rodríguez apuntó que el reto “no solamente es el hecho de realizar el diseño estructural, sino cómo se realiza al momento de la ejecución de la obra”.

Y en esta búsqueda por equilibrar diseño y realización, la elección del acero como material de construcción principal resultó completamente natural: “expresiva y plásticamente, el acero era el único material posible para construir La Ceiba. El acero te permite esa ligereza y transparencia que se buscaba en el diseño”.

En relación con este tema, Combaluzier coincidió con su colega: El acero nos ha permitido dos cosas: una, la posibilidad de lograr ciertas intenciones del diseño, sobre todo en el caso de La Ceiba; dos, la posibilidad del control y el desarrollo en un corto tiempo. […] El acero

es el único material que podía aportar las propiedades estéticas para el diseño, ya que buscábamos una estructura no oculta sino, por el contrario, que la misma estructura metálica trabajara estructuralmente y con la intención formal. En el caso de La Ceiba, no es una estructura que se hace y se recubre, como en las salas de exposición, sino que la misma estructura es el contenedor de los espacios, el acabado final [y] lo que sostiene el edificio.

A su vez, Rivas puntualizó: Los tiempos que exige el mundo actual en cuanto a edificaciones son más cortos, y el acero permite menores tiempos de ejecución. El control de la calidad es otro aspecto importante: con el acero todo se ejecuta en taller y el control es mayor.

Para finalizar la plática, Josefina Rivas le recordó a los futuros constructores de infraestructura que “es primordial que, antes de realizar cualquier edificación, se cuente con un proyecto ejecutivo completo y conciliado con las diferentes especialidades que intervienen”, mientras que el consejo del arquitecto Combaluzier fue que “en la ejecución tengan un equipo de supervisión en el cual intervengan los proyectistas, tanto de arquitectura como de todas las especialidades”, ya que eso “permite una continuidad en los procesos y [proporciona] las mejores soluciones ante lo que se requiere durante la obra”.

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Colaboración Especial

¿Qué es lo que distingue a este Proyecto frente a otros museos en México?

William Ramírez: En primera instancia, el proyecto se realiza a través de un PPS —proyecto para la prestación de servicios—, lo cual representa una innovación para el estado y el país. El esquema es diferente y permite garantizar la calidad en el servicio que prestará.

Ricardo Combaluzier: Algo que marca una diferencia es que el planteamiento, los objetivos y hasta el diseño hacen referencia a una cultura maya viva. Partimos de las raíces, pasamos por las cuestiones arqueológicas y antropológicas, hablamos de la evolución social de la cultura maya y llegamos hasta la cultura maya que se vive hoy en día.

Josefina Rivas:El Museo marca una diferencia y ha despertado gran interés en todos los ámbitos porque son pocos los museos que son diseñados como tales: el mayor porcentaje de museos con los que cuenta el país son espacios adaptados.

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Colaboración Especial

De acuerdo con el Proyecto de Turismo Cultural de Yucatán, elaborado por el Gobierno del Estado, los objetivos del Museo del Mundo Maya son: 1. Promover y difundir el conocimiento de la cultura maya.

2. Fomentar la idea de unidad entre cultura y medio ambiente.

3. Recrear elementos que sirvan para fundamentar el orgullo étnico del grupo maya yucateco.

4. Exponer, con carácter temporal, colecciones y muestras de otras culturas y grupos étnicos, tanto mexicanos como extranjeros.

5. Establecer un contacto permanente y servir como espacio de expresión a las comunidades, asociaciones y grupos con fines semejantes.

6. Constituirse en el centro de una red estatal de museos capaz de articular, difundir, capacitar y enlazar a los museos yucatecos.

Del 31 de Octubre al 3 de noviembre de 2012 Sede: Hotel Grand Hotel Acapulco Acapulco, Guerrero.

Programa: - 160 presentaciones orales - Curso Interacción Suelo - Estructura - Curso de Diseño Eólico - Conferencias Magistrales - Mesas Redondas - 6o Concurso Nacional de Tesis de Maestría - 6o Concurso Nacional de Tesis de Licenciatura - 3o Concurso Nacional de Puentes de Madera

- Premios Nacionales: Docencia, Investigación y Práctica Profesional - Exposición Técnica Comercial - 6o Reunión de Delegaciones y Representaciones SMIE

Informes e Inscripciones Sociedad Méxicana de Ingeniería Estructural, A.C. Sra. Ana María Nasser Farías Camino a Santa Teresa No. 187., Parques de Pedregal Deleg. Tlalpan C.P. 14010 México, D.F. Tel.: (0155) 5528 5975 smie1@prodigy.net.mx www.smie.org.mx Vector 11

Colaboración Especial

El Museo Maya en cifras El “tronco” de La Ceiba Se trata de una megacolumna de sección transversal circular hueca de cinco metros de diámetro y veintinueve de altura, desplantada en una zapata aislada circular de seis metros de diámetro y de un metro de peralte, anclada a la roca.

Su capacidad de carga es de 152 ton/m2

Cimentación La cimentacíon de los edificios se construyó a base de zapatas aisladas, cuadradas, de concreto reforzado para recibir columnas de acero HSS —hollow structural sections, secciones estructurales huecas— circulares y cuadradas, con placa base, cartabones o nervaduras, grouting, anclas o pernos de anclaje y dados de concreto reforzado.

Conexiones estructurales trabe columna Las conexiones estructurales entre trabes principales y columnas se formaron con placa de extremo. Los muñones de las columnas son de taller y reciben las trabes para hacer las uniones atornilladas en campo, con dieciséis tornillos de alta resistencia ASTM A325 —NOM–H–124— de 25.4 mm de diámetro.

Sistemas de piso compuestos acero–concreto Los sistemas de piso están hechos de lámina acanalada de acero Losacero 25 —sección 4— calibre 24, con una capa de concreto de cinco centímetros de espesor, apoyada sobre vigas secundarias a base de perfiles estructurales laminados IR, separadas a 2.12 metros en los tableros tipo cuadrados.

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Aceros

AHMSA Versatilidad y seguridad en la construcción PERFILES ESTRUCTURALES AHMSA es el único fabricante en México de vigas IPR, canales CPS y ángulos APS, que ofrecen al constructor ventajas importantes sobre otros materiales: mayor espacio en grandes claros, montaje rápido y flexible, cimientos pequeños, desempeño superior en sismos.

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El proyecto túnel sumergido bajo el río Coatzacoalcos Está siendo ejecutado en la ciudad de Coatzacoalcos, Veracruz, ubicada en la desembocadura del propio río Coatzacoalcos con el Golfo de México. En esta región del Sur de Veracruz se localizan las Instalaciones de la industria petroquímica de Pemex más grande de América Latina.

En la actualidad se utilizan dos medios para cruzar de la ciudad de Coatzacoalcos a la zona industrial.

A través de panga para llegar a la congregación de Allende.

Por el puente Coatzacoalcos construido en 1958.

Con la construcción del túnel sumergido en el Río Coatzacoalcos se unirá la zona urbana de Coatzacoalcos con la congregación de Allende del mismo municipio, y es una alternativa urbana al actual cruce carretero que permitirá optimizar el servicio en materia de vialidades y transporte que fortalecerá y consolidará el desarrollo regional del sur de Veracruz pues traerá los siguientes beneficios.

Reducir los tiempos de traslado de la zona urbana a los centros de trabajo ubicados en los complejos petroquímicos Morelos, Pajaritos y La Cangrejera.

Eliminar los congestionamientos actuales en el Puente Coatzacoalcos.

Reducir la contaminación ambiental.

Especificaciones:

Longitud tramo sumergido: 805.00 metros.

Longitud acceso Coatzacoalcos: 480.00 metros.

Longitud acceso Allende: 243.00 metros.

Longitud total: 1,528.00 metros.

Tipo de infraestructura: Túnel sumergido de concreto presforzado Ancho de calzada: 4 carriles de 3.75 metros de circulación, dos en cada sentido separados por un túnel de servicios.

Pavimento final: capa de concreto asfáltico sobre piso de concreto tanto en el propio túnel sumergido como en las vialidades de acceso.

Grupo Básico Mexicano ha sido desde el inicio de esta importante obra en el 2004, la Gerencia de Proyecto para la Construcción del Túnel Sumergido bajo el Río Coatzacoalcos, encargada de coordinar y supervisar el correcto desarrollo del propio proyecto durante su etapa de construcción hasta la puesta en marcha. Adicionalmente, Grupo Básico Mexicano tiene a su cargo los servicios de Gerencia de Proyecto cubriendo las áreas de: •

Administración

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Coordinacion

•

Juridico

•

Financiero

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Colaboración Especial

Gerdau

México, D.F., 2 de Agosto de 2012.

Gerdau realizará una inversión de seiscientos millones de dólares, por medio de su joint venture Gerdau Corsa, para construir una nueva planta en México enfocada en la producción de perfiles estructurales de acero, la cual tendrá una capacidad instalada anual de un millón de toneladas de acero y setecientas mil toneladas de productos laminados.

Esta inversión permitirá la sustitución de importaciones de ese producto en México y se espera que comience sus operaciones en el segundo semestre de 2014.

El anuncio fue hecho hoy por André B. Gerdau Johannpeter, director presidente de Gerdau, en el marco de la presentación de los resultados financieros correspondientes al segundo trimestre de este año. Los detalles del proyecto serán dados a conocer antes de que termine el presente año.Para mayor información sobre Gerdau en México,consulte:

www.gerdau.com.mx 16 Vector

Anuncia proyecto para México

Sobre Gerdau Gerdau es líder en el segmento de aceros largos en el continente americano y es una de las principales proveedoras de aceros largos especiales del mundo. Con más de cuarenta y cinco mil colaboradores, posee operaciones industriales en catorce países de los continentes americano, europeo y asiático, que suman una capacidad instalada superior a veinticinco millones de toneladas al año. Es la mayor recicladora de América Latina y del mundo: transforma anualmente millones de toneladas de chatarra en acero, reforzando su compromiso con el desarrollo sustentable de las regiones donde actúa. Con más de ciento cuarenta mil accionistas, Gerdau está listada en las bolsas de valores de São Paulo, Nueva York y Madrid.

Sobre Gerdau en México Gerdau está presente en México desde el año 2007, conformada por Gerdau Sidertul, su joint venture Gerdau Corsa, la empresa asociada Aceros Corsa y sus distribuidoras. La producción en México es de varilla corrugada, varilla habilitada y perfiles comerciales.

Además, se comercializan perfiles estructurales para la construcción en acero y la industria especializada. Los productos de Gerdau en México cumplen con las especificaciones de las normas tanto nacionales como extranjeras para garantizar calidad y seguridad. Al mismo tiempo, la empresa busca el desarrollo sustentable de la cadena productiva para contribuir a la protección del medio ambiente.

Contacto con Prensa: Raúl Valencia Burson-Marsteller México raul.valencia@bm.com 53-51-65-33

VISIÓN PANORÁMICA DE LAS ESTRUCTURAS DE ACERO EN MÉXICO Héctor Soto Rodríguez

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DESPUÉS DE LOS SISMOS DE 1985 DE LA CIUDAD DE MÉXICO

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n los últimos años, particularmente después de los daños ocasionados por los sismos de 1985 en la Ciudad de México, el uso de la estructura de acero en el medio de la ingeniería ha visto aumentar su importancia en la construcción de edificios cuya arquitectura tiende a lo contemporáneo. De acuerdo con fuentes confiables y estadísticas recientes, el uso de este tipo de estructura en la industria de la construcción hoy en día asciende al 12 %. Se estima que, en los próximos años, la estructura de acero tendrá mayor participación en la construcción en virtud de que, gracias a la difusión y a la promoción que realiza la industria del acero en México —a través de la Canacero y de AHMSA—, especialmente en las universidades donde se imparten las carreras de ingeniería y arquitectura, se fomenta una cultura permanente del uso del acero y los resultados seguramente serán favorables a corto y mediano plazo.

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Suplemento Especial Infraestructura

que permiten salvar claros fuertes, se logran formas audaces, se obtiene una grata apariencia, se reduce considerablemente el tiempo de construcción y la transparencia de la estructura de acero se traduce en un costo razonable.

En los edificios aparentes, la estructura de acero habla por sí misma y forma parte integral del diseño arquitectónico. El uso de la estructura de acero en México ha demostrado que este sistema tiene excepcionales características que permiten proyectar obras sumamente complejas, lo que, con cualquier otro material, sería difícil de materializar.

La estructura metálica tiene características naturales que concuerdan con los requisitos de la construcción sustentable, al ser un sistema innovador y amigable con el medio ambiente gracias a sus beneficios potenciales de reciclaje. El paradigma de la arquitectura contemporánea es la simplicidad y la complejidad: entre más simple parezca, más compleja resulta. Así, la estructura de acero posibilita la construcción de rascacielos sustentables — pequeñas ciudades verticales— en metrópolis densamente pobladas como Nueva York, San Francisco, Los Ángeles, Dubái, Hong Kong, Tokio, Bombay, Shanghái o la Ciudad de México, entre otras.

Los modernos sistemas estructurales para edificios de acero utilizados hoy en día en el mundo son ilimitados. Con la estructura de acero se puede proyectar, diseñar y construir prácticamente lo que sea. En México y en el mundo existen numerosos ejemplos de edificios espectaculares y de características inusuales, como el Estadio Olímpico de Pekín —China—, también conocido como Nido de Pájaro, el Museo Guggenheim de Bilbao —España—, el Burj Khalifa —Dubái—, la Torre Shanghái — China—, la Torre Mayor, la Torre Reforma y el Museo Soumaya —Ciudad de México—, por mencionar algunos ejemplos.

En arquitectura contemporánea, el acero es estructura y, al mismo tiempo, material decorativo. Está íntimamente relacionado con la arquitectura industrial, estimula la imaginación y creatividad del arquitecto, dado que el arquitecto moldea al acero a su conveniencia, lo que dinamiza los espacios. La estructura metálica es un sistema absolutamente industrializado —prefabricado— y sustentable, especialmente conveniente en arquitectura orgánica y vertical, con la que se puede construir lo que sea y, por ende, es el sistema constructivo de excelencia en la actualidad: Calatrava, César Pelli, Jean Nouvel y Norman Foster, por mencionar algunos arquitectos reconocidos mundialmente, han proyectado edificios de acero de vanguardia y tecnología de punta.

Con las estructuras de acero se da forma a las concepciones arquitectónicas y estructurales más sofisticadas, que se integran armoniosamente a su entorno urbano. Las razones de su uso en la arquitectura contemporánea se deben, fundamentalmente, a

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La estructura debe cumplir con la función para la que ha sido destinada con un grado razonable de seguridad, de manera que tenga un comportamiento adecuado de acuerdo con las condiciones normales de servicio u operación que se le han asignado. Además, debe satisfacer otros requisitos, tales como mantener el costo dentro de los limites económicos y satisfacer las especificaciones generales del proyecto. Por lo mismo, se vuelve necesario proponer diversas alternativas estructurales para obtener la solución más económica y viable. El costo de una estructura de acero hace necesaria la optimización de cada una de las etapas de diseño, fabricación y montaje, para lo cual se requiere una supervisión oportuna y profesional.

Una estructura puede concebirse como un sistema: un conjunto de componentes que se combinan de forma ordenada para cumplir con una función dada. De hecho, toda estructura no es sino parte de un sistema más complejo, como puede ser un edificio o un complejo industrial. En un edificio, por ejemplo, pueden distinguirse varios subsistemas además del estructural, como son las instalaciones eléctricas, hidrosanitarias, de voz y datos o el aire acondicionado. La función de una estructura es muy precisa y puede ser salvar un claro —como en el caso de los puentes vehiculares—, encerrar un espacio —como sucede en los distintos tipos de edificios urbanos—, o contener un empuje de agua o de tierra —como en los muros de retención y contención en tanques o silos—.

La estructura de acero se construye en dos partes diferentes: en un taller de fabricación especializado y en campo o sitio de la obra. Cuando los elementos estructurales se ensamblan en su

“Construyendo un México de Acero”

30 Aniversario

Somos una empresa dedicada al diseño, fabricación y montaje de estructuras de acero.

Nuestra planta ubicada en Lerma, Estado de México se encuentra equipada con la más avanzada tecnología, lo que nos permite tener una importante capacidad de producción en la fabricación de estructuras metálicas, que se refleja en una reducción de costos además de: * Eficiencia en el tiempo de fabricación. * Precisión en el acoplamiento de elementos atornillados. * Facilidad y rapidez en montaje de las estructuras metálicas.

Principales servicios: 1. Diseño estructural 2. Ingeniería de Fabricación 3. Fabricación de estructuras metálicas 4. Fletes a obra 5. Montaje de estructuras

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posición definitiva, se dice que la estructura ha sido montada en sitio. Si la estructura se fabrica en un lugar distinto al de su posición definitiva, se dice que ha sido manufacturada en taller —prefabricación—. Con el montaje en campo se economiza el tiempo de construcción si la estructura de acero es prefabricada a manera de mecano y se lleva un estricto control de calidad de las soldaduras y una supervisión oportuna.

El proyectista debe tomar en cuenta estas dos etapas de construcción para lograr una economía razonable en su diseño.

El segundo proceso constructivo obliga a una secuencia programada de actividades dado que, para iniciar cada etapa, es necesario esperar a que se haya concluido la anterior. Por ejemplo, no se pueden montar las columnas en su posición final hasta que no quede perfectamente verificada la posición de las anclas y esté terminada la cimentación, así como tampoco se puede proceder al vaciado y colado de los sistemas de piso compuestos acero/concreto de un nivel hasta que no se hayan colocado las vigas interiores o secundarias a separaciones convenientes que complementan la estructura horizontal, la lámina de acero acanalada o cimbra perdida, los pernos conectores de cortante y la malla electrosoldada. Además, a menudo es necesario construir obras falsas de apuntalamiento temporal en lo que el concreto, después de su vaciado en estado fresco, alcanza la resistencia esperada.

En un edificio de acero, el esqueleto o sistema estructural está formado por dos estructuras, una vertical y otra horizontal, que se ligan en dos planos perpendiculares. La estructura horizontal está constituida por las columnas, los sistemas de contraventeo y los muros de rigidez de concreto reforzado —generalmente el núcleo central del edificio—. La estructura horizontal la forman las trabes, vigas secundarias, armadura y contraventeos horizontales. Ambas estructuras se unen mediante diversas conexiones, que son los puntos medulares de las estructuras metálicas. Los sistemas de piso compuestos acero/concreto crean las superficies horizontales donde se realizarán las actividades propias del edificio, y los muros no estructurales permiten delimitar los espacios útiles o áreas rentables del edificio.

Otra aspectos fundamentales del diseño de una estructura de acero que debe tomar en cuenta el proyectista en la etapa de la concepción o estructuración del edifico son las vibraciones y los desplazamientos laterales, que deben controlarse a límites tolerables.

Nuevos materiales Como consecuencia de los graves daños ocasionados por varios sismos fuertes alrededor del mundo, la industria del acero ha innovado mediante la producción de aceros estructurales que resultan muy convenientes en zonas sísmicas. Uno de los aceros que tiene propiedades favorables de soldabilidad, ductilidad y resistencia es el ASTM A992, que tiene un esfuerzo de fluencia Fy = 3,515 kg/cm2 y un esfuerzo de ruptura Fu = 4,570 kg/cm2.

Este acero ya se produce en México.

No obstante, a pesar de que la industria del acero ha incrementado la gama de perfiles estructurales laminados, a la fecha se siguen utilizando profusamente columnas fabricadas con cuatro placas soldadas y vigas de tres placas, en vez de perfiles laminados IR o H. Si el especialista en estructuras desconoce las dimensiones comerciales de la placa para dar sus correctas dimensiones a estas secciones armadas, puede tener un desperdicio importante de acero. Esta práctica de construcción tradicional requiere más mano de obra, tiempo de fabricación y control de calidad; por lo tanto, se recomienda ampliamente utilizar secciones abiertas IR para vigas y H para columnas que facilitan las conexiones estructurales trabe–columna.

Otros materiales novedosos en el mercado nacional son las láminas de acero acanaladas para sistemas de piso de grandes claros fabricadas por Tata Steel, que eliminan las vigas secundarias y paneles prefabricados para fachadas y cubiertas ligeras tipo Ternium.

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Normatividad para diseño de estructuras de acero La normatividad para diseño y construcción de estructuras que se aplica en México tiene como objetivo garantizar un comportamiento satisfactorio de las edificaciones y, de esta manera evitar —en el caso de sismos de gran magnitud— daños económicos elevados y, especialmente, pérdidas de vidas humanas.

Los reglamentos de construcción actualizados en México toman en cuenta diversos aspectos referentes a las experiencias al conocimiento derivados de los sismos ocurridos en el mundo y en el país, así como los estudios e investigaciones que se realizan a partir de ellos.

En México se cuenta actualmente con una normatividad completa para el diseño y construcción de estructuras de acero: especificaciones IMCA, normas técnicas complementarias para diseño y construcción de estructuras metálicas del Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal y especificaciones AISC–2005 —diseño dual: diseño por factores de carga y resistencia y diseño por resistencia permisible—.

Las últimas normas de la Comisión Federal de Electricidad —CFE— para evaluar las acciones accidentales de viento y sismo son muy

completas, pero conducen a resultados que requieren mucho conocimiento y experiencia geotécnica por parte del usuario.

Criterios de análisis y diseño estructural: filosofías de diseño Los primeros estudios sobre el comportamiento y diseño de miembros de acero estructural se basaron en la teoría del comportamiento elástico de los materiales. Por ejemplo, la ley de Hooke, que establece que el acero tiene un comportamiento elástico, y que los esfuerzos se relacionan directamente con las deformaciones unitarias, ha sido la base fundamental del diseño elástico o del diseño por esfuerzos permisibles.

La teoría elástica constituyó el principal método de diseño desde el inicio del siglo pasado hasta la década de 1990. A partir de la publicación de las especificaciones AISC–LRFD/86 se comenzó a dar una rápida transición al diseño por factores de carga y resistencia por tratarse de un método más racional y más realista que el tradicional.

Después de muchos años de experiencia práctica y pruebas de laboratorio, ahora se conoce mejor el comportamiento del acero

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estructural y se va dejando en el pasado el método de diseño basado en esfuerzos permisibles, ya que no permite predecir el comportamiento real de la estructura en el umbral de la falla.

En el diseño por esfuerzos permisibles o de trabajo, las secciones transversales de los elementos estructurales se diseñan suponiendo una variación lineal en la relación esfuerzo–deformación, lo que asegura que, bajo las cargas de servicio o de trabajo, los esfuerzos en el material no exceden los esfuerzos permisibles de trabajo. Las solicitaciones que actúan en los miembros estructurales son nominales o de trabajo —cargas no factorizadas—.

A partir de la aparición, por primera vez, de la fluencia en una sección crítica de un miembro estructural, el comportamiento del acero deja de ser elástico y, si las cargas aumentan en otras secciones críticas, aparecerán las articulaciones plásticas, lo que se manifiesta en un incremento notable de las deformaciones plásticas y en el desarrollo de la ductilidad hasta llegar al punto en el que el acero es incapaz de resistir más carga y se presenta la falla de la estructura.

El diseño por resistencia última es un método de dimensionamiento basado en el estado de ruptura o falla del material. El planteamiento analítico se hace con base en que el acero trabaja a su esfuerzo de ruptura. En este método, las cargas se incrementan multiplicándolas por un factor de carga mayor que la unidad.

El Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal —2004— obliga a tomar en cuenta, en el diseño estructural de cualquier tipo de estructura, la revisión de dos estados límites: de falla y de servicio. Un estado límite de falla es aquel que se refiere al agotamiento de la capacidad resistente de un elemento estructural o de alguna parte de la estructura, incluyendo la cimentación, o cuando ocurren daños irreversibles que afecten de manera significativa a la capacidad resistente de la estructura.

Uno de los objetivos del reglamento es el de tener una seguridad adecuada contra la aparición de cualquier estado límite de falla. A su vez, el estado límite de servicio corresponde a la aparición de daños que requieren reparación, o a la presencia de desplazamientos laterales o vibraciones que interfieran con el funcionamiento correcto de una edificación. Se permiten procedimientos alternativos que proporcionen, a juicio del gobierno del Distrito Federal, niveles de seguridad no menores que los que se obtienen con las Normas Técnicas Complementarias para Diseño y Construcción de Estructuras Metálicas —2004—. Debe revisarse que se cumple la condición para los estados límite de falla correspondientes a todas las condiciones de carga de interés y que se satisfacen también los estados límite de servicio propios del problema en estudio.

FRRn ≥ FC ∑ S 22 Vector

La ingenierĂ­a hace la diferencia Sociedad Mexicana de Ingenieros

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Los valores de las acciones, sus combinaciones y los factores de carga —segundo miembro de la expresión: acciones de diseño— se fijan en el título VI del reglamento —“De la seguridad estructural de las construcciones”—, mientras que en las NTC–2004 se estipulan los valores de factores de reducción de resistencia y los procedimientos para evaluar las resistencias nominales de los elementos más comunes en estructuras metálicas —primer miembro de la expresión anterior: resistencias de diseño—. Los valores de los parámetros que aseguran un comportamiento adecuado desde el punto de vista de servicio, como pueden ser flechas máximas o períodos de vibración, deben escogerse teniendo en cuenta el uso que se le dará a la estructura. Los estados límites se revisan utilizando las cargas de servicio o de trabajo que corresponden a cada uno de ellos.

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Sistemas estructurales La elección del sistema estructural es, sin duda, uno de los factores más importantes en la etapa de la concepción de la estructura y la que más afecta el costo de la misma. La elección del sistema estructural implica, a su vez, la selección del material de construcción. En esta etapa, el proyectista debe tener en cuenta las características de la mano de obra y el equipo disponible, así como el procedimiento y las técnicas de construcción modernas adecuadas a cada caso particular.

Actualmente, los sistemas estructurales tradicionales se reemplazan por nuevas concepciones estructurales: “tejidos estructurales horizontales y verticales”.

Estructuración En la etapa de la estructuración del edificio de acero, el ingeniero debe aplicar muchos de los fundamentos y principios generales de la ingeniería estructural y sísmica, en los que se basa el entendimiento y la comprensión respecto al comportamiento del acero y de los sistemas estructurales. Se debe de aplicar, también, la experiencia de la ingeniería estructural práctica, cuyo uso inteligente podría facilitar la solución a los problemas comunes de diseño, pero cuyo uso inapropiado puede conducir a diseños inadecuados, caros o, aún peor, a fallas estructurales catastróficas.

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En esta etapa, el ingeniero proyectista debe hacer varias consideraciones básicas con respecto al tipo de estructura propuesta, entre las que se encuentran la elección del material de construcción y el sistema estructural más conveniente de acuerdo con las características del diseño arquitectónico y del lugar en que se construirá el edificio.

A lo largo del siglo pasado, la elección del material en las grandes ciudades del mundo, localizadas en zonas preponderantemente sísmicas, fue con frecuencia el acero estructural.

Después de elegir una estructuración, se idealiza el modelo matemático tridimensional de la estructura para estudiar los efectos de las solicitaciones a que puede estar sometida, con el fin de hacer más práctico el análisis, ya que el problema puede ser complejo.

Modelo matemático de la estructura: programas de computadora comerciales para el análisis, diseño estructural y

detallado de estructuras de acero Para hacer el modelo matemático de la estructura se requiere la siguiente información: uso de la estructura, geometría en planta y elevación, cortes, aberturas en diafragmas o sistemas de piso, alturas de entrepisos, condiciones de apoyos de columnas, sistema estructural propuesto, tipos de conexiones trabe columnas. Hoy en día se dispone de una gran cantidad de programas para analizar, diseñar y detallar las estructuras de acero más complejas, con los que se satisfacen las condiciones e hipótesis estructurales. Sin embargo, su utilización implica poseer amplios conocimientos de las especificaciones de diseño.

Es importante señalar que lo programas comerciales de computadora internacionales se basan en especificaciones AISC y tienen asignados factores por defecto que, de no ser corregidos, arrojarán resultados erróneos e ilógicos en el diseño.

Modelo matemático de un edificio industrial

Diseño estructural Los objetivos del diseño estructural consisten, fundamentalmente, en garantizar el funcionamiento correcto de la estructura durante su vida útil, lograr una economía razonable, obtener una seguridad estructural adecuada y satisfacer los requisitos de grata apariencia y estética de la edificación.

El proceso de diseño de un sistema inicia con la formulación de los objetivos que se pretende alcanzar y de las restricciones que deben tenerse en cuenta por el proyecto arquitectónico impuesto. Para lograr los objetivos del diseño estructural, el ingeniero dotará de las siguientes propiedades a la estructura propuesta, que son las que definen su respuesta ante sismos fuertes: • Estabilidad: debe garantizarse la estabilidad de conjunto de la estructura completa y la estabilidad local de cada uno de los elementos constitutivos. La inestabilidad es una condición en la que basta una pequeña alteración para llevar a la estructura al derrumbe.

• Resistencia: la estructura debe tener resistencia suficiente para soportar la combinación de efectos ocasionados por cargas verticales y accidentales —sismo, principalmente—.

• Rigidez: la estructura debe tener la rigidez adecuada para que sus deformaciones, bajo la combinación de los efectos producidos por cargas verticales y accidentales, no sean excesivas. La rigidez depende de los siguientes factores: geometría de la estructura, dimensiones generales, secciones transversales de los miembros estructurales, apoyos en la cimentación, soportes laterales en vigas y columnas, contraventeos verticales o muros de rigidez.

• Ductilidad: esta es propiedad fundamental en estructuras sujetas a efectos sísmicos. La estructura debe mantener su capacidad de carga aun cuando esté sometida a grandes deformaciones plásticas, de manera que no falle en forma súbita.

• Amortiguamiento: el amortiguamiento interno en una estructura de acero es conveniente para reducir las ordenadas de las aceleraciones espectrales sísmicas y, consecuentemente, las fuerzas inducidas por sismo. La estructura debe disipar la energía inducida por sismos.

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Estructuración típica de edificios de acero de mediana altura

Recomendaciones prácticas del diseño estructural A juicio del autor, los aspectos fundamentales que deben considerarse para obtener un diseño estructural racional se resumen en los siguientes: identificación de los estados límites de falla y de servicio pertinentes para cada uno de los miembros estructurales, revisión de las vibraciones en las vigas de los sistemas de piso, selección de perfiles laminados convenientes para vigas y columnas —vigas perfiles IR y columnas secciones H—, aprovechamiento óptimo del acero, dotar contraventeo lateral adecuado para evitar cualquier pandeo lateral por flexotorsión, revisión de la filosofía de diseño trabe débil/columna fuerte para garantizar que las articulaciones plásticas se forman en los extremos de la trabe y no en las columnas.

Uno de los aspectos fundamentales del diseño estructural de un edificio de acero es el dimensionamiento de los diversos elementos que la integran. El dimensionamiento debe garantizar que se cumplan ciertos requisitos implícitos de seguridad y de comportamiento correcto bajo condiciones de servicio. Como

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en cualquier otro problema de ingeniería, el costo influye de manera importante en la solución final que se adopte. También debe procurarse que la estructura sea estética y que el arquitecto y propietario queden satisfechos.

El requisito fundamental de un elemento estructural es el de contar con una resistencia suficiente. Es natural, entonces, que la primera consideración que se intente satisfacer al proponer determinadas dimensiones sea esta. Así, se procura primero lograr secciones con resistencia suficiente y después se comprueba la forma en que se cumplen los requisitos de comportamiento bajo condiciones de servicio asociados a la economía. Después de definir las características geométricas de las secciones estructurales de manera que tenga suficiente resistencia, se revisan, por ejemplo, las deformaciones y las vibraciones para comprobar si están dentro de límites tolerables. Por último, una vez establecidas varias alternativas estructurales aceptables, se hacen comparaciones de costos para escoger las más apropiadas.

Dada la cantidad de variables que intervienen, no es posible establecer un conjunto de reglas rígidas para dimensionar la estructura; sin embargo, existen varios principios generales que conviene respetar: fundamentalmente, debe buscarse la sencillez

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constructiva y la uniformidad, y deben evitarse las discontinuidades abruptas en las dimensiones de los miembros estructurales de acero.

Para lograr la calidad prestablecida en las normas y especificaciones de diseño y construcción de estructuras de acero es necesario tomar precauciones especiales en los siguiente puntos: • Vigilar el cumplimiento estricto de la normatividad vigente en las etapas de diseño estructural y fabricación de estructuras de acero.

• Dar una adecuada difusión a la información actualizada para el análisis y diseño estructural.

• Preparar permanentemente al personal involucrado en una obra de acero.

• Mejorar la supervisión estructural.

En la etapa de construcción de un edificio de acero deben revisarse los siguientes puntos específicos: • Falta de coincidencia de agujeros para tornillos de alta resistencia.

• Colocación incorrecta de la malla electrosoldada.

• Falta de colocación de calzas en la lámina de acero acanalada.

• Que la malla quede sin recubrimiento y, consecuentemente, el concreto se fisure.

• Cimentación expuesta durante la excavación debido a que el trazo de la misma se realiza mal en el proyecto global.

• Piezas cortas que generan excentricidades importantes.

• Trazos erróneos de conexiones con placa extrema.

• Tornillos de alta resistencia sin satisfacer las distancias mínimas a los bordes de la placa.

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Conexiones trabe–columna Las conexiones trabe–columna constituyen el aspecto más importante de las estructuras de acero y una de las partes más vulnerables. En la actualidad existe un consenso gremial para determinar qué tipo de conexión trabe–columna es la más conveniente en estructuras de acero ubicadas en zonas de alta sismicidad.

Las tendencias actuales y futuras se encaminan a diseñar conexiones atornilladas en estructuras de acero, en razón de la facilidad para hacer las conexiones estructurales trabe–columna con secciones abiertas —columnas—. Las conexiones son limpias, rápidas de armar en obra y, consecuentemente, reducen el tiempo de montaje de la estructura de acero. Se reducen también riesgos climáticos que afectan el proceso de soldadura, la inspección visual es sencilla y el equipo es de fácil operación en obra para colocar

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los tornillos de alta resistencia. A cambio de lo anterior, se requiere una fabricación precisa en taller y de buena calidad, debido a que se especifican holguras pequeñas. Independientemente del tipo de conexión trabe–columna propuesto por el diseñador, es fundamental su detallado. No se debe fabricar una estructura si no hay planos bien elaborados de taller o de detalle.

Se ha observado en el medio mexicano que aún existe desconocimiento de los procesos prácticos de fabricación y montaje por parte de los especialistas en estructuras, especialmente en la parte de conexiones trabe–columna.

Factores esenciales en conexiones soldadas En el diseño estructural han de tomarse en cuenta los siguientes puntos específicos de las conexiones soldadas: • Proceso de soldadura.

• Tamaño, forma y grueso de las piezas.

• Tipo de solicitación.

• Preparaciones —biseles—.

• Tipo de junta: a tope, traslapada, en té, de esquina y de borde.

• Tipo de soldadura: filete, penetración —completa o parcial, de ranura y de tapón—.

• Agujeros de acceso para soldar y posición en que se deposita la soldadura.

Factores esenciales en conexiones atornilladas En el caso de conexiones atornilladas, se recomienda tomar en cuenta los siguientes puntos particulares:

Fenómenos que pueden ocasionar fallas prematuras De acuerdo con la experiencia del autor, los fenómenos que pueden ocasionar fallas prematuras se resumen en: • Incapacidad para alcanzar el momento plástico en alguna de las secciones de la viga en la que deben aparecer articulaciones plásticas.

• Capacidad de rotación insuficiente de la conexión trabe – columna.

• Fallas estructurales de miembros aislados.

• Falla de las conexiones.

• Fallas por inestabilidad.

• Inestabilidad de conjunto de la estructura completa o de parte de ella.

• Pandeo local de patines, pandeo local del alma, pandeo lateral y pandeo lateral por flexotorsión.

Para evitar la falla frágil se requiere una acertada combinación de ingeniería de detalle que evite concentraciones de esfuerzos y mano de obra calificada en la fabricación y montaje de una estructura de acero, con el fin de obtener construcciones resistentes a este tipo de falla.

Factores esenciales de los sistemas de piso compuestos acero–concreto Las losas o sistemas de piso deben funcionar como diafragmas horizontales con el fin de distribuir adecuadamente las fuerzas de inercia a los elementos resistentes verticales. Deben diseñarse con las características estructurales que les permitan cumplir con este cometido.

Planos estructurales o de ingeniería básica

• Tipo de tornillos de alta resistencia —en México, ASTM A 325 (NOM–H–124) y A490 (NOM–H–123)—.

• Diámetro, longitud y agarre, solicitaciones: tensión, cortante o esfuerzos combinados, roscas dentro o fuera de los planos de corte, distancias al borde, ruptura por bloque de cortante.

Como se mencionó anteriormente, las conexiones atornilladas son rápidas de armar en campo. Sin embargo, ameritan mayor precisión geométrica y pueden conducir a soluciones preventivas o correctivas más inciertas que las que se toman en conexiones soldadas.

De acuerdo con la experiencia del que escribe, para que los planos estructurales sean de buena calidad se requiere: • Plano llave.

• Referencias externas de consulta.

• Tablas de perfiles, conexiones, detalles especiales, alzados y plantas.

• Cortes particulares en zonas conflictivas.

• Especificaciones de losas y espesores de acabados.

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Los planos estructurales deben ser sencillos, claros y precisos para que representen las condiciones generales de la estructura: tipos de apoyos, conexiones supuestas en el análisis y diseño estructural. En algunos casos, la información de los planos estructurales es insuficiente; en otras ocasiones es necesario rediseñar las conexiones trabe–columna por sencillez, por costo o para optimizar los recursos. Frecuentemente, no se hacen detalles a escala de los elementos de concreto reforzado de la cimentación —dados y trabes de liga— y se dificulta la colocación de las anclas o pernos de anclaje en los dados de concreto reforzado.

El uso de terminología incorrecta en los planos estructurales es frecuente todavía. Así, se menciona grouting por lechada, strut en lugar de puntal, tensor por tirante, embrochalamiento por conexión rígida de trabes, sag rods en vez de barras de contraflambeo, o perno en lugar de tornillo, entre otros vocablos mal utilizados.

Ingeniería de detalle.

La ingeniería de detalles es el proceso mediante el cual se proporciona por medio de planos absolutamente toda la información necesaria de cada una de las piezas que forman una estructura. Los planos de fabricación, detalle o taller son documentos muy importantes, ya que garantizan el éxito de una obra de acero y a partir de estos se puede tener una definición exacta de las características de la estructura —con una aproximación del 2 %— antes de fabricarla, si la ingeniería es confiable. Estos documentos contienen la solución definitiva en dimensiones para que la estructura responda a las necesidades del análisis, diseño y geometría fijada por el proyectista. Lo anterior obliga a que en los planos de ingeniería básica estén debidamente plasmados la estructuración, las escuadrías de los elementos estructurales, los perfiles propuestos en cada elemento estructural, el criterio de juntas, el tipo de acero y los elementos de unión propuestos, como tipos y tamaños de soldaduras o diámetro y longitud de los tornillos de alta resistencia.

De acuerdo con lo observado por el autor, es necesario incluir y revisar la siguiente información en los planos de taller: • Vistas principales, cortes, y detalles especiales.

• Información de soldaduras —AWS— y especificaciones de tornillería —ASTM—.

• Lista y calidades de materiales.

• Notas suficientes sobre coordenadas de ubicación de los elementos estructurales en obra.

• Por encima de todo lo anterior, los planos deben tener orden.

La estructura de acero se detalla al milímetro, no debe fabricarse sin indicaciones precisas contenidas en los planos de taller o de detalle. Cuando se contrata a un taller de fabricación sin expe-

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riencia, los planos de taller, o de fabricación, suelen ser copia de los planos estructurales y se incurre en una gran cantidad de errores. En la elaboración de los planos de detalle puede detectarse una precisión pobre y una falta grave de conocimiento en los símbolos de soldadura utilizados en las conexiones trabe–columna.

Fabricación La fabricación de estructuras de acero consiste en convertir la materia prima —acero estructural— en estructura, a manera de mecano absolutamente prefabricado. Se realiza en talleres que cuentan con equipo e instalaciones adecuadas y por obreros altamente calificados. En estas instalaciones la estructura nace y se embarca absolutamente prefabricada al sitio de la obra. Gracias al desarrollo tecnológico de los últimos años, se dispone de equipos y máquinas totalmente automatizadas para las diferentes operaciones de fabricación, las cuales permiten producir piezas con gran precisión y calidad.

Antes de iniciar la fabricación de la estructura es necesario revisar: • Los tipos de perfiles estructurales propuestos.

• Los planos de conexiones trabe–columna.

• Las distancias a los bordes.

• La interferencia entre perfiles.

• La conexiones de vigas diagonales.

• La unión de contraventeos a columnas, niveles, claros, empalmes de vigas y columnas.

Particularmente, se requiere revisar los elementos de unión y características generales, como son: soldadura y tornillería, dimensiones en las conexiones trabe–columna —distancias a los bordes, centros de agujeros para tornillos— y el ángulo de inclinación de contraventeos.

Transporte En algunas ocasiones, las piezas llegan dañadas por las dificultades al momento del transporte o con defectos de fabricación, por lo que será necesario devolverlas y reponerlas.

Montaje El montaje es la unión o acomodo ordenado en el sitio de la obra de las piezas estructurales prefabricadas para formar una estructura completa que recibirá otros materiales complementarios y cargas de acuerdo con el diseño y la construcción previstos por el ingeniero y por el fabricante de estructuras metálicas.

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El estricto cumplimiento de las normas de montaje que establecen los organismos internacionales, sobre todo del primer tramo de columnas, garantiza la geometría del resto de la estructura. El montaje requiere conocer y evaluar el sitio de la obra, conocer el equipo, elegir el método de montaje y establecer una adecuada ejecución del plan general de construcción. Al aprovechar la ventaja principal de la estructura de acero, que es la prefabricación, un montaje bien programado, contando con el equipo adecuado, puede efectuarse en un tiempo menor que el requerido por otros procedimientos.

Frecuentemente es necesario atender cuidadosamente los siguientes puntos previos al montaje de la estructura: • Niveles de desplante y posición de anclas o pernos de anclaje.

• Verificación topográfica de la poligonal y entre ejes—topografía fundamental—.

• Revisar la concordancia entre el proyecto arquitectónico con el topográfico que, a su vez, debe corresponder con el estructural, tanto en diseño como en fabricación.

En algunos casos, en esta etapa no se identifican las piezas que necesitan apuntalamiento temporal para evitar deflexiones o deformaciones laterales de la estructura. La ausencia de contraventeo provisional conduce a problemas de inestabilidad estructural. En otras ocasiones, no se revisa que el equipo de montaje sea el apropiado y que esté perfectamente apoyado en donde se consideró adecuado. También sucede que no se calculan las cargas adicionales producidas por materiales y equipos de montaje.

Algunas recomendaciones que deben tomarse en cuenta en el montaje son: • Alineado y plomeado dentro de tolerancias —1/500—.

• Eludir la preparación de biseles en campo para soldaduras de penetración completa.

• Espacio adecuado para colocar el

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grouting.

• Holguras precisas en conexiones trabe columna.

• Evitar un número elevado de anclas.

Supervisión estructural La supervisión en acero debe ser eficaz, oportuna y correctiva. Muchas obras carecen de supervisión estructural suficiente por parte de un laboratorio de control e inspección de calidad de soldaduras. Los defectos de soldadura, si no se corrigen oportunamente, encarecen la estructura.

Avances de la ingeniería estructural tras los sismos de

1985 en la Ciudad de México

A raíz de los graves daños ocasionados a todo tipo de edificaciones por los sismos de septiembre de 1985 en la Ciudad de México, la ingeniería estructural mexicana ha mejorado notablemente. Algunos logros se resumen en: • Modificaciones a las Normas Técnicas Complementarias para Diseño y Construcción de Estructuras Metálicas del RCDF–2004.

• Mejora en los métodos de análisis gracias al uso creciente de computadoras.

• Mejoras en los procedimientos de diseño.

• Empleo de aceros de mayor resistencia, ductilidad y soldabilidad —acero ASTM A992—.

• Estructuras compuestas —acero estructural/concreto reforzado.

• Mejor conocimiento del comportamiento de las conexiones trabe–columna.

• Uso de amortiguadores y aisladores de base para reducir la respuesta de las estructuras ante temblores fuertes.

• Mayor colaboración entre las diferentes ingenierías que participan en el proceso

de diseño y construcción de estructuras de acero.

No obstante, de nada servirán los análisis estructurales complejos y los avances tecnológicos de la ingeniería estructural y sísmica si en la obra no se tiene un control de calidad estricto.

Nuevas tecnologías Desde hace muchos años se han desarrollado en el mundo disipadores de energía: aisladores de base, amortiguadores tipo Taylor o contraventeos con disipadores, entre otros. Los sistemas de contraventeo, al trabajar en combinación con este tipo de disipadores —cuya función principal es disipar y reducir la energía inducida por un sismo—, tienden a reducir las deformaciones de la estructura, incrementar su amortiguamiento y mejorar su respuesta estructural.

Referencias Soto Rodríguez Héctor, “Deficiencias comunes en estructuras de acero”. Conferencia presentada en el tercer ciclo de conferencias Tendencias de la Ingeniería Estructural en el siglo XXI, organizado por la Universidad Nacional Autónoma de México, Facultad de Ingeniería, División de Ingenierías Civil y Geomática, Departamento de Estructuras, del 11 al 15 de abril de 2011. ___________________, Manual de criterios generales para la estructuración de edificios de acero. Morelia, Centro Regional de Desarrollo en Ingeniería Civil, 2009. ___________________, “Present and future tendencies for the use of steel in Mexican construction”, en The North American Steel Journal. Edición especial, marzo–abril 1995.

Colaboración Especial

ENSAYO DE CONEXIÓN DE MARCOS RESISTENTES A MOMENTO EN CAMPO Garza L .1, Farbiarz J.2

RESUMEN Se describe un ensayo de campo para una conexión de un Pórtico Resistente a Momento (PRM) de un edificio en proceso de construcción, con la finalidad de calificar dicha conexión de acuerdo a los criterios de la Norma de Construcción Colombiana NSR-10 (Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica, 2010). Se Muestra el criterio para el rediseño de la conexión y su implementación en la construcción del edificio repotenciado.

DESCRIPCION DEL EDIFICIO Y CONEXION EXISTENTE

Figura 1. Planta y elevación del edificio

El edificio en estudio está construido en estructura de acero con 7 losas en tablero metálico de 10cm de espesor como se muestra en corte y planta en la figura 1, y el 3D en la figura 2 La construcción del edificio se había suspendido desde 2002, época en que regía la norma NSR-98 (Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica, 1998) (Basada en AISC 1993 y Provisiones Sísmicas AISC 1992), y por lo tanto su diseño no correspondía al estado del conocimiento actual, cuyo desarrollo y actualización a partir de los deficientes comportamientos de edificios de acero con Pórticos Resistentes a Momentos (PRM) en los sismos de Nortridge (1994) y Kobe (1995) desencadenaron nuevos criterios de diseño para estas estructuras.

En la norma NSR-10 actual (Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica, 2010) (Basada en las especificaciones y provisiones sísmicas AISC-2010) se exige hacer ensayos de calificación para clasificar la conexión como DMI (Disipación de Energía Mínima, sin ningún requisito especial), DMO (Disipación de Energía Moderada equivalente a IMF con rotación mínima de 0.02 para una resistencia del 80% de la resistencia a momento plástica, 0.8Mp) y DES (Disipación de Energía Especial, equivalente a SMF, con una rotación de 0.04 para 0.8Mp).

Figura 2. Vista 3D del edificio

La configuración de la conexión estudiada se muestra en las figuras 4 a 7 y corresponde a una columna en cajón formada por dos perfiles HEA 600, con placa de refuerzo en la aleta superior y ángulo de asiento en la aleta inferior que funcionaba como ayuda para el montaje y placa de respaldo para la ejecución de la soldadura. No había agujeros de acceso en el alma del perfil de acuerdo a (AWS, 2010). Como se puede notar se colocaron atiesadores triangulares al interior, en la zona donde conectan las aletas, a manera de diafragma. Ver figuras 8 y 9.

El presente artículo hace parte de las memorias del V Congreso Nacional de Ingeniería Sísmica, organizado por la universidad Eafit, la Asociación de Ingenieros Estructurales de Antioquia y la Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica. Medellín, 25 al 27 de mayo de 2011.

1 Universidad Nacional de Colombia, Sede Medellín, lgarza@unal.edu.co 2 Universidad Nacional de Colombia, Sede Medellín, Jfarbiarz@unal.edu.co

Figura 4. Vista lateral de la conexión

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Colaboración Especial

Las propiedades de los materiales corresponden a la especificación A36 de acuerdo a los planos de diseño originales y los ensayos realizados en los materiales.

MODELACION DE LA CONEXIÓN Con objeto de identificar los puntos críticos de la conexión, se realizó una revisión minuciosa de todos los estados límite con los procedimientos usuales en estos casos (AISC, 2005) (Tamboli, 1999), encontrando los índices de sobreesfuerzo (demanda/capacidad) que corresponden a la plastificación esperada de la viga (incluyendo su magnificación probable por fabricación, Ry). En la tabla 1 se muestran los que fueron mayores a la unidad. Para la revisión de la flexión local en las aletas se despreciaron los atiesadores por no cumplir con los mínimos deseables por las normas.

Adicionalmente, se realizó una modelación con elementos finitos con el programa ANSYS 11, incluyendo el comportamiento inelástico, como se muestra en la figura 10. A este modelo se aplicó el protocolo de carga cíclica que se muestra en la tabla 2 (Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica, 2010) (AISC 341, 2010), y las propiedades mecánicas del material hallado en el laboratorio.

Figura 5. Vista frontal de la conexión

Figura 7. Vista inferior de la conexión

Tabla 1. Índice de sobreesfuerzos de conexión

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Figura 6. Vista superior de la conexión

Figura8. Vista general de la conexión

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Figura 10. Modelo de elementos finitos

Tabla 2. Protocolo de carga cíclica

En la figura 11 se presenta la curva de histéresis que corresponde a esta modelación, en la que a pesar de la poca disipación mostrada por la baja área interna de los lazos, que tiene más parecido con un comportamiento elástico, podría eventualmente satisfacer el criterio de clasificación DMO (IMF). Sin embargo, como se aprecia en la figura 12, la excesiva flexibilidad de la conexión (representada por los puntos) en relación con la deseable que corresponde a iguales rotaciones de viga y columna (línea roja) no es consistente con la hipótesis usual en las modelaciones de diseño estructural con nudos rígidos.

Figura 11. Diagrama momento-rotación para modelo de elementos finitos.

Figura 9. Vista interior de la conexión

DESCRIPCION DEL ENSAYO Teniendo en cuenta que para el momento de la investigación solo se había construido la primera losa y las columnas y vigas principales de la segunda, se programó la ejecución de un ensayo de calificación de acuerdo a los estándares requeridos por el capítulo F.3.11 de NSR-10, equivalentes a los de las Provisiones Sísmicas AISC 341-10, numeral K.1.

En dicho protocolo de ensayo se especifican los detalles más importantes del ensayo y el control de las variables, incluida la historia de carga. Desde el punto de vista de los apoyos de la columna, es necesario que esta tenga la mitad de la altura hacia arriba y hacia abajo, y que en sus

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Figura 12. Rigidez rotacional de la conexión.

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Figura 13. Esquema general del montaje.

extremos los apoyos sean articulados. Para que el ensayo sea representativo, también se requiere que la viga tenga la mitad de la longitud de la viga real, por lo que se hizo un corte en esta viga.

Figura 14. Panorámica del montaje completo

El esquema del ensayo, que incluye la colocación de riostras que controlan el movimiento horizontal en los extremos de la columna del sistema se muestra en la figura 13.

En la figura 14 se muestra una panorámica del montaje completo en la que cabe aclarar que los apoyos laterales intermedios se instalaron para evitar el pandeo lateral de la viga, y en la figura 15 se muestra el croquis de la colocación de instrumentos de medición que se leían manualmente para todos los incrementos de deformación en el extremo de la viga.

Figura 15. Esquema de montaje de la instrumentación

Figura 16. Secuencia de la falla

RESULTADOS DEL ENSAYO Aplicando idénticos protocolos a los correspondientes a la modelación matemática, se hizo una inspección cuidadosa al final de cada incremento, suspendiendo la carga, con objeto de detectar la aparición de grietas, plastificación o pandeo en cualquier parte de la conexión. A partir de lo anterior se pudo establecer la secuencia de fallas así: • Ciclo 15- Se detectaron grietas leves en la soldadura del ángulo de asiento de la viga, como se aprecia en la figura 16a.

• Ciclo 17- Se formaron grietas hasta de 1mm de espesor en la soldadura de la cubreplaca de la aleta superior de la viga, como se ve en la figura 16b.

• Ciclo 22- Al final de este ciclo se fracturó el alma de la columna, como se muestra en la figura 16. La fractura fue súbita y explosiva sin deformación plástica alguna.

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• Ciclo 23 – Poco después de iniciarse este ciclo se fracturaron por completo las soldaduras de la cubreplaca y de la aleta inferior de la viga como se ilustra en la figura 16d, produciendo la ruptura total de la conexión. En la figura 17 se muestran los resultados obtenidos en términos de diagrama momento rotación, en la que se puede apreciar que la rotación escasamente supero el 1% de rotación, la mitad del requerido para calificar la conexión como DMO, por lo que puede calificarse como DMI (OMF).

También es de interés mostrar la comparación entre el modelo de elemento finito con comportamiento inelástico y el ensayo de campo, en la figura 18.

Como se aprecia, el comportamiento real fue menos benéfico que el teórico tanto en rigidez, flexibilidad y disipación. Lo anterior puede atribuirse a defectos en la soldadura, como es normal en soldaduras de campo (Chung, Nagae, Matsumiya, & Nakashima, 2010) , además de las circunstancias desfavorables de no haber ejecutado las juntas como especifica AWS (AWS, 2010), incluyendo aberturas de raíz y agujeros de acceso para garantizar su sanidad.

Figura 18. Comparación de modelación inelástica y ensayo

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Figura 17. Grafica momento-rotación ensayo

Figura 19. Conexión mejorada

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CONEXION MEJORADA Dados los resultados anteriores y basándose en los resultados de una conexión calificada DES (SMF) (Pabon & Posada , 2004) cuyo procedimiento resumido se puede consultar en (Garza, 2010), se realizó el diseño que se muestra en la figura 19, con la cual se construyó el edificio. (Ver figuras 20 a 22).

Vale la pena resaltar que aunque el procedimiento usado (Pabón y Posada, 2004), no corresponde a columnas rellenas de concreto ni vigas apareadas, al construirse una columna en cajón se asimiló al procedimiento despreciado el aporte del concreto y las almas de las vigas, que en cualquier caso mejorarían la resistencia y rigidez de la columna para efectos de cumplir los requisitos de viga débil-columna fuerte.

Figura 20. Vista general edificio

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Para efectos de estudiar la vulnerabilidad sísmica de edificios existentes es más adecuado y realista hacer ensayos de campo que reproducir su morfología en el laboratorio o con el computador, ya que en el campo están incluidos los defectos propios de la construcción, especialmente si las soldaduras son de campo, por todas las variables desfavorables que llevan asociadas. Ciertamente, al depender de condiciones incómodas y manuales, se puede perder precisión en el ensayo, pero en cualquier caso, su representatividad se puede garantizar si se hace un diseño y ejecución cuidadoso del ensayo.

Figura 21. Vista parcial del edificio

En cualquier caso, con base en las experiencias de sismos recientes, puede mejorarse considerablemente el comportamiento de los edificios con estructuras de acero con conexiones precalificadas.

Para el futuro, será deseable disponer de más conexiones adaptadas a los sistemas de construcción propios de cada país, o en caso de no disponer de ellas, se recomienda realizar los diseños de la estructura y sus conexiones de acuerdo al estándar de Conexiones Precalificadas AISC 358 en su última edición.

Figura 22. Vista conexión mejorada 40 Vector

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Inspección práctica de soldadura

en taller y campo Alejandro Enrrico Soto Sobenis

Introducción

P

ara realizar un aseguramiento de calidad; es decir, para garantizar la calidad de un producto conforme a alguna especificación escrita, norma, código o reglamento de construcción vigente, es imprescindible realizar una inspección visual preventiva. Para ello, el personal responsable deberá conocer, no solamente los planos de fabricación y montaje de esta, sino también el código de soldadura aplicable, que en su última edición ha sufrido muchos cambios con relación a la anterior, los cuales se exponen en los párrafos siguientes.

En general, todas las personas que participan en un proyecto de estructuras de acero tienen el propósito de que dichas estructuras cumplan con los planos oficiales del proyecto y con el nivel de calidad exigido. Impera, sin embargo, una falta de conocimiento de ciertos aspectos de la fabricación y montaje de las estructuras de acero sobre las que aquí se hablará con la intención de facilitar dichos procesos y prevenir, además, que se tomen riesgos innecesarios durante su realización.

Técnicas de inspección Con el propósito de asegurar que una estructura de acero se fabricará y montará cumpliendo con las especificaciones del proyecto y con las normas, códigos o reglamentos vigentes, se deben aplicar las técnicas de inspección apropiadas en forma oportuna, controlada, ordenada y sistematicamente evaluada.

• Las técnicas o métodos de inspección más usuales son: • Inspección visual.

• Inspección con líquidos penetrantes.

• Inspección con ultrasonido.

• Inspección radiográfica.

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INSPECCIÓN VISUAL

C

uando se realiza de manera oportuna, esto es, antes y durante el proceso, y después de efectuarse la soldadura por personal capacitado, experimentado y con ética, la inspección visual es el método de inspección más efectivo y redituable disponible, por cuyo medio se puede prevenir hasta un 90 % de las discontinuidades que otros métodos de inspección pueden detectar. Las normas y especificaciones nacionales e internacionales requieren de la aceptación visual de una unión soldada antes de aplicar otros métodos de inspección en esta. Lo anterior se debe a que la inspección visual preventiva es fundamental para asegurar la calidad de una estructura de acero, mientras que los otros métodos se utilizan para tener un testimonio de la efectividad de la primera. Ningún otro método de inspección puede reemplazar a la inspección visual preventiva.

Para realizar una inspección visual preventiva efectiva se requiere contar con personal con experiencia en inspección, buena condición física y buena visión, junto con conocimiento de la terminología de inspección y de soldadura, de planos y especificaciones, de los métodos de prueba y de los procesos de soldadura, así como habilidad para elaborar y mantener archivos.

Cambios en el nuevo código de soldadura estructural–acero AWS D1.1/D1.1M:2010 El código de soldadura estructural–acero AWS D1.1/ D1.1M:2010 es el documento básico que rige el proceso de fabricación de las estructuras de acero. En el se describen los requisitos de soldadura para las estructuras de acero, incluyendo las estructuras con cargas estáticas, con cargas dinámicas y las estructuras tubulares. A partir de esta última edición dejará de publicarse cada dos años y, de ahora en adelante, se publicará cada cinco.

Con relación al código de soldadura estructural–acero AWS D1.1/D1.1M:2008, el código emitido en 2010 ha sufrido ciertos cambios, los más importantes de los cuales se resumen a continuación.

• Nueva Tabla 3.8. Es un listado de las variables que se deben incluir en una especificación de procedimiento de soldadura —WPS— precalificado. Como los cambios van más allá de ciertos parámetros, requerirán la revisión o la elaboración escrita de una nueva especificación de procedimiento de soldadura —WPS—.

La subcláusula 3.6 hace referencia a la nueva tabla y ya no hace referencia a la tabla 4.5 de la cláusula 4, para los requisitos y los límites de amperaje, voltaje, velocidad de avance y el flujo del gas de protección. El código también incluye un comentario sobre la nueva

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Tabla 3.8, que es útil para aclarar dudas sobre los procedimientos precalificados y explica el uso de la tabla.

• Figura 5.4, contornos de soldaduras. Se aumentó el número de ilustraciones para clarificar el tipo de contornos que se requieren en los diferentes tipos de juntas soldadas. Ahora se muestran contornos de soldadura específicos para soldaduras de ranura en esquina y en juntas en T, en placas repisa y entre miembros soldados de diferente espesor. También se presenta la tabla 5.9, como complemento de la figura 5.4, y la tabla 5.10, que enlista los requisitos de las dimensiones de los contornos de soldadura, tales como el refuerzo de la soldadura y la convexidad permisible. Se hicieron, además, pequeñas modificaciones a los requisitos del código, tales como permitir el refuerzo de las soldaduras de mayor tamaño en miembros más gruesos.

• Nuevos requisitos de rugosidad para cortes térmicos.

Toman como referencia las muestras comparativas de superficies cortadas con oxígeno del calibrador para rugosidad superficial de cortes con oxígeno AWS C4.1–77.

• Agujeros de acceso para soldar. Se modificó su mínima altura obligatoria y su máxima altura recomendada para prevenir aquellos muy profundos o muy angostos.

• Despatines y agujeros de acceso para soldar. En secciones galvanizadas deben esmerilarse a metal brillante para reducir la posibilidad de fracturas o fisuras. Ahora es obligatorio el precalentamiento antes de realizar cortes térmicos para despatines y agujeros de acceso para soldar en perfiles pesados, con el objetivo de evitar la formación de una capa superficial endurecida y la tendencia a iniciar fracturas.

• Respaldos intermitentes o interrumpidos. Se permiten en ciertas aplicaciones de acero estructural hueco — HSS— sometido a cargas estáticas. Existen factores limitantes que incluyen el diámetro y el espesor de la pared del perfil HSS y algunas excepciones del código para estas limitaciones.

• Precalificación y calificación. La tabla de la subcláusula 3.3 aclara que un metal de aporte escogido para unir dos metales base de diferente resistencia solamente necesita concordar o coincidir con cualquiera de los dos materiales para la selección considerada “concordante”. Se aclara, además, que “no concordante” es una selección de metales de aporte cuya resistencia es menor que la de los metales base que se unen.

• Tabla 4.9 Metal base y metal de aporte aprobados por el código que requieren calificación conforme a la cláusula 4. Se incluye el acero ASTM A1043 grados 36 y 50.

• 3.13.2 Respaldo. Se incluyó esta subcláusula para aclarar que los respaldos de acero se consideran precalificados solamente en soldaduras de elementos no tubulares soldadas por un solo lado. Se puede utilizar

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un respaldo de material distinto, siempre y cuando esté calificado por prueba conforme a la cláusula 4, calificación.

• 4.36.3 Explica que, si se va a aplicar una especificación de procedimiento de soldadura —WPS— calificado y se requieren pruebas de impacto Charpy — CVN— que no se hicieron en la calificación original, se deberá realizar una nueva calificación del procedimiento de soladadura, pero solamente se hará la prueba de impacto Chapy, sin tener que repetir toda la prueba original.

• Figura 7.1, Dimensiones y tolerancias de pernos de cortante tipo cabeza plana —tipo Nelson—. Se incluyó el perno de 10 mm. —⅜”— de diámetro y se revisaron las tolerancias en los diferentes diámetros de perno.

• C-6.22.7.2 Dimensiones del transductor. Es un comentario adicional para enfatizar que el criterio de aceptación de la inspección ultrasónica —UT— que se muestra en las tablas 6.2 y 6.3 ha sido establecido dentro de los parámetros específicos de prueba y que, al utilizar equipo de prueba o procedimientos, tales como transductores de diferente tamaño o ángulo de los que se muestran en estas tablas se podrían invalidar los resultados.

• C–6.23 Patrones de referencia. El código ya no exige el uso del bloque de referencia IIW tipo I y se puede utilizar cualquier tipo de bloque de referencia IIW. • Anexo K. Se revisó la definición de “tubo” y se incluyó una definición de “tubular”.

• Tabla 6.1 Criterio de aceptación para la inspección visual. El término “fusión profunda” —thorough fusion— se cambio a “fusión completa” —complete fusion— para que coincida con la terminología utilizada en AWS A3.0, términos y definiciones estándar de soldadura.

En esta nueva edición del código D1.1 se han hecho muchos otros cambios menores que, como siempre, se indican con texto subrayado o con líneas verticales al margen de las páginas.

Nota: Ver tablas en el nuevo código de soldadura estructural– acero AWS D1.1/D1.1M:2010

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Simbología de soldadura En numerosos planos estructurales de fabricación y de montaje se observa que la simbología de la soldadura no se dibujó correctamente y, al parecer, se hizo arbitrariamente. Estos son algunos de los lineamientos básicos para dibujar la simbología de soldadura.

La línea de referencia siempre es horizontal y con ella se inicia el dibujo del símbolo de soldar.

Siempre se lleva un orden de izquierda a derecha, como la escritura.

La línea perpendicular del símbolo de soldadura de ranura y la pierna perpendicular del símbolo de soldadura de filete siempre se dibujan del lado izquierdo del símbolo.

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La flecha quebrada indica la parte en la que se debe hacer la preparación.

El símbolo de penetración completa siempre se debe dibujar.

La abertura de raíz siempre debe estar dentro del símbolo de soldadura.

El banderín del símbolo de soldadura de campo debe estar dirigido al lado contrario de la flecha.

Uniones soldadas a tope en diferentes planos —empates en Z— Hasta hace algunos años, un gran número de perfiles estructurales todavía se empalmaban o empataban, haciendo cortes en diferentes planos o cortes en Z, como se les conoce en la jerga de los soldadores. Los avances en los

procesos de soldar y en los equipos, así como en el metal base y de aporte, permiten preparar los empalmes de manera sencilla, en un solo plano, sin cambios de dirección, y soldarlos con personal calificado y conforme a las especificaciones de procedimientos calificadas, obteniendo uniones soldadas sanas que cumplen con el nivel de calidad requerido.

Las preparaciones de las uniones en Z en perfiles estructurales —tales como vigas— representan más trabajo al prepararlas y su ajuste es más laborioso, sobre todo al preparar las aberturas de raíz paralelas al eje longitudinal del perfil. Al soldarlas, cada cambio de dirección puede ocasionar problemas de soldadura, tales como fusión incompleta, exceso de chisporroteo y porosidades, esto último debido al “so-

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plo magnético del arco” que se produce cuando el campo magnético que rodea al arco se desbalancea y cambia la dirección de este. Al iniciar o abrir el arco en el extremo de una pieza de acero, las líneas del flujo magnético se concentran detrás del electrodo y, para compensarlo, el arco se mueve hacia delante, causando el mencionado soplo magnético del arco. Al acercarse al otro extremo de la pieza para finalizar —rematar— la soldadura, las líneas del flujo magnético se concentran hacia adelante y el arco se mueve hacia atrás, causando el mismo soplo. Esta es la razón por la que se utilizan placas de extensión para abrir o iniciar el arco y para terminar o cerrar el arco.

El código de soldadura estructural–acero AWS D1.1/ D1.1M:2010, en la subcláusula 5.20, Juntas en estructuras con cargas cíclicas, dice que los empalmes o empates en vigas laminadas y trabes armadas deben hacerse preferentemente en un solo plano transversal. Los empalmes de almas y patines, hechos en taller en trabes armadas antes de unir los patines y las almas entre sí, pueden ubicarse en uno solo o más planos transversales, pero se deben aplicar las disposiciones de esfuerzo por fatiga de las especificaciones generales.

Almacenamiento de electrodos de bajo hidrógeno Los electrodos con revestimiento de bajo hidrógeno, conforme a AWS A5.1 y AWS A5.5, tales como el electrodo E7018, que es el de mayor uso en el medio nacional, deben comprarse en contenedores o envases sellados herméticamente e, inmediatamente después de abrir sus envases, deben almacenarse en hornos que mantengan una temperatura mínima de 120 ºC —250 ºF—.

Los electrodos con revestimiento de bajo hidrógeno conforme a AWS A5.1 que se exponen por períodos mayores a los permitidos en la tabla 5.1 del código se deben calentar en horno —hornear— por lo menos dos horas a una temperatura de entre 260 ºC y 430 ºC —500 ºF/800 ºF—, mientras que los electrodos con revestimiento de bajo hidrógeno, conforme a AWS A5.5, se deben calentar en horno por lo menos una hora a una temperatura entre los 370 ºC y los 430 ºC —700 ºF/800 ºF—. Los electrodos E 6010 no se deben almacenar en horno.

Las pruebas no destructivas no especificadas, distintas a la inspección visual En numerosos proyectos, el personal representante del propietario solicita, en cualquier etapa del mismo y en forma arbitraria, pruebas no destructivas diferentes a la inspección visual y le cargan el costo de estas al contratista. En este sentido, es importante conocer lo que estipula al respecto el código de soldadura estructural–acero AWS D1.1/ D1.1M:2010 en la subcláusula 6.6.5.

Si en el contrato original no se especifica una prueba no destructiva distinta a la inspección visual, pero es requerida posteriormente por el propietario, el contratista debe realizar cualquier prueba solicitada o debe permitir que se realice cualquier prueba conforme se indica en 6.14. Sin embargo, el propietario debe ser el responsable de todos los gastos relacionados, incluyendo el manejo, la preparación de la superficie, el desarrollo de la prueba y la reparación de las discontinuidades que se detecten y que sean distintas a las descritas en 6.9, a un costo acordado mutuamente entre el propietario y el contratista. Si tales pruebas revelan un intento de fraude o una discrepancia importante con respecto a lo señalado en el código, los trabajos de reparación se deben hacer a costa del contratista.

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Soldaduras de filete Exceder el tamaño especificado de las soldaduras de filete en una unión es una costumbre generalizada en el medio, pues se piensa que así se incrementa su capacidad, sin saber que, más que incrementarla, se incrementan las fuerzas de contracción de la soldadura de filete, las cuales tienden a deformar la junta soldada.

La subcláusula 2.7.4, Combinación de soldaduras, del código de soldadura estructural–acero AWS D1.1/ D1.1M:2010 dice que si dos o más soldaduras de diferente tipo se combinan para compartir la carga en una sola conexión, la capacidad de la conexión se deberá calcular sumando la capacidad individual de las soldaduras relacionadas con la relación de la carga aplicada, pero este método de sumar las capacidades individuales de las soldadura no se aplica a las soldaduras de filete que refuerzan soldaduras de ranura con penetración parcial de la junta. Lo anterior no solamente se hace por iniciativa de los soldadores sino que, en numerosas ocasiones, son indicaciones del personal de mando o encargado de la inspección. Incrementar en forma arbitraria un filete de soladura puede, en algunos casos, aumentar hasta cuatro veces el metal de aporte utilizado, el tiempo invertido en dicha soldadura y, por consiguiente, el costo de la misma.

Conclusiones

Referencias

Para fabricar y montar una estructura de acero que cumpla con los requisitos de calidad estipulados en los códigos, normas y especificaciones aplicables debe utilizarse los materiales base y de aporte especificados y emplear soldadores calificados, que apliquen las especificaciones de procedimientos calificados bajo una inspección visual preventiva, complementada por los métodos de inspección requeridos, con lo cual se logrará el aseguramiento de calidad de la estructura de acero.

AWS, Structural Welding Code – Steel D1.1/D1.1M:2008.

El personal responsable de la inspección visual preventiva durante los procesos de fabricación y montaje de la estructura de acero no solo deberá estar capacitado, sino que también deberá tener la experiencia requerida y conocer los puntos claves que facilitarán los trabajos de taller y de campo, previniendo, además, riesgos innecesarios que pueden afectar al proyecto.

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AWS, Structural Welding Code – Steel D1.1/D1.1M:2010.

Gayler, John L., y Donald D. Rager, A Summary of Revisions in the New D1.1:2010, Structural Welding. Code, AWS, Welding journal, Volumen 89, número 7, julio 2010.

Soto, A. E., “Aseguramiento de calidad”, en Memorias del Curso de Soldadura por Arco Eléctrico en Estructuras deAcero, México, IMCA, 1987.

Soto, A. E., “Aseguramiento de las estructuras de acero electrosoldadas”, en Memorias del V Simposio Internacional y III Encuntro Nacional de Profesores en Estructuras en Acero, México, IMCA, 1997.