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II SIMPOSIO ARGENTINOEL ACERO EN LA CONSTRUCCIN

6 y 7 de Septiembre de 2007

TEMA DE LA EXPOSICIN:RECOMENDACIONES PARA EL PROYECTO DE

CONSTRUCCIONES EN ACERO

EXPOSITORES:FRANCISCO POLIMENI

MARTN POLIMENIINGENIEROS CIVILES

1. PRIMERA PARTE

1.1. Contexto de las Recomendaciones.1.2. Resumen de la Primera Parte.

2. SEGUNDA PARTE

Recomendaciones para reducir o anular los efectos de:

la FATIGA. la CORROSIN. otras causas.

3. RESUMEN Y CONCLUSIONES.

4. NOTAS.

5. BIBLIOGRAFA.

6. LMINAS.

El ncleo de la exposicin consiste en una serie de Recomendaciones aplicables a unProyecto de Estructuras de Acero en sus distintas etapas (Ingeniera, Construccin, Montaje yMantenimiento) para lograr y conservar una aceptable confiabilidad durante toda la vida tilde la estructura.

Estas Recomendaciones seran incluidas en Especificaciones Tcnicas precisas,

completas y que impidan la formacin de tierras de nadie, causa sta, a menudo, de colapsosy/o fueras de servicio.


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Se resalta la necesidad de implementar rigurosos Procedimientos de Gestin deCalidad aplicables a todas las etapas del Proyecto y la correspondiente emisin de ladocumentacin que permita un adecuado Aseguramiento de Calidad (QA).

Esta exposicin podra haberse titulado con mayor propiedad: Lo que habitualmente

hacemos (los expositores) para incrementar De todos modos por razones de brevedadseguiremos usando el trminoRecomendaciones

Dividiremos sta exposicin en dos partes:

Una primera en la cual se detallan las limitaciones, definiciones, etc., en que se darnlas Recomendaciones. Se trata de plantear un Contexto. Una segunda, en que se desarrollarel Texto de las Recomendaciones.

La necesidad y conveniencia del criterio adoptado se apreciar al final de esta primeraparte.

Por otra parte, daremos Recomendaciones que nacen de una variedad de factores:hechos, omisiones, observaciones, etc., que ocurrieron en un mbito netamente tcnico o enuno administrativo (gestin de Proyecto) y que, de uno u otro modo, fueron causas decolapsos y fueras de servicio. Lo anterior conforma nuestra experiencia sobre el tema.

1. PRIMERA PARTE

1.1. Contexto de las Recomendaciones.

El contexto que aludiramos ms arriba y que consiste en una serie decondiciones, limitaciones y definiciones, incluye:

1. la definicin de Proyecto (LMINA 1) como el conjunto de actividadesque comprenden:

1.1.la Ingeniera (diseo, clculos, planos ejecutivos, especificaciones,etc.).

1.2.la Construccin.1.3.el Transporte y Montaje.1.4.el Mantenimiento.

2. la duracin (vida til) del Proyecto que nace con la concepcin o ideainicialde la Obra y finaliza con el final de su vida til remanente.

3. la consideracin de que el Ingeniero Estructural es el primer(y a menudoel nico) profesionalque piensa (y que puede pensar) el Proyectoen sutotalidad. Esta consideracin se basa, entre otras razones, en que:

3.1.el Ingeniero Estructural es el profesional ms rigurosamenteespecializado en el tema y, por otra parte, es el que establece lascondiciones correspondientes al nivel estratgico del Proyecto (ver

mas adelante).

3.2.el Ingeniero Estructural es el profesional que conoce, que decide y queno se encuentra sumergido en los conflictos de intereses que


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aparecen y son habituales en las etapas en que los profesionales slodeben construir o montar o mantener.

4. Debido a las anteriores consideraciones, es el Ingeniero Estructural el quepuede (y debe) segn nuestro criterio:

4.1.redactar Especificaciones completas, precisas y no contradictorias,en las que se incluyan, asimismo:

4.2.las exigencias para que en las etapas de Construccin, Montaje yMantenimiento, se emita la documentacinque permita controlar lacalidad del Proyecto (el cumplimiento de los requerimientosespecificados). Como resumen de ste punto podemos establecer que elIngeniero Estructural debe procurar (ya que es tcnicamente idneo yno se encuentra sumergido en un conflicto de intereses) que no existanlas tierras de nadieque tanto favorecen al desarrollo de conflictos

entre los sucesivos contratistas, y que, finalmente, disminuyen (oanulan) la calidad de las tareas y la confiabilidad del Proyecto.

El criterio expuesto en el punto anterior: aquel en el que el Ingeniero Estructural sehace cargo de especificar, de un modo completo y preciso, las acciones quecorresponden al Proyecto (segn la anterior definicin), no es compartida poralgunos de nuestros colegas.

Ms arriba hemos utilizado el trmino estratgico, que puede parecer totalmenteinadecuado en el presente caso, ya que se supone que slo debe ser empleado en elmbito de la alta direccin de empresas, en campaas militares, o en geopoltica.Creemos, sin embargo, que el encarar un Proyecto es un emprendimiento y que, deacuerdo a su magnitud, podemos aplicar los cuatro niveles de decisinhabitualmente reconocidos,

Poltico. Estratgico. Tctico. Operativo.

En nuestra actividad, generalmente, nos limitamos a los niveles Tctico y

Operativo, sin embargo y de un modo implcito, siempre aplicamos:

una poltica de calidad (ISO 9000 - 2000) la adopcin de un sistema degestin de calidad debera ser una decisin estratgica1de la organizacin.(extracto de la Norma Argentina IRAM ISO 9001).

Con una u otra denominacin, podemos sintetizar lo que queremos precisarmediante un ejemplo:

En el Nivel Operativo y de acuerdo a la categora del Proyecto (LMINA 2).Debemos especificar el procedimiento de Soldadura y debemos asegurarnos que

ese procedimiento sea respetado. Al mismo tiempo debemos obtener ese dato

1el subrayado es nuestro.


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dentro de un lapso predeterminado2. Las especificaciones correspondientes a estesegundo paso (documentacin) corresponden al Nivel Estratgico (LMINA 2)

Hasta ahora hemos considerado ciertos aspectos que ubican el mbito de lasRecomendaciones. Sin embargo, previo a entrar de lleno en ellas, daremos dos

nuevas definiciones que precisan lo expresado en los primeros cinco puntos. Sedebe aclarar que, de modo similar a las anteriores, estas nuevas definiciones se

basan en nuestra experiencia personal y son, por lo tanto, materia opinable:

5. la primera definicin se refiere al trmino ESTRUCTURA. A nuestroentender ESTRUCTURA (de acero) es todo componente o conjunto destos, que debe resistir y que puede deformarse o fracturarse formandoparte de un conjunto funcional. De este modo, extenderamos el conceptode estructura mas all de la Ingeniera Civil y que, por tal razn, puedeabarcar:

5.1.columnas, vigas, losas, arcos, prticos, etc. como elementosindividuales (con condiciones de borde ciertas) o como componentesde conjuntos funcionales complejos, edificios, puentes, pavimentos,torres de transmisin, etc.

5.2.componentes de conjuntos mecnicos, tales como bielas, cigeales,ejes, bujes, etc.

5.3.tuberas, recipientes de presin, etc., componentes de la IngenieraNaval.

5.4.vigas buque, plataformas off shore, etc.

5.5.podemos, asimismo, considerar al suelo como material de construccinque, por debido a su enorme diversidad, es necesario caracterizarlomediante una elevada cantidad de propiedades.

Es decir, la funcionalidad y, por lo tanto, las solicitaciones exteriores, siguenperteneciendo, casi exclusivamente, a las distintas especialidades de la Ingeniera,pero la condicin resistente, o sea:

las propiedades resistentes del material (aceros) sean stas mecnicas y/ofractomecnicas. los campos tensionales desarrollados por las acciones exteriores. el clculo de la confiabilidad estructural que comprende:

o la estimacin de la aleatoriedad de las cargas.o dem de los materiales (aceros) y de los recaudos constructivos.

es posible modelarla mediante el MEF. En la LMINA 7 se muestran:

Fig. 7a: fundacin mediante pilotes de 1.80 m.

2existen errores (la mayora) que no pueden ser reparados (de modo razonable) o reinspeccionados transcurridoun cierto tiempo, a menos que se detenga el Proyecto.


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Fig. 7b: motn (socket) para vincular cables. MEF con elementosespaciales.

Fig. 7c: horquilla de fijacin de cables se analiz la tolerancia necesaria aindicar para lograr el contacto horquillas perno adecuado.

Fig. 7d: tanque contenedor para transporte de lquidos. Fig. 7e: base para torre de comunicacin de 100 m de altura. Fig. 7f: tnel para subterrneo

pertenecen, a nuestro entender, a la Ingeniera Estructural.

Nuestra experiencia y la actividad que desarrollamos como Estructuralistas,muestran, claramente, la tendencia que demuestra nuestra opinin y que esconsecuencia natural y racional de la existencia y utilizacin de poderosos

instrumentos para el clculo de tensiones, deformaciones y de la estabilidad dedefectos que permiten, en la actualidad (no antes), calcular, estimar, analizar, etc.con aceptable precisin:

el nivel de aceptacin de defectos. la vida til remanente de estructuras nuevas o existentes sometidas a

FATIGA.

Esta tendencia a la especializacin fue prevista hace ya casi cuatro dcadas en elsiguiente texto:3Ya no existe el arte de analizar estructuras. El anlisis estructurallineal tiende rpidamente hacia su total automatizacin. Esto es el fin de unaespecie de Ingenieros: los llamados calculistas, los cuales, en definitiva einexorablemente, sern reemplazados, a corto plazo, por las computadoras enforma total.

6. Finalmente otro comentario sobre el trmino ESTRUCTURAS: su mbito ysu alcance. En este caso, referido a hacer Recomendaciones (LMINA 2).Se trata de una clasificacin de las Estructuras segn:6.1.el nivel de dificultadpara su diseo y dimensionamiento.6.2.el grado de severidadde las acciones aplicadas a las estructuras.

En el grfico de LAMINA 2 se trazan, en coordenadas, ambos parmetros. Se

puede observar que, en abscisas, hemos adoptado cuatro zonas dentro de losniveles de severidad (I, II, III, IV), considerando que el Nivel de Severidaddepende de:

3BIGNOLI35


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6.3.el tipo de cargas.

6.3.1. predominantemente estticas.6.3.2. predominantemente repetitivas (variables con el tiempo).

6.4.aleatoriedad de las cargas incluida la temperatura.

6.5.influencia de la corrosin

Como ejemplos extremos de los niveles de seguridad, podemos incluir:

un entrepiso en el interior de un edificio en zona de bajo riesgo ssmico,clima templado y con valores de cargas de servicio (estticos)

predeterminados.

Como extremo opuesto del Grupo (o Nivel de Severidad) IV hemos incluido (enLMINA 3) y analizado, parcialmente:

el chasis de un semiremolqueque debe prestar servicios:o off roadde mxima severidad (aleatoriedad de cargas)o temperaturas del orden de hasta 10 C (las propiedades

fractomecnicas pasan a ser definitorias).o

sin previsiones para un adecuado mantenimiento.o frecuentemente exigencias de servicio ms all de lo racional.

Utilizaremos ste ltimo ejemplo para analizar, en detalle, la influencia del nivelde severidad en el nivel de clculo componente

En LMINA 3 Fig. a se muestra el dao sufrido por la estructura de unsemirremolque luego de un lapso de servicio breve (pocos meses). En la Fig. b semuestra, parcialmente, el correspondiente plano ejecutivo.


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el clculo de tensiones en la zona curva fue realizado:o mediante la Resistencia de Materiales.o sin considerar los fenmenos BLEICH y CAMPUS (LMINA 3,

Figs. c y d). el primero permite calcular la distribucin no uniforme de

las tensiones en las alas. el segundo: desarrollo de componentes tensionales que tratan

de separar las alas (superior e inferior) del alma.

En LMINA 3 Figs. e y f se muestran las deformaciones y tensiones producidaspor ambos efectos (BLEICH + CAMPUS) para el caso terico.

En LMINA Fig. h, se muestra (en zoom) el factor de concentracin de tensiones(Kt) debido a la entalladura y en LMINA 4 Fig. c, la funcin: ( )sfKt = ,alcanzando valores de 00.5Kt = para separacin mnima s .

Obviamente, en tal nivel de severidad, hubiera correspondido la penetracin total.

7. el detalle que mostramos, viga curva, se presenta en muchos tipos deestructuras (civiles y/o mecnica), por ejemplo: LMINA 4 Fig. b.

7.1.el nudo de un prtico7.2.en el cambio de seccin de una viga de puente gra.


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Sin embargo, los niveles de severidad difieren, significativamente, en lostres casos. Segn nuestra opinin:

o nudo de prtico: Nivel de Severidad 2, cargas predominantementeestticas.

o viga portarriel, cambio de seccin Nivel de Severidad 3,

acciones variables en el tiempo FATIGA de alto ciclaje.o semirremolque: accin variable en el tiempo y de gran

aleatoriedad, sin duda, Nivel de Severidad 4 (caso extremo) posibleFATIGA de bajo ciclaje.

Una primera apreciacin: sera inadecuado e incluso absurdo hacer las mismasrecomendaciones en los tres casos (se ver en la segunda parte de esta exposicin).A esta circunstancia:

Tipo de Recomendacin R= f(Nivel de Severidad)

es a lo que al comienzo hemos denominado: CONTEXTO del TEXTO de lasRecomendaciones.

Afirmaremos la anterior ecuacin mediante dos ejemplos ms. Se trata de unasimple placa de anclaje (LMINA 4 Fig. d) y la vinculacin ala superior - almade una viga portarriel (LMINA 5).

En LMINA 4 Fig. d se muestra una placa de anclaje de cuatro pernos, de diseohabitual. El estudio realizado mediante el MEF se debi al colapso prematuro conmuy pocos ciclos de solicitacin de una elevada cantidad de placas, lo que

evidenciaba que se trataba de un defecto sistemtico y no accidental. En LMINA4 Fig. e se muestra el detalle del lugar donde se produca la fractura del pernoM24. Se trata, sin duda, de un error de diseo en el cual se desarrollaron muyelevados factores de concentracin de tensiones.

El defecto de diseo consiste en la vinculacin soldada del perno a la placa, con laconsecuencia de:

desarrollar concentracin de tensiones Kt. anular el efecto natural del perno (varilla roscada) que consiste en la

adherencia perno/hormign.

Si los y se hubieran mantenido dentro del rango elstico lineal, sector 1del diagrama de traccin convencional, el sistema de anclaje nohubiera colapsado.


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En la realidad, el sistema de anclaje estaba solicitado a cargas variables en eltiempo, en el que, prcticamente:

maxminmax =

Se trata nuevamente de un caso en que el nivel de severidad determina el nivel de

dificultaddel diseo y, por lo tanto, la Recomendacin.

Ubicamos, en el modelo, el detalle mediante MEF, en dos posibles posiciones delcordn de soldadura.

que cubriera los filetes (LMINA 4 Fig. 4a) que no lo cubriera (LMINA 4 Fig. 4b)

Los Ktfueron respectivamente, para esfuerzo axil:

=taK 1.92 (LMINA 4 Fig. g)

=tbK 1.73 (LMINA 4 Fig. h)

En ambos casos se produjeron deformaciones analsticas muy elevadas cuyo rango

indic un rgimen de FATIGA de BAJO CICLAJE.

Del mismo modo que en el primer ejemplo, podemos observar que: si la carga fuera esttica o predominantemente esttica, el detalle hubiera

correspondido (esttico o con pequeos rangos ): Grupo II. si la carga fuera variable o predominantemente variable, el detalle hubiera

correspondido (fatiga de bajo ciclaje): Grupos: III / IV.

Nuevamente las recomendaciones hubieran diferido segn al grupo (o nivel) deseveridad y el detalle, tal cual fue diseado (soldado),:

hubiera sido aceptable para el caso de cargas predominantemente estticas(aunque, particularmente, no lo hubiramos adoptado). Si por alguna razn

prctica debemos fijar los pernos a la placa hubiramos adoptado tuerca ycontratuerca).

en el caso de cargas cclicas hubiera sido totalmente inaceptable

Finalmente en la LMINA 5 se muestra el tercer ejemplo. Se trata de una vigaportarriel que podra ser instalada en:

un taller con un puente de mediana capacidad. una sala de mquinas con fines slo mantenimiento. una empresa siderrgica.

Nos limitaremos a slo analizar la vinculacin ala superior/alma, la que podemosasimilar a una FCM (Fracture Critical Member). Habitualmente se utilizan, en loscasos en los cuales no se adopta un solo perfil laminado, tres posibles soluciones:

LMINA 5 Fig. a1: soldadura en filete. LMINA 5 Fig. a2: soldadura de penetracin total.

LMINA 5 Fig. b: medio perfil doble te, en el que se aleja la unin soldadadel punto de aplicacin de las cargas (LMINA 5 Fig. g).

Las posibles posiciones de fisuras (las ms probables) se muestran en:


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LMINA 5 Fig. c: puntos en los que se pueden desarrollar fisuras. LMINA 5 Fig. d: fisura similar a las que ocurran en el caso que

analizamos (vinculacin alma / ala). LMINA 5 Fig. f: fisura que se puede desarrollar, an, en una soldadura de

penetracin total.

En la LMINA 6 Fig. a se muestra un detalle de la vinculacin que estamostratando. En la LMINA 6 Figs. b, c y d las tensiones y y xy que se desarrollan

en este tipo de unin. Se comprueba el elevado valor del factor de concentracin detensiones (Kt). En los respectivos puntos se desarrollan deformaciones anelsticasque pueden producir la temible FATIGA de BAJO CICLAJE,

convencionalmente 4bc 10N1 ciclos.

En la LMINA 6 Fig. e, f, g y h se ha aplicado el MEF de modo similar al casoanterior, pero slo para obtener el factor de concentracin de tensiones Kten loscambios de direccin del flujo de tensiones (aristas del cordn de soldadura). Sedebe tener en cuenta, adems, que el material de la zona afectada por el Calor(ZAC) no tiene las propiedades mecnicas y fractomecnicas del acero base nidel material de aporte y que depende del Procedimiento de Soldadura y de susparmetros.

Nuevamente nos encontramos, para recomendar, con varias distintas situaciones: Grupo o Nivel de Severidad II: Puente Gra de taller o de mantenimiento.

Es aceptable:o Soldadura filete.o WPS elementales

Grupo o Nivel de Severidad IIIo Soldadura de penetracin total.o WPS exigentes.o END.

Grupo o Nivel de Severidad IV de acuerdo a la luz del Puente y de la VPRo Soldadura de penetracin total.o Solucin mostrada en la LMINA 5 Fig. b.o

Especificaciones para secuencia de soldaduras (para disminuir lastensiones residuales).o WPS completas y estrictamente aplicadas.


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o Programa de Gestin de Calidad (emisin de documentacin asegurar la trazabilidad).

Creemos necesario y conveniente disear, para los Grupos III y IV, teniendo encuenta lo que HERTZBERG12denomina Nueva Filosofa de diseo y que se

basa en la aplicacin de la Mecnica de Fractura(M. de F.). Se trata de aplicaresta relativamente nueva disciplina para el diseo y no exclusivamente paraexplicar colapsos ya ocurridos.

En el diseo de estructuras de acero tan complejas como lo son los puentes viales oferroviarios, sometidos, inevitablemente, al fenmeno de FATIGA, existen ciertoscomponentes a los que la AASHTO44 califica como: FRACTURE CRITICALMEMBER (FCM), a lo cuales, segn nuestro entender, es conveniente aplicar laM. de F. Se tratan (las FCM) de componentes estructurales sometidos a traccin(total o parcialmente) cuya fallapuede resultar en el colapso de la estructura total(por ejemplo el derrumbe (o su inhabilitacin) de un puente vial o ferroviario).

La nuevafilosofasupone (lo que nunca tendra que haberse supuesto) que loscomponentes estructurales no poseen defectos debidos a fallas siderrgicas o ala elaboracin(por ejemplo, defectos en la soldadura). Debemos considerar, por lotanto, (y esto realmente ocurre) que:

preexistendefectos (que los asimilamos a fisuras debido a que se trata deldefecto ms critico y de difcil deteccin mediante ensayos No destructivos

END) (ver POLIMENI19). los defectos (fisuras) pueden iniciarse y propagarse por causa del

fenmeno de FATIGA.

los defectos pueden o no ser estables y que no alcancen una dimensincriticadurante la vida til de la estructura. es posible calcular la velocidad de propagacin, con aceptable exactitud,

(considerndolo como un parmetro estadstico) mediante Leyes propuestaspor la M. de F. La ms conocida es la Ley de Paris:

nKCdN

da=

donde:a: longitud de la fisura.n: cantidad de ciclos (por ejemplo cantidad de pasajes de camiones o de ejesde aquellos)

dN

da: incremento de la longitud de la fisura en cada ciclo.

K: factor de intensidad de tensiones K : rangodel factor de intensidadde tensiones mnmx KKK =

Nos extendemos en este tema, el de la aplicacin de la M. de F., dada laproximidad en el tiempo del colapso total del Puente sobre el Ro Mississipiocurrido hace poco ms de un mes. Considerando este desgraciado acontecimiento

y tantos otros que veremos en la segunda parte, hacemos una serie derecomendaciones previas. Si se esta diseando una estructura correspondiente a losgrupos III y/o IV tal como lo fue el puente colapsado (a nuestro entender nivel deseveridad III), recomendamos:


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R.:ubicar los componentes crticos (FCM).

R.:asegurarse de que: se le pueda aplicar END (Ensayos No Destructivos) durante todoel proceso de construccin (compra, elaboracin, etc.).

dem durante la vida til del puente. (Programa demantenimiento que forma parte de las Especificaciones).

R.:aplicar la M. de F. en el FCM suponiendo un defecto (fisura)no detectable mediante los END prescriptos.

1.2. RESUMEN DE LA PRIMERA PARTE1. creemos haber demostrado la conveniencia de dividir el tema de las

RECOMENDACIONES en dos partes:

Primera: la cual se expone el CONTEXTO (LMINAS 1 y 2). Segunda: el TEXTO de las RECOMENDACIONES.

2. hemos englobado dentro del trmino PROYECTO, todas las etapas que transcurrendesde la IDEA inicial hasta el final de la VIDA TIL REMANENTE.

3. Las RECOMENDACIONES que se darn nacen, fundamentalmente, de nuestra

experiencia personal, a las que les agregamos las obtenidas del anlisis del colapsode grandes construcciones de acero.

4. Las RECOMENDACIONES se dirigen, especialmente, a los IngenierosEstructurales a los que el consideramos, dado que son los primeros (yhabitualmente) los nicos que piensan y pueden pensar el Proyecto en sutotalidad y que puede lograr y conservar la confiabilidad del Proyecto desdesus comienzos hasta su final.

5. Hemos clasificado a los Proyectos en cuatro Grupos o Niveles (LMINA 2) enfuncin de la severidad de las solicitaciones y, por ende, del Nivel de dificultad

para lograr un adecuado diseo. Hemos dado dos ejemplos extremos (un entrepisoy un semirremolque). Es conveniente aclarar que cuando calificamos al nivel deseveridad, lo hacemos considerando:

la magnitud y tipo de solicitaciones que podemos considerar ciertas y que,en la mayora de los casos, se prescribe en la Normativa. Es el caso de lasacciones a considerar en una Viga Portarriel.

la magnitud y tipo de las solicitaciones que podemos considerar inciertas(con un cierto grado de aleatoriedad). Estas acciones no se encuentran

Normalizadas o lo han sido en forma reservada sin acceso pblico. Es elcaso del semirremolque.

la mayora de las RECOMENDACIONES que se darn, sern explicadasy justificadas, en general, demostrando cuales son (o fueron) lasconsecuencias de no haberlas respetado.


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2. SEGUNDA PARTE

Daremos, en esta segunda parte, los textos de una serie de Recomendaciones que debeninterpretarse en el contexto expuesto en la primera parte.

El mtodo para seleccionar las recomendaciones no difiere del que ya hemos adoptado yconsiste en:

mostrar colapsos, fueras de servicio, situaciones de mala conservacin desecciones, etc.

recomendar las acciones que se deben adoptar para que lo anterior no ocurra o seaprevenir o anular las posibles causas desde el diseo hasta el mantenimiento.

A su vez dividiremos los colapsos, y al solo efecto de sistematizarlos, recurriendo a losdos enemigos naturales que tiene el acero:

1. FATIGAa. debajo anclaje1 410N

b. dealto ciclajeN 510 No hemos encontrado una definicin para 410


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R.: la recomendacin de no utilizar aceros no estructurales laextendemos a los grupos I y II, salvo que se adopten recaudos que,en s, ya elevan el nivel de severidad al grupo II yIII.

En LMINA 8 Fig. g se muestra un tipo de fractura que se produce (algo incomprensible)frecuentemente. Por tal razn y pese a lo obvio de su mal diseo, la incluimos dentro denuestras recomendaciones. Lo mostrado corresponde al colapso del puente.

R.: cuando por razones de economa o para reducir las cargaspermanentes, se opta por una solucin de doble (triple o ms)platabandas se debe cuidar, sobremanera, de no crear concentracinde tensiones que produzcan deformaciones anelsticas.

Se trata de tener en cuenta que la fisura se puede iniciar en un punto de la seccin en lacual se han desarrollado TENSIONES RESIDUALES por:

soldadura (en las vigas armadas) LMINA 8 Fig. f enfriamiento durante el proceso siderrgico (viga laminada) LMINA 8 Fig. e

En la propagacin de fisuras por FATIGA se deben tener en cuenta las tensionesresiduales en el respectivo clculo fractomecnico.

Esta ltima recomendacin no es aplicable a los Grupos I y II. Por otra parte y para elGrupo IV:

R.:cuando se adopta una viga (doblete o cajn) armada mediantesoldadura, es conveniente aplicar un procedimiento de soldaduraque disminuya, lo mximo posible, las tensiones residuales.

Esta precaucin es, asimismo, recomendable para el Grupo III cuando se debe unir dostramos de viga. Por ejemplo dos perfiles doble te (dem. si la unin es en Z):

En LMINA 8 Fig. h se muestra el colapso de un puente de viga tipo Vierendeelocurrido en el ao 1938 en el Canal Albert de Blgica. Otros puentes similares


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corrieron igual suerte. El colapso ocurri, sin carga, una noche en que latemperatura haba descendido a 10 C.

En LMINA 9 Fig. a se muestran las fisuras que finalmente produjeron el colapsodel puente.En LMINA 9 Fig. b se muestra el origen de la fisura determinante y que se

origin en el cordn que vinculaba dos componentes ya fijos. Se trata de uncordn embridado, es decir, que el material de aporte no puede contraerselibremente al enfriarse y que, por lo tanto, se fisura.

Iniciada la fisura, sta se propag por la totalidad del cordn inferior. Debido a que estoocurri en varios puentes idnticos, se trata de un defecto sistemtico.

De lo anterior surgen dos nuevas recomendaciones:

R.:se debe tratar de no disear uniones en que, de un modo u otro,se indiquen cordones embridados.Obsrvese que este recaudo puede no existir en la Hoja deProcedimientos de Soldadura (WPS), an cumpliendo con la

Normativa, por ejemplo, las prescripciones de la American WeldingSociety AWS D1.1. Lo debe indicar, expresamente, el diseador. Siste slo indica lo prescripto por la Norma y deja a discrecin delsoldador o del Constructor la secuencia de soldaduras, ha creadouna tierra de nadie.

Debemos sealar que si el acero hubiera tenido propiedades fractomecnicas adecuadas(Nill Ductily Temperature NDT (temperatura de ductilidad nula), Tenacidad a Fracturaen funcin de la temperatura)) es probable que la fisura que se iniciara en el cordnembridado, no se hubiera propagado en el acero base. Por lo tanto:

R.:si una estructura de acero debe prestar servicio en lugares demuy bajas temperaturas, es indispensable que el acero mantenga suductilidad. Esta propiedad puede ser conocida mediante el ensayo deFlexin por Impacto (CHARPY) a temperaturas inferiores (-5 C)a las mnimas de trabajo.

Esta recomendacin es aplicable a todos los Grupos.En LMINA 9 comenzamos a analizar una serie de defectos que, sin haber llevado alcolapso de los respectivos Puentes, exigieron una rpida intervencin para su reparacin

para evitar males mayores. Es de destacar que todos estos defectos se produjeron porerrores de diseo (Ingeniera) y, quizs, por especificaciones para la construccininsuficientes, en la Red Vial de Estados Unidos (pas de mxima tecnologa!).

En LMINA 9 Fig. c se muestra el Puente GULF OUTLET BRIDGE sobre elMISSISSIPPI River Gulf Outlet, cerca de Nueva Orleans, y su tramo central tiene una luzde L = 212 m.

El origen de las fisuras detectadas hasta podra parecer proveniente de un defecto muypoco significativo. Se trata de un cordn de seccin cajn.


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Soldadura original Soldadura final

Se acrecent el cordn original mediante el procedimiento automtico SAW (arcosumergido) y luego acrecentado, por alguna razn, mediante SMAW (mtodo manual deelectrodo revestido). En LMINA 9 Fig. 9e se muestra la seccin original y las lneas deTensiones Residuales.

Es decir se realiz un cordn de soldadura (SMAW) sobre un cordn pretensionado.Obsrvese los valores de las tensiones residuales en el material de aporte (Fig. e) son delorden de:

!!MPa500Rd=

En la LMINA 9 Fig. d se muestra la fisura detectada en una muestra obtenida (EnsayoDestructivo). Es necesario aclarar, que la fisura no fue detectada exteriormente sinoanalizando este detalle. Slo deseamos destacar el nivel de anlisis a que se debe recurrircuando se trata de estructuras englobadas en los grupos II y III y realizar una nuevarecomendacin:

R.:no siempre es suficiente especificar lo que se debe realizar sinoque, en algunos casos, es necesario hacerlo con lo que no se debehacer aunque, como en el presente caso, se ejecute una accinaparentemente inocente.

En LMINA 9 Figs. f y g, se muestra un caso de Desgarramiento Laminar (LamellarTearing) y que constituye un defecto con graves consecuencias en el caso de que se tratede pasar fuerzas de traccin a travs de una placa.

Defectos similares a ste se vern ms adelante con la correspondiente Recomendacinpara evitarlos. El mostrado ocurri en el Puente Fort Duquesne Bridge, en la ciudad de

Pittsburgh, Pennsylvania. Se desarroll en una viga cajn en la cual las tensiones detraccin se desarrollaron por embridamiento.


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En la LMINA 9 Fig. h se muestra una fisura originada en una puntada de soldadura(tack)Esquematizamos:

Se trata de un defecto sistemtico ocurrido en el puente sobre el Canal Lehigh cerca de laciudad de Bethlehen, Pennsylvania. Las solicitaciones, variables en el tiempo, se

produjeron por un efecto que rara vez se tiene en cuenta en los clculos habituales. Damosun ejemplo ilustrativo y sencillo:

Se trata de un Puente con esquema estructural clsico

1. dos vigas longitudinales principales (VLP).2. cinco viguetas transversales (VTP).3. dos vigas longitudinales secundarias (VLS).4. Diagonales (D).

En a) el puente se encuentra cargado.


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En b) descargado y en c) cargado y ocurre que los componentes 1, 2, y 4 acompaan eldesplazamiento longitudinal del puente (L) mientras que el componente 3 no lo hace.

Las dos VLS, que slo trabajan a flexin en su tramo, no se alargan (o tienden a noalargarse). Como consecuencia flexionan las viguetas transversales (VTP) debido que,

habitualmente, se encuentran vinculadas. Ante cada carga o ante cada L, se solicita aflexin a las VTP desarrollndose, en stas, el fenmeno de FATIGA. De este caso porejemplo se desprenden dos recomendaciones y ambas corresponden a los grupos III, y IV.

R.:de ninguna manera fijar componentes, vigas, plataformas, etc.mediante puntadas de soldadura. Parece un detalle insignificante, sinembargo, las puntadas son generadoras de elevados factores deconcentracin de tensiones: Kt.

R.: si bien es habitual calcular las acciones en las barras comosistemas planos, en la realidad, todos son sistemas espaciales (conmayor o menor preponderancia).Es conveniente, por lo tanto, y en funcin de: la longituddel tramo el rango de cargas exteriores.adoptar las siguientes medidas: hacer flotante los largueros (de este modo permiten desplazarse

libremente a las VTP). realizar un clculo a FATIGA (flexin de las VTP).

En la LAMINA 10 Fig. a, se muestra un defecto de diseo muy habitual y, como en elcaso anterior, se produce al tratar sistemas globalmente espaciales como un conjunto desistemas planos individuales. Esta prctica era comprensible en la poca en que era casiimposible resolver sistemas hiperestticos espaciales. Se trata de esquemas estructuralesque consisten en:

vigas principales vinculadas mediante diafragmas y o viguetas. entramado de vigas,

El que mostramos es tpico en puentes viales y puede adquirir la solucin mostrada en laLMINA 10 Fig. d. La consecuencia de no considerar el sistema como espacial y tener en

cuenta las tensiones que se desarrollan en las almas de las vigas longitudinales o en lasvinculaciones de stas con diafragmas y o vigas transversales, se muestran en LMINA10 Figs. c y e. Inevitablemente y por FATIGA se inician y propagan fisuras. Es muyelevada la cantidad de puentes viales que han desarrollado, en EE.UU. este problema.Debemos considerar que este diseo y su clculo respectivo conforman un defecto slo enlos Grupos III y IV (sometidos a cargas variables en el tiempo). Podramos considerar que

para los Grupos I y II no es un defecto, aunque un clculo espacial preciso indiquetensiones localizadas que superan ampliamente la tensin de fluencia. NuestraRecomendacin se aplica, por lo tanto, slo a los Grupos III y IV y repite lo anterior:

R.: en las estructuras correspondientes a los Grupos III y IV sedebe calcular el sistema espacial real y, sobre todo, verificar lasuniones (soldadas y o abulonadas entre componentes no coplanares).


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Es necesario aclarar que, en la mayora de los casos, se desarrolla la FATIGA de BajoCiclaje, tal como ocurriera en el caso mostrado en la LMINA 3 (vehculo).

En LMINAS 10 Figs. f, g y h y en la LMINA 11 Figs. a hasta h hemos incluido unamiscelnea de defectos de los cuales trataremos de obtener Recomendaciones tiles.

En LMINA 10 f, se muestra un defectoms que habitual y que, bsicamente, consiste eninterrumpir el flujo de tensiones mediante un cordn soldado. Estos cordones sejustifican como:

para reforzar la unin. para dar estanqueidad a la zona oculta entre perfiles y o chapas.

Debemos volver a discriminar el nivel de severidad de los grupos I a IV. Si unarecomendacin fuera no ejecutar cordones frontales, etc. caeramos en la situacin de

prohibir la casi totalidad de las construcciones realizadas y no colapsadas, por ejemplo,cabriadas, vigas reticuladas de todo tipo, etc. Sin embargo, esta misma solucin (de launin soldada chapa nodal, diagonal o montante) en los grupos III y IV podra tenergraves consecuencias.Explicamos las razones: el factor de concentracin de tensiones es muy elevado, sobretodo, en los extremos del cordn. Su valor depende de la terminacin del cordn en losextremos.

Si las cargas son: estticas(o predominantemente), grupos I y II:

o muy alta probabilidad que se desarrolle una fisura.o lo mas probable que la fisura se detenga (se condene):

al alcanzar sectores con tensiones menores ( tK


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variables en el tiempo (o predominantes variables) grupos III y IV. Cuando losrangos de tensiones son elevados y, por lo tanto, existe un rango de Factoresde Intensidad IK , tambin, elevado (Ley de Paris), la fisura se inicia (si ya no

preexiste) y se propaga. Ocurre aqu un fenmeno que puede parecer curioso: la(s)fisura(s) se propagan por los cordones sanos y efectivos (tambin en el acero

base) y la unin (todo alrededor), en vez de reforzar la unin, se la debilita!! Unsimple ejemplo muestra el concepto anterior. Se trata de la unin alma alatraccionada de una viga doble te armada.

En el primer caso a) un defecto en un lateral se propaga al otro destruyendo toda launin. En el segundo b) permanece sano uno de los dos cordones. LaRecomendacin corresponde, nuevamente, a los grupos III y IV (sobre todo steltimo)

R:en uniones soldadas, similares a la que hemos analizado, tomarel recaudo de que los cordones no reduzcan mutuamente sueficiencia, tal como ocurre con el cordn frontal ya indicado.

R:en las estructuras del Grupo III (prximo al IV) se recomiendahacer un clculo mediante el mtodo de los elementos finitos MEF(tal como el mostrado en LMINA 14 Figs. c y d) para poderestimar el factor de concentracin de tensiones Kty, sobre todo, paraevaluar si, en el caso de iniciarse y propagarse una fisura (microfisura), sta penetra en una zona de un rango de tensiones pequeasy, por lo tanto, de K 4no significativo, que producira ladisminucin o la anulacin de la velocidad de propagacin o, si entraen campos de elevado rango de tensiones (elevados K ), lacontinuidad de la propagacin.

En las LMINAS 10 a 13 hemos incluido una serie de detalles (AGCS39, GURVEY33)

que se explican por si mismos y tan slo resaltaremos un aspecto que se encuentra en: LMINA 11 Figs. c, d y g (AGCS39). LMINA 13 Fig. a (GURNEY33) y su correspondiente Recomendacin.

R:tratar, dentro de y donde fuera posible no interrumpir el flujo detensiones de traccin. La razn es de sencilla comprensin. la interrupcin crea entalladuras (factor de concentracin de

tensiones, Kt). en estos puntos se generan rangos de deformaciones () que,

inevitablemente, inician y propagan fisuras. En este aspecto la

Fig. a de la LMINA 13 es bien ilustrativa.

4no confundir factor de concentracin de tensiones Kt(adimensional) con el factor de intensidad de tensiones K( mMPa ).


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Asimismo en la LMINA 13 Fig. b se muestran los resultados de Resistencia a laFATIGA para N = 105 y N = 2x106ciclos. Los valores relativizan, significativamente, elmito del cruce inadecuado de cordones de soldadura en empalmes de perfiles doble telaminados, comprese, con detenimiento, los valores correspondientes a N = 2x106ciclosy sobre todo, los grficos:

D: 134 MPa (soldadura que nunca fue aceptada). E: 159 MPa (la recomendada). F: 159 MPa (slo la entalladura: paso de ratn).

Ver, asimismo, en la LMINA 12 Fig. b: un detalle inaceptable.

En la LMINA 14 Figs. a y b comenzamos a tratar el tema de la corrosin (el otroenemigo del acero). Lo hacemos, como en casos anteriores sobre otros temas, con dosimgenes extremas.

Quin es el responsable de llegar a esta situacin? Quin puede evitarla (o reducirla a niveles aceptables)?

En la LMINA 14 Figs. c y d se muestra el nivel de dificultad de diseo para encarar lareparacin: el problema pasa del nivel de seguridad III al IV slo por el mal estado deconservacin.En la LMINA 14 Figs. e y d, LMINA 15 Figs. a, b, c y d y en la LMINA 16 Figs. a y

b se muestran Recomendaciones dadas por FELI29, SSPC e ISO 1294446 para evitarsituaciones extremas como la mostrada, y que se comentan por si mismas.

Haremos slo algunas pocas Recomendaciones:

R.:cumplir, lo ms estrictamente posible y dentro de la severidadde la solicitacin medio ambiental, una Normativa, por ejemplo, laISO 12944.

La anterior Recomendacin se basa en:

lo notablemente complejo que es el tema de la CORROSIN. Para una visingeneral del tema ver POLIMENI31

la incidencia en los costos de:

o una proteccin insuficiente (costode mantenimientodiferido).o la exageracin de la proteccin adoptada (costo inicial).

Por lo tanto, recomendamos:

R.: aplicar, lo ms criteriosamente posible, las Tablas deSISTEMAS de PINTURA segn la CATEGORA deCORROSIVIDAD, tal como se indica (una de las Tablas) en laLMINA 16 Fig. c en la que se incluye la correspondienteCategora C5: Industrial o Marina.

Obsrvese que se proponen 22 distintos sistemas de proteccin de acuerdo, entre otrosfactores, a la vida til seleccionada (Low: L; Mdium: M; High: H).


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Asimismo, recomendamos:.

R.:no indicar sistemas de pintura genricos (epoxy, poliuretano,etc.), sino los correspondientes a marcas comerciales reconocidas y,

de stas, por lo menos a tres de aquellas.

En este caso quiz no ocurra lo mismo que con los medicamentos, las diferencias decalidad entre productos: comerciales vs. genricos puedeser determinante.

Retornamos a los detalles de colapsos que hemos adoptado como la base de lasRecomendaciones.

En la LMINA 17 se muestran las causas de colapsos y su incidencia en porcentaje.Dentro de las causas tcnicas, la de mayor importancia es la Perdida de estabilidad41.3%, lo que no deja, en una primera impresin, de sorprender: Se puede suponer que el

cumplimiento de la Normativa (desde hace ya varias dcadas) es un recaudo que podemossuponer que asegura la confiabilidad de la estructura. Sin embargo, si investigamos ms

profundamente ste tema concluimos que: los colapsos por pandeos localizados y sobre todo, por abollamiento, rara vez

producen una catstrofe, tal como ocurre con los derivados de una fracturarpida (dctil o frgil) Los mtodos de clculo habitualmente adoptados por la

Normativa son confiables e incluso conservadores. La hiperresistencia post criticade, por ejemplo, las placas de alma (LMINA 19 Fig. c) es notable. En estos casos, serechaza la construccin ms por razones estticas que resistentes. Ms an, en muchoscasos, la hiperresistencia de la placa se debe a su posicin deformada. Sin embargo,hemos comprobado, en repetidos casos, defectos de clculo muy evidentesque, noobstante, no condujeron a un colapso y/o fuera de servicio. Podemos citar dos comolos ms frecuentes:

o la verificacin a pandeo lateral de los cordones comprimidos de vigas,prticos, etc., sobre todo, en el caso en que la solicitacin principal es laaccin del viento (cordn inferior de vigas cabriadas, prticos, etc. con succinms sobrepresin interna). El error ms frecuente, en el caso de existir laverificacin, es la adopcin de las condiciones de borde.

o la verificacin a pandeo global de un entramado de vigas y columnas, quepodra ser: un edificio (no tan grave dado la accin de componentes noestructurales) o una torre para sostener equipos de proceso industrial

extractivos, petroqumicos, etc. Se observa, muy a menudo, por no decirsiempre, que: se calculan los componentes axialmente solicitados de modo

individual cualquiera sea la cantidad de niveles. no se consideran efectos de segundo ordenan en el caso en que, por

razones funcionales, no puedan adoptarse cruces diagonales. no se verifica, la inestabilidad global de la construccin.

Por lo tanto y aunque no hayamos, an, comprobado colapsos por esta ltimacausa, recomendamos:

R.:la verificacin, dado la facilidad de realizarlo en la actualidadmediante programas electrnicos, de la estabilidad global de unentramado de varios pisos.


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No hemos visto, hasta el presente, ningn clculo o verificacin de la estabilidad de unaestructura en que se incluyeran las tensiones secundarias. De acuerdo a lo vistoanteriormente esta omisin puede convertirse en un grave defecto de Ingeniera.

Consideraremos, en principio, dos colapsos (uno catastrfico, el otro menos espectacular).

En la LMINA 18 Fig. a se muestra el colapso por inestabilidad del ala inferior de unaviga cajn rigidizada de modo similar a la que se muestra en la LMINA 19 Fig. a y quede modo simplificado, es:

Los rigidizadores: pueden ser armados o laminados y con distintos tipos de perfiles. La

separacin s depende de tw, del fenmeno de shear lag (corte diferido) y del campotensional.

No existe duda que el colapso del Puente sobre el ro Rhin, en la localidad de Coblenza,(de ste se trata) no se produjo por FATIGA. Se debi, notablemente a un exceso derefuerzos. Las excesivas tensiones residuales de compresinproducidas por los cordoneslongitudinales de soldadura5fueron la causa principal del derrumbe.

En la LMINA 18 Fig. b se muestra, asimismo, otro caso de abollamiento sin que llevaraa un derrumbe. Se trata del Puente sobre el Danubio cerca de la ciudad de Viena. La luzdel tramo central es de 210 m y la causa ms importante del abollamiento son las tensionesdesarrolladas durante el montaje mientras los dos tramos estaban en voladizo y quecausaron la compresin de las alas inferiores. Este fenmeno se demostrposteriormente al accidente.La Ingeniera original no lo incluy entre sus verificaciones Quien debe verificarlo?, elIngeniero Estructural, el fabricante, el montador?, una evidente tierra de nadie!

En la LMINA 18 Figs. c a g podemos comprobar la enorme incidencia que tienen lastensiones residuales. El ejemplo de la LMINA 18 Fig. g es muy ilustrativo: las tensionesresiduales determinan el pandeo por abollamiento de las placas que conforman unacolumna.

En la LMINA 19 Fig. a se muestra el caso de un puente con viga longitudinalconformada por una viga cajn rigidizada. Este interesantsimo fenmeno puedeconsultarse en el excelente libro WILLIAMS42, en el cual se trata, asimismo, sobre lasrecomendaciones de la Comisin MERRISON (Merrison Rules) y del que mostramos unextracto en la LMINA 19 Fig. b.

Volviendo al Puente en Coblenza (LMINA 18 Fig. a) es muy interesante e informativohacer el siguiente comentario: se trata de una catstrofe en la que se perdieron muchasvidas humanas que, por supuesto, deriv en un juicio penal. Los argumentos que seesgrimieron pueden considerarse de antologa. Discusiones similares se produjeron en elComit de Redaccin de las Normas de las Britisch Standard cuando se trat el tema de las

BS 5400.

5agregadas a las cargas debidas al peso propio y equipo de montaje.


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El ncleo de los argumentos durante el juicio se puede reducir a que si el Ingenieroestructural cumple, estrictamente, con la DIN 4114 y sta Norma no contempla lastensiones residuales por soldadura(y ninguna otra), de quien es la responsabilidad?Los argumentos que esgrimen los responsables de la DIN 4114 resultaron casi increbles.

Creemos que en el presente caso conviene hacer slo una recomendacin (pero de nivelestratgico y al menos tctico):

R.:no abusar, en los procesos de soldadura, en lo que se refiere a: la cantidad de material de aporte (la menor aceptable y conforme

a clculos correctos). al procedimiento (WPS) de soldadura (utilizar el que menor

energa aporte a la fusin).

Consideramos, ms que conveniente, indispensable comentar el tema de las uniones

soldadas y que, brevemente, hemos incluido en la LMINA 20 en la cual destacamos unaapreciacin de escaso valor tcnico pero, al mismo tiempo, muy ilustrativo:En la operacin de soldadura, EL ACERO SE FABRICA DE NUEVO.Falta agregar, que en esta ocasin, (en el Proceso de Soldadura) el acero no se fabrica enlas mismas condiciones que en la siderurgia.En la LMINA 20 Fig. b se muestra el distinto tamao del grano luego de la solidificacinque depende de la velocidad de enfriamientoEn Figs. d, e y f se muestra la formacin intermedia entre el material base y el de aporte:Zona Afectada por el Calor (ZAC o HAZ Heat Affected Zone) en la cual el acero tienedistintas propiedades mecnicas y fractomecnicas.

Cabe una nueva Recomendacin, tambin en los niveles tctico o estratgico:

R.:si en la Recomendacin, anterior centramos la atencin en elabuso de la cantidad de material de aporte y el procedimiento paralograrlo (exceso de energa), en el presente caso lo haremos conrespecto a: la cantidad de uniones soldadas (la mnima posible). el espesor de los componentes a unir de acuerdo a la calidad del

acero: F 24, F 36, aceros al carbono de baja aleacin

templados y revenidos tipo T1, etc. Este parmetro (el espesor)es de consideracin indispensable para evitar enfriamientorpido.

la disminucin, al mximo, de la unin de campo por soldadura.

Por supuesto, en todos los casos, las RECOMENDACIONES deben transformarse enprescripciones mandatarias incluidas en las Especificaciones.


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3. RESUMEN Y CONCLUSIONES.

Hemos dado varias Recomendaciones. Al hacerlo tuvimos, aparte de muchas sensacionesagradables, dos que no nos resultaron del mismo modo:

la de estar cometiendo un atrevimiento(hacer Recomendaciones? dar consejos?,etc. que pretensin!!).

la de que cada una y todas las Recomendaciones nos han dejado un cierto sabor aduda.

Por ambas razones nos hemos limitado a basarnos, principalmente, en nuestra experienciapersonal (o ms bien en nuestras vivencias).

La variedad de construcciones que se pueden hacer, se hacen y convienen hacer con aceroes enorme. En la mayora de aquellas, el acero debe cumplir una funcin resistente, odicho de otro modo, la construccin o parte de ella, se transforma en una estructura. Porlo tanto, esta exposicin se dirige, aunque no exclusivamente, a los IngenierosEstructurales.

La Primera Parte de esta Exposicin la hemos dedicado a crear el contexto (o mbito,contorno, lmite, etc.)6, en el cual, en la Segunda Parte, hemos desarrollado eltextode lasRecomendaciones. Consideramos indispensable adoptar esta metodologa, que la hemosgraficado en las LMINAS 1 y 2.

Comentndolas brevemente:LMINA 1: Hemos denominado PROYECTO al conjunto de acciones que comprende

desde la idea inicial hasta las Especificaciones para el mantenimiento durante la vida tilde las estructuras. De este modo, privilegiamos el rol del Ingeniero Estructural dadoque, a nuestro juicio, es el primero y habitualmente el nico que puede encarar latotalidad del Proyecto sin tener que participar en el conflicto de intereses que caracterizaa las etapas tcnico industrial comercial que siguen a la de Ingeniera7.LMINA 2: Clasificamos las estructuras (a los efectos de hacer Recomendaciones) deacuerdo al:

nivel de severidad de las acciones8. nivel de las decisiones.

Aunque la metodologa adoptada pareciera que simplificara el contexto y el texto al crear

un orden (ordenamiento), la realidad result en lo contrario, dado que se produjeronnuevas dudas. Las exponemos: debido a lo todava habitual,en la Ingeniera Estructural,de encarar los clculos de los componentes, considerando unaserie de simplificaciones,tanto en los clculos manuales como en los matriciales de barras procesadoselectrnicamente, que consisten, bsicamente, en:

considerar alacero( y al resto de los materiales estructurales) como un slido

6en matemtica las podramos denominar: condiciones de borde.7este criterio coincide con el de varios autores, entre ellos, PREZ MNGUEZ38,cuya opinin se transcribe enla Nota 1 de la presente exposicin.8hemos dejado un pequeo sector, luego de la lnea de trazos, para ciertas acciones que puedan conformar un

conjunto borroso. Tal es el caso de las acciones ssmicas que, intencionalmente, hemos eludido en sta breveexposicin. Si bien existe, en la actualidad, una muy buena Normativa tenemos, al mismo tiempo, la presuncinde que es muy perfectible! Lo mismo puede considerarse, en otro ejemplo, sobre a las acciones de los PuentesGra para siderurgia.


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o homogneo.o istropo.o continuo.

Esta hiptesis simplificativa es indispensable si se necesita aplicar la matemtica de las

funciones continuas(analticas) en un campo de validez istropo y homogneo(teorasdel slido continuo).

el Principio de Saint Venant,por el cual y a cierta distancia de la aplicacin decargas exteriores concentradas, el efecto de stas es equivalente a la de las fuerzasinternas (M, N, Q en el plano) resultantes.

Sin embargo y adoptando el ms simple de los posibles ejemplos: una viga doble tesimplemente apoyada armada mediante soldadura, debemos considerar:

En las zonas rayadas no es aplicable el Principio de Saint Venant.Esta viga la podemos asimilar a un Viga Portarriel (VPR) siendo, en este caso, P variableen el tiempo y en la posicin en la viga.

Con respecto al simple clculo:4

LPM

=

W

M=


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Si se considera y adopta el tradicional principio (tantas veces repetido en tantas clases) deque en ningn punto de un componente estructural se deben superar las tensionesadmisibles nos encontraramos frente a un serio problema.

Si calculsemos la misma viga mediante el Mtodo de los Elementos Finitos (MEF)

obtendramos algo similar a lo del siguiente ejemplo:

Efecto de la carga concentrada (se modeliza media viga debido a su simetra):

Las diferencias en los valores de las tensiones aplicando uno (manual o MEF) u otromtodo es ms que significativa Cul es el clculo correcto?

Por otra parte el MEF aplicado, tambin, corresponde a un mtodo simplificado, dadoque:

sigue suponiendo al acero como un slido homogneo, istropo y continuo(propiedades ideales).

el clculo se realiza, la gran mayora de las veces, dentro del rango elstico lineal.

Un clculo ms avanzado debera incluir: MEF en el rango elasto plstico. la consideracin de la variacin de las propiedades mecnicas de acero producidas

por la Mecnica del Dao9 la aplicacin de la Mecnica de Fractura para considerar la preexistencia de

defectos que no pueden ser detectados mediante los END especificados. la consideracin de las Tensiones Residuales10

9en el caso de cargas variables en el tiempo: FATIGA10de fundamental importancia para el caso en que se quisiera analizar la estabilidad de una fisura Debemosconsiderar, entonces, como correcto el nivel de clculo que, posiblemente, se utilizar habitualmente dentro dealgunas dcadas?


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Por Carga Concentrada

CARGA UNITARIA (1000 kgf)

POSICIN DEFORMADA

TENSIONES NORMALES x(kgf/cm2)

TENSIONES NORMALES y(kgf/cm2)

TENSIONES TANGENC. xy(kgf/cm2)

TENSIONES VON MISES VM(kgf/cm2)

Por Factor de Concentracin de Tensiones

Se debe aclarar, aunque parezca innecesario, que las falencias mas arriba consideradas noson cubiertas con un estricto cumplimiento de la actual Normativa, ya que sta contemplauna pequea partede los fenmenos aqu considerados.

Volviendo a las Recomendaciones y clasificando los niveles de clculo, anteriormente

citados:1. Manual o matricial de barras.2. MEF elstico lineal


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3. MEF elasto plstico, Mecnica de Dao, Mecnica de Fractura, TensionesResiduales, etc.

sera un absurdo especificar el nivel de clculo112 a un entrepiso o incluso a la estructurade un edificio importante. Ahora bien, si consideramos que lo correcto sera el nivel declculo 2 y recomendamos un nivel clculo 1 y, de ese modo, permitimos que en la

estructura se desarrollen tensiones no admisibles estamos actuando correctamente desdeel punto de vista tico? (duda).Por otra parte hemos adoptado cuatro Niveles de Severidad por qu no dos? o diez?(duda).

Finalmente creemos que lo siguiente es el mayor aporte de esta exposicin cuyo objeto yobjetivo es hacer Recomendaciones para incrementar la confiabilidad de estructurasde acero.Consiste en:

1. hacer Recomendaciones generales y particulares con las limitaciones yaindicadas en la primera parte.

2. que estas Recomendaciones, debidamente complementas en la cantidad necesaria,se incluyan en las Especificaciones generales y particulares en las cuatro etapasdel Proyecto (de acuerdo a lo argumentado, Ingeniera, Construccin, Montaje yMantenimiento) y que esta documentacin conforme una INFORMACINcompleta y precisa (perfectible en el tiempo) y que podra incluirse:

3. como una documentacin con una identidad propia (lo habitual):a. Especificaciones Tcnicas Generales y Particulares.

b. que se incluya en los Planos Ejecutivos (ver Nota 2). Destacamos estepunto.

4. que se adopte un Programa de Gestin de Calidad que pueda asegurar elcumplimiento de los requerimientos especificados y por el cual se pueda lograrun adecuado FLUJO DE INFORMACIN de y hacia los responsables de cada unade las cuatro etapas (al Ingeniero Estructural en las tres primeras y al Propietario12en la ltima) y de esa manera:

a. se eviten las tierras de nadieb. se puedan valorar debidamente los desvos de Proyecto, modificaciones del

destino, variaciones en la magnitud de sobrecargas, etc. y cualquier otrohecho eventual que no pudo haberse previsto en la Ingeniera.

11hemos denominado aqu: Nivel de clculo 1a los correspondientes a los niveles de severidad I y II. Nivel de clculo2a los correspondientes a los niveles de severidad III y IV.

12 denominamos, aqu, Propietario (Owner) al propietario propiamente dicho, o al administrador incluidos elArquitecto o a quien encargara, el Proyecto, al Ingeniero Estructural.


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4. NOTAS

4.1. NOTA 1Hemos denominado Proyecto al conjunto de cuatro etapas (Ingeniera,Construccin, Montaje y Mantenimiento) y afirmamos que se trataba de materia

opinable.Si recurrimos a la excelente obra PREZ MINGUEZ38 comprobamos la siguienteobservacin: De las tres grandes fases que componen el proceso constructivo(Proyecto, Fabricacin de materiales y Ejecucin de la Obra) la primera es la queverdaderamente condiciona la calidad final, ya que en ella, se debe definir el alcancede dicha calidad, es decir, las caractersticas fisicoqumicas de los materiales, con susespecificaciones, las caractersticas geomtricas, con sus formas y medidasconcretas .Este criterio coincide, prcticamente en su totalidad, con el nuestro, reemplazando: Proyectoproceso Constructivo Cuatro etapastres fases

y lo ms importante es la coincidencia en la consideracin que en la primera etapa(Ingeniera, Proyecto) se condiciona la calidad final mediante especificaciones(calidad de materiales, dimensiones, etc.).

4.2. NOTA 2Es muy conveniente que en los Planos ejecutivos se vuelque la mayor cantidad deinformacin posible.La sobreabundancia o la reabundancia de informacin no es perjudicial, muy por elcontrario, facilita la comprensin de la operacin que se debe ejecutar.

LMINA 9 Fig. 9b. Pgina 14 (secuencia de soldadura).y muchas otras similares en las que las altas tensiones por embridamiento sondeterminantes en la confiabilidad de componente, es muy conveniente que lasdebidas precauciones, tales como:

secuencia de armado de los componentes. secuencia de soldadura. parmetros de soldadura (incluyendo el precalentamiento si sta estuviera

prescripto) e incluso hasta: la direccin del amolado en el caso de que fuera necesario reducir los

sobremontas de los cordones (concentradores de tensiones)13para los niveles

de severidad III y IVsean incluidas en ventanas prximas al detalle en el correspondiente planoejecutivo (una especie de windows!)Este mtodo de Informacin lo hemos utilizado, de modo razonablemente exitoso, enla documentacin ejecutiva de estructuras con uniones muy complejas.Tiene las siguientes ventajas (no le hemos descubierto desventajas):

1. el operario sea ste, armador, soldador, etc. se informa, sin duda alguna,sobre la operacin que debe realizar.

2. si en la misma ventana o en otra especialmente abierta, se explica lasrazones por las cuales se ha indicado lo contenido en el punto 1) de talforma que el operariopodr, dentro de ciertos lmites, autocontrolarse.

13recomendamos consultar la excelente Tabla 17 (a, b y c) de la BS 5400 aplicable a puentes viales y ferroviariosy extensible a otro tipo de estructuras.


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3. dem 2 pero con respecto al agente de Control de Calidad y, de tal modo,emitir la documentacin de Control de Calidad con mayor detalle14.

Creemos que es necesario repetir que las Recomendaciones se deben aplicar (o no)de acuerdo al Grupo (I a IV) de severidad de solicitaciones.

14 Consideramos que en la actualidad y disponiendo de los extraordinarios programas para la ejecucin dedocumentacin tcnica (CAD) inimaginables hace no ms de tres dcadas (los actuales planos ejecutivos nodifieren del mismo modo de los de aquella poca!) esta Recomendacin no presenta dificultad alguna.Esta propuesta no exime de realizar los Procedimientos de Soldadura tal cual lo exigen los distintos Reglamentos(AWS, ASME, etc.)Un recurso muy interesante e igualmente sencillo de realizar en la actualidad, es el de la Maqueta ElectrnicaEsto lo aprendimos de un profesional amigo, experto en el tema, el Ingeniero Alberto Zanetta que implement, lopropuesto, en el mayor fabricante de estructuras metlicas del pas. La informacin que suministra este mtodo esinestimable, incluso para el mismo Ingeniero Estructural, pues de este modo son detectables con mayor facilidad:

las intersecciones que impiden realizar ciertos detalles. la posible incomodidad para ejecutar las soldaduras y la conveniencia de modificar las posiciones de

soldadurao incluso encargar algunos de esos cordones (por ejemplo los sobrecabeza) a un operarioms especializado.


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5. BIBLIOGRAFA.

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(1973).22-PEREZ IPIA, J. E.: Mecnica de Fractura. Edit. Alsina (2004)23-ZIENKIEWICZ, O. C; MORGAN, K .: Finite Elements and Approximation. Edit.

John Wiley & Sons (1995).

24-BUI, H. D.: Mecanique de la Rupture Fragile. Edit. MASSON (1978).25-LOCATI, L.: La Fatica dei Materiali Metallaci. Edit. U. HOEPLI (1950).26-PINTADO FE, J, M.: Fallos en Servicio de los Materiales Metlicos. INTA (1992).27-SCULLY, J. C.: Fundamentos de Corrosin Edit. Alhambra, S.A. (1968). TG28-WEST, J. M.: Corrosin y Oxidacin Edit. LIMUSA (1986). TG29-FELI, S; MORCILLO, M..: Corrosin y Proteccin de los Metales en la

Atmosfera. Edit. BELLATERRA S.A. (1982).30-EVANS, U. R.: An Introduction to Metallic Corrosion Edit. Edward Arnold (1981).31-POLIMENI, F; POLIMENI M. Curso de Corrosin y Proteccin de Estructuras de

Acero (4 Tomos) AIE (2006).32-BRITISH STANDARD: CP2008 (1966).

33-GURNEY, T.R.: Fatigue of Welded Structures Cambridge University Press. (1979).34-HNCHEN, R.: Resistencia a Fatiga Edit. Revert (1960).35-BIGNOLI, A. J.; FIORAVANTI, M.: Anlisis Estructural Edit. TROQUEL (1970).


33/53

33

36-BIGNOLI, A. J.: Introduccin al Clculo de la Confiabilidad de las EstructurasCiviles Edit. El Ateneo (1986).

37-BIGNOLI, A. J.: Planteo Probabilstico de las Seguridad de las EstructurasAcademia Nacional de Ciencias Exactas, Fsicas y Naturales.

38-PEREZ MNGUEZ, J. B.; SABADOR MORENO. A.: Calidad del Diseo en la

Construccin Edit. Diaz Santos (2004).39-AGCS, Z.; ZILOKO, J.; BRODNIANZKY. J.: Assessment and Refurbishment for

Steel Structures Edit. SPON PRESS (2005).40-POLIMENI, M; MARGUEIRAT. C. E.; BONELLI, S. G.: Vigas Portarriel Armadas

Soldadas XIX Jornadas Argentinas de Ingeniera Estructural AIE (2006).41-LEMAITRE, J.; RODRIGUEZ. D. Engineering Damage Mechanics Edit.

SPRINGER (2005).42-WILLIAMS, D. G.; AALAMI, B.: Thin Plane Design For In Plane Loading Edit

GRANADA (1979).43-ROCKEY, K. C.; BONNISTER, J. L.; EVANS, H. R.: Development in Birdge

Design and Construction Edit CROSBY LOCKEOOD & SONS (1971).

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34/53

34

6.LMINAS

LMINA 1

Los TEXTOS de la RECOMENDACIONES para lograr eincrementar la CONFIABILIDAD de las ESTRUCTURAS DEACERO se darn dentro de un CONTEXTO en el cual se definenlos siguientes conceptos:

PROYECTO (LMINA 1).

ESTRUCTURA.

NIVEL DE SEVERIDAD (LMINA 2).


35/53

35

LMINA 2

a

b


36/53

36

LMINA 3

a b

c d

e f

g h


37/53

37

LMINA 4

a b

CURVA DE SENSIBILIDAD

0

1

2

3

4

5

6

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1

Separacion ala - alma (mm)

FactordeConcentracin

c d

e f

g h


38/53

38

LMINA 5

a1 a2 b

c d

e f

g


39/53

39

LMINA 6

a b

c d

e f

g h


40/53

40

LMINA 7

a b

c d

e f

X

Y Z

-

76020.

-

70000.

-

60000.

-

50000.

-

40000.

-

30000.

-

20000.

-

10000.

0.

10000.

20000.

30000.

38692.

S1

MID

Loa

d

1

METN

/M

**2


41/53

41

LMINA 8

a BARSOM1 b FISHER13

c POLIMENI18

d FISHER13

e GALAMBOS14 f GALAMBOS14

g FISHER13 h F. CASADO9


42/53

42

LMINA 9

a ZIGNOLI15 b POLIMENI18

c FISHER13 d FISHER13

e FISHER13 f FISHER13

g FISHER13 h FISHER13


43/53

43

LMINA 10

a FISHER13 b FISHER13

c FISHER

13

d FISHER

13

e FISHER13 f AGCS39

g AGCS39 h AGCS39


44/53

44

LMINA 11

a AGCS39

b AGCS39

c AGCS39 d AGCS39

e AGCS39 f AGCS39

g AGCS39 h AGCS39


45/53

45

LMINA 12

a GURNEY33

b GURNEY33


46/53

46

LMINA 13

a

bGURNEY33


47/53

47

LMINA 14

a b

X

Y

Z

-1249.

-1200.

-900.

-600.

-300.

0.

300.

600.

900.

1200.

1500.

1800.

2100.

2123.

SXX MID

Load 1

KG/CM**2

X

Y

Z

-5890.

-5400.

-4500.

-3600.

-2700.

-1800.

-900.

0.

900.

1800.

2700.

3600.

4259.

SYY MID

Load 1

KG/CM**2

c d

e FELI29 f SSPC47


48/53

48

LMINA 15

a

b

c dISO 1294446


49/53

49

LMINA 16

a b

cISO 1294446


50/53

50

LMINA 17

CAUSAS DE COLAPSOS DE ESTRUCTURAS DE ACERO

DEFECTOS DE MONTAJE..29.5%

ERRORES de DISEO y en la DOCUMENTACIN26.7%

ERRORES DE SERVICIO (sobrecargas, etc.)........14.3%

ERRORES DURANTE LA FABRICACIN...12.4%

INADECUADA CALIDAD DEL ACERO10.5%

IMPERFECCIONES EN ESTNDARES......6.6%

CAUSAS TCNICAS

PERDIDA DE ESTABILIDAD (abolladura, pandeo)..41.3%

FRACTURA DE UNIONES SOLDADAS.............23.8%

FRACTURA DEL ACERO BASE..........22.2%

OTRAS CAUSAS..........12.7%

FUENTE AGCS39


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51

LMINA 18

a AGCS39 b AGCS39

c AGCS39 d AGCS39

e AGCS39

g WILLIAMS42f AGCS39


52/53

52

LMINA 19

a WILLIAMS42

b WILLIAMS42 c


53/53

LMINA 20

Polimeni_Recomendaciones

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