Nuevo Suplemento para la Soldadura Sísmica AWS D1.8 Este suplemento al AWS D1.1 ayudará a las construcciones a resistir cargas inducidas sísmicamente POR RONALD O. HAMBURGER, JAMES O. MALLEY, Y DUANE K. MILLER
Los terremotos fuertes pueden causar daño extremo, pero afortunadamente, dichos eventos son muy raros. Por ello, los códigos de construcción especifican criterios de diseño para evitar colapsos estructurales, al tiempo que permiten daños es-
El 17 de Enero de 1994, el terremoto Northridge con una magnitud de 6.7 sacudió la región de Los Ángeles terminando abruptamente con la comprensión que los ingenieros tenían del comportamiento de estas estructuras. Después de
en quizá varias docenas de estructuras. Casi siempre, el daño consistió de una fractura que se inició en la raíz de la soldadura CJP de la brida inferior de la viga a la brida de la columna, usualmente bajo la red de la viga. Una ves iniciadas, estas
Fig. 1 — Fractura que se extiende a lo largo de la brida de la columna.
de Emergencias de los Estados Unidos (FEMA por sus siglas en inglés) identificó un gran número de causas del daño que había ocurrido. Quizá la más significativa de ellas fue la geometría básica de conexión prescrita por el código de edificación. A este respecto, unas juntas CJP soldadas en campo unían las bridas de las vigas a las bridas o alas de las columnas mientras que la red de las vigas estaba conectada con una cercha o placa pequeña cortada y soldada de fabricación a la columna, y atornillada en campo a la
secciones planas no permanecieron planas, como se asumía en el diseño, y como resultado, las bridas de las vigas cargaron esquileo substancial. Este esquileo causó que las bridas de las vigas se doblaran a medida que se expandían en los hoyos de acceso
Fig. 2 — Fractura separando la brida de la viga de la columna.
muy baja tenacidad en la junta soldada y la zona afectada térmicamente Además, esta soldadura en la brida o ala inferior de la viga con frecuencia se hizo desde la posición de “gato montés” encima de la brida superior de la viga, con principios y fines de soldaduras de pases múltiples hechos en el centro de la brida de la viga, bajo la red de vigas. Esto con frecuencia produjo fusión incompleta y grandes inclusiones de escoria en el pase de la raíz, así como también calidad de soldadura pobre en la soldadura cercana a la red de viga.
Métodos de Inspección La práctica de inspección había llegado a confiar demasiado en el uso de tests ultrasónicos (UT) para detectar defectos y fallas en estas soldaduras, al mismo tiempo que la inspección visual durante la soldadura no era llevada a cabo de manera adecuada. Investigaciones posteriores a Northridge demostraron que como resultado de la geometría de las juntas, los exámenes ultrasónicos no pueden detectar de forma confiable fallas en la raíz de la junta de la brida inferior de la viga, en especial en el área de la red de vigas. Así también, ya que el respaldo rutinariamente era dejado en su lugar, se obscurecía la observación visual de la calidad de la raíz de la soldadura, la cual de-
conexiones fracturadas, hubo un esfuerzo importante por actualizar las provisiones de diseño sísmico. El proyecto FEMA culminó a finales de 2001 con la publicación de las directrices aplicables para los edificios de estructura de momento localizados a lo largo y ancho de los Estados Unidos. Las recomendaciones del proyecto se encuentran en: • FEMA 350 – Criterios Recomendados para el Diseño Sísmico para Nuevos Edificios de Estructura de Momento, (FEMA, 2000a), • FEMA 351 – Evaluación Sísmica Recomendada y Criterios Actualizados para Edificios de Estructura de Momento de Acero Soldado Existentes, (FEMA, 2000b), • FEMA 352 – Evaluación Recomendada Posterior al Terremoto y Criterios de Reparación para Edificios de Estructura de Momento de Acero Soldado, (FEMA, 2000c), y • FEMA 353 – Especificaciones Recomendadas y Directrices de Aseguramiento de Calidad para Aplicaciones Sísmicas en la Construcción de Estructuras de Momento de Acero, (FEMA, 2000d). Estas publicaciones constituyeron “recomendaciones”, no requerimientos prescritos por código. Además, estos estándares no se sometieron al proceso de aprobación por consenso, típico para la
Mas recientemente, se formó en la AISC un Panel de Precalificación y Revisión de Conexión para determinar qué detalles de conexión deberían permitirse sin realizar exámenes de ensamble a escala total. El Comité D1 de la AWS para Soldadura Estructural estableció un subcomité sísmico para considerar los asuntos relacionados con la soldadura que necesitaban incorporarse a los estándares de la AWS.
El Nuevo Suplemento D1.8 de Soldadura Sísmica En 2005, el primer suplemento D1.8 de Soldadura Sísmica fue aprobado por el Comité D1 de la AWS. Como lo implica el título, el D1.1 no es un estándar por sí solo, sino que es suplementa al Código D1.1 de la AWS para el Acero de Soldadura Estructural. Además, se espera que el D1.8 sea usado en conjunto con las Provisiones Sísmicas de la AISC. Mientras que la mayoría de los temas relacionados con el diseño son cubiertos por los estándares de la AISC, el D1.8 se refiere a asuntos relacionados con detalles de conexión, materiales, mano de obra, e inspección. Estos temas se cubren en siete secciones como sigue: Sección 1: Requerimientos Generales Sección 2: Documentos de Referencia
Soldadura Estructural. Finalmente, para concluir el documento se encuentra un comentario que proporciona material de respaldo y explica la intención detrás de muchas de las provisiones.
Resumen de las Principales Provisiones del D1.8 El siguiente es un resumen de las principales provisiones contenidas en el D1.8. Este resumen no es exhaustivo, por lo que el lector debería obtener una copia del D1.8 y revisar a profundidad ya que no todas las provisiones se cubren en este resumen. Calificaciones del Soldador
La Sección 5 y el Anexo C del D1.8 se dedican a la calificación del soldador. Además de llenar los requisitos en cuanto a calificaciones del D1.1, a los soldadores que realicen trabajos bajo el D1.8 se les requiere que tomen el Test de Calificaciones Suplementarias del Soldador para Soldadura de Acceso Restringido, como se indica en el Anexo C, cuando la producción de la soldadura involucra todos de los siguientes: 1) la soldadura es de demanda crítica (como lo define la AISC), 2) la soldadura une la brida inferior de
forma que el soldador este calificado para usar todas las Especificaciones de Procedimientos de Soldadura. Ver el D1.8, Anexo C provisiones C3.1.2. Después de completar la placa del test, se remueven las diferentes placas de restricción y se inspecciona visualmente la placa del test. Después, como opción del Contratista, a la placa del test se le practican pruebas mecánicas o no destructi vas. Las opciones de pruebas no destructivas (NDT) incluyen la inspección ultrasónica (UT) y la inspección radiográfica (RT). Cuatro pruebas de doblado se usan para la evaluación mecánica. Ver el D1.8, Anexo C provisión C4.
de la cubierta. Los electrodos sólidos para GMAW y EGW están exentos de cualquier medida de hidrógeno. Ver el D1.8, provisión 6.3.2. Cuando se combinan los metales de aporte de las especificaciones FCAW con metales de aporte depositados por otros procesos, se debe chequear la combinación de ambos para asegurar que la tenacidad mínima CVN se obtenga. El Anexo B de D1.8 prescribe las pruebas que se requieren. Tal evaluación no se requiere cuando las especificaciones de la FCAW se intermezclen con otras especificaciones FCAW. Ver D1.8, provisión 6.3.4 y Anexo B.
Especificaciones del Procedimiento de Soldadura (WPSs)
Metales de Aporte – Soldaduras de Demandas Crítica
Además de satisfacer los requerimientos del D1.1, el D1.8 ordena requerimientos adicionales. Bajo D1.8, las especificaciones del procedimiento de soldadura (WPSs) deben litar el manufacturero del metal de aporte, además del nombre comercial del metal de aporte y la clasificación de la AWS. Las WPSs deben además listar una o más combinaciones de variables de la soldadura que producen entradas de calor dentro de los límites de las pruebas realizadas en el metal de aporte específico.
Además de satisfacer los requerimientos anteriores, a los metales de aporte usados para hacer soldaduras de demandas críticas se les requiere cumplir con requerimientos aún más estrictos. Por ejemplo, el D1.8 requiere que los metales de aporte que sean usados en la producción sean evaluados en tests a altos y bajos niveles de entrada de calor, esto es, a bajas y altas tasas de enfriado. A las especificaciones de procedimientos de soldadura para la producción se les permite usar un amplio rango de variables, proporcionando los niveles de entrada de calor cal-
