Presentacion Del Protocolo De Investigacion.pptx

Instituto Tecnológico de Morelia División de Estudios Profesionales Departamento Metal-Mecánica Taller de Investigación I

“Evaluación de la degradación por condiciones ambientales en uniones soldadas de aceros estructurales de edificios.” Presenta: Luis Ramos Pintor Asesor: Ing. Eutimio Guzmán Delgado

Contenido ■ Justificación ■ Objetivos – General – Particulares ■ Introducción ■ Marco Teórico

■ Metodología experimental ■ Cronograma de actividades ■ Fuentes de Información

Justificación ■ Con los avances tecnológicos que se han llevado a cabo a lo largo de la historia el ser humano se ha visto beneficiado en muchos aspectos, comunicación, transporte, salud, etc. Todos estos avances y beneficios, también han permitido el incremento en el uso de combustibles tales como el carbón mineral y el petróleo, que al consumirse emiten grandes cantidades de contaminantes a la atmósfera. Esto resulta en combinación con las condiciones atmosféricas normales, como lluvias, cambios de temperatura y humedad, perjudicial para la resistencia y durabilidad de estructuras por su carácter corrosivo centrándose el mayor problema en las uniones soldadas de las mismas.

■ Por lo anterior mencionado resulta importante estudiar los distintos efectos ambientales sobre elementos estructurales, específicamente aceros y sus uniones soldadas ya que, como principal causa, seguida de un mal diseño arquitectónico, las estructuras en edificios fallan y en ocasiones colapsan debido al efecto de las distintas condiciones atmosféricas que provocan el desgaste y deterioro de las estructuras y refuerzos.

Objetivos ■ General ■ Establecer los niveles de agresividad degradante de la atmósfera y del medio ambiente para las uniones soldadas del acero estructural en edificios.

■ Particulares ■

1. Estudiar el comportamiento de la corrosión en las uniones soldadas de acero estructural expuesto al medio ambiente.

■

2. En base a acontecimientos históricos, identificar las fallas más comunes de los aceros estructurales en edificaciones y su relación con las condiciones ambientales.

■

3. Someter muestras de uniones soldadas de acero a una solución de lluvia acida simulada para poder determinar la pérdida de masa y la velocidad de corrosión.

■

4. A partir de la experimentación previa realizar el análisis metalográfico de las muestras con microscopia óptica para estudiar los cambios en la microestructura de las uniones soldadas.

■

5. Con los resultados experimentales obtenidos establecer los niveles de agresividad de la atmosfera y el medio ambiente en las uniones soldadas de acero estructural así como identificar las zonas más susceptibles y el tipo de corrosión que puede afectarlos con mayor frecuencia.

Introducción ■ En nuestro país se emplean grandes cantidades de acero en estructuras de oleoductos, gaseoductos, tuberías y construcciones. Hay muchos tipos y grados de acero disponibles en el mercado para su uso en la construcción de estructuras de edificios que cumplen con una amplia variedad de necesidades y demandas. ■ Las estructuras se forman mediante conjuntos de chapas o perfiles unidos entre sí con enlaces capaces de soportar los esfuerzos que se transmiten entre las piezas. El objeto principal de la unión es el de asegurar la mejor continuidad de las piezas, continuidad que será más perfecta cuanto más uniforme sea la transmisión del esfuerzo. En la actualidad estas uniones se hacen en su mayoría mediante procesos de soldadura. ■ La corrosión es la mayor desventaja de los aceros ya que el hierro se oxida con suma facilidad. La corrosión es el deterioro de una sustancia con respecto a su medio ambiente, pueden no existir cambios visibles en el material, sin embargo, el material puede fallar inesperadamente a causa de ciertos cambios en su estructura interna.

Bases Teóricas Acero Estructural ■ Los aceros son aleaciones de hierro-carbono forjables, con porcentajes de carbono variables entre 0.08 y 2.14%. ■ Se espera que estos aceros tengan cierta resistencia a la deformación y las características de su producción que los hacen aptos para su uso en estructuras. Las propiedades se establecen a través de aleaciones químicas específicas y propiedades mecánicas. Éstas se reflejan en la respuesta del material, ya sea un acero de alta resistencia, un acero resistente a la intemperie, o un acero que tiene un determinado tipo de estructura cristalina, por mencionar algunas propiedades que son importantes.

Bases Teóricas Acero Estructural ■ Los principales tipos de acero estructural se clasifican según su composición química y características de procesamiento:

■ 1.

Aceros al carbono o aceros al carbono-manganeso.

■ 2.

Alta resistencia, baja aleación (HSLA).

■ 3.

Alta resistencia, apagados y templados (QT), aceros aleados.

■ 4.

Alta resistencia, apagados y auto-templados (QST), aceros de aleación.

Bases Teóricas Soldadura ■ La soldadura puede definirse como un proceso de unión entre metales en el que la adherencia se produce, con aporte de calor, con aplicación de presión o sin ella y con la adición o no de metal.

Bases Teóricas Procesos de Soldadura ■ Existen diversos procesos de soldadura, En este proyecto en particular serán estudiados los procesos de soldadura SMAW (fig. izquierda) y GMAW (fig. derecha) por ser los más utilizados.

Bases Teóricas Corrosión ■ La ASTM define la corrosión como “reacción química o electroquímica entre un material, usualmente un metal y su medioambiente, que produce un deterioro del material y de sus propiedades”.

■ Las propiedades anticorrosivas del acero dependen de su composición química, el grado de contaminación en la atmosfera y la frecuencia del ataque cíclico de humedad y secado.

Bases Teóricas Corrosión Atmosférica ■ Proceso electroquímico que involucra a un metal, producto de corrosión, superficie electrolítica y la atmosfera. ■ La corrosión atmosférica puede ser clasificada en:

■ a) Corrosión seca. Se produce en los metales que tienen una energía libre de formación de óxidos negativa. ■ b) Corrosión húmeda. Requiere de la humedad atmosférica, y aumenta cuando la humedad excede de un valor crítico, frecuentemente por encima del 70%.

■ c) Corrosión por mojado. Se origina cuando se expone el metal a la lluvia o a otras fuentes de agua.

Bases Teóricas Corrosión Atmosférica ■ Como el mecanismo de corrosión es electroquímico, su característica principal es la presencia de un proceso anódico y otro catódico, con un electrólito de resistencia óhmica determinada. ■ En el proceso anódico el metal se disuelve en la capa del electrolito, en la cual la concentración se eleva hasta la precipitación de un compuesto poco soluble. ■ En el proceso catódico, bajo la capa de humedad, la mayoría de los metales expuestos a la atmósfera se corroen por el proceso de reducción de oxígeno.

Metodología Experimental Etapas de la Experimentación ■ Selección de la muestra ■ Pruebas preparatorias ■ Selección de Ensayos – Medidas de Polarización potenciostaticas – Perdida de masa

Metodología Experimental Selección de la muestra ■ Para el desarrollo experimental se usarán muestras de uniones soldadas de 2 diferentes tipos de acero estructural, ASTM A36 y ASTM A992 de aproximadamente 40x35x15 mm.

■ Habrá 4 tipos diferentes de muestras: ■ 1.

Unión soldada de acero A36 por medio de proceso SMAW

■ 2.

Unión soldada de acero A36 por medio de proceso GMAW

■ 3.

Unión soldada de acero A992 por medio de proceso SMAW

■ 4.

Unión soldada de acero A992 por medio de proceso GMAW

Metodología Experimental Selección de la muestra Tipo de Acero

Diferentes usos

ASTM A36

ASTM A992



Placas de conexión



Anclajes de barras redondas lisas (OS) y perfiles (LI)



Cuerdas superiores e inferiores de armaduras (LI)



Montantes y Diagonales de Armaduras (LI)



Contravientos y cubiertas (OS)



Largueros tipo Joist (OS o LI)



Vigas (IR)



Columnas (IR)



Mezzanines (IR)



Postes de viento (IR)



Espectaculares (IR)



Tabes Carril

Metodología Experimental Selección de la muestra Elemento

ASTM A36

ASTM A92

C (máx.)

0.26

0.23

…

0.50-1.60

P (máx.)

0.04

0.035

S (máx.)

0.05

0.045

Si (máx.)

0.40

0.40

Cu (máx.)

0.20

0.60

Ni (máx.)

…

0.45

Cr (máx.)

…

0.35

Mo (máx.)

…

0.15

V (máx.)

…

0.15

Cb o Nb (máx.)

…

0.05

fy (kg/cm2)

2530

3515-4570

fu (kg/cm2)

4080-5620

4570

Elong. En 200 mm (min, %)

20

18

Elong. En 50 mm (min, %)

21

21

Mn (máx.)

Metodología Experimental Pruebas Preparatorias ■ Primeramente, las probetas serán desbastadas con papel de SiC de variada granulometría, desde #80 hasta #2000. ■ Para apreciar su microestructura las probetas serán sometidas a un ataque químico a temperatura ambiente, siendo expuestas a una solución acuosa de Nital para el caso del ASTM A36 y de Picral para el ASTM A992. ■ Previo a cada experimento las probetas serán enjuagadas con alcohol etílico y agua destilada. ■ El análisis de las probetas, antes y luego de cada ensayo, se realizará mediante Microscopia Óptica.

Metodología Experimental Medidas de Polarización Potenciostatica ■ Como ensayos electroquímicos se efectuarán medidas de polarización potenciostaticas para así conocer la velocidad de corrosión de las probetas.

Metodología Experimental Medidas de Polarización Potenciostatica

Curva de Polarización anódica

Metodología Experimental Lluvia Acida Simulada Componente

Concentración (mg/L)

H2SO4

31.85

HNO3

15.75

NaNO3

21.25

(NH4)2SO4

46.20

Na2SO4

31.95

NaCl

84.85

Metodología Experimental Perdida de Masa por inmersión y velocidad de corrosión ■ Las muestras serán inmersas en la solución por 1, 8, 15 y 30 días. Para cada periodo de tiempo de inmersión se emplear una sola muestra de cada material. ■ La pérdida de masa y la velocidad de corrosión de las muestras serán calculadas a partir de las Ecuaciones siguientes ecuaciones, respectivamente: Donde:

■ 𝐶 ■ 𝑣

𝑤 −𝑤 = 0 1 𝑆 𝑤 −𝑤 = 0 1 𝑆𝑡

C: pérdida de masa debido a la corrosión [mg/cm2] w0: masa inicial de las probetas [mg] w1: masa final de las probetas sin productos de corrosión [mg] S: superficie de las probetas [cm2] t: tiempo de inmersión [día]

Experimentación

Diagrama de flujo de diseño experimental

Revisión de literatura y recolección de información

Obtención de la muestra

-Desbaste y pulído

Rrealización de Pruebas Preparatorias

-Analisis microestructural (MO) Medidas de Polarización Potenciostatica

Cálculo de Perdida de masa

Recolecciín y análisis de resultados

Análisis microestructural (MO)

Cronograma Actividad

Reestructuración del proyecto Fase de documentación, revisión de literatura y recolección de información Obtención de las muestras Experimentación

Obtención y análisis de resultados experimentales Estructuración de reporte final

Mes Mes

Mes

Mes

Mes

1

3

4

5

2

Fuentes de Información ■ Rodríguez, C. (2017). Técnicas Electroquímicas. Recuperado de: https://www.academia.edu/10064694/T%C3%A9cnicas_Electroqu%C3%ADmicas?auto=downloa d ■ Huape, Engelbert & Leticia Padilla Gil, Laura & Atenea Huape Padilla, Grecia & Bejar Gomez, Luis. (2016). DEGRADACION DE ACEROS ESTRUCTURALES POR LLUVIA ACIDA. Disponible en: www.researchgate.net. ■ Liliana Scheiber, Verònica & Méndez, Claudia & Ares, Alicia. (2015). Análisis de la resistencia a la corrosión en lluvia ácida simulada de las aleaciones Zn-Sn. Materia (Rio de Janeiro). 20. 597-611. 10.1590/S1517-707620150003.0061. Disponible en: www.researchgate.net. ■ SENCICO Perú. (2013). CURSO MODULAR SOLDADOR DE ESTRUCTURAS METÁLICAS. (Archivo PDF). Lima, Perú. Recuperado de: https://www.sencico.gob.pe/descargar.php?id=77

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Soldadura.

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