En Construcción.

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Sustitución de Elementos en Estructuras Metálicas: Un Proceso Crítico para la Restauración de la Integridad Estructural en Colombia

Corte y Remoción Segura de Elementos Dañados: El Primer Paso con Precisión y Seguridad

La sustitución de elementos en estructuras metálicas comienza con el corte y la remoción segura de los elementos dañados. Este proceso es crítico, ya que un corte incorrecto puede dañar aún más la estructura, dificultar la instalación del nuevo elemento y poner en riesgo la seguridad del personal. Por lo tanto, se deben seguir procedimientos estrictos y utilizar las herramientas y equipos adecuados.

Evaluación Previa

Antes de iniciar el corte, se debe realizar una evaluación exhaustiva del elemento dañado y de la estructura en general:

• Identificar el tipo y la extensión del daño: Determinar si el daño es causado por corrosión, fatiga, impacto, sobrecarga u otros factores. Evaluar la extensión del daño, incluyendo la longitud, profundidad y ubicación de las grietas, deformaciones o corrosión.
• Evaluar la función del elemento en la estructura: Determinar si el elemento es un miembro principal (que soporta cargas importantes) o un miembro secundario (que tiene una función menos crítica). Esto influirá en el procedimiento de corte y remoción.
• Identificar los elementos adyacentes: Determinar qué otros elementos están conectados al elemento dañado y cómo se verán afectados por el corte y la remoción.
• Evaluar las cargas que actúan sobre la estructura: Determinar si es necesario apuntalar o descargar la estructura antes de cortar el elemento dañado.
• Planificar el acceso y la seguridad: Determinar cómo se accederá al elemento dañado de forma segura, utilizando andamios, plataformas elevadoras u otros equipos. Establecer las medidas de seguridad necesarias, incluyendo el uso de equipo de protección personal (EPP), la delimitación del área de trabajo y la señalización.

Métodos de Corte

Existen varios métodos para cortar elementos metálicos, cada uno con sus propias ventajas y limitaciones:

• Oxicorte: Es el método más común. Utiliza un soplete de gas (oxiacetileno, propano, gas natural) para calentar el metal a una temperatura alta y luego un chorro de oxígeno puro para oxidar y cortar el metal. El oxicorte es rápido, económico y versátil, pero puede producir una zona afectada térmicamente (ZAT) amplia y bordes irregulares que requieren preparación adicional. Es adecuado para aceros al carbono y de baja aleación, pero no para aceros inoxidables o aluminio.
• Corte con plasma: Utiliza un arco de plasma para fundir y cortar el metal. El corte con plasma es más rápido que el oxicorte y produce una ZAT más estrecha y bordes más limpios. Es adecuado para una amplia gama de metales, incluyendo aceros al carbono, aceros inoxidables y aluminio.
• Corte con sierra: Se utilizan sierras de cinta, sierras circulares o sierras alternativas para cortar elementos metálicos. El corte con sierra es preciso y produce bordes limpios, pero es más lento que el oxicorte o el corte con plasma. Es adecuado para perfiles, tubos y barras de diferentes materiales.
• Corte con disco abrasivo: Se utilizan discos abrasivos montados en amoladoras o tronzadoras para cortar elementos metálicos. El corte con disco abrasivo es rápido y versátil, pero produce una gran cantidad de chispas y polvo, y los discos se desgastan rápidamente. Es adecuado para perfiles, tubos y barras de diferentes materiales.
• Corte por cizallado: Se utiliza una cizalla para cortar láminas o placas metálicas.

Procedimiento de Corte

• Marcar la línea de corte: Marcar claramente la línea de corte en el elemento dañado, utilizando tiza, marcador o un punzón.
• Apuntalar o descargar la estructura (si es necesario): Si el elemento a cortar soporta cargas importantes, se debe apuntalar o descargar la estructura para evitar su colapso durante el corte.
• Seleccionar el método de corte adecuado: Seleccionar el método de corte más adecuado según el tipo de material, el espesor del elemento, la precisión requerida y las consideraciones de seguridad.
• Utilizar el equipo de protección personal (EPP) adecuado: Utilizar guantes, gafas de seguridad, careta de soldador, ropa de trabajo ignífuga, protección auditiva y respirador (si es necesario).
• Realizar el corte siguiendo la línea marcada: Realizar el corte de forma lenta y controlada, evitando movimientos bruscos o vibraciones excesivas.
• Retirar el elemento dañado: Una vez completado el corte, retirar el elemento dañado de forma segura, utilizando grúas, polipastos u otros equipos de elevación si es necesario.
• Inspeccionar los bordes del corte: Inspeccionar los bordes del corte para detectar rebabas, irregularidades o daños. Si es necesario, preparar los bordes para la unión del nuevo elemento.

Precauciones de Seguridad

• Ventilación: Asegurar una ventilación adecuada para eliminar los humos y gases producidos durante el corte.
• Control de incendios: Tener a mano extintores de incendios y tomar precauciones para evitar chispas o llamas cerca de materiales inflamables.
• Protección contra caídas: Si se trabaja en altura, utilizar arneses de seguridad y otros equipos de protección contra caídas.
• Protección contra ruido: Utilizar protección auditiva si el nivel de ruido es elevado.
• Aislamiento eléctrico: Si se utiliza equipo de corte eléctrico, asegurarse de que esté correctamente aislado y conectado a tierra.

Ejemplo para un Puente en Bogotá

Si se necesita reemplazar una diagonal dañada en un puente de acero en Bogotá, se debe:

1. Evaluar el daño y la función de la diagonal en la estructura.
2. Apuntalar el puente para descargar la diagonal dañada.
3. Marcar las líneas de corte en la diagonal.
4. Utilizar oxicorte o corte con plasma para cortar la diagonal, siguiendo las precauciones de seguridad.
5. Retirar la diagonal dañada con una grúa.
6. Inspeccionar y preparar los bordes del corte para la unión del nuevo elemento.

Preparación de los Extremos para la Unión: Garantizando una Conexión Sólida y Duradera

Después de cortar y remover el elemento dañado, es fundamental preparar los extremos de los elementos existentes y del nuevo elemento para asegurar una unión sólida, duradera y que cumpla con los requisitos de resistencia y seguridad. La preparación de los extremos depende del tipo de unión a realizar (soldadura, pernos, etc.) y de las especificaciones del diseño.

Preparación para Soldadura

Si la unión se va a realizar mediante soldadura, la preparación de los extremos es crucial para garantizar una penetración completa, una buena fusión y la ausencia de defectos. Los pasos típicos incluyen:

• Limpieza: Eliminar cualquier resto de óxido, pintura, grasa, aceite, suciedad o contaminantes de los extremos a soldar, utilizando métodos mecánicos (cepillado, esmerilado, chorro abrasivo) o químicos (desengrasantes, decapantes). Una superficie limpia es esencial para una buena soldadura.
• Biselado: Realizar un bisel en los extremos a soldar, si es necesario, según el tipo de junta y el espesor del material. El bisel facilita la penetración completa de la soldadura y la formación de una unión fuerte. Los tipos de bisel más comunes son en V, en X, en U y en J. El ángulo y las dimensiones del bisel deben seguir las especificaciones del WPS (Procedimiento de Soldadura).
• Alineación: Alinear correctamente los extremos a soldar, asegurando que estén en la posición correcta y que haya una separación uniforme (si es necesaria) entre ellos. Se pueden utilizar dispositivos de alineación, como prensas, gatos hidráulicos o cuñas.
• Punzonado o taladrado (si aplica): Si la unión soldada requiere agujeros para pernos u otros elementos, se deben realizar antes de la soldadura.
• Eliminación de rebabas: Eliminar cualquier rebaba o irregularidad en los bordes del corte o del bisel, utilizando una lima, esmeril o amoladora.
• Inspección: Inspeccionar visualmente los extremos preparados para verificar que estén limpios, biselados (si es necesario), alineados y libres de defectos.

Preparación para Unión con Pernos

Si la unión se va a realizar mediante pernos, la preparación de los extremos incluye:

• Limpieza: Eliminar cualquier resto de óxido, pintura, grasa, aceite, suciedad o contaminantes de las superficies de contacto.
• Taladrado: Realizar los agujeros para los pernos, utilizando un taladro y una broca del diámetro adecuado. Los agujeros deben ser precisos en cuanto a su ubicación y diámetro, y deben estar perpendiculares a la superficie de la pieza. Se deben seguir las especificaciones del diseño en cuanto a la ubicación, el diámetro y el espaciamiento de los agujeros.
• Avellanado (si es necesario): Si se utilizan pernos avellanados, se debe realizar un avellanado en los agujeros para alojar la cabeza del perno.
• Eliminación de rebabas: Eliminar cualquier rebaba o irregularidad alrededor de los agujeros, utilizando una lima, esmeril o avellanador.
• Alineación: Alinear los agujeros de las piezas a unir.
• Inspección: Inspeccionar visualmente los agujeros para verificar que estén limpios, del diámetro correcto, correctamente ubicados y libres de defectos.

Preparación para Otros Tipos de Unión

• Remaches: Preparación similar a la unión con pernos, pero los agujeros deben ser ligeramente mayores que el diámetro del remache.
• Adhesivos estructurales: Limpieza exhaustiva de las superficies a unir, utilizando desengrasantes y, en algunos casos, tratamientos superficiales especiales (como imprimaciones) para mejorar la adherencia.

Consideraciones Generales

• WPS (Procedimiento de Soldadura): Si la unión se realiza mediante soldadura, se debe seguir estrictamente el WPS, que especifica el tipo de bisel, los parámetros de soldadura y otros detalles importantes.
• Normas y códigos: Se deben seguir las normas y códigos aplicables para la preparación de los extremos, como la AWS D1.1 (para estructuras de acero) o la ASME Sección IX (para recipientes a presión).
• Inspección: Es fundamental realizar una inspección visual y, en algunos casos, ensayos no destructivos (END) para verificar la calidad de la preparación de los extremos antes de proceder a la unión.

Fabricación o Adquisición de Elementos de Reemplazo: Garantizando la Compatibilidad y Calidad

Una vez que se ha removido el elemento dañado y se han preparado los extremos para la unión, se debe obtener el elemento de reemplazo. Este elemento puede ser fabricado a medida o adquirido a un proveedor. En ambos casos, es fundamental asegurar que el nuevo elemento sea compatible con la estructura existente y que cumpla con los requisitos de calidad y diseño.

Fabricación a Medida

La fabricación a medida del elemento de reemplazo implica la creación de un nuevo elemento a partir de materiales en bruto (láminas, placas, perfiles, tubos, etc.), siguiendo las dimensiones y especificaciones del elemento original o del diseño modificado (si es necesario). La fabricación a medida puede ser necesaria cuando:

• El elemento original es único o no está disponible en el mercado.
• Se requiere un elemento con dimensiones o características especiales.
• Se desea modificar el diseño del elemento original para mejorar su resistencia o funcionalidad.

Pasos para la Fabricación a Medida

1. Selección del material: Seleccionar el material adecuado para el nuevo elemento, considerando el tipo de acero, las propiedades mecánicas requeridas (resistencia, tenacidad, ductilidad), la resistencia a la corrosión y la soldabilidad. El material debe ser compatible con el material de la estructura existente.
2. Corte: Cortar el material en bruto a las dimensiones requeridas, utilizando los métodos de corte descritos anteriormente (oxicorte, corte con plasma, sierra, etc.).
3. Conformado (si es necesario): Dar forma al material, si es necesario, utilizando métodos de conformado en frío o en caliente (doblado, plegado, rolado, forjado, etc.).
4. Preparación de los extremos: Preparar los extremos del nuevo elemento para la unión, siguiendo los procedimientos descritos en la sección anterior (limpieza, biselado, taladrado, etc.).
5. Soldadura (si es necesario): Si el nuevo elemento requiere soldadura (por ejemplo, si se compone de varias piezas), se debe realizar la soldadura siguiendo un WPS calificado y utilizando soldadores calificados.
6. Inspección: Inspeccionar visualmente el nuevo elemento y realizar ensayos no destructivos (END) si es necesario, para verificar que cumple con las dimensiones, la forma, la calidad de la soldadura y la ausencia de defectos.
7. Tratamiento superficial (si es necesario): Aplicar un tratamiento superficial al nuevo elemento, como pintura, galvanizado o recubrimientos epoxi, para protegerlo contra la corrosión.

Adquisición a un Proveedor

La adquisición a un proveedor implica la compra del elemento de reemplazo a un fabricante o distribuidor de productos metálicos. Esta opción puede ser más rápida y económica que la fabricación a medida, especialmente si el elemento es estándar o está disponible en stock. Sin embargo, es fundamental asegurarse de que el proveedor sea confiable y que el elemento cumpla con los requisitos de calidad.

Pasos para la Adquisición a un Proveedor

1. Identificación del elemento: Identificar claramente el elemento a reemplazar, incluyendo sus dimensiones, forma, tipo de material y cualquier otra especificación relevante.
2. Búsqueda de proveedores: Buscar proveedores confiables que ofrezcan el elemento requerido. Se pueden consultar catálogos, bases de datos de proveedores o contactar directamente a fabricantes o distribuidores.
3. Solicitud de cotización: Solicitar cotizaciones a varios proveedores, especificando claramente los requisitos del elemento (dimensiones, material, cantidad, etc.) y solicitando información sobre la calidad del producto (certificados de material, informes de ensayos, etc.).
4. Evaluación de cotizaciones: Evaluar las cotizaciones recibidas, considerando el precio, la calidad del producto, el plazo de entrega, las condiciones de pago y la reputación del proveedor.
5. Selección del proveedor: Seleccionar el proveedor que ofrezca la mejor combinación de precio, calidad y servicio.
6. Realización del pedido: Realizar el pedido al proveedor seleccionado, especificando claramente los requisitos del elemento y las condiciones de entrega.
7. Recepción e inspección: Al recibir el elemento, inspeccionarlo visualmente para verificar que cumple con las dimensiones, la forma y la ausencia de defectos. Verificar también que el material sea el correcto y que se adjunten los certificados de material y los informes de ensayos (si aplican).

Consideraciones para Ambos Casos (Fabricación o Adquisición)

• Certificados de material: Solicitar y verificar los certificados de material del nuevo elemento, que deben indicar la composición química, las propiedades mecánicas y el origen del material.
• Trazabilidad: Asegurar la trazabilidad del nuevo elemento, manteniendo un registro de su origen, fabricación (si aplica) e inspección.
• Compatibilidad: Verificar que el nuevo elemento sea compatible con la estructura existente en términos de dimensiones, forma, tipo de material y método de unión.
• Normas y códigos: Asegurarse de que el nuevo elemento cumpla con las normas y códigos aplicables para la estructura en cuestión.

Ejemplo en la ciudad de Bogotá

Si en Bogotá, se necesita reemplazar una viga de acero de un edificio que ha sufrido corrosión severa, se puede optar por fabricar una nueva viga a medida en un taller local, o adquirir una viga estándar de un proveedor de productos de acero. En ambos casos, se debe asegurar que la nueva viga sea de acero estructural de la calidad adecuada (por ejemplo, ASTM A36 o ASTM A572), que tenga las dimensiones correctas y que se adjunten los certificados de material.

Presentación y Alineación de los Nuevos Elementos: Preparando la Unión Final

Una vez que se tiene el elemento de reemplazo, ya sea fabricado a medida o adquirido a un proveedor, el siguiente paso es presentarlo y alinearlo correctamente en la estructura. Este paso es crucial para asegurar que la unión (soldadura, pernos, etc.) se realice correctamente y que la estructura restaurada tenga la geometría y la resistencia adecuadas.

Presentación

La presentación implica colocar el nuevo elemento en su posición correcta en la estructura, en contacto con los elementos existentes a los que se va a unir. La presentación puede requerir el uso de equipos de elevación, como grúas, polipastos o montacargas, especialmente si el elemento es grande o pesado. También se pueden utilizar herramientas manuales, como palancas, cuñas o gatos hidráulicos, para ajustar la posición del elemento.

Pasos para la Presentación

1. Verificar el área de trabajo: Asegurarse de que el área de trabajo esté limpia, despejada y segura para realizar la presentación del elemento.
2. Preparar los puntos de apoyo: Si es necesario, preparar los puntos de apoyo del nuevo elemento en la estructura existente, asegurándose de que estén limpios, nivelados y en buen estado.
3. Izaje (si es necesario): Si el elemento es grande o pesado, utilizar equipos de elevación adecuados para levantarlo y colocarlo en su posición aproximada. Asegurarse de que el equipo de elevación tenga la capacidad de carga suficiente y de que se utilicen eslingas, cadenas o cables en buen estado.
4. Ajuste de la posición: Utilizar herramientas manuales, como palancas, cuñas o gatos hidráulicos, para ajustar la posición del elemento hasta que esté correctamente alineado con los elementos existentes.
5. Verificación de la alineación: Verificar la alineación del elemento utilizando herramientas de medición, como reglas, escuadras, niveles, plomadas o instrumentos de precisión (teodolitos, niveles láser).
6. Sujeción temporal: Una vez que el elemento esté correctamente alineado, sujetarlo temporalmente a la estructura utilizando prensas, sargentos, puntos de soldadura o pernos provisionales. Esto evitará que el elemento se mueva durante la unión.

Alineación

La alineación implica ajustar la posición del nuevo elemento con respecto a los elementos existentes para asegurar que estén en la misma línea, en el mismo plano o en la orientación correcta, según las especificaciones del diseño. Una alineación incorrecta puede provocar:

• Dificultades en la unión (soldadura, pernos, etc.).
• Concentración de tensiones en la unión.
• Deformación de la estructura.
• Reducción de la capacidad de carga de la estructura.
• Problemas de ensamblaje con otros componentes.

Herramientas y Técnicas de Alineación

• Herramientas de medición: Reglas, escuadras, niveles, plomadas, cintas métricas, galgas de espesores, calibres.
• Instrumentos de precisión: Teodolitos, niveles láser, estaciones totales, sistemas de medición por coordenadas (CMM).
• Dispositivos de alineación: Prensas, sargentos, gatos hidráulicos, cuñas, tensores, cadenas.
• Plantillas y calibres: Se pueden utilizar plantillas y calibres específicos para verificar la alineación de elementos complejos.
• Líneas de referencia: Se pueden utilizar líneas de referencia marcadas en la estructura existente o en elementos auxiliares para facilitar la alineación.
• Inspección visual: La experiencia de un buen alineador es fundamental.

Consideraciones Adicionales.

• Dilatación térmica: Si se va a realizar una unión soldada, se debe tener en cuenta la dilatación térmica del material durante la soldadura. Es posible que sea necesario dejar una pequeña separación entre los elementos para compensar la dilatación.
• Tolerancias: Se deben considerar las tolerancias de fabricación y montaje al alinear los elementos. Las tolerancias se especifican en los planos y normas aplicables.
• Seguridad: Se deben tomar precauciones de seguridad durante la presentación y alineación, incluyendo el uso de EPP, la señalización del área de trabajo y la prevención de caídas de objetos.

Unión de los Nuevos Elementos (Soldadura, Pernos, etc.): Conectando con Resistencia y Durabilidad

Una vez que el nuevo elemento ha sido presentado y alineado correctamente, se procede a unirlo a la estructura existente. La unión es un paso crítico, ya que de ella depende la resistencia, la estabilidad y la durabilidad de la estructura reparada. Los métodos de unión más comunes en estructuras metálicas son la soldadura y la unión con pernos, aunque también se pueden utilizar remaches o adhesivos estructurales en algunos casos.

Soldadura

La soldadura es el método de unión más utilizado en estructuras metálicas. Consiste en fundir los bordes de los elementos a unir y, en la mayoría de los casos, añadir un material de aporte para crear una unión continua y resistente. La soldadura se ha tratado en detalle en un prompt anterior, pero aquí se resumen los aspectos clave relacionados con la sustitución de elementos:

• Selección del proceso de soldadura: Elegir el proceso de soldadura adecuado (SMAW, GTAW, GMAW, FCAW, SAW) según el tipo de material, el espesor de los elementos, la posición de soldadura, los requisitos de resistencia y las condiciones ambientales.
• WPS (Procedimiento de Soldadura): Utilizar un WPS calificado que especifique el proceso de soldadura, el tipo de material de aporte, los parámetros de soldadura (corriente, voltaje, velocidad de avance, gas de protección), el precalentamiento (si es necesario) y el tratamiento térmico post-soldadura (PWHT) (si es necesario).
• Soldadores calificados: Asegurarse de que la soldadura sea realizada por soldadores calificados y certificados según las normas aplicables (AWS D1.1, ASME Sección IX, ISO 9606).
• Preparación de los extremos: Preparar los extremos de los elementos a soldar (limpieza, biselado, alineación) según el WPS y las normas aplicables.
• Ejecución de la soldadura: Realizar la soldadura siguiendo estrictamente el WPS y las buenas prácticas de soldadura.
• Inspección de la soldadura: Inspeccionar visualmente la soldadura y realizar ensayos no destructivos (END) (radiografía, ultrasonido, partículas magnéticas, líquidos penetrantes) según los requisitos del diseño y las normas aplicables.
• Tratamiento térmico post-soldadura (PWHT) (si es necesario): Aplicar el PWHT especificado en el WPS para aliviar tensiones residuales, mejorar las propiedades mecánicas de la soldadura y reducir el riesgo de agrietamiento.

Unión con Pernos

La unión con pernos es otro método común para unir elementos metálicos. Consiste en utilizar pernos (tornillos con tuerca) para sujetar los elementos entre sí. La unión con pernos es más fácil de desmontar que la soldadura, lo que puede ser una ventaja en algunas aplicaciones de mantenimiento y reparación.

• Tipos de pernos: Utilizar pernos de alta resistencia (ASTM A325, ASTM A490, ISO 898-1) o pernos de calidad estructural adecuada para la aplicación. El tipo de perno, el diámetro, la longitud y el grado de resistencia deben seguir las especificaciones del diseño.
• Arandelas: Utilizar arandelas planas o arandelas de presión, según el tipo de perno y las especificaciones del diseño. Las arandelas distribuyen la carga del perno sobre una mayor superficie y evitan que la tuerca se afloje.
• Preparación de los agujeros: Taladrar los agujeros para los pernos con el diámetro y la ubicación correctos, siguiendo las especificaciones del diseño y las normas aplicables.
• Alineación de los agujeros: Asegurarse de que los agujeros de los elementos a unir estén correctamente alineados.
• Apriete de los pernos: Aplicar el torque de apriete correcto a los pernos, utilizando una llave dinamométrica o un método de apriete controlado (como el método de giro de tuerca). Un apriete insuficiente puede provocar el aflojamiento de la unión, mientras que un apriete excesivo puede dañar el perno o los elementos unidos.
• Inspección de la unión: Inspeccionar visualmente la unión para verificar que los pernos estén correctamente instalados, que las arandelas estén en su lugar y que no haya signos de daño o deformación. Se puede utilizar un calibrador de tensión para verificar que los pernos han alcanzado la tensión correcta.

Otros Métodos de Unión

• Remaches: Los remaches son menos comunes que la soldadura o los pernos en estructuras metálicas modernas, pero se pueden encontrar en estructuras antiguas. La sustitución de remaches requiere herramientas y técnicas especiales.
• Adhesivos estructurales: Los adhesivos estructurales se pueden utilizar para unir elementos metálicos en algunas aplicaciones, especialmente en combinación con otros métodos de unión (como pernos o remaches). La unión con adhesivos requiere una preparación cuidadosa de las superficies y el uso de adhesivos de alta resistencia y durabilidad.

Independientemente del método de unión utilizado, es fundamental seguir las especificaciones del diseño, las normas aplicables y las buenas prácticas de ingeniería para garantizar una unión segura y duradera.

Inspección de la Unión: Verificando la Calidad de la Conexión

Después de unir los elementos, es crucial realizar una inspección exhaustiva de la unión para verificar su calidad, detectar posibles defectos y asegurar que cumple con los requisitos de resistencia y seguridad. La inspección de la unión es un paso fundamental en el control de calidad de la sustitución de elementos en estructuras metálicas.

Inspección de Uniones Soldadas

La inspección de uniones soldadas es la más compleja y requiere una combinación de métodos visuales y ensayos no destructivos (END):

• Inspección visual: Es el primer paso y el más básico. Se realiza después de cada pasada de soldadura y al finalizar la soldadura. Se busca detectar defectos superficiales visibles, como:
  • Forma y tamaño del cordón: Verificar que el cordón tenga una forma uniforme y el tamaño adecuado.
  • Penetración: Verificar que la soldadura haya penetrado completamente en la junta.
  • Fusión: Verificar que el metal de aporte se haya fusionado correctamente con el metal base.
  • Socavaciones: Detectar surcos o hendiduras en el metal base a lo largo de los bordes del cordón.
  • Porosidad: Detectar pequeñas cavidades o burbujas de gas atrapadas en la soldadura.
  • Inclusiones de escoria: Detectar partículas de escoria atrapadas en la soldadura.
  • Grietas: Detectar discontinuidades lineales en la soldadura o en el metal base.
  • Salpicaduras: Detectar pequeñas partículas de metal fundido adheridas a la superficie.
  • Deformaciones: Detectar cambios en la forma de la pieza soldada.
  Se utilizan herramientas como buena iluminación, lupas, galgas de soldadura y espejos.
• Ensayos no destructivos (END): Se utilizan para detectar defectos internos y superficiales que no son visibles a simple vista. Los END más comunes para la inspección de soldaduras son:
  • Radiografía industrial (RT): Utiliza rayos X o rayos gamma para obtener una imagen interna de la soldadura. Permite detectar grietas, porosidad, inclusiones de escoria y falta de penetración.
  • Ultrasonido industrial (UT): Utiliza ondas ultrasónicas para detectar defectos internos y superficiales. Permite detectar grietas, falta de fusión, inclusiones y laminaciones.
  • Partículas magnéticas (MT): Utiliza un campo magnético para detectar defectos superficiales y subsuperficiales en materiales ferromagnéticos. Permite detectar grietas, porosidad y falta de fusión.
  • Líquidos penetrantes (PT): Utiliza un líquido penetrante que se aplica sobre la superficie y luego se revela con un revelador. Permite detectar defectos superficiales abiertos a la superficie, como grietas, porosidad y fisuras.

La selección del END adecuado depende del tipo de defecto que se busca, el tipo de material, el espesor de la pieza, la geometría de la junta y los requisitos del código o norma aplicable. Los END deben ser realizados por personal calificado y certificado.

Inspección de Uniones Apernadadas

La inspección de uniones apernadas es más sencilla que la inspección de soldaduras, pero también es importante:

• Inspección visual: Verificar que los pernos estén correctamente instalados, que las arandelas estén en su lugar y que no haya signos de daño o deformación en los pernos, las tuercas o los elementos unidos.
• Verificación del torque: Verificar que los pernos se hayan apretado al torque correcto, utilizando una llave dinamométrica o un calibrador de tensión.
• Inspección de los agujeros: Verificar que los agujeros no estén ovalados, agrietados o dañados.
• Verificación de la alineación: Verificar que los elementos unidos estén correctamente alineados.

Inspección de Uniones Remachadas

• Inspección visual: Verificar que los remaches estén correctamente instalados, que las cabezas estén bien formadas y que no haya signos de daño o deformación en los remaches o los elementos unidos.
• Prueba de golpe: Golpear ligeramente los remaches con un martillo para verificar que estén firmes y no suenen huecos.

Inspección de Uniones con Adhesivos Estructurales

• Inspección visual: Verificar que el adhesivo haya cubierto completamente las superficies de unión y que no haya vacíos, burbujas o áreas sin adhesivo.
• Pruebas de carga (si es posible): En algunos casos, se pueden realizar pruebas de carga para verificar la resistencia de la unión.

Criterios de Aceptación

Los criterios de aceptación para la inspección de la unión se basan en las normas aplicables, las especificaciones del diseño y los requisitos de servicio de la estructura. Si se detectan defectos que exceden los criterios de aceptación, se deben tomar medidas correctivas, como la reparación de la unión o el reemplazo de los elementos.

La documentación de la inspección es crucial, incluyendo los métodos utilizados, los resultados obtenidos, los defectos detectados (si los hay), las medidas correctivas tomadas y la aprobación final de la unión.

Verificación de la Integridad Estructural: Asegurando la Capacidad de Carga

Después de realizar la sustitución de elementos y de inspeccionar la unión, es fundamental verificar la integridad estructural de la estructura reparada. Esta verificación tiene como objetivo asegurar que la estructura es capaz de soportar las cargas de diseño y de cumplir con su función de forma segura y confiable.

Métodos de Verificación

La verificación de la integridad estructural se puede realizar utilizando una combinación de métodos, que pueden incluir:

• Análisis estructural: Se puede realizar un análisis estructural de la estructura reparada utilizando métodos de cálculo manual o software de análisis estructural (como SAP2000, ETABS, ANSYS, etc.). El análisis estructural permite determinar las tensiones y deformaciones en los diferentes elementos de la estructura bajo las cargas de diseño, y verificar que no se exceden los límites de resistencia y deformación permisibles.
• Pruebas de carga: En algunos casos, se pueden realizar pruebas de carga en la estructura reparada para verificar su comportamiento bajo cargas reales. Las pruebas de carga pueden ser estáticas (aplicando cargas gradualmente) o dinámicas (aplicando cargas variables en el tiempo). Las pruebas de carga deben ser diseñadas y supervisadas por ingenieros cualificados, y se deben tomar precauciones de seguridad para evitar daños a la estructura o lesiones al personal.
• Inspección visual detallada: Se debe realizar una inspección visual detallada de toda la estructura reparada, prestando especial atención a las zonas cercanas a la sustitución de elementos, para detectar posibles deformaciones, grietas u otros signos de daño.
• Monitoreo a largo plazo: En algunos casos, se puede implementar un sistema de monitoreo a largo plazo de la estructura reparada, utilizando sensores para medir deformaciones, tensiones, vibraciones u otros parámetros relevantes. El monitoreo a largo plazo permite detectar cualquier problema potencial en una etapa temprana y tomar medidas correctivas antes de que se produzca una falla.
• Revisión de la documentación: Revisar toda la documentación del proceso de sustitución de elementos, incluyendo los informes de inspección, los certificados de material, los WPS (si aplica), los registros de soldadura (si aplica) y los informes de ensayos no destructivos, para asegurarse de que se cumplieron todos los requisitos.

Criterios de Aceptación

Los criterios de aceptación para la verificación de la integridad estructural se basan en:

• Códigos de diseño: Los códigos de diseño de estructuras metálicas (como el AISC 360 en Estados Unidos, el Eurocódigo 3 en Europa o la NSR-10 en Colombia) establecen los requisitos mínimos de resistencia y estabilidad que deben cumplir las estructuras.
• Especificaciones del proyecto: Las especificaciones del proyecto pueden establecer requisitos adicionales a los códigos de diseño, como límites de deformación más estrictos o factores de seguridad más altos.
• Análisis estructural: Los resultados del análisis estructural deben indicar que las tensiones y deformaciones en la estructura reparada no exceden los límites permisibles.
• Pruebas de carga (si se realizan): Los resultados de las pruebas de carga deben demostrar que la estructura es capaz de soportar las cargas de diseño sin sufrir daños o deformaciones excesivas.
• Inspección visual: La inspección visual no debe revelar defectos que comprometan la integridad estructural.

Si la verificación de la integridad estructural revela problemas, se deben tomar medidas correctivas, como el refuerzo de la estructura, la sustitución de elementos adicionales o la modificación del diseño. Es fundamental obtener la aprobación de un ingeniero estructural calificado antes de poner la estructura reparada en servicio.

Protección contra la Corrosión de los Nuevos Elementos: Preservando la Durabilidad

La corrosión es una de las principales causas de deterioro de las estructuras metálicas, especialmente en ambientes agresivos como zonas costeras, industriales o con alta humedad. Por lo tanto, es fundamental proteger los nuevos elementos metálicos contra la corrosión para garantizar la durabilidad de la reparación y de la estructura en general.

Métodos de Protección contra la Corrosión

Existen varios métodos para proteger los elementos metálicos contra la corrosión, y la selección del método adecuado depende del tipo de material, el ambiente de exposición, los requisitos de durabilidad y el costo:

• Recubrimientos: Es el método más común. Consiste en aplicar una capa de material protector sobre la superficie del metal para aislarlo del medio ambiente corrosivo. Los recubrimientos pueden ser:
  • Pinturas: Son recubrimientos orgánicos que se aplican en forma líquida y se secan o curan para formar una película sólida. Existen diferentes tipos de pinturas, como alquídicas, epoxi, poliuretano, acrílicas, etc., cada una con sus propias propiedades y aplicaciones. La selección de la pintura adecuada depende del tipo de metal, el ambiente de exposición y los requisitos de durabilidad.
  • Recubrimientos metálicos: Son recubrimientos inorgánicos que se aplican sobre la superficie del metal. Los recubrimientos metálicos más comunes son:
    • Galvanizado: Consiste en recubrir el acero con una capa de zinc, que actúa como ánodo de sacrificio, protegiendo el acero de la corrosión. El galvanizado se puede aplicar por inmersión en caliente, por electrodeposición o por proyección térmica.
    • Metalizado: Consiste en proyectar partículas de metal fundido (zinc, aluminio, etc.) sobre la superficie del acero. El metalizado proporciona una buena protección contra la corrosión y la abrasión.
  • Recubrimientos inorgánicos no metálicos: Son recubrimientos que se aplican sobre la superficie del metal, como los fosfatos, los silicatos o las cerámicas. Estos recubrimientos proporcionan una barrera protectora y pueden mejorar la adherencia de las pinturas.
• Protección catódica: Es un método electroquímico que se utiliza para proteger estructuras metálicas enterradas o sumergidas, como tuberías, tanques o pilotes. La protección catódica se puede aplicar mediante ánodos de sacrificio (galvánica) o mediante corriente impresa.
• Diseño adecuado: Un diseño adecuado de la estructura puede reducir el riesgo de corrosión, evitando la acumulación de agua y suciedad, facilitando la inspección y el mantenimiento, y utilizando materiales compatibles.
• Selección de materiales: Utilizar materiales resistentes a la corrosión, como aceros inoxidables, aluminio o aleaciones de cobre, puede ser una opción en algunos casos. Sin embargo, esta opción suele ser más costosa.
• Inhibidores de corrosión: Son sustancias químicas que se añaden al medio ambiente (por ejemplo, al agua de refrigeración) para reducir la velocidad de corrosión.

Preparación de la Superficie

Antes de aplicar cualquier recubrimiento, es fundamental preparar adecuadamente la superficie del metal para asegurar una buena adherencia y una protección efectiva. La preparación de la superficie incluye:

• Limpieza: Eliminar cualquier resto de óxido, pintura vieja, grasa, aceite, suciedad o contaminantes de la superficie, utilizando métodos mecánicos (cepillado, esmerilado, chorro abrasivo) o químicos (desengrasantes, decapantes).
• Perfil de anclaje: Crear un perfil de anclaje adecuado en la superficie del metal para mejorar la adherencia del recubrimiento. El perfil de anclaje se puede crear mediante chorro abrasivo, esmerilado o tratamiento químico.

Aplicación del Recubrimiento

El recubrimiento debe ser aplicado siguiendo las especificaciones del fabricante y las normas aplicables. Se debe controlar el espesor del recubrimiento, la uniformidad de la aplicación y el tiempo de secado o curado.

Inspección del Recubrimiento

Después de aplicar el recubrimiento, se debe realizar una inspección para verificar su calidad y detectar posibles defectos, como poros, burbujas, grietas, desprendimientos o espesor insuficiente. Se pueden utilizar instrumentos como medidores de espesor de película seca, detectores de porosidad (holiday detectors) o pruebas de adherencia.

Mantenimiento de la Protección contra la Corrosión

La protección contra la corrosión requiere un mantenimiento periódico para asegurar su efectividad a largo plazo. El mantenimiento incluye:

• Inspecciones regulares para detectar signos de corrosión o daños en el recubrimiento.
• Limpieza de la superficie para eliminar suciedad, polvo y contaminantes.
• Reparación de los daños en el recubrimiento, como arañazos, golpes o desprendimientos.
• Reaplicación del recubrimiento cuando sea necesario.

Documentación del Proceso de Sustitución: Registro Completo para la Trazabilidad

La documentación completa y precisa del proceso de sustitución de elementos es esencial para garantizar la trazabilidad, la calidad del trabajo, la seguridad y la mejora continua. La documentación debe incluir todos los pasos del proceso, desde la evaluación inicial del daño hasta la inspección final de la estructura reparada.

Elementos Clave de la Documentación

• Informe de evaluación del daño: Debe incluir una descripción detallada del daño, las mediciones obtenidas, fotografías, diagramas y cualquier otra información relevante. Debe incluir la causa probable del daño.
• Plan de sustitución: Debe describir el método de sustitución seleccionado, las herramientas y equipos a utilizar, la secuencia de operaciones, los parámetros de control (temperatura de precalentamiento, torque de apriete de pernos, etc.), las consideraciones de seguridad y los criterios de aceptación.
• Registro de corte y remoción: Debe incluir el método de corte utilizado, los parámetros de corte, la identificación del personal que realizó el corte y cualquier incidente o problema encontrado.
• Información del elemento de reemplazo: Debe incluir la descripción del elemento, las dimensiones, el tipo de material, los certificados de material, los informes de ensayos (si aplican) y la información del proveedor (si el elemento fue adquirido) o del taller de fabricación (si fue fabricado a medida).
• Registro de preparación de extremos: Debe incluir el método de preparación utilizado (limpieza, biselado, taladrado, etc.), los parámetros de preparación y la identificación del personal que realizó la preparación.
• Registro de presentación y alineación: Debe incluir el método utilizado, las herramientas y equipos utilizados, las mediciones de alineación obtenidas y la identificación del personal que realizó la presentación y alineación.
• Registro de la unión:
  • Si es soldadura: Debe incluir el WPS utilizado, los parámetros de soldadura (corriente, voltaje, velocidad de avance, gas de protección), la identificación del soldador, los resultados de la inspección visual y de los END, y el registro del PWHT (si aplica).
  • Si es unión apernada: Debe incluir el tipo de perno, el diámetro, la longitud, el grado de resistencia, el torque de apriete aplicado, la identificación del personal que realizó el apriete y los resultados de la inspección.
  • Si es otro tipo de unión: Debe incluir una descripción detallada del método utilizado, los materiales utilizados, los parámetros de control y los resultados de la inspección.
• Informe de verificación de la integridad estructural: Debe incluir los métodos de verificación utilizados (análisis estructural, pruebas de carga, inspección visual), los resultados obtenidos y la conclusión sobre la integridad estructural de la estructura reparada.
• Informe de protección contra la corrosión: Debe incluir el método de protección contra la corrosión utilizado (tipo de recubrimiento, preparación de la superficie, espesor del recubrimiento), los resultados de la inspección del recubrimiento y la identificación del personal que realizó la protección.
• Aprobaciones: Todos los informes y registros deben ser revisados y aprobados por un ingeniero cualificado o un inspector certificado.
• Fecha y hora: Registrar la fecha y hora de cada paso del proceso.

Beneficios de la Documentación

• Trazabilidad: Permite rastrear todo el proceso de sustitución, desde la evaluación inicial hasta la inspección final.
• Control de calidad: Asegura que el trabajo se realizó de acuerdo con los procedimientos establecidos y que se cumplieron los criterios de aceptación.
• Seguridad: Proporciona evidencia de que se tomaron las medidas de seguridad adecuadas.
• Mejora continua: Permite analizar el proceso, identificar áreas de mejora y optimizar los procedimientos para futuros trabajos.
• Cumplimiento normativo: Puede ser un requisito obligatorio según las normas y códigos aplicables.
• Resolución de problemas: Facilita la investigación en caso de que se presenten problemas en el futuro.
• Historial de mantenimiento: Proporciona un historial detallado del mantenimiento de la estructura, que puede ser útil para futuras intervenciones.

Formato de la Documentación

La documentación puede ser en formato físico (papel) o digital (archivos electrónicos). Es importante que la documentación sea clara, legible, completa, organizada y que esté disponible para consulta cuando sea necesario.

Consideraciones de Seguridad durante todo el Proceso: Prioridad Absoluta

La seguridad debe ser la máxima prioridad durante todo el proceso de sustitución de elementos en estructuras metálicas. Se deben tomar medidas para proteger al personal, la estructura y el medio ambiente. Los riesgos asociados con este tipo de trabajo incluyen:

• Caídas: El trabajo en altura, el uso de andamios, plataformas elevadoras y escaleras, y la manipulación de elementos pesados aumentan el riesgo de caídas.
• Golpes: La caída de herramientas, materiales o elementos estructurales, así como el uso de herramientas manuales y equipos, pueden causar golpes y lesiones.
• Cortes: El uso de herramientas de corte, como sierras, esmeriles, cizallas y sopletes, presenta un riesgo de cortes.
• Quemaduras: El uso de sopletes, la soldadura y el contacto con superficies calientes pueden causar quemaduras.
• Incendios y explosiones: El uso de sopletes y la presencia de materiales inflamables aumentan el riesgo de incendios y explosiones.
• Exposición a humos y gases tóxicos: La soldadura, el corte con soplete y el uso de algunos productos químicos (como desengrasantes y pinturas) pueden generar humos y gases tóxicos.
• Exposición a ruido: El uso de herramientas y equipos ruidosos puede causar daños auditivos.
• Exposición a radiaciones: La soldadura por arco y la radiografía industrial emiten radiaciones que pueden ser perjudiciales para la salud.
• Electrocución: El uso de equipos eléctricos defectuosos o la falta de aislamiento adecuado pueden causar electrocución.
• Colapso de la estructura: Un corte incorrecto, una sobrecarga durante el proceso o la falta de apuntalamiento adecuado pueden provocar el colapso de la estructura.

Medidas de Seguridad

Para prevenir estos riesgos, se deben implementar las siguientes medidas de seguridad:

• Planificación: Antes de iniciar el trabajo, se debe realizar una planificación detallada que incluya la evaluación de riesgos, la selección de los métodos de trabajo seguros, la identificación de los equipos de protección personal (EPP) necesarios y la definición de los procedimientos de emergencia.
• Capacitación: Todo el personal involucrado en el trabajo debe recibir capacitación adecuada sobre los riesgos asociados, los procedimientos de trabajo seguro, el uso de herramientas y equipos, y el uso de EPP.
• Equipo de protección personal (EPP): Se debe utilizar el EPP adecuado para cada tarea, incluyendo:
  • Casco de seguridad.
  • Gafas de seguridad o careta de soldador.
  • Guantes de cuero o de material resistente al calor y a los cortes.
  • Calzado de seguridad con puntera reforzada.
  • Ropa de trabajo ignífuga o de algodón.
  • Arnés de seguridad y línea de vida (para trabajo en altura).
  • Protección auditiva (tapones o orejeras).
  • Respirador con filtro para humos y gases (si es necesario).
  • Protectores de oidos, en caso de ser necesario.
• Señalización y delimitación del área de trabajo: Se debe señalizar y delimitar el área de trabajo para evitar el acceso de personal no autorizado y para advertir sobre los riesgos presentes.
• Inspección de herramientas y equipos: Se deben inspeccionar todas las herramientas y equipos antes de su uso para asegurarse de que estén en buen estado y funcionen correctamente.
• Ventilación: Se debe asegurar una ventilación adecuada en el área de trabajo para eliminar los humos y gases tóxicos. Se pueden utilizar extractores, ventiladores o sistemas de ventilación localizada.
• Control de incendios: Se deben tomar precauciones para evitar incendios, como eliminar materiales inflamables cercanos al área de trabajo, disponer de extintores de incendios adecuados y en buen estado, y capacitar al personal en el uso de extintores.
• Apuntalamiento: Si es necesario, se debe apuntalar la estructura para evitar su colapso durante el corte y la remoción de elementos.
• Supervisión: Se debe supervisar el trabajo de forma continua para asegurar que se cumplan los procedimientos de trabajo seguro y las medidas de prevención de riesgos.
• Procedimientos de emergencia: Se deben establecer procedimientos de emergencia para casos de accidentes, incendios o colapso de la estructura. El personal debe estar capacitado en estos procedimientos.
• Orden y limpieza: Mantener el área de trabajo ordenada y limpia para prevenir tropiezos, caídas y otros accidentes.

La seguridad es responsabilidad de todos los involucrados en el proceso de sustitución de elementos, desde la planificación hasta la ejecución y la inspección. La implementación rigurosa de las medidas de seguridad es fundamental para proteger la vida y la salud de los trabajadores y para garantizar el éxito del proyecto.