La soldadura de pernos de acero conectores de cortante es ampliamente utilizada en la construcción compuesta en edificios, estructuras de acero y puentes, en la fabricación de automóviles, ferrocarriles, calderas, equipos industriales, así como en la construcción naval.
Los pernos conectores de cortante se fabrican conforme con la especificación ASTM A-108, de acero al carbón AISI-SAE 1010 – 1020, que es un acero fácilmente soldable con límite de fluencia de 3,586 kg/cm2 (352 Mpa), resistencia mínima a la tensión de 4,570 kg/cm2 (448 Mpa) y una elongación de 20% en 50 mm (2 pulg.).
Se fabrican en diámetros de 10 mm (37 (pulg.), 13 mm (1/2 pulg.), 16 mm (5/8 pulg.), 19 mm (3/4 pulg.), 22 mm (7/8 pulg.) y 25 mm (1 pulg.).
La soldadura de los pernos de cortante se rige por las siguientes normas internacionales:
• Código de Soldadura Estructural – Acero AWS D1.1/D1.1M:2020 Cláusula 9
• Código de Soldadura de Puentes AWS D1.5/D1.5M: 2020 Cláusula 7
• Código de Soldadura Estructural – Sísmico AWS D1.8/D1.8M:2016 Cláusula 6 Fabricación 6.18 Zona Protegida Subcláusulas 6.18.1 y 6.18.7
• Especificación para Diseño de Puentes AASHTO Sección 6.4.4 Pernos Conectores de Cortante y Sección 6.10.10 conectores de Cortante
• Especificación IMCA Sección I8
El proceso consiste en una pistola especial, llamada comúnmente “perneadora” en el medio de la construcción, en la cual se colocan y sostienen el perno y un casquillo de cerámica cuya función es proporcionar alrededor del perno, la protección que requiere el proceso de soldadura. La pistola sujeta el extremo o punta del perno contra el metal base, entonces se aplica calor creando un arco eléctrico entre el perno y el punto de la superficie debajo de éste. Rápidamente se fuerzan bajo presión las superficies calentadas juntas, hasta que se hayan unido. Después, un temporizador en el circuito de control corta la corriente y el mecanismo de sujeción del perno de la pistola, sumerge el perno en el charco fundido para soldarlo a la superficie del metal base. Casi inmediatamente, el metal base circundante enfría rápidamente la soldadura. Una vez que se soldó el perno, se retira la pistola y se remueve la férula de cerámica, para permitir la inspección visual del personal de control de calidad del contratista en conjunto con el personal de aseguramiento de calidad por parte del propietario. Posteriormente se deben realizan pruebas de doblez, mediante un muestreo aleatorio.
Es importante mencionar que para obtener soldaduras de pernos que cumplan con los requisitos de calidad que se exigen en los códigos, normas y reglamentos aplicables, es imprescindible contar con las fuentes de poder adecuadas para este proceso de soldadura, que consiste en la pistola especial de soldadura de pernos o perneadora y una máquina certificada para soldar pernos conectores de cortante, la cual opera con un voltaje de entrada: 440V 3 fases y una corriente de salida de 150-3000 A.
El operador debe ajustar correctamente el equipo para la soldadura de arco de los pernos. Utilizar una pistola o un equipo defectuoso, los niveles de corriente inadecuados y el soplo magnético del arco, pueden resultar en una fusión incompleta entre el metal base y el perno conector de cortante y socavamientos.
El Código de Soldadura Estructural – Acero AWS D1.1/D1.1M en la Subcláusula 7.5.2 Múltiples Pistolas de Soldadura de Pernos, dice lo siguiente: Si dos o más pistolas de soldadura de pernos de cortante se operan desde la misma fuente de energía, deben conectarse de tal forma que solo una pistola pueda operar a la vez, de tal forma que la fuente de energía se recupere completamente después de soldar un perno, antes de comenzar a soldar otro perno.
Actualmente en los procesos de construcción se utiliza cimbra metálica (lámina corrugada acanalada, también denominada lámina de acero colaborante o LAC), soportada en vigas de acero. Los pernos conectores de cortante se pueden soldar sobre la cimbra metálica para sujetar esta estructura y determinar el modo de fijación en concreto reforzado.
Las ventajas del proceso consisten en que está dirigido por una unidad de control eléctrico y la pistola especial conectada, razón por la cual no se requiere personal especializado, ya que después de haber realizado los ajustes de la unidad de control, el operador no necesita alguna habilidad especial. Además, es un método económico y eficaz para soldar accesorios a una superficie de acero, siempre y cuando se cumpla con los reglamentos, normas, especificaciones y códigos vigentes.
La soldadura de pernos de conectores de cortante reduce notablemente el total de horas/hombre en los proyectos de construcción compuesta, ya que se instalan a una velocidad hasta cuatro veces mayor que la soldadura manual, se evita la perforación de agujeros en los elementos estructurales de acero y sus posibles problemas inherentes. En construcción compuesta, se puede reducir la altura y el peso total del edificio al utilizar vigas de acero más ligeras y losas de concreto reforzado menos gruesas.
Siguiendo al pie de la letra las especificaciones de los calculistas y diseñadores, así como con lo establecido en las normas, códigos, reglamentos y especificaciones para la soldadura de pernos conectores de cortante, con un equipo de trabajadores capacitados y experimentados, personal técnico de mando y personal técnico del control de calidad del fabricante o contratista, respaldado por personal de aseguramiento de calidad por parte del propietario del proyecto, se pueden culminar exitosamente construcciones compuestas de edificios y puentes que brindan la estabilidad y confiabilidad que se demanda en las construcciones de uso público.
