LOS ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS, UNA MEDIDA PREVENTIVA PARA EL TÚNEL EMISOR ORIENTE

“TEO”

Israel CASASOLA

Departamento de Inspección, Ingenieros Especialistas en Ensayos No Destructivos, IEEND; D.F., México; teléfono: 0155 57332342, 0445517739665; correo electrónico: ndtservicesicl@gmail.com

Resumen Para la construcción del Túnel Emisor Oriente (TEO) que estará compuesto por 24 lumbreras con profundidades que van desde 150 a 200 metros y una longitud de 62 kilómetros, que permitirá conducir en promedio 150 m3/s, se requirió el empleo de escudos excavadores, que tienen 9 metros de diámetro, 95 metros de longitud y un peso de 600 toneladas. En estos escudos excavadores, se aplicaron Ensayos No Destructivos como inspección de mantenimiento preventivo en la construcción por soldadura de la Cabeza de Corte, el Tornillo sin fin y el faldón, con la finalidad de tener la seguridad y confiabilidad de los trabajos realizados y así reducir el riesgo de un paro imprevisto, de accidentes, tiempos muertos por daños o reparaciones no planeadas. Con esta obra de ingeniería se evitara el riesgo de una gran inundación y garantizar la seguridad de los habitantes en su vida diaria y su patrimonio. Palabras clave Inspección Visual (VT), Líquidos Penetrantes (PT), Partículas Magnéticas (MT) y Ultrasonido Industrial (UT). Introducción En la construcción del Túnel Emisor Oriente (TEO), magna obra de ingeniería, se utiliza tecnología de punta y diversas técnicas de excavación, obra sumamente compleja, debido a los niveles de profundidad y a los tipos de suelos. En esta ocasión nos enfocaremos a la parte Metal Mecánica y en ella a la soldadura siendo considerada una disciplina de Ingeniería, de tal manera que a lo largo de los años se ha considera el alma de la construcción; y que ha tenido un importante auge de los escudos excavadores; para su diseño, desarrollo y ejecución se requiere obtener una calidad adecuada, con el propósito de brindar seguridad antes, durante y después de su aplicación y para tal fin se requiere de la participación de los Ensayos No Destructivos (END), como una medida preventiva, con la finalidad de poder detectar oportunamente algunas características de las uniones soldadas, relacionadas con las dimensiones y otras a la presencia de discontinuidades. Ver figura 1

5th Pan American Conference for NDT 2-6 October 2011, Cancun, Mexico

Figura 1. Cabeza de Corte, el Tornillo sin fin y el faldón

Parte principal Existen varias razones para realizar la inspección de una unión soldada, esto con la finalidad de determinar si dicha unión cumple con la calidad adecuada para la cual fue diseñada. Para determinar la calidad de una unión soldada, primero debemos tener alguna forma de evaluar y comparar sus características, de los códigos y normas se obtienen los criterios de aceptación de las dimensiones y de las discontinuidades. Es importante elegir el código de soldadura que rige a la industria y la aplicación específica en la que estemos trabajando. Otras fuentes donde podemos apoyarnos son los dibujos de ingeniería que suelen mostrar las dimensiones de los cordones, ubicación y tolerancias. Estos requisitos dimensionales generalmente han sido establecidos a través de cálculos tomados del diseño que cumplen los requisitos de la unión soldada. No es conveniente realizar una evaluación ya sea dimensional o de algún tipo de discontinuidad, sin algún criterio de aceptación previamente establecido. Durante la construcción del escudo excavador, se consideraron varios aspectos que fueron requeridos antes de realizar algún tipo de Inspección No Destructiva como son: tipo de material, proceso de fabricación del metal base, proceso de soldadura, posiciones de aplicación, método (s) de inspección, pruebas a realizar, requisitos del soldador y el código que aplicaría para la fabricación el cual establecería y se seguiría para todas estas especificaciones. Con el objetivo de cumplir con las especificaciones del fabricante y brindar la seguridad para el cual fue diseñado. Ver figura 2

Figura 2. Calificación de soldadores

Cada método de inspección tiene un costo diferente en una situación en particular, dos factores básicos a considerar en la selección del método no destructivo, fueron el costo inicial del equipo y el costo de realizar el ensayo; se determino que el método de fácil aplicación, eficaz y menos costoso para dar inicio a los trabajos de inspección, fue el método de inspección visual, ya que es uno de los más ampliamente utilizados, gracias a él se observó que en gran medida la calidad de una soldadura puede ser determinada por su aspecto superficial; algo a considerar y conocer de él son sus principales limitantes, siendo una de las más sobresalientes, es que únicamente es posible detectar discontinuidades superficiales, ver figura 3. Sin embargo no fue un obstáculo para que fuera el sustento de otros métodos que fueron aplicados ya que un método se debe complementar, para asegurar la calidad de un componente, teniendo presente que en una soldadura se pueden presentar tanto discontinuidades tanto superficiales, como sub superficiales e internas que cualquiera de ellas puede ser un riesgo o la posible causa de una falla, para ello se determino aplicar los siguientes métodos:

Figura 3. Discontinuidad detectada con Inspección Visual

El método de líquidos penetrantes (PT), basado esencialmente en el principio físico conocido como "Capilaridad". El método consiste en realizar una adecuada limpieza, la aplicación del penetrante, a continuación se aplica un revelador, el cual absorberá el líquido que haya penetrado, revelando las indicaciones. Ver figura 4

Figura 4. Aplicación de Líquidos Penetrantes El método de partículas magnéticas que se basa en el principio físico conocido como Magnetismo, el cual exhiben principalmente los materiales ferrosos y consiste en la capacidad de atracción entre materiales. De acuerdo con lo anterior, si un material presenta alguna discontinuidad en su superficie, ésta actuará formando polos magnéticos, atrayendo cualquier material ferromagnético que esté cercano a la misma. Son utilizados diminutas Partículas Magnéticas, las cuales revelarán la presencia de discontinuidades superficiales y/o sub-superficiales en la soldadura o zonas adyacentes. Ver figura 5

Figura 5. Verificación de la dirección del magnetismo

El método de Ultrasonido que se basa en la generación o propagación de ondas sonoras a través del material a frecuencias mayores al rango audible del ser humano. Un sensor, que contiene un elemento piezo-eléctrico, convierte los pulsos eléctricos en pequeños movimientos o vibraciones, con una frecuencia imperceptible al oído humano. Estas vibraciones se propagan a través del material, y cuando su camino es interrumpido por una interfase, sufren reflexión, refracción ó distorsión. Dicha interrupción se traduce en un cambio de intensidad, dirección y ángulo de propagación, cambio que es detectado y registrado a través de una pantalla o monitor especialmente diseñado para tal finalidad. Ver figura 6

Figura 6. Aplicación de Ultrasonido Industrial

Una vez conociendo estos aspectos de las uniones soldadas, pudieron ser evaluados durante el proceso de inspección, el tamaño de una soldadura es de gran importancia, ya que está relacionada directamente con la resistencia mecánica, por lo tanto tamaños de soldaduras inferiores a los requeridos no podrán resistir las cargas aplicadas durante el servicio que va a estar sometida. Las discontinuidades en los cordones son importantes. Estas son las imperfecciones que se pueden detectar sobre o adyacentes a la soldadura, que pueden o no, dependiendo de su forma, dimensión y localización, disminuir la resistencia para la cual fue diseñada. Normalmente estas discontinuidades relevantes, con dimensiones inaceptables, son consideradas defectos, y pueden ser causas prematuras de una falla posterior, debido a que son factores que reducen considerablemente la resistencia de la unión a través de concentraciones de esfuerzos.

Conclusiones Para lograr una evaluación que cumpla con los requisitos de calidad de la soldadura, se debe establecer un programa de inspección eficaz. La aplicación de la inspección visual en la detección y prevención temprana de las discontinuidades, es el método de mayor importancia, es determinante la etapa en la que se debe iniciar su aplicación, de lo contario se tendrían opciones de mejora como por ejemplo: disminución de costos, reparaciones y tiempos de entrega adecuados. Asimismo, es de suma importancia conocer los puntos críticos de la inspección y los criterios de aceptación y rechazo, ya que el inspector debe tener el conocimiento de todo el proceso; conforme a los requisitos de construcción de cada código aplicable; de esta manera se reduce la posibilidad de accidentes, brindando y garantizando a la sociedad su bienestar y seguridad. Agradecimientos DXSR Dexter Suasor, Welding Consultors. ICA Ingenieros Civiles y Asociados S.A de C.V., CONAGUA Comisión Nacional del Agua Referencias LeJeune Road “Certification Manual For Welding Inspectors” American Welding Society, 550 N.W. Miami FL 33126 pp 250-262, Fourth Edition 2000 Stanley Ness and charles N. Sherlock “Nondestructive Testing Overview” American Society For Nondestructive Testing, Vol. 10, Second edition 1996 www.conagua.gob.mx