Estructura Howe
-
Upload
ricardo-astocondor-rabanal -
Category
Documents
-
view
16 -
download
0
description
Transcript of Estructura Howe
TECNOLOGÍA DE LA SOLDADURA
En este documento se realizará cada paso para seleccionar el tipo de
soldadura a usar en una estructura tipo “HOWE” de acero ASTM A-36
TRABAJO INDIVIDUAL
INTRODUCCION
En el presente trabajo detallaremos, paso a paso, el procedimiento de cómo se
debe seleccionar el tipo de soldadura en una estructura tipo “HOWE”, teniendo
en cuenta las fuerzas que actuarán sobre cada una de las vigas para así tener
un proceso de selección adecuado del tipo de soldadura que será más eficaz y
resistirá las fuerzas de tracción o compresión halladas; también se hallará la
cantidad de pintura necesaria para el pintado de la estructura, llevando consigo
que se halle los costos de fabricación entre materiales y mano de obra.
MARCO TEORICO
1. DEFINICIÓN DE SOLDADURA
Soldadura es un procedimiento por el cual dos o más piezas de metal se unen
por aplicación de calor, presión, o una combinación de ambos, con o sin aporte
de otro metal, llamado metal de aportación, cuya temperatura de fusión es
inferior a la de las piezas que han de soldarse.
Soldar consiste en reunir las partes integrantes de una construcción
asegurando la continuidad de la materia entre ellas, entendiendo por
continuidad no sólo la de carácter geométrico sino la homogeneidad en todo
tipo de propiedades.
También se puede considerar soldadura la aportación mediante fusión de
material sobre una pieza para modificar las dimensiones iniciales de la misma,
o para conseguir características superficiales diferentes a las de origen.
La normativa actual distingue entre soldadura y soldeo, de manera que no se
pueden usar indistintamente. Soldadura es el cordón físico que une las piezas y
soldeo el método que se ha empleado para conseguir realizar dicha unión o
soldadura.
2. APLICACIONES DE LA SOLDADURA
a. Para sustituir piezas fundidas.
b. Para sustituir al remachado
c. Para recuperar piezas desgastadas o rotas
d. Para mejorar las características superficiales
3. CONCEPTO DE SOLDABILIDAD
Soldabilidad operatoria. Se refiere a la operación de soldeo en sí,
estudiando las dificultades de su realización.
Soldabilidad metalúrgica. Se ocupa de las transformaciones de los
materiales durante el proceso de soldeo. Se estudia para conseguir
las características mecánicas deseadas para la unión.
Soldabilidad constructiva. En ella se trata de definir y estudiar las
propiedades y condiciones que debe reunir la soldadura para poder
emplearse en una construcción.
4. TIPOS DE SOLDADURA MÁS UTILIZADOS
a. Soldadura ordinaria o de aleación.
Esta tipo de soldadura añade un material para la fusión. Este material
se funde y pega las piezas. Estas piezas no se funden entre sí.
b. Soldadura por presión o forja.
Proceso para la unión de dos metales por medio de calor y/o presión
y se define como la liga metalúrgica entre los átomos del metal a unir
y el de aporte.
c. Soldadura por fusión.
Técnica que consiste en calentar dos piezas de metal hasta que se
derriten y se funden entre sí. Puede ser con aporte de material o sin.
d. Soldadura por resistencia.
Es considerada un proceso de fabricación, termoeléctrico, se realiza
por el calentamiento que experimentan los metales, hasta la
temperatura de forja o de fusión debido a su resistencia al flujo de
una corriente eléctrica, es una soldadura tipo autógena que no
interviene material de aporte. Los electrodos se aplican a los
extremos de las piezas a soldar, se colocan juntas a presión y se
hace pasar por ellas una corriente eléctrica intensa durante un
instante. La zona de unión de las dos piezas, como es la que mayor
resistencia eléctrica ofrece, se calienta y funde los metales,
realizándose la soldadura. La cantidad de calor necesaria, por tanto
la intensidad aplicada y tiempo de presión ejercida dependerá del tipo
de metal a soldar.
e. Soldadura por inducción.
Tipo de soldadura que se produce al aprovechar el calor generado
por la resistencia al flujo de la corriente eléctrica inducida que se
tiene en las piezas a unir. Por lo regular esta soldadura se logra
también con presión.
f. Soldadura aluminotérmica.
El calor necesario para este tipo de soldadura se obtiene de la
reacción química de una mezcla de óxido de hierro con partículas de
aluminio muy finas. El metal líquido resultante constituye el metal de
aportación. Se emplea para soldar roturas y cortes en piezas
pesadas de hierro y acero, y es el método utilizado para soldar los
raíles o rieles de los trenes.
g. Soldadura por arco eléctrico.
Los procedimientos de soldadura por arco son los más utilizados,
sobre todo para soldar acero, y requieren el uso de corriente
eléctrica. Esta corriente se utiliza para crear un arco eléctrico entre
uno o varios electrodos aplicados a la pieza, lo que genera el calor
suficiente para fundir el metal y crear la unión.
5. SOLDADURA POR ARCO
5.1. Elementos
Plasma: está compuesto por electrones que
transportan la corriente y que van del polo negativo
al positivo, de iones metálicos que van del polo
positivo al negativo, de átomos gaseosos que se van
ionizando y estabilizándose conforme pierden o
ganan electrones, y de productos de la fusión tales
como vapores que ayudarán a la formación de una
atmósfera protectora. Esta misma alcanza la mayor
temperatura del proceso.
Llama: es la zona que envuelve al plasma y
presenta menor temperatura que éste, formada por
átomos que se disocian y recombinan
desprendiendo calor por la combustion del
revestimiento del electrodo. Otorga al arco eléctrico
su forma cónica.
Baño de fusión: la acción calorífica del arco
provoca la fusión del material, donde parte de éste
se mezcla con el material de aportación del
electrodo, provocando la soldadura de las piezas
una vez solidificado.
Cráter: surco producido por el calentamiento del
metal. Su forma y profundidad vendrán dadas por el
poder de penetración del electrodo y los valores
eléctricos empleados.
Cordón de soldadura: está constituido por el metal
base y el material de aportación del electrodo, y se
pueden diferenciar dos partes: la escoria, compuesta
por impurezas que son segregadas durante la
solidificación y que posteriormente son eliminadas, y
sobre el espesor, formado por la parte útil del
material de aportación y parte del metal base, la
soldadura en sí.
Electrodos: son varillas metálicas preparadas para
servir como polo del circuito; en su extremo se
genera el arco eléctrico. En algunos casos, sirven
también como material fundente. La varilla metálica
va recubierta por una combinación de materiales que
varían de un electrodo a otro. El recubrimiento en los
electrodos tiene diversas funciones, que pueden
resumirse en las siguientes:
Función eléctrica del recubrimiento
Función física de la escoria
Función metalúrgica del recubrimiento
5.2. Tipos de Soldadura por Arco
Soldadura por arco manual con electrodo revestido.
Soldadura por electrodo no consumible protegido (TIG).
Soldadura por electrodo consumible protegido (MIG,
MAG).
Soldadura por arco sumergido.
TRABAJO
1. Hallar las fuerzas externas en los nudos en función a la carga de diseño.
2. Hallar las reacciones en los apoyos del tijeral.
3. Utilizar la notación de BOW para identificar las barras.
4. Desarrollar los nudos para encontrar las cargas en las barras.
5. Desarrollar los nudos hasta la mitad del tijeral.
6. Hacer un cuadro indicando las cargas actuantes en las barras, indicando
si es tracción o compresión.
7. Todos los tijerales serán de perfiles angulares simples o dobles, de
acero ASTM A-36.
8. Diseñar las viguetas, tomando en consideración la distancia entre
tijerales.
9. Seleccionar los perfiles adecuados para cada caso, considerando si está
sometido a tracción o compresión.
10. Para unir los perfiles en los nudos se deberá utilizar cartelas de
planchas de (3/16“) o (1/4”) de espesor, recortadas de forma estática y
ergonómica.
11. Diseñar las columnas tomando en cuenta la resistencia y la relación de
esbeltez (ʎ=1/4).
12. Todas las columnas serán de perfiles H de ala ancha (WF); y con una
placa para sujetar el tijeral.
13. Las distancias entre nudos de la parte inclinada del tijeral serán de 1.70
metros aproximadamente, para poder techar con planchas de eternit de
6 pies.
14. Diseñar los cordones de soldadura de unión de los perfiles con la
cartela, implicando el tipo de cordón.
15. Especificar los tipos de soldadura a utilizar.
16. Realizar el metraje de toda la estructura indicando la cantidad y tipo de
material a utilizar.
17. La estructura llevará dos capas de pintura, una de Zincromato y otra
mano de acabado.
18. Hallar los costos de fabricación, incluyendo materiales y mano de obra.
19. Realizar los planos de despiece y ensamble en formatos A-2.
20. En el plano de despiece se debe dibujar los nudos hasta la mitad del
tijeral indicando la simbología de la soldadura.
21. Cada grupo de trabajo contará con un integrante.
22.El plazo de entrega es de tres semanas después del dado el trabajo.
23.El trabajo se entregará en un folder manila tamaño A-4, tipeado a
computadora, en versión escrita y en un CD en versión digital.
Desarrollo del Trabajo
Datos de la estructura:
Luz: 9m
Longitud: 18m
Distancia entre tijerales: 6m
Altura: 4.5m
Ángulo: 30°
Carga total de diseño: 100 kg/m2
Peso aproximado de todo el techo: Ft
F ( t )=A ( t ) x C (t )
A (t )=9mx 18m=162m2
F ( t )=162m2 x 100kg
m2
F ( t )=16200kg
Notación de Bow para identificar las fuerzas y las barras:
Forma de hallar las cargas en los nudos:
F1 = A1 x C1 = (0.75 x 6)m2 x 100kg/m2 = 450 kg
F2 = A2 x C2 = (1.5 x 6)m2 x 100kg/m2 = 900 kg
F3 = A3 x C3 = (1.5 x 6)m2 x 100kg/m2 = 900 kg
F4 = A4 x C4 = (1.5 x 6)m2 x 100kg/m2 = 900 kg
F5 = A5 x C5 = (1.5 x 6)m2 x 100kg/m2 = 900 kg
F6 = A6 x C6 = (1.5 x 6)m2 x 100kg/m2 = 900 kg
F7 = A7 x C7 = (0.75 x 6)m2 x 100kg/m2 = 450 kg
Reacciones en los apoyos del tijeral:
Se usarán tres (3) apoyos, debido a la luz del tijeral.
R (a )=R (b )=R ( c )= ( 450+900+900+900+900+900+450 ) kg3
R (a )=R (b )=R ( c )=1800kg
Cálculos en las barras:
Desarrollo de los nudos:
NUDO 1:
R(a) R(b) R(c)
∑ Fx=0
F (a ) cos30 °=F (b )
∑ Fy=0
F (1 )+F (a ) sen30 °=R (a )
F (a )= R (a )−F (1 )sen30 °
=2700kg
F (b )=2700kg x cos30 °=2338.2685kg
NUDO 2:
∑ Fx=0
F (b )=F ( f )=2338.2685 kg
∑ Fy=0
F (c )=0 (NOTRABAJA )
NUDO 3:
∑ Fx=0
F (a ) cos30 °=F (d ) cos30 °+F (e ) cos30 °
F (a )=F (d )+F (e )
∑ Fy=0
F (2 )+F (d ) sen30 °=F (a ) sen30 °+F (e ) sen30 °
F (2 )=(F (a )+F (e )−F (d ) ) sen30 °
F (2 )sen30 °
=2 F (e )
F (e )=900kg
F (d )=F (a )−F (e )=1800kg
NUDO 4:
∑ Fx=0
F ( f )=F (e ) cos30 °+F ( j)
F ( j )=F ( f )−F (e ) cos30 °
F ( j )=1558.8456 kg
∑ Fy=0
F (e ) sen30 °=F (g )
F (g )=450kg
NUDO 5:
∑ Fy=0
F (d )cos30 °=F (h ) cos30 °+F ( i ) cos30 °
F (d )=F (h )+F (i )
∑ Fy=0
F (3 )+F (h ) sen30 °=F (d ) sen30 °+F ( i ) sen30 °+F (g )
F (3 )−F (g )= (F (d )+F (i )−F (h ) ) sen30 °
F (3 )−F (g )sen30°
=2F ( i)
F ( i )=450kg
F (h )=F (d )−F ( i )=1350kg
NUDO 6:
∑ Fx=0
F (h )cos 30°=F (l ) cos30 °
F (h )=F ( l )=1350 kg
∑ Fy=0
F ( 4 )=F (h ) sen 30°+F (l ) sen30°+F (k )
F ( k )=450kg
NUDO 7:
∑ Fx=0
F (i ) cos30 °+F (n )=F (m ) cos30 °+F ( j)
∑ Fy=0
F ( k )=F ( i ) sen30 °+F (m) sen 30°
F (m )= F (k )sen30 °
−F ( i )=450kg
F (n )=F ( j )=1558.8456kg
Identificación de las fuerzas de tracción o compresión que actúan en las
barras:
En el sistema métrico:
BARRA LONGITUD(m)Carga (kg)
TRACCION COMPRESION
A 1.732 ---- 2700B 1.5 2338.2685 ----C 0.866 ---- ----D 1.732 ---- 1800E 1.732 ---- 900F 1.5 2338.2685 ----G 1.732 450 ----H 1.732 ---- 1350I 2.291 ---- 450J 1.5 1558.8456 ----K 2.598 450 ----L 1.732 ---- 1350M 2.291 ---- 450N 1.5 1558.8456 ----O 1.732 450 ----P 1.732 ---- 1800Q 1.732 ---- 900R 1.5 2338.2685 ----S 0.866 ---- ----T 1.732 ---- 2700U 1.5 2338.2685 ----
En el sistema inglés:
BARRA LONGITUD(pies)
Carga (lbs)
TRACCIONCOMPRESIO
N
A 5.682692 ---- 5952.42
B 4.92155154.9467
4 ----C 2.841346 ---- ----D 5.682692 ---- 3968.28E 5.682692 ---- 1984.14
F 4.92155154.9467
4 ----G 5.682692 992.07 ----H 5.682692 ---- 2976.21I 7.516771 ---- 992.07
J 4.92153436.6310
1 ----K 8.524038 992.07 ----L 5.682692 ---- 2976.21M 7.516771 ---- 992.07
N 4.92153436.6310
1 ----O 5.682692 992.07 ----P 5.682692 ---- 3968.28Q 5.682692 ---- 1984.14
R 4.92155154.9467
4 ----S 2.841346 ---- ----T 5.682692 ---- 5952.42
U 4.92155154.9467
4 ----
Selección de perfiles angulares:
Para barra a máxima compresión:
BARRA: A
LONG.: 5.682692 pies
CARGA: 5952.42 lbs
o Primera condición:
lγ≤180→γ=
l180
=5.682692 pies x 12
pulgpies
180
γ=0.3788461333 pulg
UTILIZAREMOS PERFILES ANGULARES DE ACERO
ASTM A-36:
γ=0.465 pulg ,2 ⌉ ⌈−112
x1 {1} over {2} x18
o Segunda condición:
Para acero estructural ASTM A-36.
σ ( y )=36000lbs
pulg2
σ (d )≥ FA
Esfuerzo de diseño para compresión:
σ (d )=0.4 x36000lbs
pulg2=14400
lbs
pulg2
Área mínima que debe tener el perfil:
A= Fσ (d )
= 5952.42 lbs
14400lbs
pulg2
=0.4133625 pulg2
Área del perfil seleccionada:
A=0.716 pulg2≥ Amin=0.4133625 pulg2
Usaremos: PARA TODA LA BRIDA SUPERIOR
2 ⌉ ⌈−112
x1 {1} over {2} x18
Para barra a máxima tracción:
BARRA: B
LONG.: 4.9215 pies
CARGA: 5154.94674 lbs
o Condición:
Para acero estructural ASTM A-36.
σ (d )≥ FA→A= F
σ (d )
Esfuerzo de diseño para tracciónσ (d ):
σ (d )=0.6 x36000lbs
pulg2=21600
lbs
pulg2
Área mínima que debe tener el perfil:
A= Fσ (d )
=5154.94674 lbs
21600lbs
pulg2
=0.2386549417 pulg2
Área del perfil seleccionada:
A=0.469 pulg2≥ Amin=0.2386549417 pulg2
Usaremos: PARA TODA LA BRIDA INFERIOR
2 ⌉ ⌈−1 x1 x18
Para barra K:
BARRA: K
LONG.: 8.524038 pies
CARGA: 992.07 lbs
o Condición:
Para acero estructural ASTM A-36.
σ (d )≥ FA→A= F
σ (d )
Esfuerzo de diseño para tracciónσ (d ):
σ (d )=0.6 x36000lbs
pulg2=21600
lbs
pulg2
Área mínima que debe tener el perfil:
A= Fσ (d )
= 992.07 lbs
21600lbs
pulg2
=0.04592916667 pulg2
Área del perfil seleccionada:
A=0.234 pulg2≥ Amin=0.04592916667 pulg2
De la tabla seleccionamos el perfil:
⌊−1 x1x18
, A=0.234 {pulg} ^ {2
Para barra G:
BARRA: G
LONG.: 8.524038 pies
CARGA: 992.07 lbs
o Primera condición:
lγ≤180→γ=
l180
=8.524038 pies x12
pulgpies
180
γ=0.5682692 pulg
UTILIZAREMOS PERFILES ANGULARES DE ACERO
ASTM A-36:
γ=0.626 pulg , ⌊−2 x2 x18
o Segunda condición:
Para acero estructural ASTM A-36.
σ ( y )=36000lbs
pulg2
σ (d )≥ FA
Esfuerzo de diseño para compresión:
σ (d )=0.4 x36000lbs
pulg2=14400
lbs
pulg2
Área mínima que debe tener el perfil:
A= Fσ (d )
= 992.07 lbs
14400lbs
pulg2
=0.06889375 pulg2
Área del perfil seleccionada:
A=0.438 pulg2≥ Amin=0.06889375 pulg2
De la tabla seleccionamos el perfil:
⌊−1 x1x14
, A=0.438 {pulg} ^ {2
Para C y S:
Estas barras están sometidas a ninguna carga, es decir no
trabajan, pero se les debe colocar seleccionando el perfil:
De la tabla seleccionamos el perfil:
⌊−1 x1x18
Diseño para las Columnas:
H: 4.5m = l = 14.76377955 pies
R(a)=R(b)=R(c): 1800 kg = 3968.320716 lbs
o Primera condición:
lγ≤180→γ=
l180
=14.76377955 pies x12
pulgpies
180
γ=0.98425197 pulg
Seleccionamos una viga I de ala ancha WF, de:
WF-6”x6”, γ x− x=2.56 pulg, γ y− y=1.45 pulg,
A=4.62 pulg2
o Segunda condición:
σ (d )≥ FA
Esfuerzo de diseño para compresión:
σ (d )=0.4 x36000lbs
pulg2=14400
lbs
pulg2
Área mínima que debe tener el perfil:
A= Fσ (d )
=3968.320716 lbs
14400lbs
pulg2
=0.2755778275 pulg2
Área del perfil seleccionada:
A=4.62 pulg2≥ Amin=0.2755778275 pulg2
o USAREMOS UN PERFIL “I” DE ALA ANCHA WF-
6”x6”, DE LAS SIGUIENTES CARACTERÍSTICAS:
Altura de perfil = 6”
Ala ancha = 6”
Espesor de ala = 0.269”
Espesor de alma = 0.24”
Área de la sección = 4.62 pulg2
Eje = x-x
I = 30.3 pulg
S = 10.1 pulg3
γ=2.56 pulg
Peso = 15.5 lbs/pie
Eje = y-y
I = 9.69 pulg
S = 3.2 pulg3
γ=1.45 pulg