anÁlisis y optimizaciÓn del diseÑo estructural de un
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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA SAN FRANCISCO
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA
TESIS:
“ANÁLISIS Y OPTIMIZACIÓN DEL DISEÑO ESTRUCTURAL DE UN TALLER
MECÁNICO PARA FABRICACIÓN DE ESTRUCTURAS METALICAS EN LA
EMPRESA TECNOLOGÍA, MANTENIMIENTO E INGENIERÍA PERÚ S.A.C”
PRESENTADO POR:
BACHILLER FLORENCIO FLORES SIERRA
ASESOR: ARMANDO ANTONIO SALINAS
DEL CARPIO.
PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE:
INGENIERO MECÁNICO.
AREQUIPA-PERÚ
2020
EPÍGRAFE
“La Ventaja de ser inteligente es que puedes
fingir ser imbécil, mientras al revés es
imposible”
Woody allen
ÍNDICE
RESUMEN: ................................................................................................................... 1
INTRODUCCIÓN: ........................................................................................................ 3
CAPÍTULO I: PLANTEAMIENTO TEÓRICO .......................................................... 5
1. PROBLEMA .................................................................................................................... 6
a. Identificación del problema: .............................................................................. 6
b. Enunciado del problema: ................................................................................... 6
2. JUSTIFICACIÓN: ............................................................................................................ 7
a. Aspecto social: ................................................................................................... 7
b. Aspecto tecnológico: .......................................................................................... 7
c. Aspecto económico: ........................................................................................... 7
3. ALCANCE: ....................................................................................................................... 8
3.1. Análisis estructural: ........................................................................................ 8
3.2. Diseño estructural: .......................................................................................... 8
3.3. Optimización del costo: .................................................................................. 8
4. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN: .............................................................. 8
OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES .................................................................. 10
6. INTERROGANTES ........................................................................................................ 11
a Preguntas secundarias ....................................................................................... 11
b. Preguntas secundarias ...................................................................................... 11
7. MARCO REFERENCIAL: ............................................................................................ 12
a. Conceptos Básicos ........................................................................................... 12
b. Marco institucional: ......................................................................................... 17
c. Marco teórico: .................................................................................................. 21
8. OBJETIVOS: .................................................................................................................. 63
a. Objetivo general: .............................................................................................. 63
b. Objetivos específicos: ...................................................................................... 63
9. HIPÓTESIS: .................................................................................................................... 64
CAPÍTULO II: PLANTEAMIENTO OPERACIONAL ............................................. 65
1. TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS: ......................... 66
2. CAMPO DE VERIFICACIÓN: ...................................................................................... 70
a. Ubicación espacial: .......................................................................................... 70
b. Ubicación temporal: ......................................................................................... 70
c. Unidades de estudio: ........................................................................................ 70
3. ESTRATEGIAS DE RECOLECCIÓN DE DATOS: ..................................................... 70
4.3CRONOGRAMA DEL PROYECTO ........................................................................... 73
CAPÍTULO III: RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN .................................... 74
CONCLUSIONES: ............................................................................................ 116
RECOMENDACIONES: ................................................................................... 118
REFERENCIAS ................................................................................................................ 119
BIBLIOGRAFICAS: ......................................................................................... 119
DIGITAL: .......................................................................................................... 119
ANEXOS ................................................................................................................... 120
PLAN DE TESIS ....................................................................................................... 121
FICHAS TECNICAS ................................................................................................. 121
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Techo Estructural (Diseño Advance Steel) ................................................................ 4
Figura 2. (Diseño Placa Base - Columna) ............................................................................... 35
Figura 3. Clasifación - Soldadura (Soldexa) ............................................................................ 42
Figura 4. Dirección De Soldeo (Soldexa-2019) ...................................................................... 43
Figura 5 . Recomendación para el soldeo por FCW (soldexa) ................................................ 49
Figura 6. Protección Pararrayos
Figura 7. Puesta A Tierra
Figura 8. Plano De Detalle Unión Viga-Viga (Advance Steel) ............................................... 67
Figura 9. Presupuesto De La Estructura ( S10) ....................................................................... 72
Figura 10. Cronograma De Fabricación Y Montaje Estructural(Propio) ............................... 73
Figura 11 . Cronograma De Trabajo (Fuente Elaboracion Propia) .......................................... 73
Figura 12. Análisis De Vigas (Propio) .................................................................................... 75
Figura 13. Cálculo Realizado Placa Base Empotrada (Propio) ............................................... 82
Figura 14. Cáculo De Empotramiento De Columna-Viga (Propio) ........................................ 96
Figura 15. Cálculo De Empotramiento Viga-Viga (Propio) ................................................. 105
Figura16. Detalle de arriostramientos (fuente elaboracion propia) ..................................... 111
Figura 17. Ficha De Inspección Por Tintes Penetrantes (Propio) ......................................... 112
Figura 18. (Diseño Placa Base - Columna) ........................................................................... 111
Figura 19. Clasifación - Soldadura (Soldexa) ........................................................................ 112
Figura 20. Dirección De Soldeo (Soldexa-2019) .................................................................. 113
Figura 21 . Recomendación para el soldeo por FCW (soldexa .............................................. 114
ÍNDICE DE TABLAS:
Tabla 1. Operacionalización de Variables De investigacion:………………………………..17
Tabla 2. Principales Normas De Calidad Del Acero. .............................................................. 35
Tabla 3. Características Del Acero A-3 6 (Aceros Comerciales) ............................................ 36
Tabla 4. Características ASTM ................................................................................................ 37
Tabla 5. FY , FU Del Perfil W ( Soldexa 2019) .................................................................... 38
Tabla 6 .Propiedades Mecánica Del Perfil W (Aceros Comerciales) ...................................... 38
Tabla 7. Tabla Fy , Fu Astm ................................................................................................... 40
Tabla 8 .Clasificación Del Acero ASTM ................................................................................. 41
Tabla 9. Eficiencia De Deposición .......................................................................................... 44
Tabla 10 .Tamaño Mínimo de Soldadura (AWS) .................................................................... 45
Tabla 11 .Regulación Según Diámetro Para FCAW .............................................................. 49
Tabla 12 .Electrodo E6011 1/8 (3.5mm): ................................................................................ 50
Tabla 13. Propiedades Mecánicas Típicas Del Metal Depositado(SOLDEXA) ..................... 51
Tabla 14 Propiedades, E7918 (SOLDEXA -2019) ................................................................. 52
Tabla 15 Factores De Reducción De Resistencia: ................................................................... 58
Tabla 16 Técnicas E Instrumentos De Recolección De Datos ................................................ 66
Tabla 17 Ficha De Observacion Ingenieria (Fuente Elaboracion Propia) .............................. 67
Tabla 18. Ficha De Observacion Normatividad (Fuente Elaboracion Propia) ....................... 68
Tabla 19. Ficha De Observacion Economia (Fuente Elaboracion Propia) .............................. 69
Tabla 20. Análisis Y Resultado Del Cálculo Estructural(Ingeniería) ................................... 113
Tabla 21. Análisis Y Resultado De Cálculo De Estructural (Normatividad) ....................... 114
Tabla 22 Análisis y resultado de cálculo estructural (Economia) ........................................ 115
Tabla 23. Grafico Ilustrativo (Economia) ............................................................................. 115
1
RESUMEN:
El presente estudio titulada “ANÁLISIS Y OPTIMIZACIÓN DEL DISEÑO
ESTRUCTURAL DE UN TALLER MECÁNICO PARA FABRICACIÓN DE
ESTRUCTURAS METALICAS EN LA EMPRESA TECNOLOGÍA, MANTENIMIENTO E
INGENIERÍA PERÚ S.A.C” tiene como objetivo, determinar el cálculo y dimensionamiento
de los elementos del diseño estructural para la empresa Tecnología, Mantenimiento e Ingeniería
Perú SAC.
Se utilizó una metodología explicativa – aplicada mediante los cálculos de diseño de
esfuerzos admisible basado en las normativas peruanas y extranjeras para el diseño en acero
estructural, para la recolección de datos se utilizó fichas técnicas, tales como parámetros,
características del material a usar, dimensiones del terreno y para dicho proceso se validó
mediante fuentes confiables de estudios técnicos aplicados para el desarrollo de la presente
investigación.
Los resultados obtenidos fueron tomados en cuenta para el diseño del techo estructural
a realizarse, y poder seguir un óptimo diseño en el que se cumpla con la normativa de
construcción. Cada resultado es tomado en consideración al momento de realizar el cálculo de
las cargas solicitantes del software ROBOT STRUCTURAL para un modelo aplicativo, el cual
se basó en la metodología de diseño AISC- LRFD, empleado para el diseño de la estructura
metálica. Se tuvo como resultado; la realización de un primer modelamiento de la estructura
metálica; posteriormente debido a una optimización de diseño y considerando el uso del área,
se estableció aplicar un último diseño que cumpla las solicitaciones esperadas. Se concluyó
que se comprobó con los objetivos propuestos por la presente investigación.
Palabras clave: Optimización, diseño estructural, taller mecánico y estructuras metálicas.
2
ABSTRACT
The present study entitled "ANALYSIS AND OPTIMIZATION OF THE
STRUCTURAL DESIGN OF A MECHANICAL WORKSHOP FOR THE MANUFACTURE
OF METALLIC STRUCTURES IN THE COMPANY TECNOLOGÍA, MAINTENIMIENTO
E INGENIERÍA PERÚ SAC" aims to determine the calculation and dimensioning of the
elements of the structural design for the company TECNOLOGÍA, MAINTENIMIENTO E
INGENIERÍA PERÚ SAC
An explanatory methodology was used - applied through the design calculations of
admissible forces based on the Peruvian and foreign regulations for structural steel, for the data
collection, technical sheets were used, such as parameters, characteristics of the material to be
used , dimensions of the land and for this process it is validated by means of reliable sources
of applied technical studies for the development of this research.
The results obtained are taken into account for the design of the structural roof to be
carried out, and to be able to follow an optimal design in which the construction regulations
are complied with. Each result is taken into consideration at the time of calculating the
requesting loads of the ROBOT STRUCTURAL software for an application model, which was
based on the AISC-LRFD design methodology, used for the design of the metallic structure. It
had as a result; carry out a first modeling of the metallic structure; Later, due to a design
optimization and considering the use of the area, it was established to apply a final design that
meets the expected requirements. It was concluded that it was verified with the objectives
proposed by the present investigation.
Keywords: Optimization, structural design, mechanical workshop and metallic structures.
3
INTRODUCCIÓN:
La presente tesis se ha determinado en compendios en análisis de esfuerzo admisibles,
(RLDF AISC) para conocer que los materiales son los adecuados en el diseño del proyecto y
así contribuir a optimizarlo el Acero estructural, cuya cobertura tiene las siguientes
dimensiones: 12 m de ancho por 24 m de largo haciendo un total de 288m2.
Se realizó un modelo aplicativo, el cual trabaja inicialmente con un proceso iterativo
para el análisis y diseño estructural, a la par se integró las normativas nacionales e
internacionales existentes para el diseño en acero, finalmente se analizó el modelo, que se basa
en la metodología AISC-LRFD, mediante el software robot estructural, que le otorga
confiabilidad al diseño planteado. Para la empresa “TECNOLOGÍA, MANTENIMIENTO E
INGENIERÍA PERÚ S.A.C".
En cometido a la estructura del proyecto, la actual tesis se dividido en tres capítulos, la
cual sirve para una armoniosa organización del objetivo perceptible en esta tesis.
Capítulo I: Se desarrolló el problema de investigación, la justificación y los antecedentes
investigativos, la operacionalización de las variables y sus respectivas interrogantes, así como
importantes aportes teóricos en el marco referencial, incluyendo conceptos propios y
conocimientos adquiridos en la formación profesional, culminando con los objetivos y la
hipótesis planteada.
Capítulo II: Se desarrolla las técnicas e instrumentos de recolección de datos, que se utilizaron
en la presente investigación, teniendo en cuenta la aplicación de los instrumentos
4
correspondientes, se tuvo como consideración la ubicación espacial y temporal, así como
especificaciones, los aspectos de las observaciones de campo, experimental y documental, así
como los recursos que se utilizaron y las unidades de estudio respectivas.
Capítulo III: Se presenta la estrategia de recolección de datos, utilizada para el trabajo de
campo, detallando las respectivas fichas técnicas, incluyendo el tratamiento que se dio a los
datos, para que luego de obtener los resultados sistematizados, realizar la interpretación
objetiva de los resultados, finalizando con el análisis de la información, que dio consistencia a
las conclusiones y recomendaciones.
Figura 1. Techo Estructural (Diseño Advance Steel)
5
CAPÍTULO I: PLANTEAMIENTO TEÓRICO
6
1. PROBLEMA
a. Identificación del problema:
En cuanto se refiere al balance del desarrollo laboral, se ha podido apreciar que la
empresa “TECNOLOGÍA, MANTENIMIENTO E INGENIERÍA PERÚ S.A.C", no posee
un adecuado diseño estructural en el taller mecánico, el cual es necesario debido al aumento
de trabajo, como actividades de pintura, uso de equipos, y/o herramientas para el izaje y por
último la radiación solar, que perjudica al personal que labora en la empresa, ocasionado
por la falta de un techo estructural.
Por tal motivo es necesario plantear una posible solución a esta problemática, por lo
que, se propone el desarrollo de un diseño estructural que se base en ingeniería de análisis
estructural, de acuerdo a las normas propias del país (norma técnica de edificaciones E-090)
de acuerdo a las normas internacionales, así como (AISC,RLDF). A través del cual permitira
obtener un análisis y diseño confiable de los elementos más críticos para el diseño
estructural.
En la actualidad el objetivo del ingeniero o el diseñador de estructuras, es estar a la
vanguardia del diseño de estructuras de acero, de manera que explorar e investigar sea una
necesidad sobre este tipo de procesos y materiales, es por ello que proponen el diseño de
estructuras más seguras, funcionales y factibles dentro de la empresa.
b. Enunciado del problema:
La inexistencia de techo estructural, basado en análisis y diseño estructural, según las
normas (AISC , RLDF), que mejore las condiciones laborales en la empresa TECNOLOGÍA,
MANTENIMIENTO E INGENIERÍA PERÚ S.A.C. Arequipa-Perú,2020.
7
2. JUSTIFICACIÓN:
a. Aspecto social:
Es necesario realizar el estudio de análisis para el diseño estructural mediante la normas
AISC, RLDF, E-70, para el taller mecánico de la Empresa
TECNOLOGÍA,MANTENIMIENTO E INGENIERÍA PERÚ S.AC, que tiene por finalidad
el acondicionamiento en el contexto laboral, con ello contribuir a la mejora continua en el
desempeño del trabajador en el área de metal mecánica.
A través de la implementación del diseño estructural el personal podrá realizar sus labores
y actividades de forma correcta y segura; también permitirá tener óptimas condiciones
laborales y personales porque podrá contar con un ambiente adecuado el cual permitirá mejorar
la producción, calidad, y minimizar el tiempo de demora en el trabajo, reflejándose en el
aumento de producción, competitividad y rentabilidad de la empresa.
b. Aspecto tecnológico:
Con la presente tesis se busca optimizar eficientemente el techo estructural mediante la
implementación de nuevas técnica en el diseño estructural y el uso de nuevos materiales, para
la cobertura de techo estructural, cada vez más ligeros que reemplacen a los convencionales y
que cumplan las mismas condiciones técnicas, para lo que fue diseñado, es ahora el mayor
avance en ingeniería, en lo que se refiere a este tipo de estructura.
c. Aspecto económico:
La presente tesis busca mejorar el taller mecánico de la empresa Tecnología,
Mantenimiento e Ingeniería Perú S.A.C, mediante la incorporación del techo estructural con el
8
empleo de acero estructural ASTM A-36, una estructura con costos de fabricación que no estén
en exceso para evitar sobre costos y disminuir tiempos de fabricación y montaje estructural.
3. ALCANCE:
El alcance de esta tesis constará de 3 aspectos:
3.1. Análisis estructural: Es forzoso cuantificar las cargas portantes existentes en nuestra
estructura considerando las cargas vivas, muertas, de sismo y de viento. Para el modelamiento
estructural necesario para obtener el análisis estructural de los sistemas y resultados mediante
el software robot estructural.
3.2. Diseño estructural: Una vez determinadas las fuerzas internas provenientes de las
solicitaciones de gravedad, viento y sísmicas se proceden al diseño de los elementos
estructurales involucrados en cada sistema. Se respetarán las disposiciones establecidas en las
siguientes normas de ingeniería:
E.090: Estructuras Metálicas Adicionalmente, se considerará la Norma AISC360 2014
para complementar el diseño de los elementos de acero.
3.3. Optimización del costo: Cuando el diseño está comprobado y definido se procede a
elaborar el metrado correspondiente para posteriormente hacer el presupuesto estructural de
cada sistema. Con los resultados del presupuesto se comparan ambos sistemas sacando las
conclusiones respectivas.
4. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN:
“OPTIMIZACIÓN DEL DISEÑO DE UNA NAVE INDUSTRIAL TIPO PESADO
APLICABLE A LA PEQUEÑA Y MEDIANA INDUSTRIA EN EL PERÚ UBICADA A
MENOS DE 2500 M.S.N.M. CON LUZ ENTRE 15 M Y 25 M” del Ingeniero Mecánico
9
EDWIN FRALKLIN CAHUANA CCOPA de la Universidad Nacional de San Agustín
Arequipa-Perú 2018 cuyas conclusiones son:
Implementación de la nave industrial de gran luz.
Optimizó y tipificó el diseño de una nave industrial que abarque varias industrias,
obteniendo una gran mejora en los plazos, costos y calidad en la construcción de estas
naves.
Logró Simplificar el diseño de la nave industrial con mucho más beneficio, sin aligerar
más las estructuras metálicas a fin de reducir los plazos y costos.
TESIS “DISEÑO ESTRUCTURAL DE NAVE INDUSTRIAL METÁLICA PARA
MEJORAMIENTO DE ALMACENES EN AV. ARGENTINA, CALLAO -2017” del
Ingeniero Civil VARGAS CORDOVA WILIAN de la Universidad Cesar Vallejo Lima-Perú
2017 cuya conclusión principal es: la mejora del sistema constructivo que engloba muchos
beneficios como facilidad de montaje, menor costo de materiales y reducción de mano de obra,
aprovechamientos de grandes claros, adaptabilidad al tipo de uso que se le da al área, que se
establece en la solución al mejoramiento de almacenes.
TESIS”DISEÑO DE UN PROCESO DE FABRICACIÓN DE ESTRUCTURA METÁLICA
EN LA EMPRESA METAL MECÁNICA FIXER SERVICIOS GENERALES S.A.C” Del
Bachiller Yurico Gabriel Huamán, cuya conclusiones principal es La distribución de planta
propuesta se realizó siguiendo la secuencia que debe seguir el producto hasta obtener el
producto final, en el cual se realiza el más mínimo movimiento de materiales reduciendo el uso
de los recursos de la empresa.
10
5. OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES
Tabla 1Operacionalización De Variables De Investigación:
Operacionalización De Variables De Investigación:
VARIABLES
INDICADORES SUB-
INDICADORES
Variable independiente
Diseño Estructural
Ingeniería
Análisis de Esfuerzos
Admisibles
Factores de Carga y
Resistencia
Normatividad
ANSI/AISC 360-05
Metodología AISC -
RLDF
Variable dependiente
Optimización del Diseño
Estructural
Economía
Costo de Fabricación
Tiempo de ejecución
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6. INTERROGANTES
a Preguntas secundarias
¿Cuáles son los cálculos y dimensiones necesarios para optimizar el diseño estructural
de un taller mecanico para fabricación de estructuras metalicas en la empresa
Tecnología, Mantenimiento e Ingeniería Perú SAC?
b. Preguntas secundarias
a. ¿Cómo el análisis de esfuerzos admisibles permitirá optimizar el diseño estructural
de un taller mecanico para fabricación de estructuras metalicas en la empresa
Tecnología, Mantenimiento e Ingeniería Perú SAC?
b. ¿Cuáles son los factores de carga y resistencia que se debe tenerse en cuenta para
optimizar el diseño estructural de un taller mecanico para fabricación de estructuras
metalicas en la empresa Tecnología, Mantenimiento e Ingeniería Perú SAC?
c. ¿Cuál es la importancia del uso de la normativa ANSI/AISC 360-05 y Metodología
AISC – RLDF, en la optimización del diseño estructural de un taller mecanico para
fabricación de estructuras metalicas en la empresa Tecnología, Mantenimiento e
Ingeniería Perú SAC?
d.¿Cómo optimizar los costos para el diseño estructural planteado mediante un análisis
eficiente, frente a una estructura tijeral- unión soldada?
e. ¿Cuál es el tiempo de ejecución en el proceso de analisís y optimización del diseño
estructural de un taller mecanico para fabricación de estructuras metacas en la Empresa
Tecnología, Mantenimiento e Ingeniería Perú SAC?
12
7. MARCO REFERENCIAL:
a. Conceptos Básicos
ANÁLISIS DE DISEÑO ESTRUCTURAL:
El análisis de diseño estructural se realiza a partir de un adecuado balance, entre un
material que puede cumplir con las normas de seguridad de diseño (RLDF, AISC y MET), a
partir de sus características naturales específicas, sus capacidades mecánicas. El costo de la
estructura siempre debe ser menor, pero obteniendo el mejor resultado a partir de un análisis
estructural previo.
ESTRUCTURA ALMA LLENA:
Es considerado el sistema tradicional para la construcción de techos y naves
industriales, tiene una gran capacidad para soportar cargas y tener amplios claros, sin embargo,
a comparación de los otros sistemas logra ser el más pesado. Estas son más eficientes ya que
se optimiza el material de acuerdo a los requisitos del análisis estructural.
OPTIMIZACIÓN ESTRUCTURAL:
La optimización se puede lograr mediante varias formas, siendo algunas de ellas el peso
de la estructura, el uso mismo del acero, esfuerzos máximos, deformaciones permisibles y
menor peso, eso podremos lograrlo mediante un diseño y análisis adecuado de la estructura
(Zapata Baglietto, 1997 págs. 1-2).
DISEÑO ESTRUCTURAL.
Para Meli ( 2014, pág. 15): El diseño estructural está presente en el proceso más común
de un proyecto de obra civil, en el que se define las características que debe presentar una
construcción para cumplir de una manera adecuada los requisitos que está destinada a
13
desempeñar. El comportamiento de una estructura debe estar preparada para resistir fuerzas y
deformaciones a la que esté expuesta sin que esta colapse o presente fallas.
SISTEMA ESTRUCTURAL:
El sistema estructural consiste en el ensamblaje de varios elementos independientes
para formar un nuevo cuerpo uniforme y su objetivo es de darle estabilidad y soporte a la
edificación que se define mediante el diseño estructural (Niño, 2014 pág. 2).
ESTRUCTURA METÁLICA:
Una estructura metálica es aquella estructura que está conformada por elementos
metálicos, generalmente acero, este tipo de estructuras es la más idónea para el sector
constructivo por su eficiencia que presentan y por el factor costo (Ferros la Pobla S.A., 2018).
INGENIERÍA:
Aplica los conocimientos y métodos científicos a la invención o perfeccionamiento de
tecnologías de manera pragmática y ágil, adecuándose a las limitaciones de tiempo, recursos,
requisitos legales, requisitos de seguridad, ecológicos, etc.
DEFLEXIONES:
Es la respuesta estructural porque expresa, un momento de parámetros, que responde a
una acción de cargas aplicadas (cargas muertas, sismos, etc.).
FACTOR DE SEGURIDAD:
En los tornillos de alta resistencia, la resistencia a cortante está basada en un coeficiente
de fricción de .34 y el factor de seguridad al deslizamiento bajo cargas repetidas es:
14
Fs = (.34 Ti) / (Fv . Av)
Ti = Tensión mínima de instalación del tornillo
Fv = Esfuerzo permisible al cortante.
Av = Área nominal del tornillo
ESFUERZOS ADMISIBLES:
En las tablas que aparecen a continuación, se han calculado las cargas admisibles de
algunos perfiles WF, HEA y HEB .
• El material de calidad comercial se ha trabajado con un esfuerzo de fluencia de 2530
Kg./cm2 (36000 P.S.I).
• El radio de giro ( r ), que aparece en las tablas, en cada caso, es el menor (con respecto
al eje y).
• El límite de esbeltez, KL / r = 200, se detecta en cada perfil por la presencia de la línea
punteada.
• Las cargas admisibles están dadas en kilogramos.
CARGAS ADMISIBLES (KG) PARA PERFILES WF AMERICANOS
SOMETIDOS A COMPRESION. FY = 2530 KG./CM2 (36000 P.S.I.) K=1, L / R = 200
PROCEDIMIENTO DE DISEÑO :
Datos necesarios: Tipos de apoyos, K (tabla 6-18) Longitud del elemento, L (según
diseño) Carga actuante, Pa (carga viva + carga muerta) Resistencia del material, Fy
Procedimiento: 1. Conociendo la carga actuante Pa, se asume un área con la formula
Fa = Pa / A A = Pa / Fa. Se utilizaran valores para Fa = 0.2 Fy a 0.3 Fy, para columnas
largas y cargas pequeñas, y Fa = 0.5 Fy a 0.58 Fy, para columnas de poca longitud y grandes
cargas.
15
El material a utilizar es acero A-36, Fy = 36000 P.S.I (2530 Kg./cm2 )
Teniendo la sección buscamos en las tablas de los valores estáticos (CAPITULO9) sus
propiedades: A (área), Ix (inercia en x), IY (inercia en y). Calculamos r (radio de giro) con la
formula r = √ I/A Con el rx se determina Kl / r.
Se Halla el Fa, dependiendo del Kl en la Tabla 6-19. Teniendo el Fa , se determina la
carga admisible, Padm. = Fa A
Si Padm ≥ Pa El diseño es correcto
Si Padm < Pa La sección escogida es insuficiente.
Si Padm >> Pa Esta sobrediseñado
NORMA TÉCNICA DE EDIFICACIÓN E.090 – ESTRUCTURAS
METÁLICAS:
Esta norma tiene por finalidad diseñar, fabricar y montar estructuras metálicas con
factores de carga y resistencias (LRFD) y es aplicable para todo el territorio nacional peruano
(Vásquez Bustamante, 2018 pág. 457).
ACERO ESTRUCTURAL:
Es el acero aceptado para términos estructurales de pórticos y reticulados siendo
capaces de soportar cargas en su diseño y su empleo está enfocado en columnas, vigas,
puntales, bridas, montantes y otros (Vásquez Bustamante, 2018 págs. 457- 458
TIPOS DE CARGAS EN LA ESTRUCTURA:
Las cargas son fuerzas aplicadas en diferentes elementos estructurales de una
edificación y se clasifican de acuerdo a su naturaleza y la duración de su aplicación, tales como
cargas vivas, muertas y ambientales (McCormac, y otros, 2012 pág. 41).
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CARGA VIVA:
Son aquellas cargas que algunas veces pueden estar aplicadas a los miembros y otras
no. Se les considera carga viva a las personas, muebles o equipos de uso no permanentes en
una superficie (Zapata Baglietto, 1997 pág. 5).
CARGA MUERTA:
Son fuerzas de gravedad que siempre permanecerán sobre la estructura, como los
elementos estructurales, portantes de una edificación, tuberías, etcétera (Zapata Baglietto, 1997
pág. 5).
CARGA DE VIENTO:
Es una fuerza dinámica que presenta el propio flujo del viento y se considera en el
cálculo estructural para evitar fallas por la misma (Zapata Baglietto, 1997 pág. 7).
NORMA TÉCNICA DE EDIFICACIÓN E.030 – DISEÑO
SISMORESISTENTE:
Es relevante para el diseño de todas las estructuras en nuevas estructuras, en la
fortificación de las existentes y para arreglar aquellas que se ven perjudicadas por una ocasión
sísmica, para mantenerse alejado de la falta de asistencia de las vidas humanas, respaldar la
progresión de las administraciones esenciales de servicios básicos y limitar el daño material a
la estructura (Vásquez Bustamante, 2018 pág. 299)
MAPA EÓLICO DEL PERÚ:
En este mapa del territorio peruano se detalla la velocidad del viento que presenta por
cada zona, variando desde 30 Km/h hasta 130 Km/h (Vásquez Bustamante, 2018 pág. 298).
17
b. Marco institucional:
1. NOMBRE DE LA EMPRESA_
TECNOLOGÍA, MANTENIMIENTO E INGENIERÍA PERÚ SAC
2. DESCRIPCION DE LA EMPRESA:
Somos una empresa dedicada al rubro de mantenimiento, diseño, fabricación
estructural, montaje estructural, subestación a media tensión, Etc. Creada el 10 de diciembre
del 2019, buscamos que el compromiso, la transparencia, la eficiencia, el trabajo en equipo y
el enfoque en el cliente, sean parte de nuestro comportamiento diario, incorporamos gente de
comprobada ética. El conjunto de personas con este perfil ayuda a crear un buen clima laboral
en la empresa, trabajan por objetivos comunes, siempre atendiendo a su desarrollo personal y
profesional, pero sobretodo identificados con la compañía. Buscamos que cada colaborador
que forma parte de la compañía sea un excelente profesional pero sobretodo sea una excelente
persona. Los colaboradores son nuestros mejores aliados, poniendo pasión en todo lo que
hacen, en un ambiente laboral agradable.
3. UBICACIÓN
Sector 2 Mza. I Lote. 8 Avis. El Altiplano - Zona B Arequipa/Arequipa/Yura
Fuente: https://compuempresa.com/info/tecnologia-mantenimiento-y-ingenieria-peru-sac
ruc: 20605624872
4. SERVICIOS:
INGENIERÍA:
Desarrollo y ejecución de proyectos en Obras Civiles, Construcción y Montaje
Electromecánico y Puesta en Marcha, Montaje de líneas Tuberías HDPE – Geo membrana,
18
Ejecución de Sistemas de Alcantarillado agua y desagüe, Obras Misceláneas en Proyectos,
diseño de planos (civiles, mecánicos, tubería, Etc.)
METAL MECÁNICA:
Fabricaciones Metal Mecánicas: Fabricación y Montaje de Tanques de Almacenamiento de
Agua, Combustible (ANSI/api 650).
Construcción de Silos Metálicos para Almacenamiento de Productos, Construcción de
Recipientes (ASME BP&V SEC. VII).
Diseño, suministro, habilitación, montaje y construcción de sistemas de tuberías de procesos,
acero al carbono, Stanley Steel, hierro dúctil, para servicios de agua, aire, combustible, gas, ácido.
Diseño, suministro, habilitación, montaje y construcción de sistemas de tuberías de PVC,
polietileno de alta densidad HDPE diámetros de 2” a 54”. EQUIPOS DE TERMOFUSIÓN /
ELECTROFUSIÓN:
Diseño, Suministro, Fabricación y Montaje mecánicos, Chutes, Tolvas, Celdas,
Compuertas, Puertas de Seguridad
Diseño, Suministro, Fabricación y Montaje de Estructuras Metálicas
Fabricamos Grating, Barandas Metálicas de Seguridad,
REVESTIMIENTOS:
Arenado de Estructuras, Ductos, Recipientes de Presión, Tanques de
Almacenamiento, Tuberías.
Aplicación de Pintura Mediante Sistemas Semiautomáticos.
Aplicación de revestimientos anticorrosivos en superficies metálicas y concretas.
19
OBRAS CIVILES:
Edificaciones Industriales
Fabricaciones Estructurales, Losas Especiales, Bases para Montaje de Maquinarias, Muros de
Contención
Obras de Drenaje, Mantenimiento de Vías
OBRAS HIDRÁULICAS:
Redes de agua potable y alcantarillado
Unidades de tratamiento de agua potable
OBRAS ELÉCTRICAS E INSTRUMENTACIÓN:
Montaje de Equipos Eléctricos e Instrumentación en General, Paneles de Fuerza,
Control, Alumbrado, Transformadores de potencia, Cuartos Eléctricos Prefabricados, MCC.
Sistemas de tierra, línea de malla a tierra y pozos a tierra. Mantenimientos
Montaje e instalación líneas aéreas de media tensión
MAESTRANZA:
Fabricamos Partes y Repuestos de Maquinarías / Equipos
Recuperamos piezas y partes
OBRAS DE MANTENIMIENTO:
Trabajos Programados en paradas de Planta: Fajas Transportadoras, Polines, Celdas,
Columna, Chutes, Tolvas, Moto Reductores, Ductos, Líneas de Agua y Relaves, Filtros,
Bombas, etc.
Mantenimiento de maquinaria y equipos en general
20
OBRAS DE DRYWALL:
El Sistema de construcción en Drywall en toda clase de proyectos, remodelaciones o
ampliaciones. Se puede hacer toda una casa prefabricada en drywall. Sistema también es adecuado
para cielos rasos, divisiones interiores y exteriores, enchapes, fachadas flotantes, aleros y
ductos para tuberías, falsas columnas, etc.
NORMATIVA ANSI/AISC 360-05, METODOLOGÍA AISC – RLDF.
La última versión de la Normativa ANSI/AISC 360-05, especifica que la estabilidad de
las estructuras debe ser verificada de manera global, así como de manera individual en todos
los miembros. Este último requisito se cumple en el diseño convencional de las estructuras de
acero, pero el primero no es de directa aplicación. Se requiere entonces una metodología
general para estudiar la estabilidad global de los sistemas estructurales de cualquier
configuración. En el presente trabajo se desarrolla una metodología para el análisis de
estabilidad de estructuras desde un enfoque energético, que permita un tratamiento matricial
del problema, lo más cercano posible al análisis matricial convencional de estructuras, tanto en
dos y tres dimensiones.
ANSI/AISC 360-05 (9) define los requisitos de estabilidad sin importar cual sea el
sistema estructural resistente. Los requerimientos son: - La estabilidad debe ser analizada
considerando la estructura como un todo. Adicionalmente la estabilidad de los miembros
individuales debe ser también verificada.
Según la especificación ANSI/AISC 360-05 (9). Se tratará principalmente de sistemas
de marcos de momento, en los que la rigidez lateral depende de la rigidez de las vigas, columnas
y de las uniones entre ellas. En marcos arriostrados el diseño puede realizarse de manera
conservadora usando r
21
1.0 en la evaluación de la resistencia de sus miembros; así que mas bien en los marcos de
momento el estudio de la estabilidad es relevante, pues no hay un valor conservador del
coeficiente de longitud efectiva que se podría usar, solo se sabe que r > 1.0 en estos tipos de
estructuración.
c. Marco teórico:
El primer uso del acero como material estructural fue la construcción del puente
Coalbrookdale en Inglaterra, este evento hizo que cambiara el rumbo de la Revolución
Industrial
Después de la construcción del puente Coalbrookdale, se siguieron construyendo
puentes de hierro fundido, para luego ser reemplazado por el hierro dulce por ser más maleable
.En un principio las diferentes laminadoras en Estados Unidos publicaban sus catálogos con
los perfiles que producían y posteriormente en 1896 la AISI empezó con el proceso de
estandarización. Actualmente la mayoría de los perfiles de acero se encuentran estandarizados.
En el Perú se han realizado obras diseñadas en acero estructural como los centros
comerciales, supermercados, grandes almacenes, colegios, etc. Sin embargo, el diseño en
acero.
INGENIERÍA
La Ingeniería es aquella disciplina que se ocupa del estudio y de la aplicación de los
conocimientos que de este y de la experiencia resultan, para que a través de diseños, técnicas
y problemas puedan ser resueltos los diferentes problemas que afectan a la humanidad.
La ingeniería, básicamente, requerirá de un ajustado conocimiento y manejo de
las matemáticas, por un lado y de las ciencias naturales, por el otro, para desarrollar formas
22
económicas que permitan utilizar determinados materiales y las fuerzas de la naturaleza en
absoluto beneficio del ambiente y de la humanidad.
Pero también, la ingeniería, va un poco más allá de esto y entonces también utilizará
los conocimientos científicos para ponerlos al servicio de la invención, perfeccionamiento y
utilización de cualquier tipo de tecnología.
Si bien la ingeniería es una actividad absolutamente humana, por lo cual debería venir
acompañando al hombre prácticamente desde sus orígenes como tal, en realidad, su campo de
conocimiento específico está estrechamente vinculado al inicio de la Revolución Industrial.
Los individuos que dedican su vida profesional a este menester se conocen con el nombre de
ingenieros.
ESFUERZOS ADMISIBLES
En el caso del acero, el esfuerzo admisible Fs. a tracción depende de su límite elástico
fy, como se encuentra establecido en el numeral C-G.3.2 del reglamento de construcciones
sismo resistentes de Colombia, para aceros con un esfuerzo de fluencia menor o igual a 240
MPa, se debe tomar como esfuerzo admisible un valor de 120 MPa. En cambio, si el acero de
refuerzo posee un esfuerzo de fluencia mayor o igual a 420 MPa debe tomarse un esfuerzo
admisible de 170 MPa,
Adicionalmente se establecen las siguientes condiciones para el uso de refuerzos
dispuestos en forma de malla de alambre electro soldada: el esfuerzo admisible debe tomarse
23
como 170 MPa para aceros colocados a flexión si sus diámetros son inferiores a 10 mm, en
cambio en losas armadas en una dirección y con vanos inferiores a 3,50 m, dicho esfuerzo
puede ser tomado como el menor de 210 MPa o el 50% de la resistencia a la fluencia, tomando
siempre la menor de ellas. (Lamus & Andrade, 2015)
FACTORES DE CARGA Y RESISTENCIA
Se base en los conceptos de estados limite.
El estado limite es para describir una condición en la que una estructura o parte de ella
deja de cumplir su pretendida función.
Dos tipos de estados limite:
Los de resistencia
Los de servicio
Los estados limite de resistencia –se basan en la seguridad o capacidad de carga de las
estructuras e incluyen las resistencias plásticas, de pandeo, de fractura, de fatiga, de volteo, etc.
Los estados limite de servicio –se refieren al comportamiento de las estructuras bajo
cargas normales de servicio y tienen que ver con aspectos asociados con el uso y ocupación,
tales como deflexiones excesivas, deslizamientos, vibraciones y agrietamientos.
LA ESPECIFICACIÓN LRFD
‐Especifica mucho a los estados limite de resistencia
‐Permite cierta libertad en el área de servicio.
LRFD
Las cargas de trabajo o servicio (Qi) se multiplican por ciertos factores de carga o
seguridad (λi–siempre mayores que 1.0)
Las cargas factorizadas –usadas para el diseño de la estructura.
24
Las magnitudes de los factores de carga varían, dependiendo del tipo de combinación
de las cargas.
La estructura se proporciona para que tenga una resistencia ultima de diseño suficiente
para resistir las cargas factorizadas.
Esta resistencia es la resistencia teórica o nominal (Rn) del miembro estructural,
multiplicada por un factor de resistencia (φ‐siempre menor que 1.0)
La expresión para el requisito de seguridad estructural es:
Σλi Qi≤φRn
(Suma de los productos de los efectos de las cargas y factores de carga) ≤(factor de
resistencia)(resistencia nominal)
(Los efectos de las cargas) ≤(la resistencia o capacidad del elemento estructural)
Factores de carga y las combinaciones
U = 1.4 D (Ecuación A 4‐1 del LRFD)
U = 1.2D + 1.6L + 0.5(Lr o S o R) (Ecuación A 4‐2 del LRFD)
Donde
U –la carga ultima
D –cargas muertas (Dead load)
L –cargas vivas (Live load)
Lr –cargas vivas en techos (Roof Live load)
S –cargas de nieve (Snow load)
R –carga inicial de agua de lluvia o hielo (Rain water or ice load)
W –fuerzas de viento (Wind load)
E –Fuerzas de Sismo (Earthquake load)
Cuando hay cargas de impacto
U = 1.2D + 1.6(Lr o S o R) + (0.5 Lr o 0.8 W) (Ecuación A 4‐3 del LRFD)
25
U = 1.2D + 1.3W + 0.5L + 0.5(Lr o S o R) (Ecuación A 4‐4 del LRFD)
U = 1.2D ±1.0E +0.5 L+0.2S (Ecuación A 4‐5 del LRFD)
Existe un cambio en el valor de factor de carga para L en las combinaciones A4‐3, A
4‐4, A4‐5 cuando se trata de garajes, áreas de reuniones publicas y en todas las áreas donde la
carga viva exceda de 100 psf,
U = 1.2D + 1.6(Lro S o R)+(1.0 L o 0.8 W) (Ecuación A 4‐3’ del LRFD)
U = 1.2D+1.3W+1.0L+0.5(Lro S o R) (Ecuación A 4‐4’ del LRFD)
U = 1.2 D ±1.0 E + 1.0 L + 0.2S (Ecuación A 4‐5’ del LRFD)
Cuando hay la posibilidad de levantamiento por las fuerzas de viento y sismo,
U = 0.9 D ±(1.3 W o 1.0 E) (Ecuación A 4‐6 del LRFD)
Las magnitudes de las cargas (D, L, Lr, etc.) –obtenerse en los reglamentos de
construcción vigentes o en la especificación ASCE 7.93.
•ASCE –American Society of Civil Engineers
•Carga critica o gobernante el valor mas grande obtenido en cada cas
FACTORES DE RESISTENCIA
La resistencia ultima de una estructura depende en la resistencia de los materiales, las
dimensiones, la mano de obra y no puede calcular exactamente
Que puede influir
1. Imperfecciones en las teorías de análisis
2. A variaciones en las propiedades de los materiales
3. A las imperfecciones en las dimensiones de los elementos estructurales
CONFIABILIDAD Y LAS ESPECIFICACIONES LRFD
• Estadística y Probabilidad
26
• Confiabilidad –al porcentaje estimado de veces que la resistencia de una estructura será
igual o excederá a la carga máxima aplicada a ella durante su vida estimada ( 50 años)
• Los investigadores del método LRFD desarrollaron un procedimiento para estimar la
confiabilidad de los diseños.
• Establecieron lo que les pareció razonable en cuanto a porcentajes de confiabilidad para
diferentes situaciones.
• Lograron ajustar los factores φ de resistencia para que los proyectistas fuesen capaces
de obtener los porcentajes de confiabilidad establecidos en el punto anterior.
NORMATIVIDAD
La normatividad es un conjunto de leyes o reglamentos que rigen conductas y
procedimientos según los criterios y lineamientos de una institución u organización privada o
estatal.
La palabra normatividad deriva del latín norma, que significa 'escuadra'. Se compone además
de -tivo, que indica una relación activa o pasiva, y el sufijo -dad, que se refiere a una cualidad.
Así, normatividad es etimológicamente la cualidad activa o pasiva de un instrumento para
marcar de forma rigurosa y recta los límites de un contedo.
ANSI/AISC 360-05- METODOLOGÍA AISC - RLDF
La última versión de la Normativa ANSI/AISC 360-05, especifica que la estabilidad de
las estructuras debe ser verificada de manera global, así como de manera individual en todos
los miembros. Este último requisito se cumple en el diseño convencional de
las estructuras de acero, pero el primero no es de directa aplicación.
Las especificaciones para construcciones de acero vigentes en Estados Unidos de
América (AISC, ANSI/AISC 360-05, Specification for Structural Steel Buildings, 2005b)
27
consideran dos métodos generales de diseño: el método de las tensiones admisibles (ASD por
las siglas de Allowable Strength Design), y el método de factores de carga y resistencia (por
las siglas de Load and Resistance Factor Design).
El pnmer método se basa en verificar que las tensiones inducidas en los elementos
estructurales no excedan una tensión admisible, la cual resulta de dividir la resistencia del
material (usualmente la tensión de tl.uencia Fy) por un factor de seguridad. Este procedimiento
es ampliamente conocido por los ingenieros estructurales y ha sido utilizado a lo largo de
muchas décadas. La combinación de estados de carga requeridas para este método, según el
reglamento ASCE/SEI 7-05, Mínimum Design Load s for Buildings and Other Structures
(ASCE, 2005) son:
l. D+F
2. D + H + F+ L + T
3. D + H + F + (Lr o S o R)
4. D + H + F + O. 75(L + T) + O. 7
5 (Lr o S o R) 5. D + H + F+ (Wo 0.7E)
6. D + H + F + 0.75 (W o 0.7E) + 0.75L + 0.75 (Lr o S o R)
7. 0.6D+W+H
8. 0.6D + 0.7E + H (1.1 )
Dónde: D es la carga permanente por peso propio, F la carga debida a fluidos, T
representa la acción resultante del impedimento de cambios dimensionales, H es la carga
debida empuje lateral de suelos, del agua en el suelo o de otros materiales a granel, L es la
sobrecarga de uso, Lr es la sobrecarga en cubiertas, S es la carga de nieve, R es la carga por
lluvia, W la carga de viento y E representa la acción del sismo. Por el contrario, el método
LRFD es más reciente~ algunos países de Latinoamérica lo han adoptado en los últimos años,
mientras que otros países continúan con el método ASD. A nivel académico, los datos
28
obtenidos de un relevamiento informal en distintas universidades de Latinoamérica indican qué
solo algunas universidades ha incorporado en los planes de estudio de ingeniería civil la
enseñanza del método LRFD. Es por ello que resulta conveniente presentar una descripción
conceptual del mismo en esta publicación. (ASCE, 2005) El método de diseño LRFD se basa
en la evaluación de una serie de estados límites, los cuales pueden definirse como una
condición, aplicable a toda la estructura o a uno de sus componentes, más allá de la cual no
queda satisfecha el comportamiento requerido o esperado. (ASCE, 2005)
Los estados límites se dividen en dos grupos: • Estados límites de servicio: son aquellos
vinculados a condiciones de funcionamiento y su incumplimiento puede afectar el normal uso
de la construcción. Como ejemplo, puede mencionarse el control de deformaciones excesivas
en vigas o de vibraciones en un entrepiso cuando se someten a cargas de servicio. • Estados
límites de resistencia (o últimos): son los relacionados con la capacidad resistente ante cargas
últimas y se vinculan directamente con la seguridad estructural para prevenir el daño y el
colapso. Estos estados varían según el tipo de solicitación actuante, y usualmente se requiere
verificar varios de ellos para un mismo componente. Algunos de los estados límites de
resistencia más usuales son: fluencia, rotura, formación de rótulas plásticas, inestabilidad
global de un componente, pandeo local y pandeo lateral torsional. La verificación de los estados
límites de resistencia se realiza a través de la comparación entre las solicitaciones resultantes
de aplicar las combinaciones de cargas mayoradas (en estado último) y la resistencia
correspondientes a dicho estado, lo cual puede expresarse como:
Resistencia requerida, Ru (demanda)≤ Resistencia de diseño, Rd (suministro)
ECONOMÍA
29
Disciplina que estudia las relaciones sociales que afectan a los procesos de producción,
distribución, consumo e intercambio de bienes y servicios.
La economía se centra también en el comportamiento de los individuos, su interacción
ante determinados sucesos y el efecto que producen en su entorno. Por ejemplo, el efecto que
producen en los precios, la producción, la riqueza o el consumo, entre otros.
La ciencia económica también se encarga del estudio de todas las fases relacionadas
con el proceso de producción de bienes y servicios, desde la extracción de materias primas
hasta su uso por el consumidor final, determinando la manera en que se asignan los recursos
limitados.
COSTO DE FABRICACIÓN
El costo de producción (o costo de operación) es el gasto necesario para fabricar un
bien o para generar un servicio.
De esta forma, el costo de producción está relacionado con aquellos gastos necesarios,
quedando fuera otros como los financieros. Suele incluir la materia prima y
aprovisionamientos, la mano de obra directa e indirecta y otros costes de gestión como
amortizaciones, alquileres o gastos de asesoramiento.
ELEMENTOS DEL COSTO DE PRODUCCIÓN
Como hemos mencionado, existen tres elementos claves en el costo de producción. A
continuación explicamos cada uno de ellos:
Uno es la materia prima y aprovisionamientos. La primera son aquellos materiales que se
transforman en el proceso productivo. Un ejemplo sería la harina y la sal en el pan. La segunda
30
son los que no se transforman pero son necesarios, como las bolsas en las que se comercializan
algunos bienes.
El segundo, tan importante como el primero, es la mano de obra. En este caso se incluye
solo la mano de obra directa, es decir, aquella involucrada en el proceso productivo.Por
ejemplo, los empleados que trabajan en la cadena de fabricación.
El tercero son los otros costes indirectos de producción. Aquí incluimos la mano de obra
indirecta que es la que, aun no estando implicada en el proceso, es necesaria. Por ejemplo,
el personal del departamento de administración. También deberemos añadir el resto de
gastos necesarios como amortizaciones, alquileres o tributos.
CÓMO CALCULAR EL COSTO DE PRODUCCIÓN
La forma de cálculo depende de cuál de las tres vertientes del coste nos interesa. Veamos
cada una de ellas:
Para la materia prima y aprovisionamientos hay que incluir todos los gastos necesarios.
Estos pueden ser transportes, seguros, aduanas, tributos no deducibles y otros similares.
Para el cálculo conviene conocer el coste por unidad producida.
Para la mano de obra, hay que incluir el sueldo bruto y otros costes sociales. Por ejemplo,
las cuotas que paga la empresa a la seguridad social para desempleo, formación o pensiones.
Para el cálculo conviene saber el coste por hora.
Por último, en relación a los costes indirectos, que deberán incluir el resto de ellos. En este
caso, debemos incluir todos excepto los financieros.
31
TIEMPO DE EJECUCIÓN
Se denomina tiempo de ejecución (runtime en inglés) al intervalo de tiempo en el que
un programa de computadora se ejecuta en un sistema operativo. Este tiempo se inicia con la
puesta en memoria principal del programa, por lo que el sistema operativo comienza a ejecutar
sus instrucciones. El intervalo finaliza en el momento en que este envía al sistema operativo la
señal de terminación, sea esta una terminación normal, en que el programa tuvo la posibilidad
de concluir sus instrucciones satisfactoriamente, o una terminación anormal, en el que el
programa produjo algún error y el sistema debió forzar su finalización.
Este término suele emplearse, en oposición a tiempo de compilación, para indicar si una
acción o hecho sucede en uno u otro tiempo.
Un entorno de ejecución (runtime environment en inglés) es un estado de máquina
virtual que suministra servicios para los procesos de un programa de computadora que se está
ejecutando. Puede pertenecer al mismo sistema operativo, o ser creado por el software del
programa en ejecución.
En la mayoría de los casos, el sistema operativo maneja la carga del programa con una
parte del código llamada cargador, haciendo configuración básica de memoria y enlazando el
programa con cualquier biblioteca de vínculos dinámicos a la cual haga referencia. En algunos
casos un lenguaje o implementación hará esas tareas en lugar del runtime del lenguaje, a pesar
de que es inusual en los lenguajes principales sobre los sistemas operativos de usuarios
normales.
32
EL ACERO EN LA CONSTRUCCION:
La construcción metálica, de tan arraigada tradición en los piases desarrollados, está
alcanzando un papel significativo en el campo de las estructuras de edificación, sobre todo en
aquellos proyectos en que la disposición de espacio útil y la versatilidad de la distribución
interior son condicionamientos esenciales. La hipótesis acerca de la perfección del acero,
posiblemente el más versátil de los materiales estructurales, parece más razonable al considerar
su gran resistencia, poco peso, fabricación sencilla, y muchas otras propiedades deseables. En
particular el acero laminado por su gran resistencia, alta fiabilidad y por su concordancia en el
comportamiento con las hipótesis básicas de la resistencia de materiales, puede considerarse el
material técnico por excelencia. Si se tuviesen que agrupar los materiales modernos de
construcción con los clásicos, se debería asociar el acero laminado con la madera al presentar
indudables similitudes.
• Buena resistencia tanto a tracción como a compresión.
• presentarse en obra en piezas prismáticas rectas.
• problemas de enlace, etc. en cuanto a la elección del material más adecuado por parte
del proyectista de una construcción o estructura en general, el acero laminado entra en
competencia abierta con el hormigón, quedando otros materiales: rocas, maderas, aluminio,
plásticos o cerámicos fuera del dilema por su empleo más restringido por criterios de diseño o
económicos. la aparición del acero laminado a finales del último siglo represento la transición
del hierro colado y el forjado hacia un material de análogas características resistentes con una
mayor garantía de producción y calidad, lo que llevo, a colocarlo en manos del proyectista, a
dar la sensación de que monopolizaría las estructuras, cosa que si bien es evidente nunca
alcanzo, no impide que hoy día sea insustituible en la ejecución de las obras que implican
grandes luces y las mayores alturas, manteniéndose en un primer plano en el campo estructural,
pese a la evidente competencia que le presenta el hormigón pretensado para las primeras, y
33
especialmente, el hormigón de alta resistencia para las segundas.( manual técnico de
estructuras metálicas Pag. 4.)
VENTAJAS DEL ACERO COMO MATERIAL ESTRUCTURAL:
ALTA RESISTENCIA:
La alta resistencia del acero, por unidad de peso, significa que las cargas muertas serán
menores. Este hecho es de gran importancia en puentes de gran claro, edificios elevados, y en
estructuras cimentadas en condiciones precarias.
UNIFORMIDAD:
Las propiedades del acero no cambian apreciablemente con el tiempo, como sucede
con las de concreto reforzado.
ELASTICIDAD:
El acero está más cerca de las hipótesis de diseño que la mayoría de los materiales,
porque sigue la ley de Hooke hasta para esfuerzos relativamente altos. Los momentos de inercia
de una estructura de acero pueden ser calculados con precisión, en tanto que los valores
obtenidos para una estructura de concreto reforzado son un tanto indefinidos.
DURABILIDAD:
Las estructuras de acero, con mantenimiento adecuado duraran indefinidamente. La
investigación en algunos de los nuevos aceros indica que bajo ciertas condiciones, solo
requieren pintura como mantenimiento.
DUCTILIDAD:
34
La propiedad de un material que le permite soportar deformaciones generales sin fallar,
bajo esfuerzos de tensión elevados, se conoce como su ductilidad. Cuando un miembro de acero
dulce se somete a la prueba de tensión, ocurrirán una reducción considerable de su área
transversal y un fuerte alargamiento, en el lugar de la falla, antes de que la fractura real ocurra.
Un material que no tenga esta propiedad es probablemente duro y quebradizo, vítreo, y
posiblemente se rompa si recibe un choque súbito.
AMPLIACIÓN DE ESTRUCTURAS EXISTENTES:
Las estructuras de acero se prestan para fines de ampliación. Nuevos tramos y en
ocasiones alas totalmente nuevas pueden añadirse a las estructuras de acero de edificaciones
ya existentes, y los puentes de acero a menudo pueden ampliarse.
DIVERSOS:
Algunas otras ventajas importantes del acero estructural son:
• Avisan con sus grandes deformaciones de la posibilidad de colapso.
• Dan lugar a construcciones más ligeras.
• Se construyen con rapidez
• Se adaptan con facilidad y flexibilidad a las dimensiones del solar
• Permiten cubrir con facilidad grandes luces.
• Facilitan la integración racional de las instalaciones en la estructura.
• Son de fácil desmontaje, manteniendo un cierto valor residual.
• Valor de rescate, aun cuando no pueda usarse sino como chatarra.
RESISTENCIA A LA TRACCIÓN:
35
Así como el grado de resistencia a los movimientos sísmicos, el grado de elasticidad que
presenta el acero frente a los impactos es uno de los más altos en los materiales de construcción
Zhttp://info.metal-tec.com.mx/blog/las-propiedades-del-acero-estructural-y-sus-beneficios, s.f.)
Figura 2. (Diseño Placa Base - Columna)
NORMA:
Tabla 3. Principales Normas De Calidad Del Acero.
Principales Normas De Calidad Del Acero.
Principales Normas de Calidad del Acero Estructural
ASTM American Society for Testing Materials
SAE Society of Automotive Engineers
AISI American Iron and Steel Institute
JIS Japanese Industrial Standard
NTP Norma Técnica Peruana
BSI British Standers Institution
DIN Deutsches Institutes fur Normung
36
PLANCHA DE ACERO A-36
Tabla 4. Características Del Acero A-3 6 (Aceros Comerciales)
Características Del Acero A-3 6 (Aceros Comerciales)
37
MATERIALES:
Para el diseño de la estructura metálica desarrollada en la presente tesis se ha optado
los siguientes materiales acorde con el tipo de elemento usado.
Para conformar los elementos estructurales, como son: vigas, viguetas y columnas se
ha usado acero ASTM A36 tipo canal C
En la fabricación de los perfiles para el soporte columna se ha usado acero W6X25
ASTM A36
Para las bases de apoyo de columnas y las juntas empernadas se ha utilizado las
planchas laminadas en caliente de acero ASTM A36.
Para los pernos de anclaje de bases de apoyo para columnas y los utilizados en las
juntas empernadas se ha empleado acero ASTM A307.
Para electrodos (material de relleno en las uniones soldadas) el material usado es acero
E60XX.
A continuación, se muestra una tabla con las principales características de los tipos de
acero antes mencionados.
CARACTERÍSTICAS DE LOS ACEROS UTILIZADOS.
Tabla 5 Características ASTM
Características ASTM
Tipo de acero E (kg/ cm2) 𝜌 (tons/m3) Fy (tons/cm2) Fu (tons/cm2)
ASTM A36 2.1*106 7.8 2.53 4.08
ASTM A307 2.1*106 7.8 2.6 4.2
E60XX 2.1*106 7.8 3.52 4.34
38
DISEÑO DE VIGAS:
Las vigas, al igual que en el concreto, están sometidas a cargas de flexión, debido a
estas cargas se deberá controlar la deflexión de las vigas
Las especificaciones del AISC-LRFD establecen que el momento nominal en flexión
será menor que el momento debido a cargas factorizadas (ver ecuación 35).
ΦMn ≥ Mu …( 35 )
Donde:
Factor de resistencia (0.9)
Mn = Resistencia Nominal en flexión
Mu = Momento debido a cargas
En el diseño de las vigas metálicas, se empleó los perfiles comerciales de Aceros
Arequipa [23], como se muestra en la tabla nª 6
LÍMITES DE FLUENCIA DEL MATERIAL:
Tabla 6. FY , FU Del Perfil W ( Soldexa 2019) FU Del Perfil W ( Soldexa 2019)
Calidad de Acero Fy (Kg/cm2) Fu (Kg/cm2)
ASTM A572-50 3515 min 4570 min
ASTM A992-50 3515 – 4570 min 4570 min
ASTM A 992/A572-50 3515 – 4570 min 4570 min
Tabla 7 .Propiedades Mecánica Del Perfil W (Aceros Comerciales)
39
Propiedades Mecánica Del Perfil W (Aceros Comerciales)
PERFILES ESTRUCTURALES (SEGÚN NORMAS ASTM)
40
La norma ASTM es la más utilizada internacionalmente para designar y regular la
calidad de aceros de construcción y estructurales que comercialmente orecen como productos
terminados tales, como barras de construcción corrugadas y lisas, perfiles estructurales, perfiles
comerciales, placa y lámina.
La norma garantiza básicamente las propiedades mecánicas mínimas y soldabilidad de
los aceros, dado que el uso de estos está orientado a la industria de la construcción y estructuras
metálicas diversas (remachadas, soldadas o empernadas). Los estándares publicados por
ASTM emiten designaciones sistemáticas fijas para cada tipo de acero con sus respectivas
especificaciones y requerimientos para ser utilizados por los fabricantes.
Tabla 8. Tabla Fy , Fu Astm
Tabla Fy , Fu Astm
ASTM Límite de
Fluencia (MPa)
Límite de
Resistencia (MPa)
Alargamiento (%)
ASTM A 572 Grado 50 345 min. 450 min. 18 min.
ASTM A 572 Grado 60* 415 min 520 min. 16 min.
ASTM A 992* 345 a 450 450 min. 18 min.
ACERO COR 500* 370 min. 500 min. 18 min.
STM A 131 AH32* 315 min 440 a 590 min. 19 min
ASTM A 131 AH36* 355 min 490 a 620 min. 19 min
41
CLASICFICAIÓN DE LOS ACEROS SEGÚN ASTM:
Tabla 9 .Clasificación Del Acero ASTM
Clasificación Del Acero ASTM
42
LA SOLDADURA:
Es un proceso de fijación en donde se realiza la unión de dos o más piezas de un material
(generalmente metales o termoplásticos), usualmente logrado a través de la coalescencia
(fusión), en la cual las piezas son soldadas fundiendo, se puede agregar un material de aporte
(metal o plástico), que, al fundirse, forma un charco de material fundido entre las piezas a
soldar (el baño de soldadura) y, al enfriarse, se convierte en una unión fija a la que se le
denomina cordón. A veces se utiliza conjuntamente presión y calor, o solo presión por sí
misma, para producir la soldadura. Esto está en contraste con la soldadura blanda (en inglés
soldering) y la soldadura fuerte (en inglés brazing).
(https://www.soldexa.com.pe/soldexa/sp/support/documentation/upload/manual_de_bolsillo.pdf, s.f.)
Clasificación General De Los Procesos De Soldadura:
Figura 3. Clasifación - Soldadura (Soldexa)
43
DIRECCIÓN DE SOLDEO:
La dirección de soldadura estará en función del material y del espesor de la pieza a
soldar. Si se suelda acero, la dirección de soldadura es recomendable efectuarla de derecha a
izquierda, aunque la cantidad de material depositado es menor, se obtiene una velocidad de
soldadura elevada y un excelente aspecto del cordón. La soldadura de izquierda a derecha, la
calidad de la unión es inferior, dando lugar a un mayor calentamiento del cordón y una mayor
deposición del material en exceso. El primer tipo de soldadura es recomendable en la mayoría
de los casos, pero necesaria cuando se trata de chapas de pequeño espesor, como sucede con la
carrocería. En materiales como el aluminio, se hace obligatorio realizar la soldadura de derecha
a izquierda
Figura 4. Dirección De Soldeo (Soldexa-2019)
44
EFICIENCIA DE DEPOSICIÓN DEL MATERIAL DE APORTE:
Tabla 10. Eficiencia De Deposición
Eficiencia De Deposición
Procesos de soldadura Deposición del material de aporte
SMAW, Electrodos de 14" (356 mm) 56 – 65 %
SMAW, Electrodos de 18" (457 mm) 60 – 60 %
GTAW 99 %
GMAW , Alambre solido 90- 97 %
FCAW 92- 98 %
GMAW, Alambre Metal cored 78- 86%
SAW 90- 100%
VELOCIDAD DE DEPOSICIÓN DEL MATERIAL DE APORTE:
Es la cantidad de material de aporte depositada por unidad de tiempo
Se expresa en kg/h o lb/h.
La VD puede ser obtenida experimentalmente.
También la conocen como Rata de Deposición
Para el caso de FCAW, la VD indica la cantidad de alambre tubular que se deposita en la
junta, medida en kg/h o en lb/h; la VD en FCAW depende de:
La Velocidad de Avance que se le dé a la pistola
Diámetro del alambre tubular
Intensidad (mediada en Amperios) de la corriente eléctrica
El tipo de alambre tubular; es decir, si está formulado con gas de protección o es auto
protegido
45
TAMAÑO MÍNIMO DE SOLDADURA (AWS):
Tabla 11 .Tamaño Mínimo de Soldadura (AWS)
Tamaño Mínimo de Soldadura (AWS)
Tipo de Unión Espesor de la placa Tamaño mínimo de
soldadura
Unión filete
1/4" 1/8"
1/4" – 1/2" 3/16"
1/2" – 3/4" 1/4"
3/4" – 1 1/2" 5/16"
1 1/4" – 2 1/2" 3/8"
2 1/4" – 6" 1/2"
6" a mas 5/8"
Unión acanalada
1/4" 1/8"
1/4"- 1/2" 3/16"
1/2"- 3/4" 1/4"
3/4" a mas 5/16"
TIPOS DE SOLDADURA A EMPLEAR EN EL PROYECTO DE
FABRICACIÓN:
PROCESO DE SOLDEO POR SMAW:
El proceso de electrodo revestido (Manual), identificado por la AWS como SMAW
(Shield Metal Arc Welding), es un proceso de soldadura por arco eléctrico entre un electrodo
revestido y un metal base.
En la soldadura de electrodos revestidos el amperaje queda fijado por el diámetro del
electrodo y tipo de revestimiento, el voltaje por la longitud del arco.
46
LAS FUNCIONES QUE CUMPLE EL REVESTIMIENTO SON LAS
SIGUIENTES:
Protección del metal fundido a través de la generación de gas, de la escoria, provee
desoxidantes, provee elementos de aleación, facilita el inicio del arco y su estabilidad,
determina la forma del cordón y su penetración, establece la posición de soldadura, transmite
mayor o menor calor y determina la viscosidad y fusión de la escoria.
VANTAJA:
Bajo nivel de inversion
Proceso simple, flexible y portable
Acceso a juntas en lugares difíciles de llegada
Uso en exteriores, al aire libre
Capacidad de soldar la mayoría de los metales ferrosos y no ferrosos
LIMITACIONES:
La productividad, las velocidades de deposición con electrodo revestido son
menores que aquéllas obtenidas el proceso de soldadura Mig-Mag
El rendimiento del electrodo revestido (60%) es menor que el alambre macizo
del proceso Mig-Mag (95%)
PROCESO DE SOLDEO POR FCAW:
Este proceso se caracteriza por usar un electrodo de alambre Tubular relleno de
Fundente (polvos químicos y metálicos), este alambre es alimentado en forma continua a través
de una pistola; se crea un arco entre el alambre y la pieza del trabajo que produce el suficiente
calor para fundir el metal base y el material de aporte, una vez fundido, el alambre es
depositado en la junta(unión) formando un cordón de soldadura protegido por una fina capa de
escoria, este proceso puede tener o no tener protección gaseosa.
47
PROPIEDADES DEL PROCESO FCAW, FRENTE A LOS DIFERENTES
PROCESOS DE SOLDEO:
En muchas aplicaciones el FCAW produce uniones de alta calidad a un menor costo y
con menos esfuerzo del soldador que el SMAW.
FCAW es más amigable que GMAW.
FCAW es más flexible y adaptable que SAW.
Metal de soldadura depositado de alta calidad.
Excelente apariencia (soldaduras con superficies lisas y uniformes)
Los Filetes producidos en 2F (posición horizontal) son de excelente contorno
Pueden soldarse diversos aceros en un amplio rango de espesores
Alto factor de operación (fácilmente automatizable)
Alta velocidad de deposición (alta densidad de corriente)
Relativamente alta eficiencia de deposición del electrodo
La Ingeniería de diseño de las juntas es económica
Menor limpieza previa que la requerida en GMAW
Menor distorsión que en SMAW
Velocidad de Deposición hasta 4 veces mayor que en SMAW
Alta tolerancia a contaminantes que puedan producir agrietamiento
Resistencia al agrietamiento debajo del cordón
Los metales de aporte tipo metal-cored producen muy baja escoria con buenas
propiedades
Más económico que el GMAW, especialmente para soldadura en posición a pesar del
mayor costo del alambre tubular
Menor riesgo de defectos de fusión que en GMAW
Menos salpicaduras y sensibilidad a la porosidad que GMAW
48
Los alambres auto protegidos eliminan la necesidad del gas de protección o del fundente
externo
En muchas aplicaciones se obtiene mayor productividad que con proceso GMAW
LIMITACIONES DEL PROCESO FCAW:
Actualmente está limitado a la unión de aleaciones ferrosas y aleaciones base níquel.
El alambre tubular tiene un mayor costo por peso que el alambre macizo, excepto para
ciertos aceros de alta aleación.
El equipamiento es más costoso y complejo que el utilizado en SMAW, aunque el aumento
de la productividad generalmente compensa su costo.
La fuente de poder y el alimentador de alambre deben estar relativamente cerca del lugar
de la producción del Weld.
Para la modalidad FCAW-G, la protección externa puede ser afectada adversamente por
corrientes de aire.
(https://www.soldexa.com.pe/soldexa/sp/support/documentation/upload/manual_de_bolsillo.pdf, s.f.)
49
TABLA DE REGULACIONES APROXIMADAS PARA SOLDADURAS CON
ALAMBRE TUBULAR EN DIFERENTES DIÁMETROS FCAW:
Tabla 12 .Regulación Según Diámetro Para FCAW
Regulación Según Diámetro Para FCAW
Diámetro del Alambre Rango de Voltaje (v) Rango de Amperaje Rango Alambre pulg. x
min.
.035’’ 20-25 90-130 200-300
.045’’ 23-29 140-185 200-300
.052’’ 22-29 150-240 150-300
1/16’’ 22-28 180-295 125-250
Recomendación Para El Soldeo Fcaw En Las Estructuras:
ELECTRODO E6011 1/8 (3.5MM):
El electrodo 6011 posee un revestimiento de tipo celulósico diseñado para ser usado
con corriente alterna, pero también se le puede usar con corriente continua, electrodo positivo.
La rápida solidificación del metal depositado facilita la soldadura en posición vertical
y sobre cabeza.
El arco puede ser dirigido fácilmente en cualquier posición, permitiendo altas
velocidades de deposición (soldadura).
Figura 5 . Recomendación para el soldeo por FCW
(soldexa)
50
Tabla 13 .Electrodo E6011 1/8 (3.5mm):
Electrodo E6011 1/8 (3.5mm):
CARACTERÍSTICAS DETALLE
Uso Este electrodo es apto para ser utilizado en todas
las aplicaciones de soldadura en acero dulce,
especialmente en trabajos donde se requiera penetración.
aplicación Cordón de raíz en cañerías. Cañerías de
oleoductos. Reparaciones generales. Estructuras.
Planchas galvanizadas.
seguridad Debe seguirse el mismo procedimiento utilizado
para soldar con un electrodo E-6010.
certificación Canadian Welding Bureau American Bureau of
Shipping Lloyd's Register of Shipping
tipo Corrientes
Material a soldar Acero al carbono
Tipo de corriente AC/DC
diámetro 1/8”
CARACTERÍSTICAS Y CAMPOS DE USOS:
Electrodo con hierro en polvo en el revestimiento. La rápida solidificación del metal
depositado, facilita la soldadura en posición vertical y sobre cabeza.
Es apto para ser ocupado en variadas aplicaciones de soldadura, especialmente en
trabajos que se requiera alta penetración.
Aplicaciones típicas se encuentran en cordón de raíz de cañerías, reparaciones
generales, estructuras y planchas galvanizadas
51
ANÁLISIS TÍPICO DEL METAL DEPOSITADO (% EN PESO):
C, % Mn, %
Si, %
P, %
S, % Cr, %
Ni, %
Mo, %
0,11 0,41 0,23 0,010
0,017
0,02
0,02
0,01
PROPIEDADES MECÁNICAS TÍPICAS DEL METAL DEPOSITADO:
Tabla 2. Propiedades Mecánicas Típicas Del Metal Depositado(SOLDEXA)
Propiedades Mecánicas Típicas Del Metal Depositado(SOLDEXA)
Tratamiento
Térmico
Esf.
Fluencia en
0.2%, MPa
Esf. Máx.
de Tracción,
MPa
Elongación
(L=4d), % E. Absorbida
Ch-v
S/T. T
424
495 27
34J a -30º C
ELECTRODO E7018-A1:
Electrodo revestido de tipo básico, de bajo hidrógeno con polvo de hierro, tiene buena
tasa de deposición y arco suave, el depósito de soldadura contiene molibdeno (0,5% Mo) lo
que lo hace recomendable para trabajar a temperaturas intermedias (350 - 550°C), en donde
resultará la mejor resistencia a la tracción.
52
Tabla 3 Propiedades, E7918 (SOLDEXA -2019)
Propiedades, E7918 (SOLDEXA -2019)
53
AISC-LRFD:
La normativa del American Institute for Steel Construction (AISC) en su versión para
diseño en Estado Límite Último (Load Resistance Factor Design: LRFD) autoriza en su
apartado A.2 las construcciones de tipo flexibles o parcialmetne restringidas (PR: Partially
Restrained). En este tipo de construcciones, se supone que las conexiones no poseen suficiente
como para mantener los ángulos entre los miembros. Cuando se considera la restricción debida
a la unión, el empleo de la construcción de Tipo PR bajo esta especificación requiere que la
resistencia, rigidez y ductilidad de las conexiones se incorporen al análisis y diseño. Estas
características deberán documentarse en la literatura técnica o establecerse por medios
analíticos o experimentales.
El LRFD Recoge una serie de recomendaciones para este tipo de uniones. Pero la
información proporcionada en esta tercera y última edición de la LRFD (2003c) es más bien
escasa:
El comportamiento de las conexiones de momento PR (. . .) “es intermedio entre la
flexibilidad de las conexiones a cortante y la rigidez total de las conexiones de momento FR.
La Sección A.2 de la Especificación LRFD permite el empleo de conexiones PR, siempre que
se verifique que la conexión empleada es capaz de proveer, como mínimo, un porcentaje
predecible de restricción. Para más información en el empleo de conexiones PR, véase
Deierlein, Hsieh y Shen (1990); Gerstle y Ackroyd (1989); Geschwindmer (1991); Goverdhan
(1983); Kishi, Chen, Got y Matsuoka (1986); Nethercot y Chen (1988)”.
Ésta es toda la referencia a este tipo de uniones que se realiza dentro de la LRFD
(2003c). Como alternativa, propone el empleo de conexiones flexibles a momento.
No hay una reglamentación clara en el ámbito americano sobre el cálculo y diseño de
este tipo de construcción, más allá de permitir su uso e insistir en la importancia de basarse en
54
métodos experimentales o analíticos suficientemente contrastados.
MÉTODOS DE DISEÑO PROPUESTOS POR EL AISC:
Dos son los enfoques del Diseño estructural en acero conforme a lo disponible a la
fecha: “Diseño por Esfuerzos Permisibles”, conocido por sus siglas ASD (Allowable Stress
esign) Diseño por Factores de Carga y Resistencia o Estados límites”, conocido por sus siglas
LRFD (Load and Resistance Factor Design).
El método ASD ya tiene más de 100 años de aplicación; con él se procura conseguir
que los esfuerzos unitarios actuantes reales en los miembros estructurales sean menores que
los esfuerzos unitarios permisibles, aconsejados por el reglamento.
Sin embargo, durante las dos últimas décadas, el diseño estructural se está moviendo
hacía un procedimiento más racional basado en conceptos de probabilidades. En esta
metodología (LRFD) se denomina “estado límite” aquella condición de la estructura en la
cual cesa de cumplir su función.
Los estados límites se dividen en dos categorías: Resistencia y Servicio. El primer
estado tiene que ver con el comportamiento para máxima resistencia dúctil, pandeos, fatiga,
fractura, volteo o deslizamiento. El segundo estado tiene que ver con la funcionalidad de la
estructura, en situaciones tales como deflexiones, vibraciones, deformación permanente y
rajaduras.
Lo que se pretende, entonces, es conseguir que la estructura no sobrepase los estados
límites mencionados, pero como es imposible conseguir riesgo cero en la práctica, el
diseñador se debe conformar con una probabilidad adecuada. Para poder conseguirla se debe
55
basar en métodos estadísticos, que se denominan “Métodos de Confiabilidad de momentos
de primer orden-segundo orden” para no sobrepasar la resistencia de los elementos, que es lo
que más preocupa al diseñador.
Aceptando los criterios de base estadística en los que se basa este nuevo método, se puede
expresar el requerimiento de seguridad estructural como sigue:
Rn iQi
La parte izquierda de la inecuación representa la resistencia del componente o sistema,
y la parte derecha representa la carga máxima esperada. La resistencia nominal Rn es reducido
por un factor menor que la unidad (factor de resistencia) para obtener la “Resistencia de
Diseño”. Al otro lado de la inecuación, las cargas son amplificadas por sus respectivos
factores de mayor acción para tener las cargas factorizadas.
Durante la última década ha ganado terreno en USA la adopción de la filosofía de diseño
AISC-Diseño por Factores de Carga y Resistencia (AISC-LRFD), en especial para el caso de
las estructuras de acero, desde la divulgación de las Especificaciones AISC-86
correspondientes y que están basadas en los siguientes criterios:
a) Un modelo basado en probabilidades
b) Calibración de los resultados con los que se obtiene en el método ASD, con el objeto
que las estructuras no sean muy diferentes entre ambos métodos.
ALGUNAS DE LAS VENTAJAS DE ESTE PROCEDIMIENTO SON:
Es una herramienta adicional para que el diseñador no difiera en su concepto de
solución que emplea en diseño estructuras, por ejemplo.
56
LRFD aparece más racional y por lo tanto se acerca más a la realidad de lo que ocurre
en la vida útil de la estructura.
El uso de varias combinaciones de cargas conduce a economía de la solución, porque
se acerca con más exactitud a lo que ocurra.
Facilita el ingreso de las bases de diseño conforme más información esté disponible.
Es posible introducir algunos cambios en los factores 𝛾i o ∅ cuando se conoce con
mayor exactitud la naturaleza de las cargas. Esto tiene importancia cuando existen
cargas no usuales, o mejor conocimiento de la resistencia.
Futuros ajustes y calibraciones serán más fáciles de hacer.
MÉTODO DE ANÁLISIS SEGÚN EN EL REGLAMENTO E-070:
Las especificaciones AISC mencionadas anteriormente son reconocidas en Perú por
el RNC en la Norma E-070 a falta de unas especificaciones nacionales. Por supuesto que en
esta se presentan ligeras modificaciones con respecto a lo enunciado por las especificaciones
AISC.
El diseño por resistencia, como ya se indicó presenta la ventaja que el factor de
seguridad de los elementos analizados puede ser determinado. La norma peruana de estructuras
metálicas E-070 introduce el factor de seguridad en el diseño atraves de dos mecanismos. Estos
son: amplificación de las cargas de servicio y reducción de la resistencia teórica de la pieza o
reducción de la capacidad, como lo hace la metodología AISC-LRFD antes mencionada.
Las cargas de servicio se estiman a partir del metrado de cargas teniendo como base
la norma E-020 de cargas, y el análisis estructural se efectúa bajo la hipótesis de un
comportamiento elástico de la estructura. Para nuestro caso el SAP2000, software auxiliar
usado tanto para el análisis como diseño estructural, realizará el análisis elástico lineal de la
estructura.
57
COEFICIENTE DE AMPLIACIÓN DE CARGAS DE SERVICIO:
El código peruano clasifica las cargas en muertas, vivas, sismo, viento, nieve, etc.
La carga última de diseño o efectos máximos últimos que intervienen en los estados límites
es la suma de las diversas cargas actuantes en la estructura, afectadas por un factor de
amplificación. Este factor de amplificación pretende mostrar la probabilidad que existe de que
la carga estimada sea superada en la realidad. La carga muerta por ejemplo es evaluada con
mayor precisión que la carga viva o sobrecarga por eso su factor de amplificación es menor.
Los factores de Amplificación utilizados por el Reglamento Nacional de
Construcción (RNC) han sido tomados del AISC.
A continuación, se da una tabla donde se muestran las diversas combinaciones con
la numeración AISC respectiva. Se le adiciona un comentario para indicar, en la combinación
correspondiente, la posible ocurrencia del tipo de carga esperado, en la vida útil de la
estructura.
FACTORES DE REDUCCIÓN DE CAPACIDAD DE CARGA:
Los factores de reducción de la capacidad usados en el RNC han sido
tomados del AISC y son los que se presentan a continuación: (Ticona, 2017)
58
FACTORES DE REDUCCIÓN DE RESISTENCIA:
Tabla 4 Factores De Reducción De Resistencia:
Factores De Reducción De Resistencia:
Valor de
Miembro o Conector
0.9
Sección total en tracción
0.75
Sección neta de conexión en tracción
0.9
Miembros en flexión
0.85
Miembros en comprensión axial
0.75
Pernos en tracción
59
DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PROGRAMA AUTODESK
INVENTOR:
Autodesk Inventor es un programa de computación tipo CAD (Diseño Asistido por
Computadora) utilizado en la industria para el diseño mecánico.
Se basa en el diseño paramétrico y permite realizar modelos de piezas y mecanismos en 2D y
3D, simular movimiento y dibujar planos con gran facilidad.
HERRAMIENTAS DISPONIBLES EN EL PROGRAMA:
Entre las herramientas más importantes del programa para el desarrollo de este diseño
se deben mencionar.
Dibujo paramétrico en 2D: se realizan bosquejos de las piezas y luego se asignan
dimensiones y restricciones que pueden cambiarse en cualquier momento permitiendo la
evolución del diseño.
Modelado en 3D: por medio de una serie de comandos que incluyen extrusión,
revolución, etc., los bosquejos en 2D se transforman en piezas tridimensionales.
Ensamble de piezas: se combinan distintas piezas en un solo entorno y luego de
asignarles restricciones de movimiento relativo entre sí, se da lugar a un mecanismo simulado
virtualmente.
Análisis de esfuerzos: aplicando vectores de fuerza a diferentes partes del mecanismo
y piezas, el programa realiza un análisis de elemento finito y muestra los esfuerzos totales
en diferentes regiones. Útil sobretodo en piezas de geometría compleja.
60
Creación de planos adaptativos: se realizan dibujos mecánicos a partir de las piezas modeladas
en tres dimensiones. Los planos se actualizan automáticamente a medida que el diseño del
modelo cambia.
VENTAJAS DEL DISEÑO ASISTIDO POR COMPUTADORA:
El diseño asistido por computadora ofrece muchas ventajas que a la larga permiten
reducir tiempo y costos. Algunas de ellas son.
Crear piezas con geometría adaptativa que cambian con el tiempo con sólo variar ciertas
dimensiones o parámetros.
Simular mecanismos que permiten observar las diferentes posiciones del mismo y
evaluar que no existan interferencias entre piezas.
Realizar análisis de esfuerzos a piezas de geometrías complejas de manera casi
instantánea. Esto permite encontrar fallas en el diseño con gran facilidad y resolverlos
cambiando sus dimensiones o materiales.
Reducir el tiempo de elaborar diferentes propuestas de diseño.
Hacer planos muy rápidamente y con precisión de acuerdo a las normas del dibujo
mecánico. Ante cualquier modificación se adaptan automáticamente. La escala de los dibujos
se puede cambiar a voluntad. (Ticona, 2017)
61
SISTEMA PARARRAYOS:
Un pararrayos es un instrumento cuyo objetivo es atraer un rayo ionizado del aire para
conducir la descarga hacia la tierra, de tal modo que no cause daños a personas o
construcciones. Fue inventado en 1753 por Benjamín Franklin. El primer modelo se conoce
como «pararrayos Franklin», en homenaje a su inventor.
Figura 6. Protección Pararrayos (Fuentehttps://Www.Academia.Edu/34893171/TRABAJO_PARARRAYOS-
FUNDAMENTOS_DE_LA_ING._ELECTRICA)
62
PUESTA A TIERRA:
Es la conexión de las superficies conductoras expuestas (gabinetes metálicos) a algún
punto no energizado; comúnmente es la tierra sobre la que se posa la construcción, de allí el
nombre. Al sistema de uno o varios electrodos que proveen la conexión a tierra se le llama
«toma de tierra». Las puestas a tierra se emplean en las instalaciones eléctricas como una
medida de seguridad. En caso de un fallo donde un conductor energizado haga contacto con
una superficie conductora expuesta o un conductor ajeno al sistema hace contacto con él, la
conexión a tierra reduce el peligro para humanos y animales que toquen las superficies
conductoras de los aparatos. Dependiendo del sistema, el fallo puede provocar que se
desconecte el suministro por un interruptor termomagnético, un interruptor diferencial o un
dispositivo monitor del aislamiento
Figura 7. Puesta A Tierra ( Fuente
https://dspace.ups.edu.ec/bitstream/123456789/405/13/UPS-CT001929.pdf
63
8. OBJETIVOS:
a. Objetivo general:
Determinar los cálculos y dimensiones necesarios para optimizar el diseño estructural
de un taller mecanico para fabricación de estructuras metalicas en la empresa Tecnología,
Mantenimiento e Ingeniería Perú SAC.
b. Objetivos específicos:
a.Analizar los esfuerzos admisibles permitirá optimizar el diseño estructural de un taller
mecanico para fabricación de estructuras metalicas en la empresa Tecnología, Mantenimiento
e Ingeniería Perú SAC.
b. Identificar los factores de carga y resistencia que se debe tenerse en cuenta para
optimizar el diseño estructural de un taller mecanico para fabricación de estructuras metalicas
en la empresa Tecnología, Mantenimiento e Ingeniería Perú SAC.
c. Determinar la importancia del uso de la normativa ANSI/AISC 360-05 y
Metodología AISC – RLDF, en la optimización del diseño estructural de un taller mecanico
para fabricación de estructuras metalicas en la empresa Tecnología, Mantenimiento e
Ingeniería Perú SAC.
d. Identificar los costos para el diseño estructural planteado mediante un análisis
eficiente, frente a una estructura tijeral- unión soldada.
e. Determinar el tiempo de ejecución en el proceso de analisis y optimización del diseño
estructural de un taller mecanico para fabricación de estructuras metacas en la Empresa
Tecnología, Mantenimiento e Ingeniería Perú SAC.
64
9. HIPÓTESIS:
Es posible que mediante la optimización del diseño estructural basado en
las normas propias del país (norma técnica de edificaciones E-090) de acuerdo a las
normas internacionales así como (AISC,RLDF) de un taller mecanico para fabricación de
estructuras metalicas en la empresa Tecnología, Mantenimiento e Ingeniería Perú SAC, mejore
el desarrollo de las actividades de pintura, uso de equipos y/o herramientas para el izaje y por
último la radiación solar que perjudica al personal que labora en la empresa.
65
CAPÍTULO II: PLANTEAMIENTO OPERACIONAL
66
1. TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS:
Tabla 5 Técnicas E Instrumentos De Recolección De Datos
Técnicas E Instrumentos De Recolección De Datos
VARIABLES
INDICADORES
SUD-
INDICADORES
TÉCNICAS DE
RECOLEECIÓN
DE DATOS
INSTRUMENTOS
DE
RECOLECCIÓN
DE DATOS
Diseño
Estructural
Ingeniería
Análisis de
esfuerzos
admisibles
Factores de
carga y
resistencia
Normatividad
ANSI/AISC
360-05
Metodología
AISC - RLDF
Optimización
del Diseño
Estructural
Economía
Costo de
Fabricación
Observacion Ficha de
observación
Tiempo de
ejecución
Materiales SMAW,
Electrodos
Soldadura
Plancha de
acero
67
Para el indicador “Ingeniería”, de la variable “Diseño Estructural”se utilizará la técnica de la
observación, con la aplicación del instrumento de recolección de ficha de observación.
FICHA DE OBSEVACIÓN
Tabla 6 Ficha De Observacion Ingeniería (Fuente Elaboración Propia)
Ficha De Observacion Ingeniería (Fuente Elaboración Propia)
CARACTERÍSTICAS
ATRIBUTOS
parámetros
ANSI/AISC 360-
05
Resultado
obtenido p.correcto No aplica
Perfil nº 1,2 W6x25 Fy=300MPa, Fu=440MPa de alma y ala compacta
Momento flextor
parámetros de
seguridad
Límite de tracción de
pernos
Figura 8. Plano De Detalle Unión Viga-Viga (Advance Steel)
68
Para el indicador “Normatividad”, de la variable “Diseño estructural”se utilizará la técnica
de la observación, con la aplicación del instrumento de recolección de ficha de observación.
FICHA DE OBSEVACIÓN
Tabla 7. Ficha De Observacion Normatividad (Fuente Elaboración Propia)
Ficha De Observacion Normatividad (Fuente Elaboración Propia)
CARACTERÍSTICAS
ATRIBUTOS
parámetros
ANSI/AISC 360-
05
Resultado
obtenido p.correcto No aplica
Perfil nº 1,2 w6x16 Fy=300MPa, Fu=440MPa de alma y ala compacta y placa
base
Resistencia de la placa
base
Unión viga-columna
(911.6 KN)
Soldadura adecuada
Vj,Rd=208kn =6mm
69
Para el indicador “Economía” de la variable “Optimización del Diseño estructural”se
utilizará la técnica de la observación, con la aplicación del instrumento de recolección de ficha
de observación.
FICHA DE OBSERVACIÓN
Tabla 8. Ficha De Observacion Economia (Fuente Elaboracion Propia)
Ficha De Observacion Economia (Fuente Elaboracion Propia)
CARACTERÍSTICAS
SISTEMA DE DISEÑO POR PERFILES “W” – UNION RIGIDA
COSTO DESPERDICIO TIEMPO
Costo de fabricación,montaje
SISTEMA DE DISEÑO POR SISTEMA TIJERAL-UNION SOLDADA
COSTO DESPERDICIO TIEMPO
Costo de fabricación,montaje
Según la interrogante en esta tesis de grado hacemos una comparación con sistema
tijeral de unión soldada, en el uso de acero estructural en estos casos se deduce que el costo de
mano de obra y tiempo de ejecución por maniobrabilidad de fabricación y montaje estructural
es considerablemente menor con respecto al sistema tijeral de unión soldada.
70
2. CAMPO DE VERIFICACIÓN:
a. Ubicación espacial:
La presente investigación para la obtención de datos, se desarrolló en la empresa
“TECNOLOGÍA, MANTENIMIENTO E INGENIERÍA PERÚS.A.C” ubicado en Sector 2
Mza. I Lote. 8 Avis. El Altiplano - Zona B Arequipa/Arequipa/Yura, en donde se aplicaron los
instrumentos de recolección de datos y los análisis correspondientes.
b. Ubicación temporal:
El presente trabajo de investigación tendrá una duración de un periodo de 15 semanas,
luego de la aprobación del trabajo de investigación.
c. Unidades de estudio:
Para la primera variable “Analisis y Diseño Estructural.”, el instrumento concluyente
es la Ficha de observación.
Para la segunda variable “Optimizacion del Diseño Estructural”el instrumento
concluyente es la Ficha de observación.
3. ESTRATEGIAS DE RECOLECCIÓN DE DATOS:
a. Recolección de datos
Para la primera variable “Análisis y Diseño Estructural.”, el instrumento concluyente
es la Ficha de observación.
Para la segunda variable “Optimización del Diseño Estructural “el instrumento
concluyente es la Ficha de observación.
Para poder alcanzar los objetivos propuestos en la presente investigación se revisó de
manera critica la información recogida, a través de fichas de observación sobre el estado actual
71
del taller mecánico. Para la realización de la optimización del diseño estructural del taller
mecánico se recurrirá a los siguientes pasos:
Análisis matemático y cálculos a través de la utilización de un software en normativa
para la realización de la ingeniería.
Aplicación de fichas de observación en la normativa ANSI/AISC 360-05 y Metodología
AISC - RLDF
Posteriormente a través de un análisis documental realizara el análisis de costos de los
materiales y el cálculo del tiempo para su ejecución
Todo el procedimiento que se llevara a cabo se realiza en coordinación con los
elementos de las unidades de estudios
b. Tratamiento de los datos
Se procederá a la aplicación de los instrumentos, con una justificación del propósito de
cada uno de ellos.
Al obtener los resultados se procederá al análisis e interpretación para luego hacer su
presentación de los mismos en cuadros estadísticos, utilizando el software que en este caso será
el Excel, autodesk robot estructural.
c. Análisis de la información
Personal investigador, para la elaboración del proyecto y aplicación de los
instrumentos, conjuntamente con un Asesor.
Instrumentos a aplicarse, Materiales de escritorio, computadora, paquete estadístico y
movilidad.
Financiamiento, el trabajo de investigación se solventará con recursos propios del
investigador.
72
Figura 10 . costo de la estructura (Fuente Elaboracion Propia)
Figura 9. Presupuesto De La Estructura ( S10)
73
4.3CRONOGRAMA DEL PROYECTO
Figura 10. Cronograma De Fabricación Y Montaje Estructural(Propio)
Figura 11 . Cronograma De Trabajo (Fuente Elaboracion Propia)
74
CAPÍTULO III: RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN
75
CÁLCULOS DE LAS ESTRUCTURAS DE ACERO:
Figura 12. Análisis De Vigas (Propio)
Norma: ANSI/AISC 360-05 An American National Standard, March 9.2005
Tipo de análisis: Verificación de las barras
Grupo:
Barra: 1 Barra_1 puntos: 3coordenada: x = 1.00 L = 6.00 m
Cargas:
Caso de carga más desfavorable: 2 EXPL1
MATERIAL:
STEEL Fy = 300.00 MPa Fu = 440.00 MPa E = 200000.00 MPa
parámetros de la sección: W 6x25
d=162 mm Ay=3570 mm2 Az=1317 mm2 Ax=4735 mm2
bf=154 mm Iy=22226758 mm4 Iz=7117557 mm4 J=191883 mm4
tw=8 mm Sy=274316 mm3 Sz=92177 mm3
76
tf=12 MM zY=309716 MM3 zZ=140273 MM3
Parámetros de la Barra:
Ly = 6.00 m Lz = 6.00 m
Ky = 1.00 Kz = 1.00 Lb = 6.00 m
KLy/ry = 87.58 KLz/rz = 154.76 Cb = 1.00
Esfuerzos internos: resistencias de dimensionamiento
Pr = 301.81 kgf Fic*Pn = 31410.85 kgf
Mry = -498.22 kgf*m Fib*Mny = 6401.24 kgf*m
Vrz = -139.57 kgf Fiv*Vnz = 24176.30 kgf
Parámetro de seguridad
Fib = 0.90 Fic = 0.90 Fiv = 1.00
Elementos de la sección:
ala = compacto alma = compacto
Formulas de verificación:
Pr/(2*Fic*Pn) + Mry/(Fib*Mny) = 0.08 < 1.00 LRFD (H1-1b) Verificado
Vrz/(Fiv*Vnz) = 0.01 < 1.00 LRFD (G2-1) Verificado
Ky*Ly/ry = 87.58 < (K*L/r),max = 200.00 Kz*Lz/rz = 154.76 < (K*L/r),max = 200.00
ESTABLE
Perfil correcto !!!
77
Cálculos de las estructuras de acero
Norma: ANSI/AISC 360-05 An American National Standard, March 9,2005
Tipo de análisis: Verificación de las barras
GRUPO:
Barra: 2 Barra_2 Puntos: 3 Coordenada: x = 1.00 L = 6.00 m
Cargas:
Caso de carga más desfavorable: 2 EXPL1
MATERIAL:
STEEL Fy = 300.00 MPa Fu = 440.00 MPa E = 200000.00 MPa
Parametros de la seccion: W 6x25
d=162 mm Ay=3570 mm2 Az=1317 mm2 Ax=4735 mm2
bf=154 mm Iy=22226758 mm4 Iz=7117557 mm4 J=191883 mm4
tw=8 mm Sy=274316 mm3 Sz=92177 mm3
tf=12 mm Zy=309716 mm3 Zz=140273 mm3
Parametros de la barra:
Ly = 6.00 m Lz = 6.00 m
Ky = 1.00 Kz = 1.00 Lb = 6.00 m
KLy/ry = 87.58 KLz/rz = 154.76 Cb = 1.00
Esfuerzos internos: Resistencias de dimensionamiento
Pr = 301.81 kgf Fic*Pn = 31410.85 kgf
78
Mry = 498.22 kgf*m Fib*Mny = 6401.24 kgf*m
Vrz = 139.57 kgf Fiv*Vnz = 24176.30 kgf
Parámetro de seguridad
Fib = 0.90 Fic = 0.90 Fiv = 1.00
Elementos de la sección:
ala = compacto alma = compacto
Formulas de verificación:
Pr/(2*Fic*Pn) + Mry/(Fib*Mny) = 0.08 < 1.00 LRFD (H1-1b) Verificado
Vrz/(Fiv*Vnz) = 0.01 < 1.00 LRFD (G2-1) Verificado
Ky*Ly/ry = 87.58 < (K*L/r),max = 200.00 Kz*Lz/rz = 154.76 < (K*L/r),max = 200.00
Estable
Perfil correcto !!!
Cálculos de las estructuras de acero
Norma: ANSI/AISC 360-05 An American National Standard, March 9,2005
Tipo de análisis: Verificación de las barras
Grupo:
Barra: 5 Barra_5 Puntos: 1 Coordenada: X = 0.00 L = 0.00 M
Cargas:
Caso de carga más desfavorable: 2 EXPL1
Material:
79
STEEL Fy = 300.00 MPa Fu = 440.00 MPa E = 200000.00 MPa
Parámetros de la sección: W 5x16
d=127 mm Ay=2323 mm2 Az=776 mm2 Ax=3039 mm2
bf=127 mm Iy=8907353 mm4 Iz=3125898 mm4 J=79916 mm4
tw=6 mm Sy=139993 mm3 Sz=49227 mm3
tf=9 mm Zy=157807 mm3 Zz=75053 mm3
Parámetros de la barra:
Ly = 6.01 m Lz = 6.01 m
Ky = 1.00 Kz = 1.00 Lb = 6.01 m
KLy/ry = 111.10 KLz/rz = 187.54 Cb = 1.00
Esfuerzos internos: Resistencias de dimensionamiento
Pr = 196.05 kgf Fic*Pn = 13726.80 kgf
Mry = -471.11 kgf*m Fib*Mny = 2958.77 kgf*m
Vrz = 268.57 kgf Fiv*Vnz = 14238.63 kgf
Parámetro de seguridad
Fib = 0.90 Fic = 0.90 Fiv = 1.00
Elementos de la sección:
ala = compacto alma = compacto
Formulas de verificación:
Pr/(2*Fic*Pn) + Mry/(Fib*Mny) = 0.17 < 1.00 LRFD (H1-1b) Verificado
Vrz/(Fiv*Vnz) = 0.02 < 1.00 LRFD (G2-1) Verificado
80
Ky*Ly/ry = 111.10 < (K*L/r),max = 200.00 Kz*Lz/rz = 187.54 < (K*L/r),max = 200.00
Estable
Perfil correcto !!!
Calculos de las estructuras de acero
Norma: ANSI/AISC 360-05 An American National Standard, March 9,2005
Tipo de análisis: Verificación de las barras
Grupo:
Barra: 6 Barra_6 Puntos: 3 Coordenada: x = 1.00 L = 6.01 m
Cargas:
Caso de carga más desfavorable: 2 EXPL1
Material:
STEEL Fy = 300.00 MPa Fu = 440.00 MPa E = 200000.00 MPa
Parametros de la seccion: W 5x16
d=127 mm Ay=2323 mm2 Az=776 mm2 Ax=3039 mm2
bf=127 mm Iy=8907353 mm4 Iz=3125898 mm4 J=79916 mm4
tw=6 mm Sy=139993 mm3 Sz=49227 mm3
tf=9 mm Zy=157807 mm3 Zz=75053 mm3
Parametros de la barra:
Ly = 6.01 m Lz = 6.01 m
Ky = 1.00 Kz = 1.00 Lb = 6.01 m
KLy/ry = 111.10 KLz/rz = 187.54 Cb = 1.00
Esfuerzos internos: Resistencias de dimensionamiento
Pr = 195.84 kgf Fic*Pn = 13726.80 kgf
81
Mry = -465.42 kgf*m Fib*Mny = 2958.77 kgf*m
Vrz = -267.53 kgf Fiv*Vnz = 14238.63 kgf
Parámetro de seguridad
Fib = 0.90 Fic = 0.90 Fiv = 1.00
Elementos de la sección:
ala = compacto alma = compacto
Formulas de verificación:
Pr/(2*Fic*Pn) + Mry/(Fib*Mny) = 0.16 < 1.00 LRFD (H1-1b) Verificado
Vrz/(Fiv*Vnz) = 0.02 < 1.00 LRFD (G2-1) Verificado
Ky*Ly/ry = 111.10 < (K*L/r),max = 200.00 Kz*Lz/rz = 187.54 < (K*L/r),max = 200.00
ESTABLE
Perfil correcto !!!
82
CÁLCULO DE LA PLACA BASE EMPOTRADA
según la norma 3: EN 1993-1-8:2005/AC:2009 + CEB
Guía de diseño: diseño de fijaciones en hormigón
Relación
0.73
Figura 13. Cálculo Realizado Placa Base Empotrada (Propio)
83
GENERAL
Unión N.°: 1
Nombre de la unión: Pié de pilar-placa base
Nudo de la estructura: 1
Barras de la estructura: 1
GEOMETRÍA
PILAR
Perfil: W 6x25
Barra N.°: 1
Lc = 6.00 [m] Longitud del pilar
Material: STEELA36
CHAPA DEBAJO DE LA BASE DEL PILAR
lpd = 320 [mm] Longitud
bpd = 200 [mm] Anchura
tpd = 13 [mm] Espesor
Material: STEEL
fypd = 300.00 [MPa] Resistencia
fupd = 440.00 [MPa] Límite de resistencia del material
84
ANCLAJE
El plano de corte atraviesa la parte NO FILETEADA de un tornillo.
Clase = A307 Clase de anclajes
fyb = 248.08 [MPa] Límite de plasticidad del material del tornillo
fub = 413.40 [MPa] Resistencia del material del tornillo a la tracción
d = 16 [mm] Diámetro del tornillo
nH = 2 Número de columnas de tornillos
nV = 2 Número de líneas de tornillos
Separación horizontal eHi = 240 [mm]
Separación vertical eVi = 110 [mm]
RIGIDIZADOR
ls = 320 [mm] Longitud
ws = 200 [mm] Anchura
hs = 162 [mm] Altura
ts = 10 [mm] Espesor
d1 = 20 [mm] Entalla
d2 = 20 [mm] Entalla
COEFICIENTES DE MATERIAL
gM0 = 1.00 Coeficiente de seguredad parcial
gM2 = 1.25 Coeficiente de seguredad parcial
gC = 1.50 Coeficiente de seguredad parcial
85
gM0 = 1.00 Coeficiente de seguredad parcial
CIMENTACIÓN
L = 500 [mm] Longitud de la cimentación
B = 500 [mm] Anchura de la cimentación
H = 1000 [mm] Altura de la cimentación
Hormigón
Clase CONCR
fck = 20.00 [MPa] Resistencia característica a la compresión
Capa de arena
tg = 50
[mm
]
Espespor da la capa de arena
fck,g
=
12.0
0
[MP
a]
Resistencia característica a la compresión
Cf,d
=
0.30
Coef. de rozamiento entre la pletina de base y el
hormigón
SOLDADURAS
ap = 4 [mm] Pletina principal del pié del pilar
as = 4 [mm] Rigidizadores
CARGAS
86
Caso: 3: VIENTO1
Nj,Ed = -3.01 [kN] Esfuerzo axil
Vj,Ed,z = 1.45 [kN] Esfuerzo cortante
Mj,Ed,y = -3.62 [kN*m] Momento flector
RESULTADOS
ZONA COMPRIMIDA
Compresión de hormigón
c = 31 [mm] Anchura adicional de la zona de apoyo [6.2.5.(4)]
fjd = 24.34 [MPa] Resistencia de cálculo al apoyo [6.2.5.(7)]
Fc,Rd,n =1162.13 [kN] Resistencia del hormigón al apoyo en compresión [6.2.8.2.(1)]
Fc,Rd,y =442.37 [kN] Resistencia del hormigón al apoyo en flexión My [6.2.8.3.(1)]
Ala y alma del pilar en compresión
Mc,Rd,y = 151.4
[kN*m
]
Rsis. de cálculo de la sección en flexión 1993-11:[6.2.5]
hf,y = 174 [mm]
Distancia entre los centros de gravedad de las
alas
[6.2.6.7.(1)
]
Fc,fc,Rd,y
=
872.4
5
[kN] Resistencia del ala comprimida y del alma
[6.2.6.7.(1)
]
Resistencia del pié del pilar en la zona comprimida
87
Nj,Rd = Fc,Rd,n
Nj,Rd
=
1162.1
3
[k
N]
Resistencia del pié del pilar a la
compresión axial
[6.2.8.2.(
1)]
FC,Rd,y = min(Fc,Rd,y,Fc,fc,Rd,y)
FC,Rd,y
=
442.
37
[k
N]
Resistencia del pié del pilar en la zona
comprimida
[6.2.8
.3]
ZONA TRACCIONADA
Ruptura de tornillo de anclaje
Ft,Rd,s1
=
50.1
1
[kN
]
Resistencia del tornillo a la
ruptura
[Tabla 3.4]
Ft,Rd,s2
=
40.9
5
[kN
]
Resistencia del tornillo a la
ruptura
CEB
[9.2.2]
Ft,Rd,s = min(Ft,Rd,s1,Ft,Rd,s2)
Ft,Rd,s = 40.95 [kN] Resistencia del tornillo a la ruptura
Arrancamiento del tornillo de anclaje del hormigón
Ft,Rd,p = 74.06 [kN] Resistencia de cálculo para el arrancamiento EN 1992-:[8.4.2.(2)]
Ruptura del cono de hormigón
NRk,c0
=
9.72
[kN]
Resistencia de cálculo para el arrancamiento CEB [9.2.4]
Ft,Rd,c = 11.0
7
[kN] Rsis. de cálculo del anclaje a ruptura
hormigón
EN 1992-
1:[8.4.2.(2)]
88
Rotura del betón
NRk,c0 =
543.0
6
[kN
]
Resistencia de cálculo para el arrancamiento CEB [9.2.5]
Ft,Rd,sp
=
12.38
[kN
]
Resistencia de cálculo del anclaje rotura del
hormigón
CEB [9.2.5]
Resistencia del anclaje a la tracción
Ft,Rd = min(Ft,Rd,s , Ft,Rd,p , Ft,Rd,c , Ft,Rd,sp)
Ft,Rd = 11.07 [kN] Resistencia del anclaje a la tracción
Flexión de la pletina de base
Ft,pl,Rd,y = 22.13 [kN] Resistencia de la pletina en tracción [6.2.4]
Resistencia del pié del pilar en la zona traccionada
FT,Rd,y = Ft,pl,Rd,y
FT,Rd,y
=
22.
13
[k
N]
Resistencia de la cimentación en la zona
traccionada
[6.2.8
.3]
CONTROL DE LA RESISTENCIA DE LA UNIÓN
Nj,Ed / Nj,Rd ≤ 1,0 (6.24) 0.00 < 1.00 verificado (0.00)
Mj,Rd,y =
4.9
3
[kN*m
]
Resistencia de la unión a la
flexión
[6.2.8.3
]
Mj,Ed,y / Mj,Rd,y ≤ 1,0 (6.23) 0.73 < 1.00 verificado (0.73)
89
CIZALLAMIENTO
Apoyo del tornillo de anclaje en la pletina de base
F1,vb,Rd,z = 135.46 [kN] Resistencla del tornillo de anclaje al apoyo pletina base [6.2.2.(7)]
Cizallamiento del tornillo de anclaje
F2,vb,Rd = 23.92 [kN] Resistencia del tornillo al cizallamiento - sin efecto de brazo [6.2.2.(7)]
Fv,Rd,sm = .03 [kN] Resistencia del tornillo al cizallamiento - con efecto de brazo CEB [9.3.1]
Ruptura del hotrmigón por efecto de palanca
Fv,Rd,cp
=
22.
13
[k
N]
Resistencia del hormigón al efecto
de palanca
CEB
[9.3.1]
Destrucción del borde del hormigón
Fv,Rd,c,z = 46.44 [kN] Resistencia del hormigón debido a la desctrucción del borde CEB [9.3.1]
Deslizamiento de la cimentación
Ff,Rd = 0.90 [kN] Resistencia al deslizamiento [6.2.2.(6)]
Control del cizallamiento
Vj,Rd,z = nb*min(F1,vb,Rd,z,F2,vb,Rd,Fv,Rd,sm,Fv,Rd,cp,Fv,Rd,c,z) + Ff,Rd
Vj,Rd,z
=
13.
01
[k
N]
Resistencia de la unión al
cortante
CEB [9.3.1]
Vj,Ed,z / Vj,Rd,z ≤ 1,0 0.11 < 1.00
verifica
do
(0.1
1)
90
CONTROL DE RIGIDIZADORES
Rigidizador paralel al alma (prolongación del alma del pilar)
sd
=
1.5
3
[MP
a]
Tensión normal rigidizador y
pletina
EN 1993-1-
1:[6.2.1.(5)]
sg
=
7.6
1
[MP
a]
Tensión normal en las fibras
superiores
EN 1993-1-
1:[6.2.1.(5)]
t =
10.
03
[MP
a]
Tensión tangente en el rigidizador
EN 1993-1-
1:[6.2.1.(5)]
sz
=
17.
45
[MP
a]
Tensión eq. rigidizador y de la
pletina
EN 1993-1-
1:[6.2.1.(5)]
max (sg, t / (0.58), sz ) / (fyp/gM0) ≤ 1.0
(6.1)
0.06 < 1.00
verificad
o
(0.06
)
Rigidizador perpendicular al alma (en el medio de la altura del alma del pilar)
sd
=
2.0
4
[MP
a]
Tensión normal rigidizador y de
pletina
EN 1993-1-
1:[6.2.1.(5)]
sg
=
4.8
6
[MP
a]
Tensión normal en las fibras
superiores
EN 1993-1-
1:[6.2.1.(5)]
t =
4.5
2
[MP
a]
Tensión tangente en el rigidizador
EN 1993-1-
1:[6.2.1.(5)]
sz
=
8.0
9
[MP
a]
Tensión eq. rigidizador y de la
pletina
EN 1993-1-
1:[6.2.1.(5)]
91
max (sg, t / (0.58), sz ) / (fyp/gM0) ≤ 1.0
(6.1)
0.03 <
1.00
verificad
o
(0.03)
SOLDADURAS ENTRE EL PILAR Y LA PLETINA DE BASE
s^ =
6.5
3
[MP
a]
Tensión nornal en la soldadura
[4.5.3.(7)
]
t^ =
6.5
3
[MP
a]
Tensión tangente perpendicular
[4.5.3.(7)
]
tyII =
0.0
0
[MP
a]
Tensión tangente paralela a Vj,Ed,y
[4.5.3.(7)
]
tzII =
0.6
1
[MP
a]
Tensión tangente paralela a Vj,Ed,z
[4.5.3.(7)
]
bW =
0.9
0
Coeficiente dependiente de la
sistencia
[4.5.3.(7)
]
s^ / (0.9*fu/gM2)) ≤ 1.0 (4.1) 0.02 < 1.00 verificado
(0.02
)
Ö(s^2 + 3.0 (tyII
2 + t^2)) / (fu/(bW*gM2))) ≤ 1.0
(4.1)
0.03 < 1.00 verificado
(0.03
)
Ö(s^2 + 3.0 (tzII
2 + t^2)) / (fu/(bW*gM2))) ≤ 1.0
(4.1)
0.03 < 1.00 verificado
(0.03
)
SOLDADURAS VERTICALES DE LOS RIGIDIZADORES
Rigidizador paralel al alma (prolongación del alma del pilar)
92
s^ =
12.8
0
[MP
a]
Tensión normal en la soldadura [4.5.3.(7)]
t^ =
12.8
0
[MP
a]
Tensión tangente perpendicular [4.5.3.(7)]
tII =
12.5
4
[MP
a]
Tensión tangente paralela [4.5.3.(7)]
sz =
33.5
7
[MP
a]
Tensión equivalente total [4.5.3.(7)]
bW
=
0.90
Coeficiente dependiente de la
resistencia
[4.5.3.(7)]
max (s^, tII * Ö3, sz) / (fu/(bW*gM2)) ≤ 1.0
(4.1)
0.09 < 1.00 verificado
(0.09
)
Rigidizador perpendicular al alma (en el medio de la altura del alma del pilar)
s^ = 7.10
[MP
a]
Tensión normal en la soldadura [4.5.3.(7)]
t^ = 7.10
[MP
a]
Tensión tangente perpendicular [4.5.3.(7)]
tII = 5.65
[MP
a]
Tensión tangente paralela [4.5.3.(7)]
sz =
17.2
4
[MP
a]
Tensión equivalente total [4.5.3.(7)]
bW
=
0.90
Coeficiente dependiente de la
resistencia
[4.5.3.(7)]
93
s^ = 7.10
[MP
a]
Tensión normal en la soldadura [4.5.3.(7)]
max (s^, tII * Ö3, sz) / (fu/(bW*gM2)) ≤ 1.0
(4.1)
0.04 < 1.00 verificado
(0.04
)
SOLDADURAS HORIZONTALES DE LOS RIGIDIZADORES
Rigidizador paralel al alma (prolongación del alma del pilar)
s^ =
18.2
0
[MPa
]
Tensión normal en la soldadura [4.5.3.(7)]
t^ =
18.2
0
[MPa
]
Tensión tangente perpendicular [4.5.3.(7)]
tII =
15.8
1
[MPa
]
Tensión tangente paralela [4.5.3.(7)]
sz =
45.5
5
[MPa
]
Tensión equivalente total [4.5.3.(7)]
bW
=
0.90
Coeficiente dependiente de la
sistencia
[4.5.3.(7)]
max (s^, tII * Ö3, sz) / (fu/(bW*gM2)) ≤ 1.0
(4.1)
0.12 < 1.00 verificado
(0.12
)
Rigidizador perpendicular al alma (en el medio de la altura del alma del pilar)
s^ =
6.7
5
[MP
a]
Tensión normal en la soldadura [4.5.3.(7)]
t^ = 6.7
5
[MP
a]
Tensión tangente perpendicular [4.5.3.(7)]
94
s^ =
6.7
5
[MP
a]
Tensión normal en la soldadura [4.5.3.(7)]
tII =
6.5
7
[MP
a]
Tensión tangente paralela [4.5.3.(7)]
sz =
17.
66
[MP
a]
Tensión equivalente total
[4.5.3.(7)]
bW
=
0.9
0
Coeficiente dependiente de la
resistencia
[4.5.3.(7)]
max (s^, tII * Ö3, sz) / (fu/(bW*gM2)) ≤ 1.0 0.05 < 1.00 verificado
(0.05
)
RIGIDEZ DE LA UNIÓN
Flexión debida al momento Mj,Ed,y
k13,y
=
1
1
[m
m]
Coef. de rigidez del hormigón
comprimido
[Tabla
6.11]
k15,y
=
5
[m
m]
Coef. de rigidez de la pletina de base en
tracción
[Tabla
6.11]
k16,y
=
2
[m
m]
Coef. de rigidez del anclaje en tracción
[Tabla
6.11]
l0,y = 1.08 Esbeltez del pilar
[5.2.2.5.(2)]
Sj,ini,y
=
7250.9
6
[kN*
m]
Rigidez inicial en
rotación
[Tabla
6.12]
95
l0,y = 1.08 Esbeltez del pilar
[5.2.2.5.(2)]
Sj,rig,y
=
22226.
76
[kN*
m]
Rigidez de la unión
rígida
[5.2.2.5]
Sj,ini,y < Sj,rig,y SEMI-RÍGIDA
[5.2.2.5.(2)]
COMPONENTE MÁS DÉBIL:
cimentación - ruptura del hormigón debido al efecto de palanca
Unión conforme con la Norma Relación 0.73
96
CÁLCULO DE EMPOTRAMIETO VIGA-
COLUMNA
Según la Norma EN 1993-1-8:2005/AC:2009
Relación
0.77
Figura 14. Cáculo De Empotramiento De Columna-Viga (Propio)
97
General
Unión N.°:
1
Nombre de la unión: Ángulo de pórtico
Nudo de la estructura: 4
Barras de la estructura: 2, 4
GEOMETRÍA
PILAR
Perfil: W 6x25
Barra N.°: 2
a = -90.0 [Deg] Ángulo de inclinación
Material: STEEL A36
fyc = 300.00 [MPa] Resistencia
VIGA
Perfil: W 5x16
Barra N.°: 4
a = 11.3 [Deg] Ángulo de inclinación
Material: STEEL
fyb = 300.00 [MPa] Resistencia
TORNILLOS
El plano de corte atraviesa la parte NO FILETEADA de un tornillo.
98
d = 16
[m
m]
Diámetro del tornillo
Clase
=
A3
07
Clase del tornillo
FtRd =
58.
95
[k
N]
Resistencia de tornillo a la tracción
nh = 2 Número de columnas de tornillos
nv = 3 Número de líneas de tornillos
h1 = 51
[m
m]
Distancia entre el primer tornillo y el borde vertical de la
pletina de tope
Separación horizontal ei = 70 [mm]
Separación vertical pi = 120;120 [mm]
PLETINA
hp = 350 [mm] Altura de la pletina
bp = 127 [mm] Anchura de la pletina
tp = 13 [mm] Espesor de la pletina
Material: STEEL C250
fyp = 250.00 [MPa] Resistencia
RIGIDIZADOR INFERIOR
hd = 200 [mm] Altura del rigidizador
twd = 8 [mm] Espesor del rigidizador vertical
ld = 500 [mm] Longitud del rigidizador vertical
99
Material: STEEL A36
fybu = 300.00 [MPa] Resistencia
RIGIDIZADOR DEL PILAR
Superior
hsu = 139 [mm] Altura del rigidizador
bsu = 73 [mm] Anchura del rigidizador
thu = 8 [mm] Espesor del rigidizador
Material: STEEL A36
fysu = 250.00 [MPa] Resistencia
Inferior
hsd = 139 [mm] Altura del rigidizador
bsd = 73 [mm] Anchura del rigidizador
thd = 8 [mm] Espesor del rigidizador
Material: STEEL C250
fysu = 250.00 [MPa] Resistencia
SOLDADURAS DE ÁNGULO
aw = 6 [mm] Soldadura del alma
af = 6 [mm] Soldadura del ala
as = 6 [mm] Soldadura del rigidizador
100
COEFICIENTES DE MATERIAL
gM0 = 1.00 Coeficiente de seguredad parcial [2.2]
gM1 = 1.00 Coeficiente de seguredad parcial [2.2]
gM2 = 1.25 Coeficiente de seguredad parcial [2.2]
gM3 = 1.25 Coeficiente de seguredad parcial [2.2]
CARGAS
Estado límite último
Caso: 3: VIENTO1
Mb1,Ed = 4.76 [kN*m] Momento flector en la viga derecha
Vb1,Ed = 3.01 [kN] Esfuerzo cortante en la viga deracha
Nb1,Ed = -1.45 [kN] Esfuerzo axil en la viga derecha
RESULTADOS
RESISTENCIAS DE LA VIGA
Ncb,Rd
=
911.6
1
[kN
]
Resist. de cálculo de la sección a la
compresión
EN1993-1-1:[6.2.4]
Vcb,Rd
=
434.9
6
[kN
]
Resist. de cálculo de la sección al
cortante
EN1993-1-1:[6.2.6.(2)]
Vb1,Ed / Vcb,Rd ≤ 1,0 0.01 < 1.00
verifica
do
(0.0
1)
101
Mb,pl,Rd
=
47.34
[kN*
m]
Resist. plástica de la sección en
flexión
EN1993-1-
1:[6.2.5.(2)]
Mcb,Rd
=
48.44
[kN*
m]
Resist. de cálculo de la sección en
flexión
EN1993-1-
1:[6.2.5]
Fc,fb,Rd
=
402.1
8
[kN]
Resistencia del ala comprimida y
del alma
[6.2.6.7.(1)]
RESISTENCIAS DEL PILAR
Vwp,Ed
=
196.
69
[k
N]
Esfuerzo cortante en el panel del alma
[5.3.(
3)]
Vwp,Rd
=
254.
83
[k
N]
Resistencia del panel del alma del pilar
en cortante
[6.2.6
.1]
Vwp,Ed / Vwp,Rd ≤ 1,0 0.77 < 1.00 verificado (0.77)
Fc,wc,Rd =
544.7
3
[kN
]
Resistencia del alma del
pilar
[6.2.6.2.(1)
]
Fc,wc,Rd,upp
=
544.7
3
[kN
]
Resistencia del alma del
pilar
[6.2.6.2.(1)
]
RESISTENCIA DE LA UNIÓN A LA COMPRESIÓN
Nj,Rd =
911.6
1
[kN
]
Resistencia de la unión a la
compresión
[6.2
]
Nb1,Ed / Nj,Rd ≤ 1,0 0.00 < 1.00 verificado (0.00)
102
RESISTENCIA DE LA UNIÓN A LA FLEXIÓN
Tabla recapitulativa de esfuerzos
N
r
h
j
Ftj,
Rd
Ft,f
c,Rd
Ft,
wc,Rd
Ft,e
p,Rd
Ft,
wb,Rd
Ft,
Rd
Bp,
Rd
1
8
4
11
7.90
11
7.90
27
0.44
11
7.90
27
8.63
11
7.90
29
1.77
2
-
36
-
11
7.90
27
0.44
11
7.90
-
11
7.90
29
1.77
3
-
156
-
11
2.35
24
8.08
11
4.42
-
11
7.90
29
1.77
Resistencia de la unión a la flexión Mj,Rd
Mj,Rd = ∑ hj Ftj,Rd
Mj,Rd = 9.92 [kN*m] Resistencia de la unión a la flexión [6.2]
Mb1,Ed / Mj,Rd ≤ 1,0 0.48 < 1.00 verificado (0.48)
RESISTENCIA DE LA UNIÓN AL CORTANTE
Vj,Rd =
208.7
0
[kN
]
Resistencia de la unión al
cortante
[Tabla
3.4]
Vb1,Ed / Vj,Rd ≤ 1,0 0.01 < 1.00 verificado (0.01)
103
RESISTENCIA DE LAS SOLDADURAS
Ö[s^max2 + 3*(t^max
2)] ≤ fu/(bw*gM2) 23.51 < 320.00 verificado (0.07)
Ö[s^2 + 3*(t^
2+tII2)] ≤ fu/(bw*gM2) 23.56 < 320.00 verificado (0.07)
s^ ≤ 0.9*fu/gM2 11.75 < 230.40 verificado (0.05)
RIGIDEZ DE LA UNIÓN
Sj,ini = 432.87 [kN*m] Rigidez inicial en rotación [6.3.1.(4)]
Sj = 432.87 [kN*m] Rigidez final en rotación [6.3.1.(4)]
Clase de la unión respecto a la rigidez.
Sj,rig = 2369.41 [kN*m] Rigidez de la unión rígida [5.2.2.5]
Sj,pin = 148.09 [kN*m] Rigidez de la unión articulada [5.2.2.5]
Sj,pin ≤ Sj,ini < Sj,rig SEMI-RÍGIDA
COMPONENTE MÁS DÉBIL:
Panel Del Alma Del Pilar En Cortante
104
Panel Del Alma Del Pilar En Cortante
Unión
conforme con la
Norma
Relación 0.77
CÁLCULO DE EMPOTRAMIENTO VIGA-
VIGA Según la Norma: EN 1993-1-8:2005/AC:2009
Relación
0.03
105
Figura 15. Cálculo De Empotramiento Viga-Viga (Propio)
106
GENERAL
Unión N.°:
2
Nombre de la unión: De topo
Nudo de la estructura: 5
Barras de la estructura: 3, 4
GEOMETRÍA
LADO IZQUIERDO
VIGA
Perfil: W 5x16
Barra N.°: 3
a = -168.7 [Deg] Ángulo de inclinación
Material: STEEL
fyb = 300.00 [MPa] Resistencia
LADO DERECHO
VIGA
Perfil: W 5x16
Barra N.°: 4
a = -11.3 [Deg] Ángulo de inclinación
Material: STEEL A36
fyb = 300.00 [MPa] Resistencia
107
TORNILLOS
El plano de corte atraviesa la parte NO FILETEADA de un tornillo.
d = 16 [mm] Diámetro del tornillo
Clase
=
A325 Clase del tornillo
FtRd = 117.90
[k
N]
Resistencia de tornillo a la tracción
nh = 2 Número de columnas de tornillos
nv = 3 Número de líneas de tornillos
h1 = 50 [mm]
Distancia entre el primer tornillo y el borde vertical de la pletina
de tope
Separación horizontal ei
=
70 [mm]
Separación vertical pi = 130;130 [mm]
PLETINA
hpr = 370 [mm] Altura de la pletina
bpr = 127 [mm] Anchura de la pletina
tpr = 13 [mm] Espesor de la pletina
Material: STEEL
fypr = 300.00 [MPa] Resistencia
108
RIGIDIZADOR INFERIOR
hrd = 220 [mm] Altura del rigidizador
twrd = 13 [mm] Espesor del rigidizador vertical
lrd = 500 [mm] Longitud del rigidizador vertical
Material: STEEL
fybu = 300.00 [MPa] Resistencia
SOLDADURAS DE ÁNGULO
aw = 5 [mm] Soldadura del alma
af = 5 [mm] Soldadura del ala
COEFICIENTES DE MATERIAL
gM0 = 1.00 Coeficiente de seguredad parcial [2.2]
gM1 = 1.00 Coeficiente de seguredad parcial [2.2]
gM2 = 1.25 Coeficiente de seguredad parcial [2.2]
gM3 = 1.25 Coeficiente de seguredad parcial [2.2]
CARGAS
ESTADO LÍMITE ÚLTIMO
Caso: 3: VIENTO1
Mb1,Ed = -2.39 [kN*m] Momento flector en la viga derecha
Nb1,Ed = -1.45 [kN] Esfuerzo axil en la viga derecha
RESULTADOS
109
RESISTENCIAS DE LA VIGA
Ncb,Rd = 911.61 [kN] Resist. de cálculo de la sección a la presión EN1993-1-1:[6.2.4]
Mb,pl,Rd = 47.34 [kN*m] Resist. plástica de la sección en flexión EN1993-1-1:[6.2.5.(2)]
Mcb,Rd = 47.34 [kN*m] Resist. de cálculo de la sección en flexión EN1993-1-1:[6.2.5]
Fc,fb,Rd = 400.83 [kN] Resist. del ala comprimida y del alma [6.2.6.7.(1)]
RESISTENCIA DE LA UNIÓN A LA COMPRESIÓN
Nj,Rd =
911.6
1
[kN
]
Resistencia de la unión a la
compresión
[6.2
]
Nb1,Ed / Nj,Rd ≤ 1,0 0.00 < 1.00 verificado (0.00)
RESISTENCIA DE LA UNIÓN A LA FLEXIÓN
Tabla racapitulativa de esfuerzos
N
r
h
j
Ftj,
Rd
Ft,
fc,Rd
Ft,
wc,Rd
Ft,
ep,Rd
Ft,
wb,Rd
Ft,
Rd
Bp,
Rd
1
2
95
19
3.60
- -
19
3.60
-
23
5.81
41
0.66
2
1
65
19
6.24
- -
19
6.24
-
23
5.81
41
0.66
110
N
r
h
j
Ftj,
Rd
Ft,
fc,Rd
Ft,
wc,Rd
Ft,
ep,Rd
Ft,
wb,Rd
Ft,
Rd
Bp,
Rd
3
3
5
10.
99
- -
19
5.95
28
9.78
23
5.81
41
0.66
Resistencia de la unión a la flexión Mj,Rd
Mj,Rd = ∑ hj Ftj,Rd
Mj,Rd = 90.01 [kN*m] Resistencia de la unión a la flexión [6.2]
Mb1,Ed / Mj,Rd ≤ 1,0 0.03 < 1.00 verificado (0.03)
RESISTENCIA DE LAS SOLDADURAS
Ö[s^max2 + 3*(t^max
2)] ≤ fu/(bw*gM2) 11.48 < 391.11 verificado (0.03)
Ö[s^2 + 3*(t^
2+tII2)] ≤ fu/(bw*gM2) 11.48 < 391.11 verificado (0.03)
s^ ≤ 0.9*fu/gM2 5.74 < 316.80 verificado (0.02)
RIGIDEZ DE LA UNIÓN
Sj,ini = 99254.51 [kN*m] Rigidez inicial en rotación [6.3.1.(4)]
Sj = 99254.51 [kN*m] Rigidez final en rotación [6.3.1.(4)]
Clase de la unión respecto a la rigidez.
Sj,rig = 2369.41 [kN*m] Rigidez de la unión rígida [5.2.2.5]
Sj,pin = 148.09 [kN*m] Rigidez de la unión articulada [5.2.2.5]
111
Sj,ini ³ Sj,rig rígida
COMPONENTE MÁS DÉBIL: Soldaduras
Soldaduras
Figura16. Detalle de arriostramientos (fuente elaboracion propia)
112
INSPECCIÓN DE LA SOLDADURA:
REGISTRO DE INSPECCION POR TINTES PENETRANTES
PROYECTO ESTRUCTURA MELTALICA DE L TALLER MECANICO
OBRA ESTRUCTURAS METALICAS
CLIENTE
FORMATO: SOPORTE ESTRUCTURAL FECHA DE EXAMINACIÓN: 06-03-2019 HOJA:1
IDENTIFICACION DE ITEM: SOPORTE ESTRURAL
PROCEDIMIENTO Y REVISION: FQA 251 TIPO DE TINTE PENETRANTE: VISIBLE
DESIGNACION DE MATERIALES
PENETRANTE
TIPO: SKL – SP1
REMOVEDOR
TIPO: THINNER
REVELADOR
(TIPO: SKD –S2
TIPO DE LUZ: LUZ DEL DIA 3000 LUX
INTEVALO DE TIEMPO TIEMPO DE REVELADO TIEMPO DE SECADO POS LIMPIADO
10-15 MINUTOS 1-5 MINUTOS 1-3 MINUTOS INMEDIATO
INSPECCIONES
ITEM LOCALIZACION SOLDADOR ACEPTAR RECHAZAR COMENTARIO
1 J-1 FQA 251 - COMFORME
2 J-2 FQA251 - COMFORME
3 J-3 FXXX3 - COMFORME
Figura 17. Ficha De Inspección Por Tintes Penetrantes (Propio)
113
ANÁLISIS Y RESULTADO DE CÁLCULO ESTRUCTURAL:
Para el indicador “Ingeniería”, de la variable “Análisis y Diseño Estructural”se
utilizará la técnica de la observación, con la aplicación del instrumento de recolección de
ficha de observación.
Tabla 9. Análisis Y Resultado Del Cálculo Estructural(Ingeniería)
Análisis Y Resultado Del Cálculo Estructural(Ingeniería)
caracteristicas
atributos
parámetros
ANSI/AISC 360-
05
Resultado
obtenido p.correcto No aplica
Perfil nº 1,2 w6x25 Fy=300MPa, Fu=440MPa de alma y ala compacta
Momento flextor 1mm 0.73 p.correcto
parámetros de
seguridad 1mm 0.9 p.correcto
Límite de tracción
de pernos 1mm 0.11 p.correcto
Se constata que al realizar un análisis de esfuerzos admisibles a los componentes de la
estructura El momento flextor deben ser < a 1mm por lo tanto para nuestro diseño el valor del
momento flextor es de 0,73mm por la proporción si cumple con la norma exigida. Para los
parámetros de seguridad dependiente de la resistencia deben ser ≤ 1,0 por lo tanto para nuestro
diseño el parámetro de seguridad dependiente es 0.90mm por la proporción si cumple con la
norma. Para la unión mediante pernos deben ser ≤ 1.0 por lo tanto para nuestro diseño el valor
de flexion admisible es 0.11 por la proporción si cumple con la norma.
114
ANÁLISIS Y RESULTADO DE CÁLCULO ESTRUCTURAL:
Para el indicador “Normatividad”, de la variable “Análisis yDiseño estructural”se
utilizará la técnica de la observación, con la aplicación del instrumento de recolección de ficha
de observación.
Tabla 10. Análisis Y Resultado De Cálculo De Estructural (Normatividad)
Análisis Y Resultado De Cálculo De Estructural (Normatividad)
características
Atributos
parámetros
ANSI/AISC 360-
05
Resultado
obtenido p.correcto No aplica
Perfil nº 1,2 w6x16 Fy=300MPa, Fu=440MPa de alma y ala compacta y placa
base
Resistencia de la
placa base
Mj,Ed,y / Mj,Rd,y ≤
1,0
0.73 <
1.00 pL.correcto
Unión viga-
columna
(911.6 KN)
Vb1,Ed / Vcb,Rd ≤
1,0 0.48 < 1.00
p-v
.correcto
Soldadura
adecuada
Vj,Rd=208kn =6mm
s^ / (0.9*fu/gM2))
≤ 1.0 0.09 < 1.00 s.correcto
Se constata que al realizar un análisis de esfuerzos admisibles a los componentes de la
estructura. Placa base tiene una resistencia de flexion admisible < a 1mm por lo tanto para
nuestro diseño el valor de flexion admisible es 0,73mm por la proporción si cumple con la
norma exigida. Para la unión viga – columna la Resistencia de la unión a la flexión Mj,Rd
Mb1,Ed / Mj,Rd ≤ 1,0 por lo tanto para nuestro diseño el valor de flexion admisible es 0.48mm
por la proporción si cumple con la norma. Para la unión mediante la soldaura la Resistencia
max (s^, tII * Ö3, sz) / (fu/(bW*gM2)) ≤ 1.0 por lo tanto para nuestro diseño el valor de flexion
admisible es 0.09 por la proporción si cumple con la norma,
115
Para el indicador“Economía” de la variable “Optimización del Diseño Estructural”se
utilizará la técnica de la observación, con la aplicación del instrumento de recolección de
ficha de observación documental.
FICHA DE OBSERVACION DOCUMENTAL
Tabla 11 Análisis y resultado de cálculo estructural (Economia)
Análisis y resultado de cálculo estructural (Economia)
CARACTERÍSTICAS
SISTEMA DE DISEÑO POR PERFILES “W” – UNION RIGIDA
COSTO DESPERDICIO TIEMPO
Costo de fabricación,montaje
211.236 s/. 2% 90 dias
SISTEMA DE DISEÑO POR SISTEMA TIJERAL-UNION SOLDADA
COSTO DESPERDICIO TIEMPO Costo de fabricación,montaje
231.116 s/. 20% 130 dias
Se constata que el diseño estructural a base de perfil “w”sobre techo estructural a
base de tijerales resulta ser la alternativa más económica con S/. 211.236 de diferencia, con
respecto al desperdicio tiene una variación de 18%,respecto al tiempo de ejecución tiene una
variación es 40 dias.
Tabla 12. Grafico Ilustrativo (Economia)
Grafico Ilustrativo (Economia)
costo desperdicio tiempo
diferencia 19.88 18% 40
perfil w 211.236 2% 90
tijeral 231.116 20% 130
-100
0
100
200
300
400
500
Economia
116
CONCLUSIONES:
a. Considerando los resultados obtenidos en la presente investigación podemos
asegurar que el sistema propuesto logrará optimizar la construcción del techo estructural lo que
representa una solución a los problemas actuales dentro de la empresa. considerando factores
de costo, fabricación y montaje.
b. Aplicando el análisis de diseño estructural (RLDF,AISC) Se logra la asignación
correcta de los siguientes perfiles actuantes en el techo estructural: en las columnas utilizar el
perfil W 6”x25”, en las vigas el perfil W 5”X16” , diagonales y verticales del techo estructural
con tubo HSS 2”x2”x1/4”, correas de techo tipo Z de 200x75x3mm, largueros laterales
rectangulares HSS 6”x4”x3/8”, arriostramientos concéntricos laterales HSS 4”x4”x1/2”, Canal
U laterales de 4”x2”x4.5mm, barra tensora ɸ 1/2", obteniendo un peso de 36.49 Kg/m2 de la
superestructura, con una deflexión de 0.73 cm en las correas de techo, incrementado un 91%
con respecto al diseño tijeral de unión soldada.
c.En el analisis estructural se realizo el análisis de esfuerzos admisibles a los
componentes de la estructura. Placa base tiene una resistencia de flexion admisible < a 1mm
por lo tanto para nuestro diseño el valor de flexion admisible es 0,73mm por la proporción si
cumple con la norma exigida. Para la unión viga – columna la Resistencia de la unión a la
flexión Mj,Rd Mb1,Ed / Mj,Rd ≤ 1,0 por lo tanto para nuestro diseño el valor de flexion
admisible es 0.48mm por la proporción si cumple con la norma. Para la unión mediante la
soldaura la Resistencia max (s^, tII * Ö3, sz) / (fu/(bW*gM2)) ≤ 1.0 por lo tanto para nuestro
diseño el valor de flexion admisible es 0.09 por la proporción si cumple con la norma,
117
Se determinaron los estados de carga según lo indicado por el método LRFD para
estructuras en acero. Los planos a detalle se realizaron en función al diseño de los elementos
estructurales, en el modelamiento, se diseña cada elemento estructural en función a las
ecuaciones ya descritas. Siendo así posible especificar y detallar los planos de diseño para la el
techo estructural.
.
118
RECOMENDACIONES:
Se debe elegir el diseño estructural ideal en donde sus desplazamientos sean
permisibles con relación al peso del techo estructural, haciendo el uso de norma nacional e
internacional vigentes, para su diseño estructural y modelado en acero tales como en este techo
estructural, se recomienda hacer el uso de herramientas de software tales como el robot
estructural. y advance steel respectivamente, luego compararlo con un cálculo manual para la
verificación del diseño.
Se recomienda realizar el análisis comparativo con criterio de las cargas sometidas para
obtener los mínimos esfuerzos y momentos de la estructura, considerando la norma nacional
de edificaciones como la E.030 – Sismo resistente para un mejor cálculo de deformaciones
permisibles. Quedando a criterio del diseñador elegir lo que más factible y beneficioso sea para
este tipo de techo estructural, en donde la simetría y proporcionalidad sean un factor importante
a considerar en el comparativo.
Se recomienda contar con un plan de mantenimiento anual dentro de la empresa. Se
exhorta que durante la construcción del techo estructural debe contar con un especialista en
este rubro, permanentemente para hacer valer los detalles del proyecto.
119
REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS:
Godínez S. (2008). Registro Manual de diseño y cálculo estructural Público
de Derechos de Autor 03-2001-021311104800-01. México DF.
Jack C. Mccormac & Stephen F. Csrnak (2011). Diseño de estructuras de acero.
Quinta edición. España.
DIGITAL:
https://www.academia.edu/34893171/TRABAJO_PARARRAYOS-
FUNDAMENTOS_DE_LA_ING._ELECTRICA
Soldexa (2012) Recuperdo de
https://www.soldexa.com.pe/soldexa/sp/support/documentation/upload/manua
l_de_bolsillo.
Richard G. & Keith J. (2010). Diseño en ingeniería mecánica SHIGLEY. Octava
edición.Recuperado de http://info.metal-tec.com.mx/blog/las-propiedades-del-
acero-estructural-y-sus-beneficios.
https://repositorio.ucv.edu.pe/bitstream/handle/20.500.12692/20071/Vargas_C
WG.pdf?sequence=1&isAllowed=y
https://docplayer.es/112686446-Universidad-nacional-de-san-agustin-de-
arequipa.html
120
ANEXOS
121
PLAN DE TESIS
122
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA SAN FRANCISCO
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA
TESIS:
“ANÁLISIS Y OPTIMIZACIÓN DEL DISEÑO ESTRUCTURAL DE UN TALLER
MECÁNICO PARA FABRICACIÓN DE ESTRUCTURAS METALICAS EN LA
EMPRESA TECNOLOGÍA, MANTENIMIENTO E INGENIERÍA PERÚ S.A.C”
PRESENTADO POR:
BACHILLER FLORENCIO FLORES SIERRA
ASESOR: ARMANDO ANTONIO SALINAS
DEL CARPIO.
PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE:
INGENIERO MECÁNICO.
AREQUIPA-PERÚ
2020
123
EPÍGRAFE
“La Ventaja de ser inteligente es que puedes
fingir ser imbécil, mientras al revés es
imposible”
Woody allen
124
ÍNDICE
RESUMEN: ................................................................................................................... 1
INTRODUCCIÓN: ........................................................................................................ 3
CAPÍTULO I: PLANTEAMIENTO TEÓRICO .......................................................... 5
1. PROBLEMA .................................................................................................................... 6
a. Identificación del problema: .............................................................................. 6
b. Enunciado del problema: ................................................................................... 6
2. JUSTIFICACIÓN: ............................................................................................................ 7
a. Aspecto social: ................................................................................................... 7
b. Aspecto tecnológico: .......................................................................................... 7
c. Aspecto económico: ........................................................................................... 7
3. ALCANCE: ....................................................................................................................... 8
3.1. Análisis estructural: ........................................................................................ 8
3.2. Diseño estructural: .......................................................................................... 8
3.3. Optimización del costo: .................................................................................. 8
4. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN: .............................................................. 8
OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES .................................................................. 10
6. INTERROGANTES ........................................................................................................ 11
a Preguntas secundarias ....................................................................................... 11
b. Preguntas secundarias ...................................................................................... 11
7. MARCO REFERENCIAL: ............................................................................................ 12
125
a. Conceptos Básicos ........................................................................................... 12
b. Marco institucional: ......................................................................................... 17
c. Marco teórico: .................................................................................................. 21
8. OBJETIVOS: .................................................................................................................. 63
a. Objetivo general: .............................................................................................. 63
b. Objetivos específicos: ...................................................................................... 63
9. HIPÓTESIS: .................................................................................................................... 64
CAPÍTULO II: PLANTEAMIENTO OPERACIONAL ............................................. 65
1. TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS: ......................... 66
2. CAMPO DE VERIFICACIÓN: ...................................................................................... 70
a. Ubicación espacial: .......................................................................................... 70
b. Ubicación temporal: ......................................................................................... 70
c. Unidades de estudio: ........................................................................................ 70
3. ESTRATEGIAS DE RECOLECCIÓN DE DATOS: ..................................................... 70
4.3CRONOGRAMA DEL PROYECTO ........................................................................... 73
CAPÍTULO III: RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN .................................... 74
CONCLUSIONES: ............................................................................................ 116
RECOMENDACIONES: ................................................................................... 118
REFERENCIAS ................................................................................................................ 119
BIBLIOGRAFICAS: ......................................................................................... 119
DIGITAL: .......................................................................................................... 119
126
ANEXOS ................................................................................................................... 120
PLAN DE TESIS ....................................................................................................... 121
FICHAS TECNICAS ................................................................................................. 121
127
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Techo Estructural (Diseño Advance Steel) ................................................................ 4
Figura 2. (Diseño Placa Base - Columna) ............................................................................... 35
Figura 3. Clasifación - Soldadura (Soldexa) ............................................................................ 42
Figura 4. Dirección De Soldeo (Soldexa-2019) ...................................................................... 43
Figura 5 . Recomendación para el soldeo por FCW (soldexa) ................................................ 49
Figura 6. Protección Pararrayos .............................................................................................. 61
Figura 7. Puesta A Tierra ......................................................................................................... 62
Figura 8. Plano De Detalle Unión Viga-Viga (Advance Steel) ............................................... 67
Figura 9. Presupuesto De La Estructura ( S10) ....................................................................... 72
Figura 10. Cronograma De Fabricación Y Montaje Estructural(Propio) ............................... 73
Figura 11 . Cronograma De Trabajo (Fuente Elaboracion Propia) .......................................... 73
Figura 12. Análisis De Vigas (Propio) .................................................................................... 75
Figura 13. Cálculo Realizado Placa Base Empotrada (Propio) ............................................... 82
Figura 14. Cáculo De Empotramiento De Columna-Viga (Propio) ........................................ 96
Figura 15. Cálculo De Empotramiento Viga-Viga (Propio) ................................................. 105
Figura16. Detalle de arriostramientos (fuente elaboracion propia) ..................................... 111
Figura 17. Ficha De Inspección Por Tintes Penetrantes (Propio) ......................................... 112
Figura 18. (Diseño Placa Base - Columna) ........................................................................... 111
Figura 19. Clasifación - Soldadura (Soldexa) ........................................................................ 112
Figura 20. Dirección De Soldeo (Soldexa-2019) .................................................................. 113
Figura 21 . Recomendación para el soldeo por FCW (soldexa .............................................. 114
ÍNDICE DE TABLAS:
Tabla 1. Operacionalización De Variables De investigacion:………………………………..17
Tabla 2. Principales Normas De Calidad Del Acero. .............................................................. 35
128
Tabla 3. Características Del Acero A-3 6 (Aceros Comerciales) ............................................ 36
Tabla 4. Características ASTM ................................................................................................ 37
Tabla 5. FY , FU Del Perfil W ( Soldexa 2019) .................................................................... 38
Tabla 6 .Propiedades Mecánica Del Perfil W (Aceros Comerciales) ...................................... 38
Tabla 7. Tabla Fy , Fu Astm ................................................................................................... 40
Tabla 8 .Clasificación Del Acero ASTM ................................................................................. 41
Tabla 9. Eficiencia De Deposición .......................................................................................... 44
Tabla 10 .Tamaño Mínimo de Soldadura (AWS) .................................................................... 45
Tabla 11 .Regulación Según Diámetro Para FCAW .............................................................. 49
Tabla 12 .Electrodo E6011 1/8 (3.5mm): ................................................................................ 50
Tabla 13. Propiedades Mecánicas Típicas Del Metal Depositado(SOLDEXA) ..................... 51
Tabla 14 Propiedades, E7918 (SOLDEXA -2019) ................................................................. 52
Tabla 15 Factores De Reducción De Resistencia: ................................................................... 58
Tabla 16 Técnicas E Instrumentos De Recolección De Datos ................................................ 66
Tabla 17 Ficha De Observacion Ingenieria (Fuente Elaboracion Propia) .............................. 67
Tabla 18. Ficha De Observacion Normatividad (Fuente Elaboracion Propia) ....................... 68
Tabla 19. Ficha De Observacion Economia (Fuente Elaboracion Propia) .............................. 69
Tabla 20. Análisis Y Resultado Del Cálculo Estructural(Ingeniería) ................................... 113
Tabla 21. Análisis Y Resultado De Cálculo De Estructural (Normatividad) ....................... 114
Tabla 22 Análisis y resultado de cálculo estructural (Economia) ........................................ 115
Tabla 23. Grafico Ilustrativo (Economia) ............................................................................. 115
129
RESUMEN:
El presente estudio titulada “ANÁLISIS Y OPTIMIZACIÓN DEL DISEÑO
ESTRUCTURAL DE UN TALLER MECÁNICO PARA FABRICACIÓN DE
ESTRUCTURAS METALICAS EN LA EMPRESA TECNOLOGÍA, MANTENIMIENTO E
INGENIERÍA PERÚ S.A.C” tiene como objetivo, determinar el cálculo y dimensionamiento
de los elementos del diseño estructural para la empresa Tecnología, Mantenimiento e Ingeniería
Perú SAC.
Se utilizó una metodología explicativa – aplicada mediante los cálculos de diseño de
esfuerzos admisible basado en las normativas peruanas y extranjeras para el diseño en acero
estructural, para la recolección de datos se utilizó fichas técnicas, tales como parámetros,
características del material a usar, dimensiones del terreno y para dicho proceso se validó
mediante fuentes confiables de estudios técnicos aplicados para el desarrollo de la presente
investigación.
Los resultados obtenidos fueron tomados en cuenta para el diseño del techo estructural
a realizarse, y poder seguir un óptimo diseño en el que se cumpla con la normativa de
construcción. Cada resultado es tomado en consideración al momento de realizar el cálculo de
las cargas solicitantes del software ROBOT STRUCTURAL para un modelo aplicativo, el cual
se basó en la metodología de diseño AISC- LRFD, empleado para el diseño de la estructura
metálica. Se tuvo como resultado; la realización de un primer modelamiento de la estructura
metálica; posteriormente debido a una optimización de diseño y considerando el uso del área,
se estableció aplicar un último diseño que cumpla las solicitaciones esperadas. Se concluyó
que se comprobó con los objetivos propuestos por la presente investigación.
Palabras clave: Optimización, diseño estructural, taller mecánico y estructuras metálicas.
130
ABSTRACT
The present study entitled "ANALYSIS AND OPTIMIZATION OF THE
STRUCTURAL DESIGN OF A MECHANICAL WORKSHOP FOR THE MANUFACTURE
OF METALLIC STRUCTURES IN THE COMPANY TECNOLOGÍA, MAINTENIMIENTO
E INGENIERÍA PERÚ SAC" aims to determine the calculation and dimensioning of the
elements of the structural design for the company TECNOLOGÍA, MAINTENIMIENTO E
INGENIERÍA PERÚ SAC
An explanatory methodology was used - applied through the design calculations of
admissible forces based on the Peruvian and foreign regulations for structural steel, for the data
collection, technical sheets were used, such as parameters, characteristics of the material to be
used , dimensions of the land and for this process it is validated by means of reliable sources
of applied technical studies for the development of this research.
The results obtained are taken into account for the design of the structural roof to be
carried out, and to be able to follow an optimal design in which the construction regulations
are complied with. Each result is taken into consideration at the time of calculating the
requesting loads of the ROBOT STRUCTURAL software for an application model, which was
based on the AISC-LRFD design methodology, used for the design of the metallic structure. It
had as a result; carry out a first modeling of the metallic structure; Later, due to a design
optimization and considering the use of the area, it was established to apply a final design that
meets the expected requirements. It was concluded that it was verified with the objectives
proposed by the present investigation.
Keywords: Optimization, structural design, mechanical workshop and metallic structures.
131
INTRODUCCIÓN:
La presente tesis se ha determinado en compendios en análisis de esfuerzo admisibles,
(RLDF AISC) para conocer que los materiales son los adecuados en el diseño del proyecto y
así contribuir a optimizarlo el Acero estructural, cuya cobertura tiene las siguientes
dimensiones: 12 m de ancho por 24 m de largo haciendo un total de 288m2.
Se realizó un modelo aplicativo, el cual trabaja inicialmente con un proceso iterativo
para el análisis y diseño estructural, a la par se integró las normativas nacionales e
internacionales existentes para el diseño en acero, finalmente se analizó el modelo, que se basa
en la metodología AISC-LRFD, mediante el software robot estructural, que le otorga
confiabilidad al diseño planteado. Para la empresa “TECNOLOGÍA, MANTENIMIENTO E
INGENIERÍA PERÚ S.A.C".
En cometido a la estructura del proyecto, la actual tesis se dividido en tres capítulos, la
cual sirve para una armoniosa organización del objetivo perceptible en esta tesis.
Capítulo I: Se desarrolló el problema de investigación, la justificación y los antecedentes
investigativos, la operacionalización de las variables y sus respectivas interrogantes, así como
importantes aportes teóricos en el marco referencial, incluyendo conceptos propios y
conocimientos adquiridos en la formación profesional, culminando con los objetivos y la
hipótesis planteada.
Capítulo II: Se desarrolla las técnicas e instrumentos de recolección de datos, que se utilizaron
en la presente investigación, teniendo en cuenta la aplicación de los instrumentos
132
correspondientes, se tuvo como consideración la ubicación espacial y temporal, así como
especificaciones, los aspectos de las observaciones de campo, experimental y documental, así
como los recursos que se utilizaron y las unidades de estudio respectivas.
Capítulo III: Se presenta la estrategia de recolección de datos, utilizada para el trabajo de
campo, detallando las respectivas fichas técnicas, incluyendo el tratamiento que se dio a los
datos, para que luego de obtener los resultados sistematizados, realizar la interpretación
objetiva de los resultados, finalizando con el análisis de la información, que dio consistencia a
las conclusiones y recomendaciones.
Figura 18. Techo Estructural (Diseño Advance Steel)
133
CAPÍTULO I: PLANTEAMIENTO TEÓRICO
134
1. PROBLEMA
a. Identificación del problema:}
En cuanto se refiere al balance del desarrollo laboral, se ha podido apreciar que la
empresa “TECNOLOGÍA, MANTENIMIENTO E INGENIERÍA PERÚ S.A.C", no posee
un adecuado diseño estructural en el taller mecánico, el cual es necesario debido al aumento
de trabajo, como actividades de pintura, uso de equipos, y/o herramientas para el izaje y por
último la radiación solar, que perjudica al personal que labora en la empresa, ocasionado
por la falta de un techo estructural.
Por tal motivo es necesario plantear una posible solución a esta problemática, por lo
que, se propone el desarrollo de un diseño estructural que se base en ingeniería de análisis
estructural, de acuerdo a las normas propias del país (norma técnica de edificaciones E-090)
de acuerdo a las normas internacionales, así como (AISC,RLDF). A través del cual permitira
obtener un análisis y diseño confiable de los elementos más críticos para el diseño
estructural.
En la actualidad el objetivo del ingeniero o el diseñador de estructuras, es estar a la
vanguardia del diseño de estructuras de acero, de manera que explorar e investigar sea una
necesidad sobre este tipo de procesos y materiales, es por ello que proponen el diseño de
estructuras más seguras, funcionales y factibles dentro de la empresa.
b. Enunciado del problema:
La inexistencia de techo estructural, basado en análisis y diseño estructural, según las
normas (AISC , RLDF), que mejore las condiciones laborales en la empresa TECNOLOGÍA,
MANTENIMIENTO E INGENIERÍA PERÚ S.A.C. Arequipa-Perú,2020.
135
2. JUSTIFICACIÓN:
a. Aspecto social:
Es necesario realizar el estudio de análisis para el diseño estructural mediante la normas
AISC, RLDF, E-70, para el taller mecánico de la Empresa
TECNOLOGÍA,MANTENIMIENTO E INGENIERÍA PERÚ S.AC, que tiene por finalidad
el acondicionamiento en el contexto laboral, con ello contribuir a la mejora continua en el
desempeño del trabajador en el área de metal mecánica.
A través de la implementación del diseño estructural el personal podrá realizar sus labores
y actividades de forma correcta y segura; también permitirá tener óptimas condiciones
laborales y personales porque podrá contar con un ambiente adecuado el cual permitirá mejorar
la producción, calidad, y minimizar el tiempo de demora en el trabajo, reflejándose en el
aumento de producción, competitividad y rentabilidad de la empresa.
b. Aspecto tecnológico:
Con la presente tesis se busca optimizar eficientemente el techo estructural mediante la
implementación de nuevas técnica en el diseño estructural y el uso de nuevos materiales, para
la cobertura de techo estructural, cada vez más ligeros que reemplacen a los convencionales y
que cumplan las mismas condiciones técnicas, para lo que fue diseñado, es ahora el mayor
avance en ingeniería, en lo que se refiere a este tipo de estructura.
c. Aspecto económico:
La presente tesis busca mejorar el taller mecánico de la empresa Tecnología,
Mantenimiento e Ingeniería Perú S.A.C, mediante la incorporación del techo estructural con el
136
empleo de acero estructural ASTM A-36, una estructura con costos de fabricación que no estén
en exceso para evitar sobre costos y disminuir tiempos de fabricación y montaje estructural.
3. ALCANCE:
El alcance de esta tesis constará de 3 aspectos:
3.1. Análisis estructural: Es forzoso cuantificar las cargas portantes existentes en nuestra
estructura considerando las cargas vivas, muertas, de sismo y de viento. Para el modelamiento
estructural necesario para obtener el análisis estructural de los sistemas y resultados mediante
el software robot estructural.
3.2. Diseño estructural: Una vez determinadas las fuerzas internas provenientes de las
solicitaciones de gravedad, viento y sísmicas se proceden al diseño de los elementos
estructurales involucrados en cada sistema. Se respetarán las disposiciones establecidas en las
siguientes normas de ingeniería:
E.090: Estructuras Metálicas Adicionalmente, se considerará la Norma AISC360 2014
para complementar el diseño de los elementos de acero.
3.3. Optimización del costo: Cuando el diseño está comprobado y definido se procede a
elaborar el metrado correspondiente para posteriormente hacer el presupuesto estructural de
cada sistema. Con los resultados del presupuesto se comparan ambos sistemas sacando las
conclusiones respectivas.
4. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN:
“OPTIMIZACIÓN DEL DISEÑO DE UNA NAVE INDUSTRIAL TIPO PESADO
APLICABLE A LA PEQUEÑA Y MEDIANA INDUSTRIA EN EL PERÚ UBICADA A
MENOS DE 2500 M.S.N.M. CON LUZ ENTRE 15 M Y 25 M” del Ingeniero Mecánico
137
EDWIN FRALKLIN CAHUANA CCOPA de la Universidad Nacional de San Agustín
Arequipa-Perú 2018 cuyas conclusiones son:
Implementación de la nave industrial de gran luz.
Optimizó y tipificó el diseño de una nave industrial que abarque varias industrias,
obteniendo una gran mejora en los plazos, costos y calidad en la construcción de estas
naves.
Logró Simplificar el diseño de la nave industrial con mucho más beneficio, sin aligerar
más las estructuras metálicas a fin de reducir los plazos y costos.
TESIS “DISEÑO ESTRUCTURAL DE NAVE INDUSTRIAL METÁLICA PARA
MEJORAMIENTO DE ALMACENES EN AV. ARGENTINA, CALLAO -2017” del
Ingeniero Civil VARGAS CORDOVA WILIAN de la Universidad Cesar Vallejo Lima-Perú
2017 cuya conclusión principal es: la mejora del sistema constructivo que engloba muchos
beneficios como facilidad de montaje, menor costo de materiales y reducción de mano de obra,
aprovechamientos de grandes claros, adaptabilidad al tipo de uso que se le da al área, que se
establece en la solución al mejoramiento de almacenes.
TESIS”DISEÑO DE UN PROCESO DE FABRICACIÓN DE ESTRUCTURA METÁLICA
EN LA EMPRESA METAL MECÁNICA FIXER SERVICIOS GENERALES S.A.C” Del
Bachiller Yurico Gabriel Huamán, cuya conclusiones principal es La distribución de planta
propuesta se realizó siguiendo la secuencia que debe seguir el producto hasta obtener el
producto final, en el cual se realiza el más mínimo movimiento de materiales reduciendo el uso
de los recursos de la empresa.
138
5. OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES
Tabla 1Operacionalización De Variables De Investigación:
Operacionalización De Variables De Investigación:
VARIABLES
INDICADORES SUB-
INDICADORES
Variable independiente
Diseño Estructural
Ingeniería
Análisis de Esfuerzos
Admisibles
Factores de Carga y
Resistencia
Normatividad
ANSI/AISC 360-05
Metodología AISC -
RLDF
Variable dependiente
Optimización del Diseño
Estructural
Economía
Costo de Fabricación
Tiempo de ejecución
139
6. INTERROGANTES
a Preguntas secundarias
¿Cuáles son los cálculos y dimensiones necesarios para optimizar el diseño estructural
de un taller mecanico para fabricación de estructuras metalicas en la empresa
Tecnología, Mantenimiento e Ingeniería Perú SAC?
b. Preguntas secundarias
a. ¿Cómo el análisis de esfuerzos admisibles permitirá optimizar el diseño estructural
de un taller mecanico para fabricación de estructuras metalicas en la empresa
Tecnología, Mantenimiento e Ingeniería Perú SAC?
b. ¿Cuáles son los factores de carga y resistencia que se debe tenerse en cuenta para
optimizar el diseño estructural de un taller mecanico para fabricación de estructuras
metalicas en la empresa Tecnología, Mantenimiento e Ingeniería Perú SAC?
c. ¿Cuál es la importancia del uso de la normativa ANSI/AISC 360-05 y Metodología
AISC – RLDF, en la optimización del diseño estructural de un taller mecanico para
fabricación de estructuras metalicas en la empresa Tecnología, Mantenimiento e
Ingeniería Perú SAC?
d.¿Cómo optimizar los costos para el diseño estructural planteado mediante un análisis
eficiente, frente a una estructura tijeral- unión soldada?
e. ¿Cuál es el tiempo de ejecución en el proceso de analisís y optimización del diseño
estructural de un taller mecanico para fabricación de estructuras metacas en la Empresa
Tecnología, Mantenimiento e Ingeniería Perú SAC?
140
7. MARCO REFERENCIAL:
a. Conceptos Básicos
ANÁLISIS DE DISEÑO ESTRUCTURAL:
El análisis de diseño estructural se realiza a partir de un adecuado balance, entre un
material que puede cumplir con las normas de seguridad de diseño (RLDF, AISC y MET), a
partir de sus características naturales específicas, sus capacidades mecánicas. El costo de la
estructura siempre debe ser menor, pero obteniendo el mejor resultado a partir de un análisis
estructural previo.
ESTRUCTURA ALMA LLENA:
Es considerado el sistema tradicional para la construcción de techos y naves
industriales, tiene una gran capacidad para soportar cargas y tener amplios claros, sin embargo,
a comparación de los otros sistemas logra ser el más pesado. Estas son más eficientes ya que
se optimiza el material de acuerdo a los requisitos del análisis estructural.
OPTIMIZACIÓN ESTRUCTURAL:
La optimización se puede lograr mediante varias formas, siendo algunas de ellas el peso
de la estructura, el uso mismo del acero, esfuerzos máximos, deformaciones permisibles y
menor peso, eso podremos lograrlo mediante un diseño y análisis adecuado de la estructura
(Zapata Baglietto, 1997 págs. 1-2).
DISEÑO ESTRUCTURAL.
Para Meli ( 2014, pág. 15): El diseño estructural está presente en el proceso más común
de un proyecto de obra civil, en el que se define las características que debe presentar una
construcción para cumplir de una manera adecuada los requisitos que está destinada a
141
desempeñar. El comportamiento de una estructura debe estar preparada para resistir fuerzas y
deformaciones a la que esté expuesta sin que esta colapse o presente fallas.
SISTEMA ESTRUCTURAL:
El sistema estructural consiste en el ensamblaje de varios elementos independientes
para formar un nuevo cuerpo uniforme y su objetivo es de darle estabilidad y soporte a la
edificación que se define mediante el diseño estructural (Niño, 2014 pág. 2).
ESTRUCTURA METÁLICA:
Una estructura metálica es aquella estructura que está conformada por elementos
metálicos, generalmente acero, este tipo de estructuras es la más idónea para el sector
constructivo por su eficiencia que presentan y por el factor costo (Ferros la Pobla S.A., 2018).
INGENIERÍA:
Aplica los conocimientos y métodos científicos a la invención o perfeccionamiento de
tecnologías de manera pragmática y ágil, adecuándose a las limitaciones de tiempo, recursos,
requisitos legales, requisitos de seguridad, ecológicos, etc.
DEFLEXIONES:
Es la respuesta estructural porque expresa, un momento de parámetros, que responde a
una acción de cargas aplicadas (cargas muertas, sismos, etc.).
FACTOR DE SEGURIDAD:
En los tornillos de alta resistencia, la resistencia a cortante está basada en un coeficiente
de fricción de .34 y el factor de seguridad al deslizamiento bajo cargas repetidas es:
142
Fs = (.34 Ti) / (Fv . Av)
Ti = Tensión mínima de instalación del tornillo
Fv = Esfuerzo permisible al cortante.
Av = Área nominal del tornillo
ESFUERZOS ADMISIBLES:
En las tablas que aparecen a continuación, se han calculado las cargas admisibles de
algunos perfiles WF, HEA y HEB .
• El material de calidad comercial se ha trabajado con un esfuerzo de fluencia de 2530
Kg./cm2 (36000 P.S.I).
• El radio de giro ( r ), que aparece en las tablas, en cada caso, es el menor (con respecto
al eje y).
• El límite de esbeltez, KL / r = 200, se detecta en cada perfil por la presencia de la línea
punteada.
• Las cargas admisibles están dadas en kilogramos.
CARGAS ADMISIBLES (KG) PARA PERFILES WF AMERICANOS
SOMETIDOS A COMPRESION. FY = 2530 KG./CM2 (36000 P.S.I.) K=1, L / R = 200
PROCEDIMIENTO DE DISEÑO :
Datos necesarios: Tipos de apoyos, K (tabla 6-18) Longitud del elemento, L (según
diseño) Carga actuante, Pa (carga viva + carga muerta) Resistencia del material, Fy
Procedimiento: 1. Conociendo la carga actuante Pa, se asume un área con la formula
Fa = Pa / A A = Pa / Fa. Se utilizaran valores para Fa = 0.2 Fy a 0.3 Fy, para columnas
largas y cargas pequeñas, y Fa = 0.5 Fy a 0.58 Fy, para columnas de poca longitud y grandes
cargas.
143
El material a utilizar es acero A-36, Fy = 36000 P.S.I (2530 Kg./cm2 )
Teniendo la sección buscamos en las tablas de los valores estáticos (CAPITULO9) sus
propiedades: A (área), Ix (inercia en x), IY (inercia en y). Calculamos r (radio de giro) con la
formula r = √ I/A Con el rx se determina Kl / r.
Se Halla el Fa, dependiendo del Kl en la Tabla 6-19. Teniendo el Fa , se determina la
carga admisible, Padm. = Fa A
Si Padm ≥ Pa El diseño es correcto
Si Padm < Pa La sección escogida es insuficiente.
Si Padm >> Pa Esta sobrediseñado
NORMA TÉCNICA DE EDIFICACIÓN E.090 – ESTRUCTURAS
METÁLICAS:
Esta norma tiene por finalidad diseñar, fabricar y montar estructuras metálicas con
factores de carga y resistencias (LRFD) y es aplicable para todo el territorio nacional peruano
(Vásquez Bustamante, 2018 pág. 457).
ACERO ESTRUCTURAL:
Es el acero aceptado para términos estructurales de pórticos y reticulados siendo
capaces de soportar cargas en su diseño y su empleo está enfocado en columnas, vigas,
puntales, bridas, montantes y otros (Vásquez Bustamante, 2018 págs. 457- 458
TIPOS DE CARGAS EN LA ESTRUCTURA:
Las cargas son fuerzas aplicadas en diferentes elementos estructurales de una
edificación y se clasifican de acuerdo a su naturaleza y la duración de su aplicación, tales como
cargas vivas, muertas y ambientales (McCormac, y otros, 2012 pág. 41).
144
CARGA VIVA:
Son aquellas cargas que algunas veces pueden estar aplicadas a los miembros y otras
no. Se les considera carga viva a las personas, muebles o equipos de uso no permanentes en
una superficie (Zapata Baglietto, 1997 pág. 5).
CARGA MUERTA:
Son fuerzas de gravedad que siempre permanecerán sobre la estructura, como los
elementos estructurales, portantes de una edificación, tuberías, etcétera (Zapata Baglietto, 1997
pág. 5).
CARGA DE VIENTO:
Es una fuerza dinámica que presenta el propio flujo del viento y se considera en el
cálculo estructural para evitar fallas por la misma (Zapata Baglietto, 1997 pág. 7).
NORMA TÉCNICA DE EDIFICACIÓN E.030 – DISEÑO
SISMORESISTENTE:
Es relevante para el diseño de todas las estructuras en nuevas estructuras, en la
fortificación de las existentes y para arreglar aquellas que se ven perjudicadas por una ocasión
sísmica, para mantenerse alejado de la falta de asistencia de las vidas humanas, respaldar la
progresión de las administraciones esenciales de servicios básicos y limitar el daño material a
la estructura (Vásquez Bustamante, 2018 pág. 299)
MAPA EÓLICO DEL PERÚ:
En este mapa del territorio peruano se detalla la velocidad del viento que presenta por
cada zona, variando desde 30 Km/h hasta 130 Km/h (Vásquez Bustamante, 2018 pág. 298).
145
b. Marco institucional:
5. NOMBRE DE LA EMPRESA_
TECNOLOGÍA, MANTENIMIENTO E INGENIERÍA PERÚ SAC
6. DESCRIPCION DE LA EMPRESA:
Somos una empresa dedicada al rubro de mantenimiento, diseño, fabricación
estructural, montaje estructural, subestación a media tensión, Etc. Creada el 10 de diciembre
del 2019, buscamos que el compromiso, la transparencia, la eficiencia, el trabajo en equipo y
el enfoque en el cliente, sean parte de nuestro comportamiento diario, incorporamos gente de
comprobada ética. El conjunto de personas con este perfil ayuda a crear un buen clima laboral
en la empresa, trabajan por objetivos comunes, siempre atendiendo a su desarrollo personal y
profesional, pero sobretodo identificados con la compañía. Buscamos que cada colaborador
que forma parte de la compañía sea un excelente profesional pero sobretodo sea una excelente
persona. Los colaboradores son nuestros mejores aliados, poniendo pasión en todo lo que
hacen, en un ambiente laboral agradable.
7. UBICACIÓN
Sector 2 Mza. I Lote. 8 Avis. El Altiplano - Zona B Arequipa/Arequipa/Yura
Fuente: https://compuempresa.com/info/tecnologia-mantenimiento-y-ingenieria-peru-sac
ruc: 20605624872
8. SERVICIOS:
INGENIERÍA:
Desarrollo y ejecución de proyectos en Obras Civiles, Construcción y Montaje
Electromecánico y Puesta en Marcha, Montaje de líneas Tuberías HDPE – Geo membrana,
146
Ejecución de Sistemas de Alcantarillado agua y desagüe, Obras Misceláneas en Proyectos,
diseño de planos (civiles, mecánicos, tubería, Etc.)
METAL MECÁNICA:
Fabricaciones Metal Mecánicas: Fabricación y Montaje de Tanques de Almacenamiento de
Agua, Combustible (ANSI/api 650).
Construcción de Silos Metálicos para Almacenamiento de Productos, Construcción de
Recipientes (ASME BP&V SEC. VII).
Diseño, suministro, habilitación, montaje y construcción de sistemas de tuberías de procesos,
acero al carbono, Stanley Steel, hierro dúctil, para servicios de agua, aire, combustible, gas, ácido.
Diseño, suministro, habilitación, montaje y construcción de sistemas de tuberías de PVC,
polietileno de alta densidad HDPE diámetros de 2” a 54”. EQUIPOS DE TERMOFUSIÓN /
ELECTROFUSIÓN:
Diseño, Suministro, Fabricación y Montaje mecánicos, Chutes, Tolvas, Celdas,
Compuertas, Puertas de Seguridad
Diseño, Suministro, Fabricación y Montaje de Estructuras Metálicas
Fabricamos Grating, Barandas Metálicas de Seguridad,
REVESTIMIENTOS:
Arenado de Estructuras, Ductos, Recipientes de Presión, Tanques de
Almacenamiento, Tuberías.
Aplicación de Pintura Mediante Sistemas Semiautomáticos.
Aplicación de revestimientos anticorrosivos en superficies metálicas y concretas.
147
OBRAS CIVILES:
Edificaciones Industriales
Fabricaciones Estructurales, Losas Especiales, Bases para Montaje de Maquinarias, Muros de
Contención
Obras de Drenaje, Mantenimiento de Vías
OBRAS HIDRÁULICAS:
Redes de agua potable y alcantarillado
Unidades de tratamiento de agua potable
OBRAS ELÉCTRICAS E INSTRUMENTACIÓN:
Montaje de Equipos Eléctricos e Instrumentación en General, Paneles de Fuerza,
Control, Alumbrado, Transformadores de potencia, Cuartos Eléctricos Prefabricados, MCC.
Sistemas de tierra, línea de malla a tierra y pozos a tierra. Mantenimientos
Montaje e instalación líneas aéreas de media tensión
MAESTRANZA:
Fabricamos Partes y Repuestos de Maquinarías / Equipos
Recuperamos piezas y partes
OBRAS DE MANTENIMIENTO:
Trabajos Programados en paradas de Planta: Fajas Transportadoras, Polines, Celdas,
Columna, Chutes, Tolvas, Moto Reductores, Ductos, Líneas de Agua y Relaves, Filtros,
Bombas, etc.
Mantenimiento de maquinaria y equipos en general
148
OBRAS DE DRYWALL:
El Sistema de construcción en Drywall en toda clase de proyectos, remodelaciones o
ampliaciones. Se puede hacer toda una casa prefabricada en drywall. Sistema también es adecuado
para cielos rasos, divisiones interiores y exteriores, enchapes, fachadas flotantes, aleros y
ductos para tuberías, falsas columnas, etc.
NORMATIVA ANSI/AISC 360-05, METODOLOGÍA AISC – RLDF.
La última versión de la Normativa ANSI/AISC 360-05, especifica que la estabilidad de
las estructuras debe ser verificada de manera global, así como de manera individual en todos
los miembros. Este último requisito se cumple en el diseño convencional de las estructuras de
acero, pero el primero no es de directa aplicación. Se requiere entonces una metodología
general para estudiar la estabilidad global de los sistemas estructurales de cualquier
configuración. En el presente trabajo se desarrolla una metodología para el análisis de
estabilidad de estructuras desde un enfoque energético, que permita un tratamiento matricial
del problema, lo más cercano posible al análisis matricial convencional de estructuras, tanto en
dos y tres dimensiones.
ANSI/AISC 360-05 (9) define los requisitos de estabilidad sin importar cual sea el
sistema estructural resistente. Los requerimientos son: - La estabilidad debe ser analizada
considerando la estructura como un todo. Adicionalmente la estabilidad de los miembros
individuales debe ser también verificada.
Según la especificación ANSI/AISC 360-05 (9). Se tratará principalmente de sistemas
de marcos de momento, en los que la rigidez lateral depende de la rigidez de las vigas, columnas
y de las uniones entre ellas. En marcos arriostrados el diseño puede realizarse de manera
conservadora usando r
149
1.0 en la evaluación de la resistencia de sus miembros; así que mas bien en los marcos de
momento el estudio de la estabilidad es relevante, pues no hay un valor conservador del
coeficiente de longitud efectiva que se podría usar, solo se sabe que r > 1.0 en estos tipos de
estructuración.
c. Marco teórico:
El primer uso del acero como material estructural fue la construcción del puente
Coalbrookdale en Inglaterra, este evento hizo que cambiara el rumbo de la Revolución
Industrial
Después de la construcción del puente Coalbrookdale, se siguieron construyendo
puentes de hierro fundido, para luego ser reemplazado por el hierro dulce por ser más maleable
.En un principio las diferentes laminadoras en Estados Unidos publicaban sus catálogos con
los perfiles que producían y posteriormente en 1896 la AISI empezó con el proceso de
estandarización. Actualmente la mayoría de los perfiles de acero se encuentran estandarizados.
En el Perú se han realizado obras diseñadas en acero estructural como los centros
comerciales, supermercados, grandes almacenes, colegios, etc. Sin embargo, el diseño en
acero.
INGENIERÍA
La Ingeniería es aquella disciplina que se ocupa del estudio y de la aplicación de los
conocimientos que de este y de la experiencia resultan, para que a través de diseños, técnicas
y problemas puedan ser resueltos los diferentes problemas que afectan a la humanidad.
La ingeniería, básicamente, requerirá de un ajustado conocimiento y manejo de
las matemáticas, por un lado y de las ciencias naturales, por el otro, para desarrollar formas
150
económicas que permitan utilizar determinados materiales y las fuerzas de la naturaleza en
absoluto beneficio del ambiente y de la humanidad.
Pero también, la ingeniería, va un poco más allá de esto y entonces también utilizará
los conocimientos científicos para ponerlos al servicio de la invención, perfeccionamiento y
utilización de cualquier tipo de tecnología.
Si bien la ingeniería es una actividad absolutamente humana, por lo cual debería venir
acompañando al hombre prácticamente desde sus orígenes como tal, en realidad, su campo de
conocimiento específico está estrechamente vinculado al inicio de la Revolución Industrial.
Los individuos que dedican su vida profesional a este menester se conocen con el nombre de
ingenieros.
ESFUERZOS ADMISIBLES
En el caso del acero, el esfuerzo admisible Fs. a tracción depende de su límite elástico
fy, como se encuentra establecido en el numeral C-G.3.2 del reglamento de construcciones
sismo resistentes de Colombia, para aceros con un esfuerzo de fluencia menor o igual a 240
MPa, se debe tomar como esfuerzo admisible un valor de 120 MPa. En cambio, si el acero de
refuerzo posee un esfuerzo de fluencia mayor o igual a 420 MPa debe tomarse un esfuerzo
admisible de 170 MPa,
Adicionalmente se establecen las siguientes condiciones para el uso de refuerzos
dispuestos en forma de malla de alambre electro soldada: el esfuerzo admisible debe tomarse
151
como 170 MPa para aceros colocados a flexión si sus diámetros son inferiores a 10 mm, en
cambio en losas armadas en una dirección y con vanos inferiores a 3,50 m, dicho esfuerzo
puede ser tomado como el menor de 210 MPa o el 50% de la resistencia a la fluencia, tomando
siempre la menor de ellas. (Lamus & Andrade, 2015)
FACTORES DE CARGA Y RESISTENCIA
Se base en los conceptos de estados limite.
El estado limite es para describir una condición en la que una estructura o parte de ella
deja de cumplir su pretendida función.
Dos tipos de estados limite:
Los de resistencia
Los de servicio
Los estados limite de resistencia –se basan en la seguridad o capacidad de carga de las
estructuras e incluyen las resistencias plásticas, de pandeo, de fractura, de fatiga, de volteo, etc.
Los estados limite de servicio –se refieren al comportamiento de las estructuras bajo
cargas normales de servicio y tienen que ver con aspectos asociados con el uso y ocupación,
tales como deflexiones excesivas, deslizamientos, vibraciones y agrietamientos.
LA ESPECIFICACIÓN LRFD
‐Especifica mucho a los estados limite de resistencia
‐Permite cierta libertad en el área de servicio.
LRFD
Las cargas de trabajo o servicio (Qi) se multiplican por ciertos factores de carga o
seguridad (λi–siempre mayores que 1.0)
Las cargas factorizadas –usadas para el diseño de la estructura.
152
Las magnitudes de los factores de carga varían, dependiendo del tipo de combinación
de las cargas.
La estructura se proporciona para que tenga una resistencia ultima de diseño suficiente
para resistir las cargas factorizadas.
Esta resistencia es la resistencia teórica o nominal (Rn) del miembro estructural,
multiplicada por un factor de resistencia (φ‐siempre menor que 1.0)
La expresión para el requisito de seguridad estructural es:
Σλi Qi≤φRn
(Suma de los productos de los efectos de las cargas y factores de carga) ≤(factor de
resistencia)(resistencia nominal)
(Los efectos de las cargas) ≤(la resistencia o capacidad del elemento estructural)
Factores de carga y las combinaciones
U = 1.4 D (Ecuación A 4‐1 del LRFD)
U = 1.2D + 1.6L + 0.5(Lr o S o R) (Ecuación A 4‐2 del LRFD)
Donde
U –la carga ultima
D –cargas muertas (Dead load)
L –cargas vivas (Live load)
Lr –cargas vivas en techos (Roof Live load)
S –cargas de nieve (Snow load)
R –carga inicial de agua de lluvia o hielo (Rain water or ice load)
W –fuerzas de viento (Wind load)
E –Fuerzas de Sismo (Earthquake load)
Cuando hay cargas de impacto
U = 1.2D + 1.6(Lr o S o R) + (0.5 Lr o 0.8 W) (Ecuación A 4‐3 del LRFD)
153
U = 1.2D + 1.3W + 0.5L + 0.5(Lr o S o R) (Ecuación A 4‐4 del LRFD)
U = 1.2D ±1.0E +0.5 L+0.2S (Ecuación A 4‐5 del LRFD)
Existe un cambio en el valor de factor de carga para L en las combinaciones A4‐3, A
4‐4, A4‐5 cuando se trata de garajes, áreas de reuniones publicas y en todas las áreas donde la
carga viva exceda de 100 psf,
U = 1.2D + 1.6(Lro S o R)+(1.0 L o 0.8 W) (Ecuación A 4‐3’ del LRFD)
U = 1.2D+1.3W+1.0L+0.5(Lro S o R) (Ecuación A 4‐4’ del LRFD)
U = 1.2 D ±1.0 E + 1.0 L + 0.2S (Ecuación A 4‐5’ del LRFD)
Cuando hay la posibilidad de levantamiento por las fuerzas de viento y sismo,
U = 0.9 D ±(1.3 W o 1.0 E) (Ecuación A 4‐6 del LRFD)
Las magnitudes de las cargas (D, L, Lr, etc.) –obtenerse en los reglamentos de
construcción vigentes o en la especificación ASCE 7.93.
•ASCE –American Society of Civil Engineers
•Carga critica o gobernante el valor mas grande obtenido en cada cas
FACTORES DE RESISTENCIA
La resistencia ultima de una estructura depende en la resistencia de los materiales, las
dimensiones, la mano de obra y no puede calcular exactamente
Que puede influir
4. Imperfecciones en las teorías de análisis
5. A variaciones en las propiedades de los materiales
6. A las imperfecciones en las dimensiones de los elementos estructurales
CONFIABILIDAD Y LAS ESPECIFICACIONES LRFD
• Estadística y Probabilidad
154
• Confiabilidad –al porcentaje estimado de veces que la resistencia de una estructura será
igual o excederá a la carga máxima aplicada a ella durante su vida estimada ( 50 años)
• Los investigadores del método LRFD desarrollaron un procedimiento para estimar la
confiabilidad de los diseños.
• Establecieron lo que les pareció razonable en cuanto a porcentajes de confiabilidad para
diferentes situaciones.
• Lograron ajustar los factores φ de resistencia para que los proyectistas fuesen capaces
de obtener los porcentajes de confiabilidad establecidos en el punto anterior.
NORMATIVIDAD
La niormatividad es un conjunto de leyes o reglamentos que rigen conductas y
procedimientos según los criterios y lineamientos de una institución u organización privada o
estatal.
La palabra normatividad deriva del latín norma, que significa 'escuadra'. Se compone además
de -tivo, que indica una relación activa o pasiva, y el sufijo -dad, que se refiere a una cualidad.
Así, normatividad es etimológicamente la cualidad activa o pasiva de un instrumento para
marcar de forma rigurosa y recta los límites de un contedo.
ANSI/AISC 360-05- METODOLOGÍA AISC - RLDF
La última versión de la Normativa ANSI/AISC 360-05, especifica que la estabilidad de
las estructuras debe ser verificada de manera global, así como de manera individual en todos
los miembros. Este último requisito se cumple en el diseño convencional de
las estructuras de acero, pero el primero no es de directa aplicación.
Las especificaciones para construcciones de acero vigentes en Estados Unidos de
América (AISC, ANSI/AISC 360-05, Specification for Structural Steel Buildings, 2005b)
155
consideran dos métodos generales de diseño: el método de las tensiones admisibles (ASD por
las siglas de Allowable Strength Design), y el método de factores de carga y resistencia (por
las siglas de Load and Resistance Factor Design).
El pnmer método se basa en verificar que las tensiones inducidas en los elementos
estructurales no excedan una tensión admisible, la cual resulta de dividir la resistencia del
material (usualmente la tensión de tl.uencia Fy) por un factor de seguridad. Este procedimiento
es ampliamente conocido por los ingenieros estructurales y ha sido utilizado a lo largo de
muchas décadas. La combinación de estados de carga requeridas para este método, según el
reglamento ASCE/SEI 7-05, Mínimum Design Load s for Buildings and Other Structures
(ASCE, 2005) son:
l. D+F
2. D + H + F+ L + T
3. D + H + F + (Lr o S o R)
4. D + H + F + O. 75(L + T) + O. 7
5 (Lr o S o R) 5. D + H + F+ (Wo 0.7E)
6. D + H + F + 0.75 (W o 0.7E) + 0.75L + 0.75 (Lr o S o R)
7. 0.6D+W+H
8. 0.6D + 0.7E + H (1.1 )
Dónde: D es la carga permanente por peso propio, F la carga debida a fluidos, T
representa la acción resultante del impedimento de cambios dimensionales, H es la carga
debida empuje lateral de suelos, del agua en el suelo o de otros materiales a granel, L es la
sobrecarga de uso, Lr es la sobrecarga en cubiertas, S es la carga de nieve, R es la carga por
lluvia, W la carga de viento y E representa la acción del sismo. Por el contrario, el método
LRFD es más reciente~ algunos países de Latinoamérica lo han adoptado en los últimos años,
mientras que otros países continúan con el método ASD. A nivel académico, los datos
156
obtenidos de un relevamiento informal en distintas universidades de Latinoamérica indican qué
solo algunas universidades ha incorporado en los planes de estudio de ingeniería civil la
enseñanza del método LRFD. Es por ello que resulta conveniente presentar una descripción
conceptual del mismo en esta publicación. (ASCE, 2005) El método de diseño LRFD se basa
en la evaluación de una serie de estados límites, los cuales pueden definirse como una
condición, aplicable a toda la estructura o a uno de sus componentes, más allá de la cual no
queda satisfecha el comportamiento requerido o esperado. (ASCE, 2005)
Los estados límites se dividen en dos grupos: • Estados límites de servicio: son aquellos
vinculados a condiciones de funcionamiento y su incumplimiento puede afectar el normal uso
de la construcción. Como ejemplo, puede mencionarse el control de deformaciones excesivas
en vigas o de vibraciones en un entrepiso cuando se someten a cargas de servicio. • Estados
límites de resistencia (o últimos): son los relacionados con la capacidad resistente ante cargas
últimas y se vinculan directamente con la seguridad estructural para prevenir el daño y el
colapso. Estos estados varían según el tipo de solicitación actuante, y usualmente se requiere
verificar varios de ellos para un mismo componente. Algunos de los estados límites de
resistencia más usuales son: fluencia, rotura, formación de rótulas plásticas, inestabilidad
global de un componente, pandeo local y pandeo lateral torsional. La verificación de los estados
límites de resistencia se realiza a través de la comparación entre las solicitaciones resultantes
de aplicar las combinaciones de cargas mayoradas (en estado último) y la resistencia
correspondientes a dicho estado, lo cual puede expresarse como:
Resistencia requerida, Ru (demanda)≤ Resistencia de diseño, Rd (suministro)
ECONOMÍA
157
Disciplina que estudia las relaciones sociales que afectan a los procesos de producción,
distribución, consumo e intercambio de bienes y servicios.
La economía se centra también en el comportamiento de los individuos, su interacción
ante determinados sucesos y el efecto que producen en su entorno. Por ejemplo, el efecto que
producen en los precios, la producción, la riqueza o el consumo, entre otros.
La ciencia económica también se encarga del estudio de todas las fases relacionadas
con el proceso de producción de bienes y servicios, desde la extracción de materias primas
hasta su uso por el consumidor final, determinando la manera en que se asignan los recursos
limitados.
COSTO DE FABRICACIÓN
El costo de producción (o costo de operación) es el gasto necesario para fabricar un
bien o para generar un servicio.
De esta forma, el costo de producción está relacionado con aquellos gastos necesarios,
quedando fuera otros como los financieros. Suele incluir la materia prima y
aprovisionamientos, la mano de obra directa e indirecta y otros costes de gestión como
amortizaciones, alquileres o gastos de asesoramiento.
ELEMENTOS DEL COSTO DE PRODUCCIÓN
Como hemos mencionado, existen tres elementos claves en el costo de producción. A
continuación explicamos cada uno de ellos:
Uno es la materia prima y aprovisionamientos. La primera son aquellos materiales que se
transforman en el proceso productivo. Un ejemplo sería la harina y la sal en el pan. La segunda
158
son los que no se transforman pero son necesarios, como las bolsas en las que se comercializan
algunos bienes.
El segundo, tan importante como el primero, es la mano de obra. En este caso se incluye
solo la mano de obra directa, es decir, aquella involucrada en el proceso productivo.Por
ejemplo, los empleados que trabajan en la cadena de fabricación.
El tercero son los otros costes indirectos de producción. Aquí incluimos la mano de obra
indirecta que es la que, aun no estando implicada en el proceso, es necesaria. Por ejemplo,
el personal del departamento de administración. También deberemos añadir el resto de
gastos necesarios como amortizaciones, alquileres o tributos.
CÓMO CALCULAR EL COSTO DE PRODUCCIÓN
La forma de cálculo depende de cuál de las tres vertientes del coste nos interesa. Veamos
cada una de ellas:
Para la materia prima y aprovisionamientos hay que incluir todos los gastos necesarios.
Estos pueden ser transportes, seguros, aduanas, tributos no deducibles y otros similares.
Para el cálculo conviene conocer el coste por unidad producida.
Para la mano de obra, hay que incluir el sueldo bruto y otros costes sociales. Por ejemplo,
las cuotas que paga la empresa a la seguridad social para desempleo, formación o pensiones.
Para el cálculo conviene saber el coste por hora.
Por último, en relación a los costes indirectos, que deberán incluir el resto de ellos. En este
caso, debemos incluir todos excepto los financieros.
159
TIEMPO DE EJECUCIÓN
Se denomina tiempo de ejecución (runtime en inglés) al intervalo de tiempo en el que
un programa de computadora se ejecuta en un sistema operativo. Este tiempo se inicia con la
puesta en memoria principal del programa, por lo que el sistema operativo comienza a ejecutar
sus instrucciones. El intervalo finaliza en el momento en que este envía al sistema operativo la
señal de terminación, sea esta una terminación normal, en que el programa tuvo la posibilidad
de concluir sus instrucciones satisfactoriamente, o una terminación anormal, en el que el
programa produjo algún error y el sistema debió forzar su finalización.
Este término suele emplearse, en oposición a tiempo de compilación, para indicar si una
acción o hecho sucede en uno u otro tiempo.
Un entorno de ejecución (runtime environment en inglés) es un estado de máquina
virtual que suministra servicios para los procesos de un programa de computadora que se está
ejecutando. Puede pertenecer al mismo sistema operativo, o ser creado por el software del
programa en ejecución.
En la mayoría de los casos, el sistema operativo maneja la carga del programa con una
parte del código llamada cargador, haciendo configuración básica de memoria y enlazando el
programa con cualquier biblioteca de vínculos dinámicos a la cual haga referencia. En algunos
casos un lenguaje o implementación hará esas tareas en lugar del runtime del lenguaje, a pesar
de que es inusual en los lenguajes principales sobre los sistemas operativos de usuarios
normales.
160
EL ACERO EN LA CONSTRUCCION:
La construcción metálica, de tan arraigada tradición en los piases desarrollados, está
alcanzando un papel significativo en el campo de las estructuras de edificación, sobre todo en
aquellos proyectos en que la disposición de espacio útil y la versatilidad de la distribución
interior son condicionamientos esenciales. La hipótesis acerca de la perfección del acero,
posiblemente el más versátil de los materiales estructurales, parece más razonable al considerar
su gran resistencia, poco peso, fabricación sencilla, y muchas otras propiedades deseables. En
particular el acero laminado por su gran resistencia, alta fiabilidad y por su concordancia en el
comportamiento con las hipótesis básicas de la resistencia de materiales, puede considerarse el
material técnico por excelencia. Si se tuviesen que agrupar los materiales modernos de
construcción con los clásicos, se debería asociar el acero laminado con la madera al presentar
indudables similitudes.
• Buena resistencia tanto a tracción como a compresión.
• presentarse en obra en piezas prismáticas rectas.
• problemas de enlace, etc. en cuanto a la elección del material más adecuado por parte
del proyectista de una construcción o estructura en general, el acero laminado entra en
competencia abierta con el hormigón, quedando otros materiales: rocas, maderas, aluminio,
plásticos o cerámicos fuera del dilema por su empleo más restringido por criterios de diseño o
económicos. la aparición del acero laminado a finales del último siglo represento la transición
del hierro colado y el forjado hacia un material de análogas características resistentes con una
mayor garantía de producción y calidad, lo que llevo, a colocarlo en manos del proyectista, a
dar la sensación de que monopolizaría las estructuras, cosa que si bien es evidente nunca
alcanzo, no impide que hoy día sea insustituible en la ejecución de las obras que implican
grandes luces y las mayores alturas, manteniéndose en un primer plano en el campo estructural,
pese a la evidente competencia que le presenta el hormigón pretensado para las primeras, y
161
especialmente, el hormigón de alta resistencia para las segundas.( manual técnico de
estructuras metálicas Pag. 4.)
VENTAJAS DEL ACERO COMO MATERIAL ESTRUCTURAL:
ALTA RESISTENCIA:
La alta resistencia del acero, por unidad de peso, significa que las cargas muertas serán
menores. Este hecho es de gran importancia en puentes de gran claro, edificios elevados, y en
estructuras cimentadas en condiciones precarias.
UNIFORMIDAD:
Las propiedades del acero no cambian apreciablemente con el tiempo, como sucede
con las de concreto reforzado.
ELASTICIDAD:
El acero está más cerca de las hipótesis de diseño que la mayoría de los materiales,
porque sigue la ley de Hooke hasta para esfuerzos relativamente altos. Los momentos de inercia
de una estructura de acero pueden ser calculados con precisión, en tanto que los valores
obtenidos para una estructura de concreto reforzado son un tanto indefinidos.
DURABILIDAD:
Las estructuras de acero, con mantenimiento adecuado duraran indefinidamente. La
investigación en algunos de los nuevos aceros indica que bajo ciertas condiciones, solo
requieren pintura como mantenimiento.
DUCTILIDAD:
162
La propiedad de un material que le permite soportar deformaciones generales sin fallar,
bajo esfuerzos de tensión elevados, se conoce como su ductilidad. Cuando un miembro de acero
dulce se somete a la prueba de tensión, ocurrirán una reducción considerable de su área
transversal y un fuerte alargamiento, en el lugar de la falla, antes de que la fractura real ocurra.
Un material que no tenga esta propiedad es probablemente duro y quebradizo, vítreo, y
posiblemente se rompa si recibe un choque súbito.
AMPLIACIÓN DE ESTRUCTURAS EXISTENTES:
Las estructuras de acero se prestan para fines de ampliación. Nuevos tramos y en
ocasiones alas totalmente nuevas pueden añadirse a las estructuras de acero de edificaciones
ya existentes, y los puentes de acero a menudo pueden ampliarse.
DIVERSOS:
Algunas otras ventajas importantes del acero estructural son:
• Avisan con sus grandes deformaciones de la posibilidad de colapso.
• Dan lugar a construcciones más ligeras.
• Se construyen con rapidez
• Se adaptan con facilidad y flexibilidad a las dimensiones del solar
• Permiten cubrir con facilidad grandes luces.
• Facilitan la integración racional de las instalaciones en la estructura.
• Son de fácil desmontaje, manteniendo un cierto valor residual.
• Valor de rescate, aun cuando no pueda usarse sino como chatarra.
RESISTENCIA A LA TRACCIÓN:
163
Así como el grado de resistencia a los movimientos sísmicos, el grado de elasticidad que
presenta el acero frente a los impactos es uno de los más altos en los materiales de construcción
Zhttp://info.metal-tec.com.mx/blog/las-propiedades-del-acero-estructural-y-sus-beneficios, s.f.)
Figura 19. (Diseño Placa Base - Columna)
NORMA:
Tabla 3. Principales Normas De Calidad Del Acero.
Principales Normas De Calidad Del Acero.
Principales Normas de Calidad del Acero Estructural
ASTM American Society for Testing Materials
SAE Society of Automotive Engineers
AISI American Iron and Steel Institute
JIS Japanese Industrial Standard
NTP Norma Técnica Peruana
BSI British Standers Institution
DIN Deutsches Institutes fur Normung
164
PLANCHA DE ACERO A-36
Tabla 4. Características Del Acero A-3 6 (Aceros Comerciales)
Características Del Acero A-3 6 (Aceros Comerciales)
165
MATERIALES:
Para el diseño de la estructura metálica desarrollada en la presente tesis se ha optado
los siguientes materiales acorde con el tipo de elemento usado.
Para conformar los elementos estructurales, como son: vigas, viguetas y columnas se
ha usado acero ASTM A36 tipo canal C
En la fabricación de los perfiles para el soporte columna se ha usado acero W6X25
ASTM A36
Para las bases de apoyo de columnas y las juntas empernadas se ha utilizado las
planchas laminadas en caliente de acero ASTM A36.
Para los pernos de anclaje de bases de apoyo para columnas y los utilizados en las
juntas empernadas se ha empleado acero ASTM A307.
Para electrodos (material de relleno en las uniones soldadas) el material usado es acero
E60XX.
A continuación, se muestra una tabla con las principales características de los tipos de
acero antes mencionados.
CARACTERÍSTICAS DE LOS ACEROS UTILIZADOS.
Tabla 5 Características ASTM
Características ASTM
Tipo de acero E (kg/ cm2) 𝜌 (tons/m3) Fy (tons/cm2) Fu (tons/cm2)
ASTM A36 2.1*106 7.8 2.53 4.08
ASTM A307 2.1*106 7.8 2.6 4.2
E60XX 2.1*106 7.8 3.52 4.34
166
DISEÑO DE VIGAS:
Las vigas, al igual que en el concreto, están sometidas a cargas de flexión, debido a
estas cargas se deberá controlar la deflexión de las vigas
Las especificaciones del AISC-LRFD establecen que el momento nominal en flexión
será menor que el momento debido a cargas factorizadas (ver ecuación 35).
ΦMn ≥ Mu …( 35 )
Donde:
Factor de resistencia (0.9)
Mn = Resistencia Nominal en flexión
Mu = Momento debido a cargas
En el diseño de las vigas metálicas, se empleó los perfiles comerciales de Aceros
Arequipa [23], como se muestra en la tabla nª 6
LÍMITES DE FLUENCIA DEL MATERIAL:
Tabla 6. FY , FU Del Perfil W ( Soldexa 2019)
FU Del Perfil W ( Soldexa 2019)
Calidad de Acero Fy (Kg/cm2) Fu (Kg/cm2)
ASTM A572-50 3515 min 4570 min
ASTM A992-50 3515 – 4570 min 4570 min
ASTM A 992/A572-50 3515 – 4570 min 4570 min
167
Tabla 7 .Propiedades Mecánica Del Perfil W (Aceros Comerciales)
Propiedades Mecánica Del Perfil W (Aceros Comerciales)
168
PERFILES ESTRUCTURALES (SEGÚN NORMAS ASTM)
La norma ASTM es la más utilizada internacionalmente para designar y regular la
calidad de aceros de construcción y estructurales que comercialmente orecen como productos
terminados tales, como barras de construcción corrugadas y lisas, perfiles estructurales, perfiles
comerciales, placa y lámina.
La norma garantiza básicamente las propiedades mecánicas mínimas y soldabilidad de
los aceros, dado que el uso de estos está orientado a la industria de la construcción y estructuras
metálicas diversas (remachadas, soldadas o empernadas). Los estándares publicados por
ASTM emiten designaciones sistemáticas fijas para cada tipo de acero con sus respectivas
especificaciones y requerimientos para ser utilizados por los fabricantes.
Tabla 8. Tabla Fy , Fu Astm
Tabla Fy , Fu Astm
ASTM Límite de
Fluencia (MPa)
Límite de
Resistencia (MPa)
Alargamiento (%)
ASTM A 572 Grado 50 345 min. 450 min. 18 min.
ASTM A 572 Grado 60* 415 min 520 min. 16 min.
ASTM A 992* 345 a 450 450 min. 18 min.
ACERO COR 500* 370 min. 500 min. 18 min.
STM A 131 AH32* 315 min 440 a 590 min. 19 min
ASTM A 131 AH36* 355 min 490 a 620 min. 19 min
169
CLASICFICAIÓN DE LOS ACEROS SEGÚN ASTM:
Tabla 9 .Clasificación Del Acero ASTM
Clasificación Del Acero ASTM
170
LA SOLDADURA:
Es un proceso de fijación en donde se realiza la unión de dos o más piezas de un material
(generalmente metales o termoplásticos), usualmente logrado a través de la coalescencia
(fusión), en la cual las piezas son soldadas fundiendo, se puede agregar un material de aporte
(metal o plástico), que, al fundirse, forma un charco de material fundido entre las piezas a
soldar (el baño de soldadura) y, al enfriarse, se convierte en una unión fija a la que se le
denomina cordón. A veces se utiliza conjuntamente presión y calor, o solo presión por sí
misma, para producir la soldadura. Esto está en contraste con la soldadura blanda (en inglés
soldering) y la soldadura fuerte (en inglés brazing).
(https://www.soldexa.com.pe/soldexa/sp/support/documentation/upload/manual_de_bolsillo.pdf, s.f.)
Clasificación General De Los Procesos De Soldadura:
Figura 20. Clasifación - Soldadura (Soldexa)
171
DIRECCIÓN DE SOLDEO:
La dirección de soldadura estará en función del material y del espesor de la pieza a
soldar. Si se suelda acero, la dirección de soldadura es recomendable efectuarla de derecha a
izquierda, aunque la cantidad de material depositado es menor, se obtiene una velocidad de
soldadura elevada y un excelente aspecto del cordón. La soldadura de izquierda a derecha, la
calidad de la unión es inferior, dando lugar a un mayor calentamiento del cordón y una mayor
deposición del material en exceso. El primer tipo de soldadura es recomendable en la mayoría
de los casos, pero necesaria cuando se trata de chapas de pequeño espesor, como sucede con la
carrocería. En materiales como el aluminio, se hace obligatorio realizar la soldadura de derecha
a izquierda
Figura 21. Dirección De Soldeo (Soldexa-2019)
172
EFICIENCIA DE DEPOSICIÓN DEL MATERIAL DE APORTE:
Tabla 10. Eficiencia De Deposición
Eficiencia De Deposición
Procesos de soldadura Deposición del material de aporte
SMAW, Electrodos de 14" (356 mm) 56 – 65 %
SMAW, Electrodos de 18" (457 mm) 60 – 60 %
GTAW 99 %
GMAW , Alambre solido 90- 97 %
FCAW 92- 98 %
GMAW, Alambre Metal cored 78- 86%
SAW 90- 100%
VELOCIDAD DE DEPOSICIÓN DEL MATERIAL DE APORTE:
Es la cantidad de material de aporte depositada por unidad de tiempo
Se expresa en kg/h o lb/h.
La VD puede ser obtenida experimentalmente.
También la conocen como Rata de Deposición
Para el caso de FCAW, la VD indica la cantidad de alambre tubular que se deposita en la
junta, medida en kg/h o en lb/h; la VD en FCAW depende de:
La Velocidad de Avance que se le dé a la pistola
Diámetro del alambre tubular
Intensidad (mediada en Amperios) de la corriente eléctrica
El tipo de alambre tubular; es decir, si está formulado con gas de protección o es auto
protegido
173
TAMAÑO MÍNIMO DE SOLDADURA (AWS):
Tabla 11 .Tamaño Mínimo de Soldadura (AWS)
Tamaño Mínimo de Soldadura (AWS)
Tipo de Unión Espesor de la placa Tamaño mínimo de
soldadura
Unión filete
1/4" 1/8"
1/4" – 1/2" 3/16"
1/2" – 3/4" 1/4"
3/4" – 1 1/2" 5/16"
1 1/4" – 2 1/2" 3/8"
2 1/4" – 6" 1/2"
6" a mas 5/8"
Unión acanalada
1/4" 1/8"
1/4"- 1/2" 3/16"
1/2"- 3/4" 1/4"
3/4" a mas 5/16"
TIPOS DE SOLDADURA A EMPLEAR EN EL PROYECTO DE
FABRICACIÓN:
PROCESO DE SOLDEO POR SMAW:
El proceso de electrodo revestido (Manual), identificado por la AWS como SMAW
(Shield Metal Arc Welding), es un proceso de soldadura por arco eléctrico entre un electrodo
revestido y un metal base.
En la soldadura de electrodos revestidos el amperaje queda fijado por el diámetro del
electrodo y tipo de revestimiento, el voltaje por la longitud del arco.
174
LAS FUNCIONES QUE CUMPLE EL REVESTIMIENTO SON LAS
SIGUIENTES:
Protección del metal fundido a través de la generación de gas, de la escoria, provee
desoxidantes, provee elementos de aleación, facilita el inicio del arco y su estabilidad,
determina la forma del cordón y su penetración, establece la posición de soldadura, transmite
mayor o menor calor y determina la viscosidad y fusión de la escoria.
VANTAJA:
Bajo nivel de inversion
Proceso simple, flexible y portable
Acceso a juntas en lugares difíciles de llegada
Uso en exteriores, al aire libre
Capacidad de soldar la mayoría de los metales ferrosos y no ferrosos
LIMITACIONES:
La productividad, las velocidades de deposición con electrodo revestido son
menores que aquéllas obtenidas el proceso de soldadura Mig-Mag
El rendimiento del electrodo revestido (60%) es menor que el alambre macizo
del proceso Mig-Mag (95%)
PROCESO DE SOLDEO POR FCAW:
Este proceso se caracteriza por usar un electrodo de alambre Tubular relleno de
Fundente (polvos químicos y metálicos), este alambre es alimentado en forma continua a través
de una pistola; se crea un arco entre el alambre y la pieza del trabajo que produce el suficiente
calor para fundir el metal base y el material de aporte, una vez fundido, el alambre es
depositado en la junta(unión) formando un cordón de soldadura protegido por una fina capa de
escoria, este proceso puede tener o no tener protección gaseosa.
175
PROPIEDADES DEL PROCESO FCAW, FRENTE A LOS DIFERENTES
PROCESOS DE SOLDEO:
En muchas aplicaciones el FCAW produce uniones de alta calidad a un menor costo y
con menos esfuerzo del soldador que el SMAW.
FCAW es más amigable que GMAW.
FCAW es más flexible y adaptable que SAW.
Metal de soldadura depositado de alta calidad.
Excelente apariencia (soldaduras con superficies lisas y uniformes)
Los Filetes producidos en 2F (posición horizontal) son de excelente contorno
Pueden soldarse diversos aceros en un amplio rango de espesores
Alto factor de operación (fácilmente automatizable)
Alta velocidad de deposición (alta densidad de corriente)
Relativamente alta eficiencia de deposición del electrodo
La Ingeniería de diseño de las juntas es económica
Menor limpieza previa que la requerida en GMAW
Menor distorsión que en SMAW
Velocidad de Deposición hasta 4 veces mayor que en SMAW
Alta tolerancia a contaminantes que puedan producir agrietamiento
Resistencia al agrietamiento debajo del cordón
Los metales de aporte tipo metal-cored producen muy baja escoria con buenas
propiedades
Más económico que el GMAW, especialmente para soldadura en posición a pesar del
mayor costo del alambre tubular
Menor riesgo de defectos de fusión que en GMAW
176
Menos salpicaduras y sensibilidad a la porosidad que GMAW
Los alambres auto protegidos eliminan la necesidad del gas de protección o del fundente
externo
En muchas aplicaciones se obtiene mayor productividad que con proceso GMAW
LIMITACIONES DEL PROCESO FCAW:
Actualmente está limitado a la unión de aleaciones ferrosas y aleaciones base níquel.
El alambre tubular tiene un mayor costo por peso que el alambre macizo, excepto para
ciertos aceros de alta aleación.
El equipamiento es más costoso y complejo que el utilizado en SMAW, aunque el aumento
de la productividad generalmente compensa su costo.
La fuente de poder y el alimentador de alambre deben estar relativamente cerca del lugar
de la producción del Weld.
Para la modalidad FCAW-G, la protección externa puede ser afectada adversamente por
corrientes de aire.
(https://www.soldexa.com.pe/soldexa/sp/support/documentation/upload/manual_de_bolsillo.pdf, s.f.)
177
TABLA DE REGULACIONES APROXIMADAS PARA SOLDADURAS CON
ALAMBRE TUBULAR EN DIFERENTES DIÁMETROS FCAW:
Tabla 132 .Regulación Según Diámetro Para FCAW
Regulación Según Diámetro Para FCAW
Diámetro del Alambre Rango de Voltaje (v) Rango de Amperaje Rango Alambre pulg. x
min.
.035’’ 20-25 90-130 200-300
.045’’ 23-29 140-185 200-300
.052’’ 22-29 150-240 150-300
1/16’’ 22-28 180-295 125-250
Recomendación Para El Soldeo Fcaw En Las Estructuras:
ELECTRODO E6011 1/8 (3.5MM):
El electrodo 6011 posee un revestimiento de tipo celulósico diseñado para ser usado
con corriente alterna, pero también se le puede usar con corriente continua, electrodo positivo.
La rápida solidificación del metal depositado facilita la soldadura en posición vertical
y sobre cabeza.
El arco puede ser dirigido fácilmente en cualquier posición, permitiendo altas
velocidades de deposición (soldadura).
Figura 22 . Recomendación para el soldeo por
FCW (soldexa)
178
Tabla 13 .Electrodo E6011 1/8 (3.5mm):
Electrodo E6011 1/8 (3.5mm):
CARACTERÍSTICAS DETALLE
Uso Este electrodo es apto para ser utilizado en todas
las aplicaciones de soldadura en acero dulce,
especialmente en trabajos donde se requiera penetración.
aplicación Cordón de raíz en cañerías. Cañerías de
oleoductos. Reparaciones generales. Estructuras.
Planchas galvanizadas.
seguridad Debe seguirse el mismo procedimiento utilizado
para soldar con un electrodo E-6010.
certificación Canadian Welding Bureau American Bureau of
Shipping Lloyd's Register of Shipping
tipo Corrientes
Material a soldar Acero al carbono
Tipo de corriente AC/DC
diámetro 1/8”
CARACTERÍSTICAS Y CAMPOS DE USOS:
Electrodo con hierro en polvo en el revestimiento. La rápida solidificación del metal
depositado, facilita la soldadura en posición vertical y sobre cabeza.
Es apto para ser ocupado en variadas aplicaciones de soldadura, especialmente en
trabajos que se requiera alta penetración.
Aplicaciones típicas se encuentran en cordón de raíz de cañerías, reparaciones
generales, estructuras y planchas galvanizadas
179
ANÁLISIS TÍPICO DEL METAL DEPOSITADO (% EN PESO):
C, % Mn, %
Si, %
P, %
S, % Cr, %
Ni, %
Mo, %
0,11 0,41 0,23 0,010
0,017
0,02
0,02
0,01
PROPIEDADES MECÁNICAS TÍPICAS DEL METAL DEPOSITADO:
Tabla 14. Propiedades Mecánicas Típicas Del Metal Depositado(SOLDEXA)
Propiedades Mecánicas Típicas Del Metal Depositado(SOLDEXA)
Tratamiento
Térmico
Esf.
Fluencia en
0.2%, MPa
Esf. Máx.
de Tracción,
MPa
Elongación
(L=4d), % E. Absorbida
Ch-v
S/T. T
424
495 27
34J a -30º C
ELECTRODO E7018-A1:
Electrodo revestido de tipo básico, de bajo hidrógeno con polvo de hierro, tiene buena
tasa de deposición y arco suave, el depósito de soldadura contiene molibdeno (0,5% Mo) lo
que lo hace recomendable para trabajar a temperaturas intermedias (350 - 550°C), en donde
resultará la mejor resistencia a la tracción.
180
Tabla 15 Propiedades, E7918 (SOLDEXA -2019)
Propiedades, E7918 (SOLDEXA -2019)
181
AISC-LRFD:
La normativa del American Institute for Steel Construction (AISC) en su versión para
diseño en Estado Límite Último (Load Resistance Factor Design: LRFD) autoriza en su
apartado A.2 las construcciones de tipo flexibles o parcialmetne restringidas (PR: Partially
Restrained). En este tipo de construcciones, se supone que las conexiones no poseen suficiente
como para mantener los ángulos entre los miembros. Cuando se considera la restricción debida
a la unión, el empleo de la construcción de Tipo PR bajo esta especificación requiere que la
resistencia, rigidez y ductilidad de las conexiones se incorporen al análisis y diseño. Estas
características deberán documentarse en la literatura técnica o establecerse por medios
analíticos o experimentales.
El LRFD Recoge una serie de recomendaciones para este tipo de uniones. Pero la
información proporcionada en esta tercera y última edición de la LRFD (2003c) es más bien
escasa:
El comportamiento de las conexiones de momento PR (. . .) “es intermedio entre la
flexibilidad de las conexiones a cortante y la rigidez total de las conexiones de momento FR.
La Sección A.2 de la Especificación LRFD permite el empleo de conexiones PR, siempre que
se verifique que la conexión empleada es capaz de proveer, como mínimo, un porcentaje
predecible de restricción. Para más información en el empleo de conexiones PR, véase
Deierlein, Hsieh y Shen (1990); Gerstle y Ackroyd (1989); Geschwindmer (1991); Goverdhan
(1983); Kishi, Chen, Got y Matsuoka (1986); Nethercot y Chen (1988)”.
Ésta es toda la referencia a este tipo de uniones que se realiza dentro de la LRFD
(2003c). Como alternativa, propone el empleo de conexiones flexibles a momento.
No hay una reglamentación clara en el ámbito americano sobre el cálculo y diseño de
este tipo de construcción, más allá de permitir su uso e insistir en la importancia de basarse en
182
métodos experimentales o analíticos suficientemente contrastados.
MÉTODOS DE DISEÑO PROPUESTOS POR EL AISC:
Dos son los enfoques del Diseño estructural en acero conforme a lo disponible a la
fecha: “Diseño por Esfuerzos Permisibles”, conocido por sus siglas ASD (Allowable Stress
esign) Diseño por Factores de Carga y Resistencia o Estados límites”, conocido por sus siglas
LRFD (Load and Resistance Factor Design).
El método ASD ya tiene más de 100 años de aplicación; con él se procura conseguir
que los esfuerzos unitarios actuantes reales en los miembros estructurales sean menores que
los esfuerzos unitarios permisibles, aconsejados por el reglamento.
Sin embargo, durante las dos últimas décadas, el diseño estructural se está moviendo
hacía un procedimiento más racional basado en conceptos de probabilidades. En esta
metodología (LRFD) se denomina “estado límite” aquella condición de la estructura en la
cual cesa de cumplir su función.
Los estados límites se dividen en dos categorías: Resistencia y Servicio. El primer
estado tiene que ver con el comportamiento para máxima resistencia dúctil, pandeos, fatiga,
fractura, volteo o deslizamiento. El segundo estado tiene que ver con la funcionalidad de la
estructura, en situaciones tales como deflexiones, vibraciones, deformación permanente y
rajaduras.
Lo que se pretende, entonces, es conseguir que la estructura no sobrepase los estados
límites mencionados, pero como es imposible conseguir riesgo cero en la práctica, el
diseñador se debe conformar con una probabilidad adecuada. Para poder conseguirla se debe
183
basar en métodos estadísticos, que se denominan “Métodos de Confiabilidad de momentos
de primer orden-segundo orden” para no sobrepasar la resistencia de los elementos, que es lo
que más preocupa al diseñador.
Aceptando los criterios de base estadística en los que se basa este nuevo método, se puede
expresar el requerimiento de seguridad estructural como sigue:
Rn iQi
La parte izquierda de la inecuación representa la resistencia del componente o sistema,
y la parte derecha representa la carga máxima esperada. La resistencia nominal Rn es reducido
por un factor menor que la unidad (factor de resistencia) para obtener la “Resistencia de
Diseño”. Al otro lado de la inecuación, las cargas son amplificadas por sus respectivos
factores de mayor acción para tener las cargas factorizadas.
Durante la última década ha ganado terreno en USA la adopción de la filosofía de diseño
AISC-Diseño por Factores de Carga y Resistencia (AISC-LRFD), en especial para el caso de
las estructuras de acero, desde la divulgación de las Especificaciones AISC-86
correspondientes y que están basadas en los siguientes criterios:
c) Un modelo basado en probabilidades
d) Calibración de los resultados con los que se obtiene en el método ASD, con el objeto
que las estructuras no sean muy diferentes entre ambos métodos.
ALGUNAS DE LAS VENTAJAS DE ESTE PROCEDIMIENTO SON:
Es una herramienta adicional para que el diseñador no difiera en su concepto de
solución que emplea en diseño estructuras, por ejemplo.
184
LRFD aparece más racional y por lo tanto se acerca más a la realidad de lo que ocurre
en la vida útil de la estructura.
El uso de varias combinaciones de cargas conduce a economía de la solución, porque
se acerca con más exactitud a lo que ocurra.
Facilita el ingreso de las bases de diseño conforme más información esté disponible.
Es posible introducir algunos cambios en los factores 𝛾i o ∅ cuando se conoce con
mayor exactitud la naturaleza de las cargas. Esto tiene importancia cuando existen
cargas no usuales, o mejor conocimiento de la resistencia.
Futuros ajustes y calibraciones serán más fáciles de hacer.
MÉTODO DE ANÁLISIS SEGÚN EN EL REGLAMENTO E-070:
Las especificaciones AISC mencionadas anteriormente son reconocidas en Perú por
el RNC en la Norma E-070 a falta de unas especificaciones nacionales. Por supuesto que en
esta se presentan ligeras modificaciones con respecto a lo enunciado por las especificaciones
AISC.
El diseño por resistencia, como ya se indicó presenta la ventaja que el factor de
seguridad de los elementos analizados puede ser determinado. La norma peruana de estructuras
metálicas E-070 introduce el factor de seguridad en el diseño atraves de dos mecanismos. Estos
son: amplificación de las cargas de servicio y reducción de la resistencia teórica de la pieza o
reducción de la capacidad, como lo hace la metodología AISC-LRFD antes mencionada.
Las cargas de servicio se estiman a partir del metrado de cargas teniendo como base
la norma E-020 de cargas, y el análisis estructural se efectúa bajo la hipótesis de un
comportamiento elástico de la estructura. Para nuestro caso el SAP2000, software auxiliar
usado tanto para el análisis como diseño estructural, realizará el análisis elástico lineal de la
estructura.
185
COEFICIENTE DE AMPLIACIÓN DE CARGAS DE SERVICIO:
El código peruano clasifica las cargas en muertas, vivas, sismo, viento, nieve, etc.
La carga última de diseño o efectos máximos últimos que intervienen en los estados límites
es la suma de las diversas cargas actuantes en la estructura, afectadas por un factor de
amplificación. Este factor de amplificación pretende mostrar la probabilidad que existe de que
la carga estimada sea superada en la realidad. La carga muerta por ejemplo es evaluada con
mayor precisión que la carga viva o sobrecarga por eso su factor de amplificación es menor.
Los factores de Amplificación utilizados por el Reglamento Nacional de
Construcción (RNC) han sido tomados del AISC.
A continuación, se da una tabla donde se muestran las diversas combinaciones con
la numeración AISC respectiva. Se le adiciona un comentario para indicar, en la combinación
correspondiente, la posible ocurrencia del tipo de carga esperado, en la vida útil de la
estructura.
FACTORES DE REDUCCIÓN DE CAPACIDAD DE CARGA:
Los factores de reducción de la capacidad usados en el RNC han sido
tomados del AISC y son los que se presentan a continuación: (Ticona, 2017)
186
FACTORES DE REDUCCIÓN DE RESISTENCIA:
Tabla 16 Factores De Reducción De Resistencia:
Factores De Reducción De Resistencia:
Valor de
Miembro o Conector
0.9
Sección total en tracción
0.75
Sección neta de conexión en tracción
0.9
Miembros en flexión
0.85
Miembros en comprensión axial
0.75
Pernos en tracción
187
DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PROGRAMAAUTODESK
INVENTOR:
Autodesk Inventor es un programa de computación tipo CAD (Diseño Asistido por
Computadora) utilizado en la industria para el diseño mecánico.
Se basa en el diseño paramétrico y permite realizar modelos de piezas y mecanismos en 2D y
3D, simular movimiento y dibujar planos con gran facilidad.
HERRAMIENTAS DISPONIBLES EN EL PROGRAMA:
Entre las herramientas más importantes del programa para el desarrollo de este diseño
se deben mencionar.
Dibujo paramétrico en 2D: se realizan bosquejos de las piezas y luego se asignan
dimensiones y restricciones que pueden cambiarse en cualquier momento permitiendo la
evolución del diseño.
Modelado en 3D: por medio de una serie de comandos que incluyen extrusión,
revolución, etc., los bosquejos en 2D se transforman en piezas tridimensionales.
Ensamble de piezas: se combinan distintas piezas en un solo entorno y luego de
asignarles restricciones de movimiento relativo entre sí, se da lugar a un mecanismo simulado
virtualmente.
Análisis de esfuerzos: aplicando vectores de fuerza a diferentes partes del mecanismo
y piezas, el programa realiza un análisis de elemento finito y muestra los esfuerzos totales
en diferentes regiones. Útil sobretodo en piezas de geometría compleja.
188
Creación de planos adaptativos: se realizan dibujos mecánicos a partir de las piezas modeladas
en tres dimensiones. Los planos se actualizan automáticamente a medida que el diseño del
modelo cambia.
VENTAJAS DEL DISEÑO ASISTIDO POR COMPUTADORA:
El diseño asistido por computadora ofrece muchas ventajas que a la larga permiten
reducir tiempo y costos. Algunas de ellas son.
Crear piezas con geometría adaptativa que cambian con el tiempo con sólo variar ciertas
dimensiones o parámetros.
Simular mecanismos que permiten observar las diferentes posiciones del mismo y
evaluar que no existan interferencias entre piezas.
Realizar análisis de esfuerzos a piezas de geometrías complejas de manera casi
instantánea. Esto permite encontrar fallas en el diseño con gran facilidad y resolverlos
cambiando sus dimensiones o materiales.
Reducir el tiempo de elaborar diferentes propuestas de diseño.
Hacer planos muy rápidamente y con precisión de acuerdo a las normas del dibujo
mecánico. Ante cualquier modificación se adaptan automáticamente. La escala de los dibujos
se puede cambiar a voluntad. (Ticona, 2017)
189
SISTEMA PARARRAYOS:
Un pararrayos es un instrumento cuyo objetivo es atraer un rayo ionizado del aire para
conducir la descarga hacia la tierra, de tal modo que no cause daños a personas o
construcciones. Fue inventado en 1753 por Benjamín Franklin. El primer modelo se conoce
como «pararrayos Franklin», en homenaje a su inventor.
Figura 23. Protección Pararrayos (Fuentehttps://Www.Academia.Edu/34893171/TRABAJO_PARARRAYOS-
FUNDAMENTOS_DE_LA_ING._ELECTRICA)
190
PUESTA A TIERRA:
Es la conexión de las superficies conductoras expuestas (gabinetes metálicos) a algún
punto no energizado; comúnmente es la tierra sobre la que se posa la construcción, de allí el
nombre. Al sistema de uno o varios electrodos que proveen la conexión a tierra se le llama
«toma de tierra». Las puestas a tierra se emplean en las instalaciones eléctricas como una
medida de seguridad. En caso de un fallo donde un conductor energizado haga contacto con
una superficie conductora expuesta o un conductor ajeno al sistema hace contacto con él, la
conexión a tierra reduce el peligro para humanos y animales que toquen las superficies
conductoras de los aparatos. Dependiendo del sistema, el fallo puede provocar que se
desconecte el suministro por un interruptor termomagnético, un interruptor diferencial o un
dispositivo monitor del aislamiento
Figura 24. Puesta A Tierra ( Fuente
https://dspace.ups.edu.ec/bitstream/123456789/405/13/UPS-CT001929.pdf
191
8. OBJETIVOS:
a. Objetivo general:
Determinar los cálculos y dimensiones necesarios para optimizar el diseño estructural
de un taller mecanico para fabricación de estructuras metalicas en la empresa Tecnología,
Mantenimiento e Ingeniería Perú SAC.
b. Objetivos específicos:
a.Analizar los esfuerzos admisibles permitirá optimizar el diseño estructural de un taller
mecanico para fabricación de estructuras metalicas en la empresa Tecnología, Mantenimiento
e Ingeniería Perú SAC.
b. Identificar los factores de carga y resistencia que se debe tenerse en cuenta para
optimizar el diseño estructural de un taller mecanico para fabricación de estructuras metalicas
en la empresa Tecnología, Mantenimiento e Ingeniería Perú SAC.
c. Determinar la importancia del uso de la normativa ANSI/AISC 360-05 y
Metodología AISC – RLDF, en la optimización del diseño estructural de un taller mecanico
para fabricación de estructuras metalicas en la empresa Tecnología, Mantenimiento e
Ingeniería Perú SAC.
d. Identificar los costos para el diseño estructural planteado mediante un análisis
eficiente, frente a una estructura tijeral- unión soldada.
e. Determinar el tiempo de ejecución en el proceso de analisis y optimización del diseño
estructural de un taller mecanico para fabricación de estructuras metacas en la Empresa
Tecnología, Mantenimiento e Ingeniería Perú SAC.
192
9. HIPÓTESIS:
Es posible que mediante la optimización del diseño estructural basado en las normas
propias del país (norma técnica de edificaciones E-090) de acuerdo a las normas internacionales
así como (AISC,RLDF) de un taller mecanico para fabricación de estructuras metalicas en la
empresa Tecnología, Mantenimiento e Ingeniería Perú SAC, mejore el desarrollo de las
actividades de pintura, uso de equipos y/o herramientas para el izaje y por último la radiación
solar que perjudica al personal que labora en la empresa.
193
CAPÍTULO II: PLANTEAMIENTO OPERACIONAL
194
1. TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS:
Tabla 17 Técnicas E Instrumentos De Recolección De Datos
Técnicas E Instrumentos De Recolección De Datos
VARIABLES
INDICADORES
SUD-
INDICADORES
TÉCNICAS DE
RECOLEECIÓN
DE DATOS
INSTRUMENTOS
DE
RECOLECCIÓN
DE DATOS
Diseño
Estructural
Ingeniería
Análisis de
esfuerzos
admisibles
Factores de
carga y
resistencia
Normatividad
ANSI/AISC
360-05
Metodología
AISC - RLDF
Optimización
del Diseño
Estructural
Economía
Costo de
Fabricación
Observacion
Tiempo de
ejecución
Ficha de
observación
Materiales SMAW,
Electrodos
Soldadura
Plancha de
acero
195
Para el indicador “Ingeniería”, de la variable “Diseño Estructural”se utilizará la técnica de la
observación, con la aplicación del instrumento de recolección de ficha de observación.
FICHA DE OBSEVACIÓN
Tabla 18 Ficha De Observacion Ingeniería (Fuente Elaboración Propia)
Ficha De Observacion Ingeniería (Fuente Elaboración Propia)
CARACTERÍSTICAS
ATRIBUTOS
parámetros
ANSI/AISC 360-
05
Resultado
obtenido p.correcto No aplica
Perfil nº 1,2 W6x25 Fy=300MPa, Fu=440MPa de alma y ala compacta
Momento flextor
parámetros de
seguridad
Límite de tracción de
pernos
Figura 25. Plano De Detalle Unión Viga-Viga (Advance Steel)
196
Para el indicador “Normatividad”, de la variable “Diseño estructural”se utilizará la técnica
de la observación, con la aplicación del instrumento de recolección de ficha de observación.
FICHA DE OBSEVACIÓN
Tabla 19. Ficha De Observacion Normatividad (Fuente Elaboración Propia)
Ficha De Observacion Normatividad (Fuente Elaboración Propia)
CARACTERÍSTICAS
ATRIBUTOS
parámetros
ANSI/AISC 360-
05
Resultado
obtenido p.correcto No aplica
Perfil nº 1,2 w6x16 Fy=300MPa, Fu=440MPa de alma y ala compacta y placa
base
Resistencia de la placa
base
Unión viga-columna
(911.6 KN)
Soldadura adecuada
Vj,Rd=208kn =6mm
197
Para el indicador “Economía” de la variable “Optimización del Diseño estructural”se
utilizará la técnica de la observación, con la aplicación del instrumento de recolección de ficha
de observación.
FICHA DE OBSERVACIÓN
Tabla 20. Ficha De Observacion Economia (Fuente Elaboracion Propia)
Ficha De Observacion Economia (Fuente Elaboracion Propia)
CARACTERÍSTICAS
SISTEMA DE DISEÑO POR PERFILES “W” – UNION RIGIDA
COSTO DESPERDICIO TIEMPO
Costo de fabricación,montaje
SISTEMA DE DISEÑO POR SISTEMA TIJERAL-UNION SOLDADA
COSTO DESPERDICIO TIEMPO
Costo de fabricación,montaje
Según la interrogante en esta tesis de grado hacemos una comparación con sistema
tijeral de unión soldada, en el uso de acero estructural en estos casos se deduce que el costo de
mano de obra y tiempo de ejecución por maniobrabilidad de fabricación y montaje estructural
es considerablemente menor con respecto al sistema tijeral de unión soldada.
198
2. CAMPO DE VERIFICACIÓN:
a. Ubicación espacial:
La presente investigación para la obtención de datos, se desarrolló en la empresa
“TECNOLOGÍA, MANTENIMIENTO E INGENIERÍA PERÚS.A.C” ubicado en Sector 2
Mza. I Lote. 8 Avis. El Altiplano - Zona B Arequipa/Arequipa/Yura, en donde se aplicaron los
instrumentos de recolección de datos y los análisis correspondientes.
b. Ubicación temporal:
El presente trabajo de investigación tendrá una duración de un periodo de 15 semanas,
luego de la aprobación del trabajo de investigación.
c. Unidades de estudio:
Para la primera variable “Analisis y Diseño Estructural.”, el instrumento concluyente
es la Ficha de observación.
Para la segunda variable “Optimizacion del Diseño Estructural”el instrumento
concluyente es la Ficha de observación.
3. ESTRATEGIAS DE RECOLECCIÓN DE DATOS:
d. Recolección de datos
Para la primera variable “Análisis y Diseño Estructural.”, el instrumento concluyente
es la Ficha de observación.
Para la segunda variable “Optimización del Diseño Estructural “el instrumento
concluyente es la Ficha de observación.
Para poder alcanzar los objetivos propuestos en la presente investigación se revisó de
manera critica la información recogida, a través de fichas de observación sobre el estado actual
199
del taller mecánico. Para la realización de la optimización del diseño estructural del taller
mecánico se recurrirá a los siguientes pasos:
Análisis matemático y cálculos a través de la utilización de un software en normativa
para la realización de la ingeniería.
Aplicación de fichas de observación en la normativa ANSI/AISC 360-05 y Metodología
AISC - RLDF
Posteriormente a través de un análisis documental realizara el análisis de costos de los
materiales y el cálculo del tiempo para su ejecución
Todo el procedimiento que se llevara a cabo se realiza en coordinación con los
elementos de las unidades de estudios
e. Tratamiento de los datos
Se procederá a la aplicación de los instrumentos, con una justificación del propósito de
cada uno de ellos.
Al obtener los resultados se procederá al análisis e interpretación para luego hacer su
presentación de los mismos en cuadros estadísticos, utilizando el software que en este caso será
el Excel, autodesk robot estructural.
f. Análisis de la información
Personal investigador, para la elaboración del proyecto y aplicación de los
instrumentos, conjuntamente con un Asesor.
Instrumentos a aplicarse, Materiales de escritorio, computadora, paquete estadístico y
movilidad.
Financiamiento, el trabajo de investigación se solventará con recursos propios del
investigador.
200
Figura 10 . costo de la estructura (Fuente Elaboracion Propia)
Figura 26. Presupuesto De La Estructura ( S10)
201
4.3CRONOGRAMA DEL PROYECTO
Figura 27. Cronograma De Fabricación Y Montaje Estructural(Propio)
Figura 28 . Cronograma De Trabajo (Fuente Elaboracion Propia)
202
REFERENCIAS
BIBLIOGRAFICAS:
Godínez S. (2008). Registro Manual de diseño y cálculo estructural Público
de Derechos de Autor 03-2001-021311104800-01. México DF.
Jack C. Mccormac & Stephen F. Csrnak (2011). Diseño de estructuras de acero.
Quinta edición. España.
DIGITAL:
https://www.academia.edu/34893171/trabajo_pararrayos-
fundamentos_de_la_ing._electrica
Soldexa (2012) Recuperdo de
https://www.soldexa.com.pe/soldexa/sp/support/documentation/upload/manua
l_de_bolsillo.
Richard G. & Keith J. (2010). Diseño en ingeniería mecánica SHIGLEY. Octava
edición.Recuperado de http://info.metal-tec.com.mx/blog/las-propiedades-del-
acero-estructural-y-sus-beneficios.
https://repositorio.ucv.edu.pe/bitstream/handle/20.500.12692/20071/Vargas_C
WG.pdf?sequence=1&isAllowed=y
https://docplayer.es/112686446-Universidad-nacional-de-san-agustin-de-
Arequipa.html
203
FICHAS TECNÍCAS
204
FICHA DE OBSEVACIÓN
Tabla 21 Ficha De Observacion Ingenieria (Fuente Elaboracion Propia)
Ficha De Observacion Ingenieria (Fuente Elaboracion Propia)
Características
atributos
parámetros
ANSI/AISC 360-
05
Resultado
obtenido p.correcto No aplica
Perfil nº 1,2 w6x25 Fy=300MPa, Fu=440MPa de alma y ala compacta
Momento flector 1mm 0.73 p.correcto
parámetros de
seguridad 1mm 0.9 p.correcto
Límite de tracción
de pernos 1mm 0.11 p.correcto
Figura 29. Plano De Detalle Unión Viga-Viga (Advance Steel)
205
FICHA DE OBSEVACIÓN
Tabla 22. Ficha De Observacion Normatividad (Fuente Elaboracion Propia)
Ficha De Observacion Normatividad (Fuente Elaboracion Propia)
características
Atributos
parámetros
ANSI/AISC
360-05
Resultado
obtenido p.correcto No aplica
Perfil nº 1,2 w6x16 Fy=300MPa, Fu=440MPa de alma y ala compacta y
placa base
Resistencia de la
placa base
Mj,Ed,y /Mj,Rd,y≤ 1 0.73 <1 pl.Correcto
Unión viga-
columna (911.6
KN)
Vb1,Ed / Vcb,Rd ≤
1,0 0.48 < 1.00
p-v
correcto
Soldadura
adecuada
Vj,Rd=208kn
=6mm
s^ / (0.9*fu/gM2))
≤ 1.0 0.09 < 1.00 s. correcto
206
FICHA DE OBSERVACIÓN
Tabla 23. Ficha De Observacion Economia (Fuente Elaboracion Propia)
Ficha De Observacion Economia (Fuente Elaboracion Propia)
CARACTERÍSTICAS
SISTEMA DE DISEÑO POR PERFILES “W” – UNION RIGIDA
COSTO DESPERDICIO TIEMPO
Costo de fabricación,
montaje 211.236 s/. 2% 90 días
SISTEMA DE DISEÑO POR SISTEMA TIJERAL-UNION SOLDADA
COSTO DESPERDICIO TIEMPO
Costo de fabricación,
montaje 231.116 s/. 20% 130 dias
207
CONSTANCIA DE VALIDACIÓN
Yo, Américo J. Mayta Flores Ingeniero Mecánico Electricista, identificado con D.N.I.
general en la institución C.I.T.V LEONES DEL SUR S.A.C, Por medio de la presente hago
constar que he revisado, con fines de validación, los instrumentos de recolección de datos.
Presentado por el Bachiller Flores Sierra Florencio
de su trabajo de tesis “Análisis Y Optimización Del Diseño Estructural De Un Taller
Mecánico Para Fabricación De Estructuras Metálicas En La Empresa Tecnología,
Mantenimiento e Ingeniería Perú S.A.C”de la Universidad Autónoma San Francisco.
Habiendo evaluado, en cada pregunta/aspecto, las categorías de Contenido,
Congruencia y Pertinencia, de acuerdo a las matrices respectivas adjuntas, formulando mi
validación, la cual es favorable
Arequipa 07 de febrero del 2021
Nº29390361, y Colegiatura Profesional no 94930 ejerciendo actualmente como Supervisor
208
MATRIZ DE VALIDACIÓN
PROYECTO DE TESIS: “Análisis Y Optimización Del Diseño Estructural De Un
Taller Mecánico Para Fabricación De Estructuras Metálicas En La Empresa Tecnología,
Mantenimiento e Ingeniería Perú S.A.C”
INSTRUMENTO DE RECOLECCIÓN DE DATOS: Ficha De Observación
VARIABLE: Diseño Estructural
INVESTIGADOR: Flores Sierra Florencio
VALIDADOR: Américo Mayta Flores
Características
atributos
parámetros
ANSI/AISC 360-
05
Resultado
obtenido p.correcto
No
aplica
Perfil nº 1,2 w6x25 Fy=300MPa, Fu=440MPa de alma y ala compacta
Momento
flector 1mm 0.73 p.correcto
parámetros
de seguridad 1mm 0.9 p.correcto
Límite de
tracción de pernos 1mm 0.11 p.correcto
Arequipa 07 de febrero del 2021
209
MATRIZ DE VALIDACIÓN
PROYECTO DE TESIS: “Análisis Y Optimización Del Diseño Estructural De Un
Taller Mecánico Para Fabricación De Estructuras Metálicas En La Empresa Tecnología,
Mantenimiento e Ingeniería Perú S.A.C”
INSTRUMENTO DE RECOLECCIÓN DE DATOS: Ficha De Observación
VARIABLE: Diseño Estructural
INVESTIGADOR: Flores Sierra Florencio
VALIDADOR: Américo Mayta Flores Ingeniero Mecanico
características
Atributos
parámetros
ANSI/AISC
360-05
Resultado
obtenido p.correcto
No
aplica
Perfil nº 1,2 w6x16 Fy=300MPa, Fu=440MPa de alma y ala compacta y placa base
Resistencia de la
placa base
Mj,Ed,y / Mj,Rd,y ≤
1,0
0.73 <1.00 pl. Correcto
Unión viga-
columna (911.6
KN)
Vb1,Ed / Vcb,Rd ≤
1,0 0.48 < 1.00 p-v .correcto
Soldadura
adecuada
Vj,Rd=208kn
=6mm
s^ / (0.9*fu/gM2))
≤ 1.0 0.09 < 1.00 s. correcto
Arequipa 07 de febrero del 2021
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MATRIZ DE VALIDACIÓN
PROYECTO DE TESIS: “Análisis Y Optimización Del Diseño Estructural De Un
Taller Mecánico Para Fabricación De Estructuras Metálicas En La Empresa Tecnología,
Mantenimiento e Ingeniería Perú S.A.C”
INSTRUMENTO DE RECOLECCIÓN DE DATOS: Ficha De Observación
Documental
VARIABLE: Optimización Del Diseño Estructural
INVESTIGADOR: Flores Sierra Florencio
VALIDADOR: Américo Mayta Flores
CARACTERÍSTICAS
SISTEMA DE DISEÑO POR PERFILES
“W” – UNION RIGIDA
COSTO DESPERDICIO TIEMPO
Costo de fabricación, montaje 211.236 s/. 2% 90 días
SISTEMA DE DISEÑO POR SISTEMA TIJERAL-UNION SOLDADA
COSTO DESPERDICIO TIEMPO
Costo de fabricación, montaje 231.116 s/. 20% 130 dias
Arequipa 07 de febrero del 2021