Diseño de Un Parqueadero Con Estructura Metálica

MODELO DE UNA ESTRUCTURA METÁLICA PARA UN PARQUEADERO,

ENFOCADO A LA SOLDADURA

ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

PROYECTO FINAL SOLDADURA DE PRODUCCIÓN Y MANTENIMIENTO

04 DE JUNIO DE 2014 INTEGRANTES:

Costales Espinosa Jaime Mejía López Katherine

Contenido

GENERALIDADES .......................................................................................................... 2

TÍTULO ......................................................................................................................... 2

OBJETIVOS .................................................................................................................. 2

OBJETIVO GENERAL ............................................................................................ 2

OBJETIVOS ESPECIFICOS .................................................................................... 2

ALCANCE .................................................................................................................... 2

JUSTIFICACION .......................................................................................................... 2

INTRODUCCIÓN ............................................................................................................. 3

PARTE TEÓRICA ............................................................................................................ 3

GENERALIDADES DE LAS ESTRUCTURAS METÁLICAS. ................................. 3

PERFILES ESTRUCTURALES Y PROPIEDADES ................................................... 3

CRITERIOS PARA LA ESTRUCTURA ..................................................................... 3

NORMAS EMPLEADAS EN LA CONSTRUCCIÓN DE ESTRUCTURAS

METÁLICAS ................................................................................................................ 3

PROCESO DE MONTAJE ............................................................................................... 4

PROCESO DE SOLDADURA ..................................................................................... 4

CARACTERÍSTICAS DE LOS PROCESOS DE SOLDADURA ESCOGIDOS ........... 4

PROCESO SMAW ........................................................................................................ 4

CARACTERÍSTICAS Y APLICACIONES DE LA SOLDADURA ........................... 4

VENTAJAS Y DESVENTAJAS .................................................................................. 4

PROCESO FCAW ......................................................................................................... 4

CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES ........................................................................ 4

MATERIAL DE APORTE ................................................................................................ 5

TIPOS DE CONEXIONES ............................................................................................... 5

CONEXIÓN VIGA - COLUMNA ................................................................................ 5

CONEXIÓN VIGA PRINCIPAL – VIGAS SECUNDARIAS .................................... 5

PREFABRICACIÓN ......................................................................................................... 5

TRAZADO Y CORTE .................................................................................................. 5

MONTAJE..................................................................................................................... 5

TRANSPORTE ............................................................................................................. 5

ARMADO ..................................................................................................................... 5

SOLDADURA............................................................................................................... 5

DISEÑO DE LAS JUNTAS .............................................................................................. 5

ENSAYOS DESTRUCTIVOS Y NO DESTRUCTIOS. .................................................. 7

Pruebas Visuales. ........................................................................................................... 7

Tintas Penetrantes. ......................................................................................................... 7

Rayos X ......................................................................................................................... 7

PARÁMETROS DE DISEÑO .......................................................................................... 8

SEGURIDAD ................................................................................................................ 8

COSTO .......................................................................................................................... 8

FACTIBILIDAD ........................................................................................................... 8

CÁLCULO DE LA SOLDADURA. ................................................................................. 8

Velocidad de soldadura ................................................................................................. 8

Calculo de masas ........................................................................................................... 8

Masa de soldaduras ...................................................................................................... 10

Masa útil de un electrodo............................................................................................. 12

COSTOS DE PRODUCCIÓN......................................................................................... 24

CONCLUSIONES. .......................................................................................................... 29

RECOMENDACIONES. ................................................................................................ 29

BIBLIOGRAFÍA. ............................................................................................................ 29

GENERALIDADES

TÍTULO Modelo de una estructura metálica para un parqueadero, enfocado para soldadura.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Realizar el modelaje de una estructura metálica, enfocándose en el diseño de la

soldadura de sus juntas.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Dar una perspectiva técnica de cómo se construyen las estructuras metálicas.

Conocer las normas q rigen la soldadura para este tipo de proyectos.

Determinar la correcta elección de materiales y equipos necesarios para la

construcción.

Realizar los costos de producción de la obra.

ALCANCE El presente proyecto se lo realizó enfocándose en el aspecto tecnológico, de cómo

construir la estructura metálica.

Se consideró los costos de producción versus el tiempo de construcción de la estructura

metálica.

JUSTIFICACION Este proyecto surge de la necesidad de aprobar la materia de soldadura de producción y

mantenimiento, por lo cual se destacó la velocidad de construcción del parqueadero, se

consideró el diseño de la junta con una soldadura de penetración completa, para ahorrar

tiempo y evitar errores de diseño.

INTRODUCCIÓN

El proyecto contempla el diseño para la construcción de un parqueadero elevado

(2.5[m] de altura), se consideró un modelo muy sencillo para su realización, tomando en

cuenta como ejes directrices la seguridad y factibilidad del proyecto.

PARTE TEÓRICA

GENERALIDADES DE LAS ESTRUCTURAS METÁLICAS. Construcción en acero es aquella construcción en que la mayor parte de los elementos

simples o compuestos que constituyen la parte estructural son de acero. En el caso en

que los elementos de acero se constituyan en elementos que soportan principalmente las

solicitaciones de tracción de una estructura mientras que el hormigón (o concreto) toma

las solicitaciones de compresión la construcción es de hormigón armado o concreto

reforzado. Esa solución constructiva a pesar de contener acero en forma de hierro

redondo no se incluye dentro de la definición de Construcción en Acero.Cuando

conviven en una misma construcción elementos simples o compuestos de acero con los

de hormigón armado la construcción se denomina mixta (acero-hormigón armado).

PERFILES ESTRUCTURALES Y PROPIEDADES Para la elección de perfiles estructurales, se debe considerar las propiedades y la

manufactura de las mismas. Se prefiere los perfiles laminados en caliente ya que

presentan una mayor resistencia mecánica desde que salen de la fábrica. Existe gran

variedad en el mercado, como los más comerciales se citan a continuación:

IPS, PTC, PTR

ANGULO

Z y T

PERFILES COMPUESTOS

ARMADURAS

CABLES

MALLAS

CRITERIOS PARA LA ESTRUCTURA La construcción debe presentar bajos costos, gran factibilidad y seguridad

apropiada.

Correcto diseño de las juntas soldadas.

http://es.wikipedia.org/wiki/Acero

http://es.wikipedia.org/wiki/Hormigón

http://es.wikipedia.org/wiki/Concreto

http://es.wikipedia.org/wiki/Hormigón_armado

Al realizar una estructura metálica se debe considerar los factores de peso y

mano de obra ya que son rubros que afectan directamente al costo.

NORMAS EMPLEADAS EN LA CONSTRUCCIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS Para el diseño de las juntas soldadas aplicamos la norma AWS D1.1.

Para la estructura metálica se hizo referencia al código ecuatoriano de estructuras

metálicas.

La Sociedad Americana de Soldadura acaba de publicar en español su código de

soldadura de acero estructural AWS D1.1/D1.1M:2010. Este código cubre los

requerimientos para cualquier tipo de estructura soldada realizada con acero al carbono

y de baja aleación para construcción.

Las prácticas y requisitos de soldadura deberán cumplir con el Código de Soldadura

Estructural ANSI/AWS D1.1 (ANSI/AWS D1.1 Structural Welding Code), con el

Instituto Estadounidense de Especificaciones sobre la Construcción en Acero de

Edificios de Acero Estructural (American Institute of Steel Construction Specification

for Structural Steel Buildings) y de los códigos de construcción adecuados. Los

requisitos de habilidades de metal de relleno y del soldador deben estar en concordancia

con AASHTO / AWS D1.5M/D1.5-02. La soldadura de columnas, vigas principales y

accesorios se realizará por arco protegido de metal, arco sumergido, arco con núcleo de

fundente o los métodos de soldadura de pernos. El soldador deberá rubricar los WPS y

publicarlos en el espacio de trabajo del soldador en todo momento durante las

operaciones de soldadura.

La sección 6 contiene todos los requisitos paralas calificaciones y las responsabilidades

delinspector, los criterios de aceptación para lasdiscontinuidades, y los procedimientos

para END.

Por el determinación de este código, lainspección de fabricación / instalación y

ensayos,inspección de verificación y pruebas, estasfunciones serán separadas. El

inspector del contratista, se asegurará, quesolamente los materiales que estén

conformescon los requisitos de este código, sean utilizados.

PROCESO DE MONTAJE

El montaje es una de las principales operaciones al fabricar estructuras. Las estructuras

montadas se sueldan. En algunos casos los trabajos de montaje se alternan con las

operaciones de soldadura.

El proceso de montaje comienza con la obra civil de la cimentación, se continúa

instalando la placa de anclaje, después se coloca las respectivas columnas con la ayuda

de grúas. Siempre se debe destacar el orden de armado para evitar cualquier tipo de

colapso.

Para la soldadura de las juntas se debe tomar en cuenta las condiciones climáticas para

obtener una óptima soldadura, así mismo la ubicación de las vigas.

PROCESO DE SOLDADURA La soldadura para el montaje de la estructura metálica, se la realiza con el proceso

SMAW y FCAW. Se supone la utilización de CO2 como gas de protección, y electrodo

ER70S-6 de 1.14 mm de diámetro.

CARACTERÍSTICAS DE LOS PROCESOS DE SOLDADURA ESCOGIDOS

PROCESO SMAW En este proceso intervienen el metal de las piezas a soldar denominado metal base, una

varilla metálica, revestida, denominada electrodo revestido y una máquina de soldar que

aporta la energía necesaria para que se fundan metal base y el electrodo.

Este es un proceso de soldadura en el cual se produce un arco eléctrico entre un

electrodo revestido y la superficie de un metal base. Este arco produce el calor

necesario para fundir el metal base y el de relleno (electrodo), los cuales coalescen.

El electrodo contiene en su parte central material que conduce la corriente eléctrica y

proporciona el metal de relleno para la unión.

El material de revestimiento del electrodo protege al metal fundido de la atmósfera,

además de servir como estabilizador del arco, proporcionar aleantes, etc.

CARACTERÍSTICAS Y APLICACIONES DE LA SOLDADURA La soldadura de arco con electrodo revestido es un proceso usado ampliamente,

particularmente en soldaduras pequeñas de producción, mantenimiento,

reparación o construcción.

El equipo es simple, económico y portátil.

Debido a que el material protector del arco están en el revestimiento, no se

requiere emplear otros materiales.

La posición de la soldadura no está limitada por este proceso, sino solo por el

tipo y tamaño del electrodo.

El proceso puede usarse para soldar la mayoría de los materiales usados

comúnmente.

Los metales de bajo punto de fusión como el plomo, estaño, zinc, etc. no se

sueldan por este proceso, porque el calor que se produce suele ser muy alto.

Los metales reactivos tales como titanio, circonio, tantalio, etc. no son soldados

por este proceso, pues son sensibles al oxígeno y la protección que se obtiene no

es la apropiada.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS VENTAJAS

El equipo es relativamente sencillo y muy económico.

Por su versatilidad, permite hacer soldaduras en sitios remotos ya que permite el

uso de generadores de corriente a gasoil o gasolina.

Una gran gama de electrodos se fabrican y garantizan para ser usados con este

proceso.

DESVENTAJAS

La velocidad de avance durante la soldadura se sitúa entre 36 y 46 (14 a 18

pulg./min.) cm./min., rango de velocidad que comparado con otros procesos es

muy bajo.

Produce grandes cantidades de escoria las cuales deben ser removidas

constantemente durante todo el proceso de soldadura.

Los electrodos de bajo hidrógeno usados deben ser mantenidos en recipientes

cerrados, por cuanto estos aunque se depositan muy rápido el soldador pierde

tiempo entre cambiar el cabo y colocar otro en la pinza portaelectrodo.

PROCESO FCAW

La soldadura por arco con núcleo de fundente (flux cored arc welding, FCAW) es un

proceso de soldadura por arco que aprovecha un arco entre un electrodo continuo de

metal de aporte y el charco de soldadura. Este proceso se emplea con protección de un

fundente contenido dentro del electrodo tubular, con o sin un escudo adicional de gas de

procedencia externa.

El electrodo con núcleo de fundente es un electrodo tubular de metal de aporte

compuesto que consiste en una funda metálica y un núcleo con diversos materiales

pulverizados. Durante la soldadura, se produce un manto de escoria abundante sobre la

superficie de la franja de soldadura.

El aspecto que distingue al proceso FCAW de otros procesos de soldadura por arco es la

inclusión de ingredientes fundentes dentro de un electrodo de alimentación continua.

Las notables características de operación del proceso y las propiedades de la soldadura

resultante se pueden atribuir al empleo de este tipo de electrodo.

El proceso FCAW tiene dos variaciones principales que difieren en su método de

protección del arco y del charco de soldadura contra la contaminación por gases

atmosféricos (oxígeno y nitrógeno). Una de ellas, la FCAW con autoprotección, protege

el metal fundido mediante la descomposición y vaporización del núcleo de fundente en

el calor del arco. El otro tipo, la FCAW con escudo de gas, utiliza un flujo de gas

protector además de la acción del núcleo de fundente. En ambos métodos, el material

del núcleo del electrodo proporciona una cubierta de escoria sustancial que protege el

metal de soldadura durante su solidificación.

Normalmente, la soldadura por arco con núcleo de fundente es un proceso

semiautomático, aunque también se emplea para soldadura automática y mecanizada.

CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES Los beneficios de FCAW se obtienen al combinarse tres características generales:

La productividad de la soldadura de alambre continuo.

Las cualidades metalúrgicas que pueden derivarse de un fundente.

Una escoria que sustenta y moldea la franja de soldadura.

El proceso FCAW combina características de la soldadura por arco de metal protegido

(SMAW), la soldadura por arco de metal y gas (GMAW) y la soldadura por arco

sumergido(SAW).

En el método con escudo de gas, el gas protector (por lo regular dióxido de carbono o

una mezcla de argón y dióxido de carbono) protege el metal fundido del oxígeno y el

nitrógeno del aire al formar una envoltura alrededor del arco y sobre el charco de

soldadura. Casi nunca es necesario desnitrificar el metal de soldadura porque el

nitrógeno del aire queda prácticamente excluido. Es posible, empero, que se genere

cierta cantidad de oxigeno por la disociación de CO2 para formar monóxido de carbono

y oxígeno. Las composiciones de los electrodos incluyen desoxidantes que se combinan

con cantidades pequeñas de oxígeno en el escudo de gas.

En el método con autoprotección se obtiene a partir de ingredientes vaporizados del

fundente que desplazan el aire y por la escoria que cubre las gotas de metal derretido y

el charco de soldadura durante la operación. La producción de CO2 y la introducción de

agentes desoxidantes y desnitrurantes que proceden de ingredientes del fundente justo

en la superficie del charco de soldadura explican por qué los electrodos con

autoprotección pueden tolerar corrientes de aire más fuertes que los electrodos con

escudo de gas. Es por esto que la FCAW con autoprotección es el método preferido para

trabajo-campo.

Una característica de ciertos electrodos con autoprotección es el empleo de extensiones

de electrodo largas. La extensión del electrodo es el tramo de electrodo no fundido que

se extiende más allá del extremo del tubo de contacto durante la soldadura.

En general se usan extensiones de 19 a 95 mm (0.5 a 3.75 pulg) con los electrodos

autoprotegidos, dependiendo de la aplicación de esta soldadura.

Al incrementarse la extensión del electrodo aumenta el Calentamiento por resistencia

del electrodo. Esto precalienta el electrodo y reduce la caída de voltaje a través del arco.

Al mismo tiempo, la corriente de soldadura baja, con la consecuente reducción del calor

disponible para fundir el metal base. La franja de soldadura que resulta es angosta y

poco profunda, lo que hace al proceso ideal para soldar materiales de calibre delgado y

para salvar huecos causados por un embotamiento deficiente. Si se mantiene la longitud

(voltaje) del arco y la corriente de soldadura (subiendo el voltaje. en la fuente de

potencia e incrementando la velocidad de alimentación del electrodo), el aumento en la

extensión del electrodo elevará la tasa de deposición.

Con ciertos tipos de electrodos con núcleo de. Fundente y autoprotección, la polaridad

recomendable es CCEN (corriente continua, electrodo negativo) (polaridad directa), ya

que produce menor penetración en el metal base. Esto hace posible usar con éxito

electrodos de diámetro pequeño [de 0.8 mm (0.030 pulg), 0.9 mm (0.035 pulg) y 1.2

mm (0.045 pulg)] para soldar materiales de calibre delgado. Se han desarrollado

electrodos autoprotegidos específicamente para soldar los aceros recubiertos de cinc y

aluminizados que se usan comúnmente en la actualidad para fabricar automóviles.

En contraste, el método con escudo de gas es apropiado para la producción de

soldaduras angostas y penetrantes. Se usan extensiones de electrodo cortas y corrientes

de soldadura elevadas con alambres de todos los diámetros. Las soldaduras de filete

hechas por FCAW son más angostas y de garganta más profunda que las producidas con

SMAW. El principio de extensión del electrodo no puede aplicarse al método con

escudo de gas porque una extensión grande afecta adversamente la protección.

APLICACIONES.

Las aplicaciones de las dos variantes del proceso FCAW se traslapan, pero las

características específicas de cada una las hacen apropiadas para diferentes condiciones

de operación. El proceso se emplea para soldar aceros al carbono y de baja aleación,

aceros inoxidables y hierros colados. También sirve para soldar por puntos uniones

traslapadas en láminas y placas, así como para revestimiento y deposición de superficies

duras.

El tipo de FCAW que se use dependerá del tipo de electrodos de que se disponga, los

requisitos de propiedades mecánicas de las uniones soldadas y los diseños y

embotamiento de las uniones. En general, el método autoprotegido puede usarse en

aplicaciones que normalmente se unen mediante soldadura por arco de metal protegido.

El método con escudo de gas puede servir para algunas aplicaciones que se unen con el

proceso de soldadura por arco de metal y gas. Es preciso comparar las ventajas y

desventajas del proceso FCAW con las de esos otros procesos cuando se evalúa para

una aplicación específica.

En muchas aplicaciones, el principal atractivo de la soldadura por arco con núcleo de

fundente, en comparación con la de arco de metal protegido, es la mayor productividad.

Esto generalmente se traduce en costos globales más bajos por kilogramo de metal

depositado en uniones que permiten la soldadura continua y están fácilmente accesibles

para la pistola y el equipo de de fabricación en general, recubrimiento, unión de metales

FCAW.

Las ventajas consisten en tasas de deposición elevada, disímil, mantenimiento y

reparación. Las desventajas más importantes, en comparación con el (no se desechan

"colillas" de electrodo). Proceso SMAW, son el mayor costo del equipo, la relativa

La FCAW tiene amplia aplicación en trabajos de fabricación en taller, mantenimiento y

construcción en el campo. Se ha usado para soldar ensambles que se ajustan al Código

de calderas y recipientes de presión de la ASME, a las reglas del American Bureau of

Shipping y a ANSI/AWS D1.1, Código de soldadura estructural – Acero. La FCAW

tiene categoría de proceso precalificado en ANSI/AWSD1.1.

Las desventajas más importantes, en comparación con el proceso SMAW son el mayor

costo del equipo, la relativa complejidad de la configuración y control de éste, y la

restricción en cuanto a la distancia de operación respecto al alimentador del electrodo de

alambre. El proceso puede generar grandes volúmenes de emisiones de soldadura que

requieren equipo de escape apropiado, excepto en aplicaciones de campo. En

comparación con el proceso GMAW, libre de escoria, la necesidad de eliminar la

escoria entre una pasada y otra representa un costo de mano de obra adicional. Esta

eliminación es necesaria sobre todo en las pasadas de raíz.

MATERIAL DE APORTE

En la soldadura de producción de las vigas es FCAW: Empleando un electrodo E71T-

1C/9C y protección gaseosa de CO2

En la soldadura de montaje por facilidad es SMAW, se emplea un electrodo (Lincon

Gricon) E7018 de 1/8 [in] para punteado y pase de raíz y Electrodo (Indura) E7018 de

5/32 [in] para pases de relleno

Nota: La longitud de los electrodos es 35 [cm]

TIPOS DE CONEXIONES

CONEXIÓN VIGA - COLUMNA La conexión la viga debe hacerse en el lado fuerte de la columna, ya que este es capaz

de resistir un mayor momento.

CONEXIÓN VIGA PRINCIPAL – VIGAS SECUNDARIAS La conexión entre la viga principal y la viga secundaria debe hacerse montándola

encima de la viga principal

Figura 1. Tipos de conexiones

PREFABRICACIÓN

Constituye el primer proceso dentro de la construcción de estructuras metálicas,

aquellos elementos que van a formar parte de la estructura se fabrican en un taller o

planta, cumpliendo con las exigencias establecidas para el dimensionamiento de las

secciones de los elementos, la forma y longitud conforme a los planos de la edificación

elaborados y codificados.

TRAZADO Y CORTE Esta operación se realiza por varios métodos, los cuales se seleccionan de acuerdo al

espesor del material. Los métodos comúnmente usados son: sierra, disco, cizalla,

oxicorte y en algunos casos se usa el corte por plasma.

Se realizará por personal especializado, ajustándose a las cotas de taller, con las

tolerancias fijadas en el proyecto o en las respectivas normas.

MONTAJE Para el montaje se utilizarán las conexiones especificadas anteriormente.

TRANSPORTE El transporte de los elementos estructurales hasta su sitio de ensamblaje, contempla el

uso de camiones grúa y tráileres, además se sobreentiende que éste debe realizarse con

anterioridad al ensamblaje.

ARMADO Contempla la previa realización de cordones provisionales para la soldadura definitiva,

además se colocan los perfiles, y se sujetan provisionalmente los elementos

estructurales. Debe quedar claro que estos procedimientos se realizan por personal

debidamente calificado.

SOLDADURA Se efectúa la calificación tanto del personal como del procedimiento.

Además se deben elaborar los procedimientos para todas las juntas o conexiones

existentes entre los elementos estructurales.

DISEÑO DE LAS JUNTAS

Para las juntas de producción de las dovelas

Con el proceso FCAW se realizan las juntas en T a doble lado, (Patín - Alma)

Para los elementos rigidizadores se realiza en T

Juntas en T doble lado

Para la soldadura de los rigidizadores con el alma se tiene el siguiente diseño de junta:

Rigidizadores intermedios Rigidizadores apoyo y diafragma

10

8

5

5

10

8

8

8

Para la soldadura de los patines con los rigidizadores y con el alma se tiene el siguiente

diseño de junta:

Rigidizadores Alma

Juntas a traslape Para la soldadura de los refuerzos sobre los patines se tiene la siguiente configuración:

La distancia libre máxima que se puede tener es de 2mm por lo cual el pie del filete no

puede ser menor que 28mm.

PRODUCCIÓN EN ZONA

Juntas a tope A un lado para la unión entre dovelas en los patines inferior y superior, entre 12- 16

pasadas

30

8

8

8

8

8

30

10

28

2830

30

2 2

60°

30

2 2

60°

25

Para las placas de 30 y 25 mm de espesor se realiza una preparación de la junta teniendo

unas preparadas en V y otras con juntas en doble V o X, mientras que las placas de

10mm bastan con juntas en V.

Nota: Las dimensiones del talón y las de abertura de raíz varían entre 2 y 3mm.

2

2

60°

30

2

2

60°

25

10

2 2

60°

ENSAYOS DESTRUCTIVOS Y NO DESTRUCTIOS.

En la fabricación del puente y como la obra es hecha “in situ”, los ensayos que

mayormente se realizan son los Ensayos No Destructivos (END), de estos los que se

realizan son las pruebas visuales, pruebas con tintas penetrantes y de Rayos X. Los

ensayos no destructivos se realizaron a probetas normalizadas con las características del

material que va hacer usado en la fabricación del puente.

Pruebas Visuales.

Es el método más común de inspección ya que Permite observar salpicaduras, existencia

de escoria, distorsiones por excesivo calentamiento, grietas. Es un método que sirve

para todos los materiales sean soldables o no.

Los instrumentos usados en la inspección visual son:

Calibres especiales,

Gafas de aumento o lupas

Linternas

Tintas Penetrantes. Analiza la superficie de una pieza que es recubierta por una solución coloreada o

fluorescente. El exceso de solución se elimina de la superficie, y se aplica un revelador.

Este actúa como un secante, destacando fácilmente las imperfecciones superficiales, ya

sea por la aparición de vivos colores como después de aplicar luz UV.

Es válido para todo tipo de materiales (metales, cerámicos, vidrios, polímeros,

compuestos)

Rayos X Son radiografías e implica la utilización de radiación gamma o rayos-X (muy

penetrantes) para examinar los defectos internos.

Se requieren máquinas con fuentes de radiación que atraviesan el material y producen

una “imagen negativa” en una película o film. La radiografía muestra la solidez interna

de los materiales examinados. Las posibles imperfecciones o discontinuidades se

muestran como cambios en la densidad en la película, de la misma manera que se

aprecian los “huesos rotos” de una fractura en una persona.

PARÁMETROS DE DISEÑO

SEGURIDAD Las estructuras no deben soportar únicamente las cargas propuestas, sino también las

deflexiones y vibraciones resultantes.

COSTO Todo proyecto debe realizarse al menor costo posible sin que esto signifique que se

deba sacrificar la resistencia de la estructura, planteando la posibilidad de usar

materiales que no requieran un excesivo mantenimiento.

FACTIBILIDAD Las estructuras deben fabricarse y montarse sin dar lugar a problemas, por lo que el

diseñador debe poseer un amplio conocimiento acerca de los métodos de fabricación,

además de la capacidad de adaptar el diseño a las instalaciones disponibles.

CÁLCULO DE LA SOLDADURA.

Velocidad de soldadura La velocidad de procedimiento para SMAW se tiene una velocidad entre 8-16 cm/min

De acuerdo a las juntas consideramos una velocidad de 12 cm/s

La velocidad para el proceso FCAW está entre 11.5 – 19,0 cm/min. En las juntas

especificadas

Se considera una velocidad de soldadura 18 cm/s.

Calculo de masas Cálculo de la masa de material metálico utilizado en el puente.

Primera parte:

Vigas:

Alma total:

Patín total superior:

( )

Patín total inferior:

( )

Placa inferior:

Placas intermedias gruesas:

( )

Placas intermedias delgadas:

( )

Total de una viga

Arriostres inferiores:

( ( ))

Arriostres intermedios:

( ( ( ))

( ( )))

Placas de anclaje de arriostres:

( )

Anclajes para hormigón:

( ( ))

Total de acero parte A (ambas vigas unidas con arriostres):

Masa de ambas vigas y arriostres:

Segunda parte, viga dividida en 5

5 Vigas: 1 2 3 4 5

1 = 5 y 2 = 3

Viga 1:

Alma total:


( )


( )

Placa inferior:



Total de viga1:

Viga 2:

Alma total:


( )




Total:

Viga 3:

Alma total:


( )


( )



Total:

Total de las 5 partes:

Masa total de las 5 partes:

Masa de soldaduras

Soldadura 1: alma – alma

Área superficial calculada = 75 mm2

Soldadura 2: alma – patín


Soldadura 3: alma – placa (e=8mm)


Soldadura 4: patín – patín superior


Soldadura 5: patín – patín inferior


Primera parte

Viga 1:

Soldadura 1: 2.394 m

Volumen 1: 179.31 cm3








Volumen 5: 1113 cm3

Arriostres:



Total de ambas vigas y arriostres en la parte A:

Masa de material depositado en la parte A:

Segunda parte

Viga: total de las 5 partes:




Volumen 2: 14171 cm3




Volumen 4: 555 cm3


Volumen 5: 1378 cm3

Total de la viga de 5 partes:

Masa de la viga de 5 partes:

Masa útil de un electrodo Longitud= 350 mm

Diámetro= 3.2 mm

Densidad acero= 7850

Desperdicio 50 mm

Característica electrodo= 1,25 (25% polvo Fe en el revestimiento)

( ) ( )

ESPECIFICACIÓN DEL PROCESO DE SOLDADURA (WPS) Nombre de la Compañía: Identificación #: OA.PJ.001 Calificado o Precalificado: Prealificado según 5.11 Fecha: 04/07/2011

PQR de respaldo Precalificado Realizado: Grupo 2

Según Norma: AWS D1.5; 2006 Tipo: Manual X Semiautomáctico

DISEÑO DE LA JUNTA UTILIZADA Máquina |Automático |

Tipo: B U2 Junta a tope POSICIÓN

Si X No Posición de soldadura: Toda posición

Respaldo: Si No X Progresión: Vertical ascendente

Material de respaldo: ----

Separación de raíz 0 a 3mm Dimensión del talón 0 a 3mm

TÉCNICA DE SOLDADURA

Angulo de ranura: 60° (+10°, - 5°) Modo de transferencia (SMAW):

Preparar bisel: Si X No Globular Cortocircuito X

Método: Esmerilado Aspersión

Corriente: DCEP

METAL BASE Cordón de respaldo: Con pase de respaldo

Especificación: ASTM A 588 M270 M Gr 345W Cordón oscilado/recto: Oscildo

Aceros del grupo II con aceros del grupo I y II

Espesor: T entre 3 y 20mm TÉCNICA

Diámetro: Tubería (00>600mm) Tipo: Oscilación

Número de pases: Un pase

Varios pases X

METAL DE APORTE NOTAS Número de electrodos: 11

Diámetro: 3,2 y 4mm Verificar alineación de junta Limpieza

Clasificación AWS: E 7018 Asegurar limpieza de partes Pase de raíz: Amoladora Especificación AWS: AWS A5.1

Resecar electrodos antes de usar

En otros pases:

Cepillo metálico (grata)

Utilizar termo para mantener electrodos acondicionados

Amolar antes del pase de respaldo hasta encontrar material sano

DETALLES DE LA JUNTA

N° de pase Metal de aporte Corriente

Voltaje (V) Velocidad de avance (cm/min)

Oscilado/Recto Clase

Diámetro (mm)

Tipo y polaridad

Amperaje (A)

1 (raíz) E7018 3,2 DC+ 100 - 140 20 - 30 8 - 12 Recto

2-n (rellenos) E7018 4 DC+ 140 - 200 20 - 30 9 - 17 Oscilado

R (respaldo) E7018 3,2 DC+ 100 - 140 20 - 30 9 - 17 Oscilado

1

2

3

n

R

60º

3.0 2.5

T

ESPECIFICACIÓN DEL PROCESO DE SOLDADURA (WPS) Nombre de la Compañía: Identificación #: OA.PJ.002 Calificado o Precalificado: Prealificado según 5.11 Fecha: 04/07/2011

PQR de respaldo HeH.IA.Puente.03 Realizado: Grupo 2

Según Norma: AWS D1.5; 2002 Tipo: Manual Semiautomáctico X

Máquina Automático

DISEÑO DE LA JUNTA UTILIZADA

Tipo: Junta de esquina, enT y traslape

Filete POSICIÓN

Preparar junta Si No X

Posición de soldadura: Plano, horizontal y

Respaldo: Si No X Progresión: Ascendente

Material de respaldo: ----

Separación de raíz: Sin abertura Talón: N/A TÉCNICA DE SOLDADURA

Angulo de ranura: N/A Modo de transferencia (FCAW):

Preparar bisel: Si No X Corriente: DCEP

Método: ---------- Cordón de respaldo: Con pase de respaldo

Cordón oscilado/recto: Oscildo

METAL BASE

TÉCNICA

Especificación: ASTM A 588 Tipo: Oscilación

Espesor: De 3 a 40 mm Número de pases:

Varios pases

Geometría: Placa Número de electrodos: 1

Distancia libre: 19 - 25mm

METAL DE APORTE NOTAS LIMPIEZA

Diámetro: 1,2mm Verificar alineación de junta En todos los pases:

Cepillo metálico (grata)

Clasificación AWS: E71T-1 Asegurar limpieza de partes Pase de respaldo:

Repelado con disco de

Especificación AWS: AWS A5.20

Usar máquina de voltaje cte.

amolar hasta encontrar

Realizar todos pases en vertical ascendente. Convexidad máxima de filete 3mm metal sano

DETALLES DE LA JUNTA

C = convexidad= 3mm máximo

L1 = L2 aprox. = pie de filete

L1 y L2 según planos de construcción

D = distancia libre = 2mm máximo

T1 y T2 según planos de construcción

T2

T1

L2

L1

T2

T1

D

L1

L2

12

3

1 2

3

3

2 1

C

N° de pase Metal de aporte Corriente

Voltaje (V) Velocidad de avance (cm/min)

Oscilado/Recto Clase

Diámetro (mm)

Tipo y polaridad

Amperaje (A)

1 - n E71T-1 1,2 DC+ 190 - 235 22,5 - 27 11,3 - 18,8 Oscilado

COSTOS DE PRODUCCIÓN

El estudio de los costos de producción de un proyecto se realiza principalmente con la

finalidad de establecer un presupuesto y estudiar la viabilidad del proyecto.

ANALISIS DE PRECIOS UNITARIOS

RUBRO: Suministro de 18902kg de Acero A36 R = (UNIDAD HORA) 157.52

UNIDAD KG K= (HORA/UNIDAD) 0.0063 DETALLE:

EQUIPOS

CÓDIGO DESCRIPCIÓN CANTIDAD TARIFA

COSTO HORA

COSTO UNITARIO %

A B C= A*B D= C* K

E01 camión grúa 1 70 70.0 0.444 18.56%

E02 herramienta menor 4 1.0 4.0 0.025 1.06%

PARCIAL M 0.470 19.62%

MANO DE OBRA


COSTO HORA

COSTO UNITARIO %

A B C= A*B D= C* K

MO01 estibadores 4 3 12.0 0.076 3.18%

PARCIAL N 0.076 3.18%

MATERIALES

CÓDIGO DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD

UNIDAD COSTO

COSTO UNITARIO %

M1

Acero laminado A 36, en perfiles laminados en caliente, piezas simples, para aplicaciones estructurales, según ASTM A 36. kg 1.05 1.04 1.092 45.6%

M2

imprimación de secado rápido, formulada con resinas alquídicas modificadas y fosfato de zinc. l 0.05 6.4 0.322 13.4%

M3 madera de encofrado m^2 0.00118 30.0 0.035 1.5%

PARCIAL O 1.449 60.5%

TOTAL COSTOS DIRECTOS 1.995 83.3%

COSTOS INDIRECTOS 8% 0.160 6.7%

CONSTRUCTOR UTILIDAD 15%

COSTO FINANCIEROS 2% 0.040 1.7%

COSTOS LEGALES 1% 0.020 0.8%

COSTOS ADMIN 3% 0.060 2.5%

COSTO DIR.TEC. 6% 0.120 5.0%

TOTAL 2.39 100.0%


RUBRO:

R = (UNIDAD HORA)

157.52

UNIDAD KG K= (HORA/UNIDAD) 0.0593

DETALLE:

EQUIPOS


COSTO HORA

COSTO UNITARIO %

A B C= A*B D= C* K

E01 Concretera de 2 sacos 1 2.5 2.5 0.148 0.20%

PARCIAL M 0.148 0.20%

MANO DE OBRA


COSTO HORA

COSTO UNITARIO %

A B C= A*B D= C* K

MO01 Maestro de estrucutra mayor 1 5.07 5.1 0.301 0.41%

MO02 Ayudante estructurista 1 3.57 3.6 0.212 0.29%

MO03 Peón de albañil 1 3.38 3.4 0.200 0.27%

MO04 Montador de estructura metálica 1 5.07 5.1 0.301 0.41%

PARCIAL N 1.013 1.39%

MATERIALES

CÓDIGO DESCRIPCIÓN UNIDAD CANTIDAD UNIDAD COSTO

COSTO UNITARIO %

M1 Agua. m^3 0.162 1.19 0.193 0.3%

M2

Arena cribada para hormigones preparados en obra.

t 0.558 9.11 5.083 7.0%

M3

Árido grueso homogeneizado, de tamaño máximo 25 mm, para hormigones preparados en obra.

t 0.561 13.06 7.327 10.0%

M4

Cemento, en sacos, para hormigón preparado en obra. kg 181.5 0.14 25.410 34.8%

M5 Bolos de piedra de 80 a 150 mm de m^3 0.4 23.14 9.256 12.7%

diámetro

M6

Pletina de acero laminado A 36, en perfil plano laminado en caliente, para aplicaciones estructurales.

kg 5.88 1.74 10.231 14.0%

M7

Acero en barras corrugadas, Grado 60 (fy=4200 kg/cm²), elaborado en taller y colocado en obra, diámetros varios, según NTE-INEN-2167 y ASTM A 706.

kg 1.775 1.21 2.148 2.9%

PARCIAL O 59.648 81.7%



CONSTRUCTOR UTILIDAD 15%

COSTO FINANCIEROS 2% 1.216 1.7%

COSTOS LEGALES 1% 0.608 0.8%

COSTOS ADMIN 3% 1.824 2.5%

COSTO DIR.TEC. 6% 3.649 5.0%

TOTAL 72.97 100.0%

ANALISIS DE PRECIOS

UNITARIOS Fabricación de perfiles y montaje de la estructura R= 157.52 kg/h

kg RUBRO: K= 0.0063 h/kg

UNIDAD

DETALLE:

DESCRIPCIÓN EQUIPOS CANTIDAD TARIFA COSTO HORA

COSTO UNITARIO %

CÓDIGO A B C= A*B D= C* K

Camión grua 1 70 70.0 0.444 35.51%

Moto soldadora eléctrica diesel 500 Amp. E01 1 20 20.0 0.127 10.14%

Cortadora de plasma E02 1 8 8.0 0.051 4.06%

Compresor 3hp E03 1 1 1.0 0.006 0.51%

Herramienta menor A E04 4 0.5 2.0 0.013 1.01%

E05 PARCIAL M 0.641 51.23%

DESCRIPCIÓN MANO DE OBRA CANTIDAD TARIFA

COSTO HORA

COSTO UNITARIO %

CÓDIGO A B C= A*B D= C* K

Soldador API 1 9 9.0 0.057 4.57%

Ayudantes MO-01 2 3 6.0 0.038 3.04%

MO-02

PARCIAL N 0.095 7.61%

DESCRIPCIÓN MATERIALES UNIDAD CANTIDAD UNIDAD COSTO

COSTO UNITARIO %

CÓDIGO

ER70s-6 kg 0.0066 8 0.053 4.22% Electrodo E7018: Ø5/32" MT-01 kg 0.0154 8 0.123 9.84%

Discos de corte MT-02 u 0.0006 5 0.003 0.23% Discos de desbaste MT-03 u 0.0006 6 0.004 0.28%

Gratas MT-04 u 0.0006 30 0.018 1.44% Pintura anticorrosiva MT-05 gal 0.0021 40 0.084 6.75%

Diluyente MT-06 gal 0.0008 20 0.017 1.35%

Ropa de trabajo MT-07 KIT 0.000024 200 0.005 0.38%

MT-08 PARCIAL O 0.307 24.49%

DESCRIPCIÓN TRANSPORTE UNIDAD CANTIDAD

UNIDAD COSTO

COSTO UNITARIO %

CÓDIGO

0.000 0.00%

PARCIAL P 0.000 0.00%



UTILIDAD 15%

COSTOS ADMINISTRATIVOS 3% 0.031 2.50%

COSTO DIREC. TÉCNICA 6% 0.063 5.00%

COSTOS FINANCIEROS 2% 0.021 1.67%

CONSTRUCTOR COSTOS LEGALES 1% 0.010 0.83%

COSTO TOTAL 1.252 100.00%


RUBRO: Pruebas de carga R= 0.12 glb/h

UNIDAD Glb K= 8.33 h/glb

DETALLE:

EQUIPOS

CÓDIGO DESCRIPCIÓN CANTIDAD TARIFA COSTO HORA

COSTO UNITARIO %

A B C= A*B D= C* K

PARCIAL M 0.00 0.00%

MANO DE OBRA

CÓDIGO DESCRIPCIÓN CANTIDAD TARIFA COSTO HORA

COSTO UNITARIO %

A B C= A*B D= C* K

MO-01 Inspector N2 1 14 14.0 116.67 14.51%

MO-02 Ayudante del Inspector 1 7 7.0 58.33 7.26%

MO-03 Mecánico 1 6 6.0 50.00 6.22%

MO-03 Ayudantes 1 3 3.0 25.00 3.11%

PARCIAL N 250.00 31.09%

MATERIALES


COSTO UNITARIO %

MT-01 Kit tintas penetrantes KIT 7.00 60 420.00 52.24%

PARCIAL O 420.00 52.24%

TRANSPORTE


COSTO UNITARIO %

0.00 0.00%

PARCIAL P 0.00 0.00%



UTILIDAD 15%

COSTOS ADMINISTRATIVOS 3% 20.10 2.50%

COSTO DIREC. TÉCNICA 6% 40.20 5.00%

COSTOS FINANCIEROS 2% 13.40 1.67%

CONSTRUCTOR COSTOS LEGALES 1% 6.70 0.83%

COSTO TOTAL 804.00 100.00%

COSTO TOTAL 59351.28 DOLARES

CONCLUSIONES.

La fabricación de un puente de estructura metálica por soldadura tiene muchas

más ventajas tanto en lo tecnológico como en lo económico, con relación a las

estructuras construidas en hormigón.

Un parqueadero hecho por soldadura tiene la ventaja de poner tener longitudes

mayores con respecto a los puentes fabricados en hormigón, la luz entre

columna y columna es mucho más amplia, por lo que se puede optimizar el

espacio entre carro y carro.

Los procesos de soldadura que se utilizan para la fabricación de la estructura,

son los más usados ya que son procesos que tienen mayor facilidad de trabajo y

de utilización del equipo.

Los Ensayos No Destructivos que se usan en el monitoreo, se usan por tener una

mayor facilidad de trabajo, lo que lleva a realizar pruebas con poco movimiento

de equipo pero que tienen un gran impacto en la revelación de fallas o

discontinuidades dentro del cordón de soladura.

RECOMENDACIONES.

La selección del tipo de junta debe hacerse en conocimiento de las

deformaciones reales a la que la estructura puede llegar a tener y esta selección

no puede ser hecha con un método aislado sino siguiendo los procedimientos ya

establecidos por la norma.

Los ensayos para determinar que los cordones de soldadura no tengan fallas los

debe realizar personal capacitado en dichos ensayos, para tener una correcta

interpretación de los resultados.

BIBLIOGRAFÍA.

1. SEFERIAN, D.; LAS SOLDADURAS. TECNICAS Y CONTROL; Editorial

Urmo; España; 1981.

2. CUDÓS, V; ESTRUCTURAS METALICAS. UNIONES; EDITA Fundación

Escuela de Edificación; Madrid; España; 1988.

ANEXOS

DIAGRAMA DE MOMENTOS

Momento máximo: 21 T-m

DIAGRAMA DE ESFUERZOS CORTANTES

Esfuerzos máximo en columna: 6.1 Tonf

GRAFICO DE DEFORMACION

Deformación máxima: 11mm

Table: Material List 2 - By Section Property

Table: Material List 2 - By Section Property

Section ObjectType NumPieces TotalLength TotalWeight

mm Tonf

HE240B Frame 48 178496.58 14.8509

IPE240 Frame 22 132000.00 4.0511

piso10cm Area 73.8230

Table: JointReactions

Table: JointReactions

Joint OutputCase CaseType F1 F2 F3 M1 M2 M3

Tonf Tonf Tonf Tonf-mm Tonf-mm Tonf-mm

5 DSTL2 Combination 3.7010 0.7083 13.2107 -592.39 2730.57 -0.20

7 DSTL2 Combination -0.2921 1.2774 29.6110 -1058.20 -271.12 0.20

9 DSTL2 Combination -2.1840 1.2929 26.4392 -1064.45 -1685.53 -0.34

11 DSTL2 Combination 7.0073 -0.1340 26.7757 100.77 5238.58 0.17

13 DSTL2 Combination -0.4255 -0.2237 60.9584 178.90 -362.04 -0.19

15 DSTL2 Combination -4.4445 -0.9776 42.6009 805.13 -3386.01 0.14



21 DSTL2 Combination -7.0932 0.2950 26.2832 -242.97 -5368.75 -0.18



27 DSTL2 Combination -3.7331 -0.7328 13.2388 603.26 -2818.35 0.15

31 DSTL2 Combination 0.0000 0.0000 11.7742 0.00 0.00 0.00

32 DSTL2 Combination 0.0000 0.0000 11.9176 0.00 0.00 0.00


74 DSTL2 Combination -0.4871 0.0037 12.1105 -5.56 -353.92 -9.207E-02




78 DSTL2 Combination -0.8947 -0.0088 11.6438 9.31 -489.89 2.693E-03

79 DSTL2 Combination -0.9660 0.0067 12.8904 0.00 0.00 0.00

80 DSTL2 Combination -0.3341 -0.0063 12.3577 0.00 0.00 0.00

Table: CombinationDefinitions


ComboName ComboType AutoDesign CaseType CaseName ScaleFactor SteelDesign

DSTL1 Linear Add Yes Linear Static DEAD 1.400000 Strength

DSTL1 Linear Static SUPERDEAD 1.400000



DSTL2 Linear Static VIVA 1.600000




DSTL3 Linear Static SISMO 1.000000




DSTL4 Linear Static SISMO -1.000000



ComboName ComboType AutoDesign CaseType CaseName ScaleFactor SteelDesign



DSTL5 Linear Static SISMO Y 1.000000




DSTL6 Linear Static SISMO Y -1.000000



DSTL7 Linear Static SISMO 1.000000



DSTL8 Linear Static SISMO -1.000000



DSTL9 Linear Static SISMO Y 1.000000



DSTL10 Linear Static SISMO Y -1.000000

DSTL11 Linear Add Yes Linear Static DEAD 1.000000 Deflection


DSTL12 Linear Add Yes Linear Static DEAD 1.000000 Deflection



Table: Steel Design 1 - Summary Data - AISC 360-10


Frame DesignSect DesignType Status Ratio Combo

4 HE240B Column No Messages 0.456787 DSTL6












16 HE240B Beam No Messages 0.519608 DSTL2


18 HE240B Beam Overstressed 1.011787 DSTL2















Frame DesignSect DesignType Status Ratio Combo


37 IPE240 Beam No Messages 0.712857 DSTL2


















57 HE240B Brace No Messages 0.202352 DSTL6










67 IPE240 Beam Overstressed 1.148654 DSTL1













Diseño de Un Parqueadero Con Estructura Metálica

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Transcript of Diseño de Un Parqueadero Con Estructura Metálica