- Distribución en
Planta - Geometría de la
cercha - Análisis de la
Estructura - Correas
- Diseño
Estructural - Diseño de una
unión - Bibliografía
En este trabajo
realice un análisis estructural de una cercha tipo
FINK en la cual determine las fuerzas y esbeltez, en las
estructuras
al aplicarles cargas además diseñe la estructura,
las correas y los perfiles que debe llevar la estructura de la
cercha para realizar el entechado de una planta industrial con
área y características dadas
I. DISTRIBUCIÓN DE PLANTA
Los requerimientos para la elaboración de este
proyecto
son:
- Área del lote 8,50 m de frente por 20,0 m de
fondo - Pendiente de la cubierta 30%
- Tipo de cercha: Fink
- Tablero por vertiente 4
- Longitud de las correas: 5 m
- Tipo de cubierta: Eternit (Asbetoscemento) mas teja
de barro
I.a. Cálculo de
la hipotenusa
II.b. Posición de
correas
La distancia entre correas va a ser equivalente
a:
II.c Cálculo del área
aferente
II.d Combinaciones de carga:
Avaluó De Cargas
- Cargas muertas:
- Placa ondulada de asbesto cementoà 20
kgf/m2 - Teja de barroà 80kgf/m2
- Placa ondulada de asbesto cementoà 20
En Total la Carga Muerta es:
100,0kgf/m2
- Cargas vivas:
Cubiertas inclinadas de estructuras metálicas y
de madera con
imposibilidad física de verse
sometidas a cargas à
35kgf/m2 superiores a la estipulada. (Pendiente >
al 20%)
NOTA: Estas ecuaciones
fueron extraídas del Título B del libro de
Normas
Colombianas Sismorresistentes para estructuras de
hierro
Posteriormente se escoge la mayor de las cargas, en este
caso es 
II.e. Carga puntual en cada nodo y
separación entre correas correspondiente a la
base
-El valor
encontrado será la carga que soportará toda la
estructura es decir, el W=976,8
II.f MODELAMIENTO DE LA
ESTRUCTURA
DATOS
Ver hoja de
Cálculo de Acesco- CORREAS
Fuerzas encontradas en cada barra de la estructura,
que por ser simétrica sólo se encuentran las
correspondientes según el nodo mostrado.Elemento
P (kgf)
ESTADO
9–14
-202
COMPRESIÓN
1—7
-2269
7—8
-2113
8—9
-1946
9–10
-1789
10–11
-1789
3—8
-413
2—7
-202
9–14
-202
Elemento
P (kgf)
ESTADO
2—8
211
TRACCIÓN
8–14
304
3–14
426
14–10
633
3—4
1243
2—3
1866
4—5
1866
1—2
2174
5—6
2174
- DISEÑO ESTRUCTURAL
- PERFILES
Ver hoja de cálculo de Acesco
VII.
DISEÑO DE LA UNIÓN
UNIÓN SOLDADA
La confiabilidad de las uniones soldadas ha llegado a
ser tal, que cada vez se emplean más para completar o
sustituir las uniones remachadas en el diseño
de máquinas y estructuras. Por otra parte
suele ser mas económico fabricar una pieza complicada
soldando entre si componentes sencillos tales como placas,
barras, entre otros, que hacerla de una sola pieza, ya sea por
medio de moldeo y/o acabado posterior.
La soldadura es
un procedimiento de
unión de los metales por
fusión.
Mediante el calor
producido por un arco eléctrico o un soplete oxiacetileno,
se reblandece y funde el metal en los dos bordes a soldar, junto
con el metal adicional de una varilla (metal de
aportación) que recarga la junta formando un cordón
de soldadura, o simplemente cordón. Al enfriarse, el metal
de aportación y el metal base forman una unión
continua y homogénea.
Para proteger el metal fundido de la oxidación,
se utilizan cada vez más carillas o electrodos revestidos.
El revestimiento fundente, al entrar en caldeo, desprende un
gas inerte que
rodea la llama del soplete, o el arco eléctrico, y protege
al metal fundido de la oxidación. Además forma una
escoria que sobrenada en el metal fundido mientras se
enfría, impidiendo que se oxide o que se absorba el
nitrógeno del aire. Esta
técnica se denomina proceso de
arco protegido.
Al igual que en el caso de las soldaduras de pernos, en
las uniones soldadas aparecen dos tipos.
La Unión a tope se presenta cuando los dos
elementos a juntar se enfrentan tope con tope (o punta con punta
y en el mismo plano) y se procede a agregar la soldadura entre y
por encima de los mismos.
La Unión a traslape es en donde se monta
un elemento sobre el otro (ya sea la platina que los
unirá) o directamente una barra a la otra.
La resistencia de
una soldadura a tope es igual al esfuerzo admisible por el
producto de la
longitud del cordón por el espesor de la placa más
delgada, ya que no es preciso que las dos planchas a soldar
tengan el mismo espesor. El esfuerzo admisible se toma como aquel
del metal base.
Es también importante mencionar los dos
tipos de filetes o cordones que existen, el
frontal (que se presenta de forma frontal o de
frente con respecto al elemento que se va a unir) y el
lateral (donde el filete ve en el mismo sentido que
el elemento que se unirá).
Para llevar a cabo este proyecto se utilizaran las
siguientes características de la unión
soldada:
- Unión soldada a traslape.
- Filete lateral.
- Filete transversal.
- Doble platina (una a cada lado de la
unión).
La resistencia de uniones a traslape, tanto con filete
lateral como frontal, se supone determinada por la resistencia al
cortante de la garganta de la soldadura. En los filetes a 45
grados de inclinación; llamando a al ancho de las
bases, el área de la sección de la garganta
sometida a cortante es igual a la longitud L del
cordón por el espesor de la garganta, es decir:
A = La sen 45
A = 0.707 La
Los esfuerzos admisibles por soldaduras a traslape
especificadas por el AISC (basadas en recomendaciones de
la American Welding Society) dependen del electrodo empleado en
el proceso de soldado y de la gradación del acero soldado. En
nuestro caso se usan electrodos E-70 para soldar acero
A-36 (gradación mas común de acero estructural
usada hoy en día). El esfuerzo cortante admisible es
145 MPa.
P = t A =
(145×106) (0.707aLx10-6)
P = 103 aL (N)
Por lo general la resistencia de una soldadura a
traslape se expresa en términos de la fuerza
admisible q por mm de longitud soldada y está dada
por:
q = P / L = 103 aL (N) / L (mm) Se aprecia que los L
se eliminan obteniendo
q = 103 a (N/mm)
Se requiere que el tamaño máximo de una
soldadura de filete debe ser de 2 mm menos que el espesor del
material, a lo largo de bordes de 6mm o mayores de dicho
espesor.
Si a es menor que 6mm, el tamaño máximo de
la soldadura (garganta) puede ser igual al espesor del borde
(garganta de la junta).
Ahora veamos el espesor de las barras a unir:
Elemento | a (espesor) |
1-2 | 6 mm |
1-7 | 6 mm |
Por lo tanto la garganta de la soldadura será
de:
a = 6 – 2 = 4 mm
La garganta de la soldadura es de 4 mm
SEGMENTO 1-2:
q = 103 a = 103(6-2) = 103×4 q = 412 N /
mm
P2 es la fuerza que ejerce la soldadura de la placa del
otro lado de la unión.
P2 = P1 = (2174 / 2)
P1 = P2 = 1087 Kgf.
SEGMENTO 1-7:
P3 = P4 = (2269) / 2
P3 =P4 = 1134,5 Kgf
- Ahora se procede a encontrar las longitudes de las
soldaduras
L1 = L2 = (1087) / 412
L1 = L2 = 2,64 mm.
L3 = L4 = (1134,5) / 412
L3 = L4 = 2,75 mm.
- Ahora es necesario contrarrestar el efecto de giro
que presenta la unión por medio de la
implantación de una unión soldada frontal a cada
lado de unión. Y se hace momento en la
intersección de los dos ejes de los
perfiles.
Momento J (sentido horario) = (4*1087)*2 +
(4*1134,5)*2
= 8696 + 9076
Momento J (sentido horario) = 17772
Kgf.
Este momento es la fuerza que tiene el cordón de
la soldadura frontal.
Como existen 2 platinas y cada una tiene su respectiva
soldadura frontal, entonces se divide entre 2 la fuerza
resultante.
17772 / 2 = 8886 Kgf.
L5 = L6 = (8886) / 412
L5 = L6 = 21,58 mm.
El cordón de soldadura frontal para evitar el
efecto de la tendencia al giro de la unión es de 21,58 mm
para la soldadura frontal de cada platina.
Programa de diseño y calculo Estructural para
productos
ACESCO
Versión 1.01 Abril de 2002
Manuales técnicos de ACESCO
CAROLINA OSPINA OSPINA
PONTIFICIA UNIVERSIDAD
JAVERIANA –CALI-
FACULTAD DE INGENIERÍA
INGENIERÍA INDUSTRIAL
MECÁNICA DE SÓLIDOS
SANTIAGO DE CALI