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Análisis estructural de una cercha tipo FINK

Enviado por Carolina Ospina



  1. Distribución en Planta
  2. Geometría de la cercha
  3. Análisis de la Estructura
  4. Correas
  5. Diseño Estructural
  6. Diseño de una unión
  7. Bibliografía

INTRODUCCIÓN

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

  1. GEOMETRÍA

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

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

  1. ANÁLISIS DE LA ESTRUCTURA

DATOS

  1. Ver hoja de Cálculo de Acesco

  2. CORREAS

  3. 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

  4. DISEÑO ESTRUCTURAL

  5. 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 = (145x106) (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) = 103x4 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.

VII BIBLIOGRAFÍA

www.acesco.com

www.diaco.com.co

http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4080020/Lecciones/Capitulo%205/CONCEPTO%20BASICO%20SOBRE%20CRECHAS.htm

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


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