UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA
MEMORIA DE CALCULO
MECANICA Fecha: 06/03/14
UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN FACULTAD DE PRODUCCION Y SERVICIOS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA MECANICA
ESFUERZOS Y DEFORMACIONES EN ELEMENTOS DE MAQUINAS MEMORIA DE CÁLCULO PARA ESPECIALIDAD: ESTRUCTURAS ESTRUCTURA DE DOBLE PORTICO
INTEGRANTES: Coordinador de Proyecto
:
Yucra Mamani Diego
_________________
Gerente de Ingeniería
:
Vargas Begazo Elar
_________________
Coordinador de diseño
:
Paricahua Paucar Mario
_________________
Apoyo Diseño
:
Toledo Turpo Walter
_________________
Apoyo Logístico
:
Chalco Murillo
_________________
AREQUIPA 2014
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CONTENIDO 1.- Objetivo 2.- Consideraciones 3.- Términos importantes 4.- Marco Teórico 4.1.- Acero ASTM A36 4.1.1.- La AWS en Nomenclatura de Soldadura 4.2.- Tratamiento para el pintado 4.3.- Conexiones apernadas 5.- Calculo de las estructuras Metálicas 5.1.- Asignación de Cargas 5.1.1.- Carga Muerta 5.1.2.- Carga Viva 5.1.3.- Carga de Viento 6.- Combinaciones de Carga 8.- Calculo Manual de los Elementos de la estructura: 8.1.- CALCULO MANUAL DE UNA VIGA TECHO 8.2.- CALCULO DE UNA COLUMNA PRINCIPAL 8.3.- CALCULO DE LA CORREA 9.- RECOMENDACIONES 9.1 Control de Calidad 9.- CONCLUSIONES 10.- ANEXO
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MEMORIA DE CÁLCULO 1.- Objetivo: -
Diseñar y verificar la capacidad de carga de la estructura de soporte para la construcción del techo, debido a las cargas asignadas sobre dicha estructura.
-
Calcular las cargas que actuaran en la estructura a fabricar para realizar el análisis
-
Demostrar los cálculos obtenidos mediante dos recursos. (SAP2000 y cálculo manual).
2.- Consideraciones: -
La estructura bajo estudio está ubicada en la ciudad de Arequipa, por tanto la asignación de cargas se tendrá en cuenta los factores del lugar geográfico (Corrientes de viento).
-
Para la asignación de cargas se tomara como base las normas legales E.020 (Consideraciones de Carga).
-
El material asignado a todos los miembros estructurales es Acero ASTM A36.
-
Los cálculos fueron realizados mediante el programa SAP2000 Versión 14.
-
El criterio de Cálculo asignado fue el AISC LRFD93.
-
El peso de los componentes de las estructuras son asignados por el Recurso SAP2000.
3.- Términos importantes: -
Norma ASTM (American Society for Testing Materials): Norma americana de pruebas en materiales y recipientes a presión.
-
Acero ASTM A36: La norma ASTM no especifica la composición directamente, sino que más bien determina la aplicación o su ámbito de empleo. Donde A = Acero y 36 = 36x1000Psi de Limite elástico.
-
Método LRFD (Load and Resistance Factor Design): Diseño con factores de carga y resistencia. método que permite calcular estructuras mediante las aplicaciones de factores multiplicados a la carga.
-
Factor de Seguridad (F.S.): Es la relación entre el esfuerzo de límite elástico y el esfuerzo de diseño.
-
Área Tributaria: Superficie que le corresponde a un elemento dentro de la estructura, la cual se transforma en carga puntual o distribuida.
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-
Viga: se denomina a un elemento estructural lineal que trabaja principalmente a flexión.
-
Columna: es un elemento axial sometido a compresión, lo bastante delgado respecto a su longitud, para que bajo la acción de una carga gradualmente creciente falle por flexión lateral o pandeo.1
-
Arriostre: Elemento estructural que restringe el pandeo lateral de otro. Puede encontrarse en compresión o tracción.2
-
Tensores: Son elementos que se colocan entre las correas para disminuir la deflexión en su plano débil.
-
Placa Base: plancha de acero que se acondiciona a la base de la columna para fijarla al cimiento.
-
Cartela: placa de metal que se usa para unir dos perfiles mediante soldadura o unión conectada.
-
Cumbrera: línea horizontal que forma la intersección de los dos faldones de una cubierta.3
-
Contraventeo: Son elementos que contribuyen a resistir las fuerzas horizontales que actúan en la estructura. (Fueras de sismo, viento).
-
Correa: Elemento estructural de una cubierta que da apoyo directamente a la cobertura del techo.4
-
Rigidizador: placas que se colocan para mejorar la resistencia de vigas y columnas soldadas en las alas y alma.
4.- Marco Teórico: 4.1.- Acero ASTM A36 La denominación A36 fue establecida por la ASTM (American Society for Testing and Materials). Este material es el resultado de la composición de elementos químicos, siendo el más importante el hierro y el de menos presencia el carbón, el cual, no supera el 1,2% en peso de la composición, por lo general, alcanza porcentajes entre el 0,2% y el 0,3%, lo que facilita el proceso de moldeo de este acero. 1
[Resistencia de Materiales – 4ta Ed. Pytel – Singer] Cap. 11 ´´Columnas – Introducción´´ Pág. 356. [Curso Básico de Estructuras Metálicas] ´´Definiciones – Riostra´´ Pág. 14 3 [Diccionario de Arquitectura y Construcción] – Definiciones: Cumbrera. 2
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Las normas reguladores del acero, más conocidas a nivel internacional, son las clasificaciones de AISI, ASTM, DIN o ISO. A continuación se definen las principales propiedades mecánicas del acero: Resistencia: Es la oposición al cambio de forma y a las fuerzas externas que pueden presentarse como cargas de tracción, compresión, cizalle, flexión y torsión. Elasticidad: Es la capacidad de un cuerpo para volver a su forma inicial al dejar de actuar la fuerza que lo deformó. Plasticidad: Es la capacidad de deformación de un metal antes que se rompa; si la deformación se produce por alargamiento se denomina ductilidad y por compresión, se llama maleabilidad. Tenacidad: Es la resistencia a la rotura por esfuerzos que deforman el metal. Dureza: Es la capacidad que presenta el metal a ser deformado en su superficie por la acción de otro material. Resilencia: Es la capacidad que presentan los materiales para absorber energía por unidad de volumen en la zona elástica. Resistencia a la rotura: Es la resistencia que opone el material a romperse por un esfuerzo mecánico exterior. Fusibilidad: Es la facilidad de poder dar forma a los metales, fundiéndolos y colocándolos en moldes. Soldabilidad: Es la facilidad de los metales para
que dos piezas en contacto
puedan unirse formando un conjunto rígido. Una unión sólida y fuerte es que la soldadura no tenga imperfecciones ni defectos, y debe ser tan resistente como el material base. Dentro de los ensayos a que se someten los aceros, destacaremos los más utilizados: • Ensayo de tracción • Ensayo de dureza • Ensayo de impacto 4
[Curso Básico de Estructuras Metálicas] ´´Definiciones – Correa´´ Pág. 14
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• Ensayo de doblado Recomendaciones para soldar principales aceros estructurales.
(*) Posición a soldar; Plana, horizontal y Filete (**) Electrodos con bajo Hidrógeno (***) Electrodo con contenido de Carbono 0,08% A1 Electrodo de acero con 0,5% de Molibdeno C1 Electrodo de acero con 2,5% de Níquel y 1,2% de Manganeso. 4.1.1.- La AWS en Nomenclatura de Soldadura: La sociedad americana de Soldadura ha desarrollado un sistema estándar en simbología en soldadura el cual es aceptado y adoptado ampliamente a nivel mundial. Tiene como objetivo mostrar mediante una representación gráfica la ejecución y tipo de unión de soldadura en forma más sencilla que la representación escrita. Algunos ejemplos de símbolos empleados en soldadura:
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4.2.- Tratamiento para el pintado: Antes de proceder a la realización de un recubrimiento y después del proceso de conformación es necesario eliminar los contaminantes que debido a los procesos de elaboración se han adherido a las piezas. Desengrase -
El desengrase en fase de vapor
El desengrase en fase o forma de vapor es un método físico que elimina los aceites y grasas solubles que se encuentran depositados o «atrapados» en la superficie de los elementos o piezas a tratar. Los productos que se utilizan para este tipo de tratamiento son los disolventes clorados de alto punto de ebullición y entre ellos el tricloroetileno, tricloroetano y percloroetileno. -
Desengrase Mediante Disolventes Emulsionables
El desengrase mediante disolventes emulsionables, complementa y completa la modalidad del desengrase mediante disolventes, ya que aprovecha las ventajas de éstos y además añade la de los detergentes. ESFUERZOS Y DEFORMACIONES EN ELEMENTOS DE MAQUINAS Página 7 de 67
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-
Desengrase mediante detergentes
El desengrase mediante detergentes consiste básicamente en una emulsificación que se realiza mediante un producto que se añade sobre la superficie a limpiar, llamado detergente, que hace de puente entre la molécula de grasa o disolvente orgánico que trata de eliminarse y la molécula del material a tratar. Granallado El granallado es una técnica de tratamiento de limpieza superficial por impacto con el cual se puede lograr un acabado superficial y simultáneamente una correcta terminación superficial. Consiste en la proyección de partículas abrasivas (granalla) a gran velocidad (65 - 110 m/s) que, al impactar con la pieza tratada, produce la eliminación de los contaminantes de la superficie. Se utiliza en:
Limpieza de piezas de fundiciones ferrosas y no ferrosas, piezas forjadas.
Decapado mecánico de alambres, barras, chapas.
Arenado: es la operación de propulsar la fuerza a una corriente de material abrasivo contra una superficie a alta presión para alisar una superficie o la áspera,
de
áspera
a
una
superficie
lisa,
o
eliminar
de
las
superficies contaminantes. Empleando un fluido a presión, típicamente aire, o una centrífuga. 4.3.- Conexiones apernadas: Es un método simple de conexión en obra, lo que las convierte en una solución de conexión más económica que la soldadura en obra. Sin embargo, entre las desventajas hay que señalar que requiere de perforación de las planchas y elementos a conectar. Se conocen dos tipos de conexiones apernadas: Conexiones de tipo aplastamiento: Son las conexiones en que la carga es resistida por la cortante en los pernos y por aplastamiento sobre los mismos. ESFUERZOS Y DEFORMACIONES EN ELEMENTOS DE MAQUINAS Página 8 de 67
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La resistencia de diseño está definida por la presencia –o no- de la rosca. Un perno con roscas incluidas en el plano de corte se le asigna una menor resistencia de diseño que a un perno con roscas excluidas del plano de corte. Conexiones de deslizamiento crítico: Son las conexiones en que el deslizamiento sería inconveniente para la capacidad de servicio de la estructura a que pertenecen dichas uniones. Estas incluyen conexiones sometidas a cargas de fatiga o a inversión importante de carga, vibraciones y sismo.
Las conexiones apernadas de elementos secundarios y/o no estructurales (barandas, costaneras, escaleras de gato y escaleras menores) se pueden ejecutar con pernos corrientes ASTM A307. Sin embargo, para conexiones estructurales el código AISC establece que el uso de pernos de alta resistencia debe satisfacer las disposiciones de la ASTM 325 y A490. Los pernos deben ser apretados a una tensión que se regula según las tablas que se señalan en la Especificación ANSI/AISC 360-10 para construcción en acero.
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Pernos de alta resistencia Todas las superficies de la junta cuando es ensamblada, incluyendo aquellas adyacentes a las arandelas o golillas, deben estar libres de escamas, excepto las escamas de fábrica. Grupo
A—ASTM
A325,
A325M,
F1852,
A354
Grado
BC
y
A449
Grupo B—ASTM A490, A490M, F2280, A354 Grado BD
Esta tensión se debe poder asegurar mediante algún método como el del giro de la tuerca, un indicador de tensión directo, llave calibrada o diseño alternativo. La condición de apriete ajustado de los pernos sólo se acepta en conexiones de tipo aplastamiento y en aplicaciones de tracción o combinación de corte y tracción, ESFUERZOS Y DEFORMACIONES EN ELEMENTOS DE MAQUINAS Página 10 de 67
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solamente para pernos ASTM A325 (se entiende por apriete ajustado como la más firme alcanzada tanto por pequeños impactos de una llave de impacto o por el máximo esfuerzo de un trabajador con una llave de palanca corriente que permite que las piezas conectadas queden en contacto firme). Es importante detallar en los planos de fabricación y montaje los pernos que estén sujetos a apriete ajustado. Espaciamiento Mínimo La distancia entre centros de perforaciones estándar, sobre medidas, o ranuradas, no debe ser menor que 2-2/3 veces el diámetro nominal, d, del conector; se prefiere una distancia de 3d.
Figura: Espaciamiento Mínimo.
5.- Calculo de las estructuras Metálicas 5.1.- Asignación de Cargas: Las Edificaciones y todas sus partes deberán ser capaces de resistir las cargas que se les imponga como consecuencia de su uso previsto. Estas actuaran en las combinaciones prescritas y no deben causar esfuerzos ni deformaciones que excedan los señalados para cada material estructural.5 5.1.1.- Carga Muerta:
5
NORMA E.020 Cap. 1 - Art 1 ´´Cargas – Generalidades´´
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Se Considerara aquí el peso real de los materiales que conforman y lo que deberán soportan la estructura.6 El peso específico del acero es: El peso total de la estructura se obtendrá mediante el recurso SAP2000 y para esta estructura el peso es:
55271,2kg
5.1.2.- Carga Viva: Para techos con coberturas livianas de planchas onduladas o plegadas, calaminas, fibrocemento, material plástico, etc. Cualquiera sea su pendiente.7
5.1.3.- Carga de Viento: La estructura, los elementos de cierre y los componentes exteriores de todas las edificaciones expuestas a la acción del viento, serán diseñados para resistir las cargas (presiones y succiones) exteriores e interiores debidas al viento.8 La velocidad de diseño se obtendrá de la siguiente expresión:
La carga exterior ejercida por el viento se supondrá estática y perpendicular a la superficie de la estructura. Se calculara mediante la expresión:
Para la ciudad de Arequipa la velocidad de viento según el mapa eólico es de 80km/hr. Esta velocidad a 12 metros de altura promedio a la que estará la estructura representa una velocidad de diseño de 83,27km/hr. Para superficies verticales el factor de forma será igual a 0,8 para el barlovento y -0,6 para el sotavento.
6
NORMA E.020 Cap. 2 - Art 3 ´´Carga Muerta – Materiales´´ NORMA E.020 Cap. 3 – Art 7 ´´Carga Viva – Carga Viva de Techo´´ 8 NORMA E.020 Cap.3 – Art 12 ´´Cargas debidas al viento – Generalidades´´ 7
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Figura: Mapa Eólico del Perú obtenida de la norma E.020 Para Carga de viento.
Por lo tanto, la carga o presión de viento será de:
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Según esta consideración, se obtiene una carga de viento aplicada al techo de (2mx6m) de área Tributaria la carga será de: (Barlovento) (Sotavento) 6.- Combinaciones de Carga: La resistencia requerida de la estructura y sus elementos debe ser determinada para la adecuada combinación critica de cargas factorizadas. El efecto crítico puede ocurrir cuando una o más cargas no estén actuando.9
Para el diseño seleccionamos la combinación crítica que viene dada por: Dónde: D: cargas muerta. L: cargas Vivas. S: carga de nieve (en este caso S=0). W: carga de viento. E: carga de sismo. R: Carga lluvia. 7.- Simulación en SAP2000: Resultados del Programa SAP2000
9
NORMA E.090 Cap. 1 ´´Cargas y Combinaciones de Carga´´ Pág. 320
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Figura: Estructura en SAP2000
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Figura: Detalle de elementos. De acuerdo a los resultados obtenidos del SAP2000 los perfiles seleccionados son: -
Columnas : principales W25x68 , Secundarias W18x55
-
Vigas Principales : W12x50
-
Correas: C150x50x5mm
-
Arriostre: Tubo de 6x5x3/16pulg
-
Arriostre Diagonal: L3x3x1/4pulg
Siendo estos perfiles referencia para demostrar en cálculos manuales, si soportaran por diseño de resistencia y deflexión todos los elementos principales de la estructura. 8.- Calculo Manual de los Elementos de la estructura: 8.1.- CALCULO MANUAL DE UNA VIGA TECHO Perfil Seleccionado W12x50
Figura: Sección Transversal de la viga.
Asignación de Cargas: ESFUERZOS Y DEFORMACIONES EN ELEMENTOS DE MAQUINAS Página 16 de 67
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La carga Total soportada por una viga techo será la suma de la carga de viento y la carga viva más el peso de la correa en su correspondiente área tributaria:
Datos:
Los datos son obtenidos del manual de la AISC Steel Construction. Adjunto a continuación: MANUAL OF STEEL CONSTRUCTION – LOAD & RESISTANCE FACTOR DESIGN Vol. 1 Segunda edición Tablas de Perfiles:
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Figura: Dimensiones del perfil W12x50 ESFUERZOS Y DEFORMACIONES EN ELEMENTOS DE MAQUINAS Página 18 de 67
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Figura: Propiedades Geométricas del perfil W12x50
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Desarrollo:
Figura: Viga Cargada ( Carga Viva, Carga de viento) Calculo de los Apoyos Reacciones: R= 2713,3kg Momentos de empotramiento M=3693,1kg-m
Figura: Diagramas de fuerza Cortante y Momento Flector. Ecuación única de Momentos (entrando por la izquierda)
El Momento flector máximo se presenta cuando x=4,5m ESFUERZOS Y DEFORMACIONES EN ELEMENTOS DE MAQUINAS Página 20 de 67
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Pero el momento de empotramiento es mayor Mmax=3693,1kg-m Calculo del Esfuerzo máximo:
Nota: No supera el esfuerzo de limite elástico del acero y el esfuerzo de diseño que se tomó como . Por tanto la viga techo está bien diseñada por resistencia. Calculo de la flecha máxima:
Resolviendo la Ecuación: Cuando x=4,5m Nota: La flecha máxima obtenida es 0,003438m que no supera la flecha máxima admisible. La flecha máxima admisible es: Calculo de pernos Unión W 12x50 con W 18x55 Por esfuerzo cortante
Se requiere 7 pernos ASTM-A-325
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Figura: Datos obtenidos en SAP2000 Comparación de resultados con el Recurso SAP2000 SAP2000 Calculo Manual Reacciones 2713,30kg 2713,30kg Momento máximo 3693,10kg-m 3693,10kg-m Flecha Máxima 0,003025m 0,003438m
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8.2.- CALCULO DE UNA COLUMNA PRINCIPAL Perfil Seleccionado W 24x68 Datos:
Figura: Sección Transversal de la Columna Relación de esbeltez =
=
56067 N
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Figura: Dimensiones del perfil W24x68 ESFUERZOS Y DEFORMACIONES EN ELEMENTOS DE MAQUINAS Página 24 de 67
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Figura: Propiedades Geométricas del perfil W24x68 ESFUERZOS Y DEFORMACIONES EN ELEMENTOS DE MAQUINAS Página 25 de 67
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8.3.- CALCULO DE LA CORREA
Figura: Se obtuvo en el Recurso SAP2000 Asignación de Cargas:
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La Correa Esta sometida a las cargas de Viento y carga viva más su peso propio, que viene a ser a carga muerta. Área tributaria: 2m Carga viva: 0.3 KN/ Carga de viento: 0.104 KN/ W = Carga distribuida: (0.3 KN/ 0.104 KN/ P = carga distribuida * longitud de la correa P = 0.808 * 6 = 4.848 KN
Figura: Esquema de la correa, y Diagramas de Fuerza Cortante y Momento Flector
2.424 KN
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Ecuación única de momentos entrando por la izquierda: M(x) = * X – W * (X) * ( ) M(x) = 2.424 * X – 0.808 * (X) * ( ) Cuando x = 0 m M(x) = 0 Cuando X = 3 m M(x) = 3.636 KN Cuando X = 6 m M(x) = 0
MPa Nota: El esfuerzo máximo no supera el esfuerzo de diseño que viene dado por: Lo que lleva a decidir que la correa soportara la carga asignada. Calculo de la deflexión: E* * E* *
=
=
E* *
+
E* *y = 404 * – 33.6675 + Si y = 0 ^ X = 0 Si y = 0 ^ X = 6 E* *y = 404 * – 33.6675 E = 200 GPa Cuando X = 3m y = -0.015 m Nota: La flecha máxima obtenida fue de 0,015m que no supera la flecha máxima admisible que viene dada por:
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Figura: Datos Obtenidos en SAP2000 Comparación de Resultados en el recurso SAP2000 y cálculo manual. SAP2000 Calculo Manual Reacciones 2,42kN 2,424kN Momento máximo 3,6360kN-m 3,636kN-m Flecha Máxima 0,015073m 0,015m
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9.- RECOMENDACIONES: 9.1 Control de Calidad:10 Normatividad: Marco de Referencia •
Structural Welding Code - Steel: AWS D.1.1.
•
Código de Practica Estándar: DE 294.
•
SSPC
•
General Requeriments for Rolled Structural Steel Bars, Plates, Shapes, and Sheet Piling: ASTM A6 (NTC 4537).
Structural Welding Code – Steel. AWS D 1.1: Código de soldadura determina todo lo concerniente a las soldaduras incluye recomendaciones para el diseño de conexiones soldadas, precalificación y calificación de procedimientos de soldadura, calificación de soldadores, requisitos de fabricación, inspección por ensayos no destructivos, soldadura de los conectores de cortante, reparaciones de las estructuras existentes Código de Practica Estándar NTC ED294: Establece las condiciones técnicas mínimas para el desarrollo de las estructuras de acero. Incluye definiciones, información mínima requerida para planos, memorias de cálculo, tolerancias de fabricación y montaje, etc. Este código cita al ASTM A6 y al SSPC. Steel Structures Painting Council. SSPC. Se utiliza principalmente porque determina las calidades de preparación de superficie, este documento es citado por el código de práctica estándar. ASTM A6 o NTC 4537. Esta norma ASTM o su equivalente NTC determinan las condiciones a cumplir por los materia prima de acero en perfiles, laminas especifican las marcación, certificados de calidad, tolerancias y desviaciones es útil en la recepción de materiales Análisis del Programa de Inspección El programa de inspección que se presenta a continuación está dividido de acuerdo a
las
inspecciones que
deben
realizarse,
respaldados en
los
códigos,
10
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especificaciones o documentos correspondientes según el proceso que se esté realizando.
PROGRAMA DE INSPECCION ITEM PROCESOS
INSPECCION Y PRUEBAS
NORMA, ESPECIFICACION O DOCUMENTO
DE
REFERENCIA 1
Fabricación
Marcas de identificación en cada ASTM A6 plancha provenientes de fábrica. Procedimientos de soldadura Calificación
de
soldadura
AWS D1.5 y AWS D1.5
soldadores Armado
de
tornapuntas
y Planos
articulaciones Armado de las Vigas
Planos
Control de Longitudes
Planos
Preparación
de
biseles
y Planos
dimensiones 2
3
Soldadura
Inspección
Terminada
(Poros, escorias, mordeduras, etc.)
Pintura
visual
de
acabado AWS D1.1
Control dimensional de soldaduras
AWS D1.1
Ensayos no Destructivos
AWS D1.1
Inspección Visual:
SSPC – SP 1
Preparación de superficie
SSPC – SP 2
Aplicación del recubrimiento
SSPC – SP 3
Tolerancias Las dimensiones de los elementos estructurales soldados deberán cumplir con las siguientes tolerancias ESFUERZOS Y DEFORMACIONES EN ELEMENTOS DE MAQUINAS Página 31 de 67
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Para las planchas cortadas:
Cuando se especifique el ajuste de rigidizadores verticales en el alma, es permisible una abertura de 2 mm entre el patín y el Rigidizador.
La tolerancia permisible de los rigidizadores horizontales en lo que respecta a su longitud será de ± 1 mm.
La variación en rectitud de los rigidizadores verticales y horizontales no debe exceder de 1 mm.
Control de Planos de Taller Los planos de taller deben contener información mucho más sencilla en detalle de lo que se va a realizar, de tal manera que la persona que va a utilizar estos planos pueda entenderlos de una manera clara y pueda desempeñar en forma correcta su trabajo Preparación del Metal Base. Las superficies a ser soldadas deberán ser uniformes, planas y libres de imperfecciones, escamas finas, óxidos, grasa rasgaduras, fisuras y otras discontinuidades que afectarían adversamente la calidad o resistencia de la soldadura. ESFUERZOS Y DEFORMACIONES EN ELEMENTOS DE MAQUINAS Página 32 de 67
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El método empleado para la preparación de los biseles es cortar con soplete utilizando la tortuga y ubicando el ángulo de bisel indicado en los planos. La figura 4 indica el biselado del alma de una viga. Calificación de Procedimientos de Soldadura. Verificar en el WPS antes y durante la soldadura para: Inspección de Soldaduras. Para el control de las soldaduras realizadas en taller, se deben realizar las inspecciones en los sitios indicados en el Plan de Control de Inspección de Soldaduras, y de esta manera asegurar que las uniones soldadas cumplen con los requerimientos del AWS D1.1 y la satisfacción del cliente.
Los métodos de inspección que deben utilizarse son los siguientes: Inspección Visual, Líquidos Penetrantes, Partículas Magnéticas y Ultrasonido. Los criterios de aceptación y rechazo para las inspecciones por Ultrasonido, Partículas Magnéticas y Líquidos Penetrantes se fundamentan en el código AWS D1.1 Inspección visual de soldadura:
PLAN DE CONTROL DE INSPECCIÓN DE SOLDADURA
Un buen control de calidad asegura que el producto fabricado cumpla con todas las ESFUERZOS Y DEFORMACIONES EN ELEMENTOS DE MAQUINAS Página 33 de 67
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especificaciones y normas correspondientes, brindando seguridad a las personas que lo utilicen. Las planchas deben venir con sus respectivos certificados de calidad. Control Dimensional Previo y Post – Corte. El control dimensional es elaborado en base a las especificaciones de contrato y de acuerdo al plan de aseguramiento de calidad, este trabajo debe ser hecho bajo la responsabilidad de un supervisor. Control en la Soldadura de las Tornapuntas y Vigas. Para garantizar la calidad de las soldaduras, es necesario realizar los siguientes controles: Control de Maquinas, de Juntas Preparadas, de Soldadores y Operadores y de Soldaduras. Preparación de Superficie previa Aplicación del Recubrimiento. La selección del método apropiado de preparación del substrato depende de la naturaleza del mismo, del medio ambiente y de la vida útil de servicio que se espera. El tipo de limpieza que se utilizará en taller para las vigas, tornapuntas, apoyos, etc. será SS PC – SP 1, SSPC – SP 2, SSPC – SP 3. Aplicación del Recubrimiento. El tipo de pintura que se aplicara en los diferentes elementos del puente es Anticorrosivo, la cual proporciona una excelente protección para toda clase de superficie de hierro. Esta formulada con pigmentos inhibidores de la corrosión Tiene buena resistencia a la intemperie y adhesión a las superficies ferrosas. 9.- CONCLUSIONES: Del Cálculo llegamos a las siguientes conclusiones: -
Según el cálculo de la estructura tenemos como máximo un ratio de 0,772 que no supera el valor de 1. Lo que nos lleva a aceptar los perfiles seleccionados según el método AISC LRFD93 aplicado por el SAP2000.
-
El diseño de la estructura tiene un factor de seguridad de: F.S. = 1/0,772 =1,29 mayor a 1. Haciendo actuar en ella la combinación critica
-
En cálculo hecho manualmente demuestra que los perfiles seleccionados son los correctos por no sobrepasar el límite permisible de esfuerzo y flexión o pandeo.
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COLUMNAS PRINCIPALES: TABLE: Steel Design 1 - Summary Data - AISC-LRFD93 Frame DesignSect Ratio RatioType 4 W24X68 0,086364 PMM 28 W24X68 0,148594 PMM 92 W24X68 0,147225 PMM 96 W24X68 0,147378 PMM 100 W24X68 0,144121 PMM 104 W24X68 0,111805 PMM 194 W24X68 0,092291 PMM
COLUMNAS SECUNDARIAS: TABLE: Steel Design 1 - Summary Data - AISC-LRFD93 Frame DesignSect Ratio RatioType 15 W18X55 0,132909 PMM 30 W18X55 0,213436 PMM 94 W18X55 0,208253 PMM 98 W18X55 0,20834 PMM 102 W18X55 0,209168 PMM 106 W18X55 0,136843 PMM 132 W18X55 0,196547 PMM 135 W18X55 0,250629 PMM 152 W18X55 0,247159 PMM 155 W18X55 0,24753 PMM 158 W18X55 0,243815 PMM 161 W18X55 0,166778 PMM 197 W18X55 0,126352 PMM VIGAS PRINCIPALES: TABLE: Steel Design 1 - Summary Data - AISC-LRFD93 Frame DesignSect Ratio RatioType 3 W12X50 0,270863 PMM 9 W12X50 0,173714 PMM 103 W12X50 0,236429 PMM 105 W12X50 0,182287 PMM 130 W12X50 0,351613 PMM 131 W12X50 0,274645 PMM ESFUERZOS Y DEFORMACIONES EN ELEMENTOS DE MAQUINAS Página 35 de 67
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133 134 150 151 153 154 156 157 159 160 195 196 41 46 51 56 61 118 124 162
W12X50 W12X50 W12X50 W12X50 W12X50 W12X50 W12X50 W12X50 W12X50 W12X50 W12X50 W12X50 W12X50 W12X50 W12X50 W12X50 W12X50 W12X50 W12X50 W12X50
0,371986 0,316899 0,363484 0,31059 0,363548 0,31048 0,365415 0,312432 0,225511 0,196223 0,182575 0,164581 0,298549 0,29139 0,291305 0,294199 0,382943 0,376518 0,376597 0,376119
PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM
ARRIOSTRE HORIZONTAL: TABLE: Steel Design 1 - Summary Data - AISC-LRFD93 Frame DesignSect Ratio RatioType 78 6''x4''x3/16'' 0,010241 PMM 79 6''x4''x3/16'' 0,032452 PMM 87 6''x4''x3/16'' 0,013411 PMM 88 6''x4''x3/16'' 0,044576 PMM 142 6''x4''x3/16'' 0,014589 PMM 143 6''x4''x3/16'' 0,030453 PMM ARRIOSTRE DIAGONAL: TABLE: Steel Design 1 - Summary Data - AISC-LRFD93 Frame DesignSect Ratio RatioType 223 L3''x3''1/4'' 0,109355 PMM 224 L3''x3''1/4'' 0,115344 PMM 225 L3''x3''1/4'' 0,103126 PMM 226 L3''x3''1/4'' 0,108514 PMM 227 L3''x3''1/4'' 0,11275 PMM ESFUERZOS Y DEFORMACIONES EN ELEMENTOS DE MAQUINAS Página 36 de 67
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228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 242 243 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272
L3''x3''1/4'' L3''x3''1/4'' L3''x3''1/4'' L3''x3''1/4'' L3''x3''1/4'' L3''x3''1/4'' L3''x3''1/4'' L3''x3''1/4'' L3''x3''1/4'' L3''x3''1/4'' L3''x3''1/4'' L3''x3''1/4'' L3''x3''1/4'' L3''x3''1/4'' L3''x3''1/4'' L3''x3''1/4'' L3''x3''1/4'' L3''x3''1/4'' L3''x3''1/4'' L3''x3''1/4'' L3''x3''1/4'' L3''x3''1/4'' L3''x3''1/4'' L3''x3''1/4'' L3''x3''1/4'' L3''x3''1/4'' L3''x3''1/4'' L3''x3''1/4'' L3''x3''1/4'' L3''x3''1/4'' L3''x3''1/4'' L3''x3''1/4'' L3''x3''1/4'' L3''x3''1/4'' L3''x3''1/4'' L3''x3''1/4'' L3''x3''1/4'' L3''x3''1/4'' L3''x3''1/4'' L3''x3''1/4''
0,115282 0,11124 0,103465 0,114102 0,112199 0,108346 0,103839 0,116358 0,110971 0,108189 0,105674 0,109737 0,120806 0,116081 0,124047 0,149359 0,101473 0,115319 0,093618 0,119325 0,106411 0,112925 0,11365 0,102751 0,10931 0,109167 0,108756 0,105997 0,112622 0,106746 0,105195 0,111117 0,111077 0,120176 0,109342 0,122178 0,126131 0,094727 0,11037 0,094572
PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM
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273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289
L3''x3''1/4'' L3''x3''1/4'' L3''x3''1/4'' L3''x3''1/4'' L3''x3''1/4'' L3''x3''1/4'' L3''x3''1/4'' L3''x3''1/4'' L3''x3''1/4'' L3''x3''1/4'' L3''x3''1/4'' L3''x3''1/4'' L3''x3''1/4'' L3''x3''1/4'' L3''x3''1/4'' L3''x3''1/4'' L3''x3''1/4''
0,114372 0,099128 0,105765 0,111087 0,101077 0,10254 0,102667 0,10609 0,105458 0,105487 0,099192 0,100712 0,111364 0,102103 0,122225 0,102179 0,11924
PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM
CORREAS: TABLE: Steel Design 1 - Summary Data - AISC-LRFD93 Frame DesignSect Ratio RatioType 72 C150x50x5mm 0,117306 PMM 136 C150x50x5mm 0,145282 PMM 5 C150x50x5mm 0,771568 PMM 6 C150x50x5mm 0,699885 PMM 7 C150x50x5mm 0,699901 PMM 8 C150x50x5mm 0,699901 PMM 10 C150x50x5mm 0,699851 PMM 18 C150x50x5mm 0,77407 PMM 19 C150x50x5mm 0,701258 PMM 20 C150x50x5mm 0,701693 PMM 21 C150x50x5mm 0,700242 PMM 22 C150x50x5mm 0,70158 PMM 23 C150x50x5mm 0,771531 PMM 24 C150x50x5mm 0,699809 PMM 25 C150x50x5mm 0,699812 PMM 26 C150x50x5mm 0,699812 PMM 29 C150x50x5mm 0,699801 PMM 31 C150x50x5mm 0,771493 PMM 32 C150x50x5mm 0,699771 PMM ESFUERZOS Y DEFORMACIONES EN ELEMENTOS DE MAQUINAS Página 38 de 67
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33 34 35 36 37 38 39 40 67 68 69 70 73 74 75 76 77 82 83 93 97 101 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 168 169 170 171 173 174 175
C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm
0,699773 0,699768 0,699765 0,771533 0,699856 0,699877 0,699846 0,699799 0,14298 0,127867 0,125962 0,126681 0,12476 0,132863 0,120516 0,120519 0,120516 0,120513 0,135521 0,124004 0,124106 0,123601 0,122322 0,132856 0,120508 0,120504 0,120502 0,120497 0,132845 0,1205 0,120502 0,1205 0,120496 0,700826 0,699888 0,699861 0,699945 0,771674 0,362967 0,362775
PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM
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176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219
C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm
0,771554 0,69983 0,699833 0,699828 0,699807 0,3629 0,771684 0,699963 0,699935 0,699891 0,699824 0,362851 0,771558 0,699768 0,699772 0,699772 0,699771 0,362784 0,771662 0,699973 0,69997 0,699916 0,699843 0,062853 0,144303 0,127089 0,124259 0,127511 0,123585 0,062462 0,132841 0,120491 0,120491 0,120491 0,12049 0,064698 0,142809 0,130623 0,129756 0,127999
PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM
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220 221 222 239 240 241 244 245 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 320 321
C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm
0,124294 0,062508 0,13284 0,120716 0,120887 0,120733 0,120696 0,062477 0,132865 0,120522 0,120523 0,120515 0,120505 0,049258 0,043445 0,043465 0,043438 0,044387 0,048332 0,043666 0,04362 0,043678 0,04383 0,025111 0,048906 0,04345 0,043458 0,043432 0,04463 0,022692 0,048202 0,043653 0,04367 0,043701 0,043851 0,025137 0,048765 0,04345 0,043455 0,043429
PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM
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322 323 324 325 326 327 328 468 469 470 471 472
C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm C150x50x5mm
0,044119 0,02268 0,048132 0,043545 0,043548 0,043618 0,04376 0,061371 0,036051 0,036189 0,037912 0,070095
PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM PMM
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10.- ANEXO 10.1.- Técnicas de inspección superficial Los Ensayos No Destructivos son herramientas de control de calidad o proceso que permite diagnosticar preventivamente las condiciones de un equipamiento, deterioro de un componente o su mal funcionamiento, análisis de piezas recién fabricadas o reparadas. 1. Líquidos penetrantes El ensayo por líquidos penetrantes es un método no destructivo que permite la detección de discontinuidades en materiales sólidos no porosos tales como metales cerámicos vidrios y plásticos y siempre que las discontinuidades se encuentren abiertas a la superficie. Este método está basado en la penetración de un líquido dentro de las fisuras y esto ocurre debido al fenómeno de la Capilaridad que es la propiedad de penetración de un líquido en lugares extremamente pequeños debido a sus características físico-químicas, tal como la tensión superficial de este líquido mencionado. Una vez dentro de la fisura se provoca la absorción de este líquido hacia la superficie del material a través del uso de un agente absorbente denominado Revelador. Esta Acción Capilar, depende de 3 propiedades:
Mojabilidad,
Tensión Superficial y
Viscosidad.
Esta metodología es la que se sigue en todos los ensayos de Tintas Penetrantes realizados por ISOTEC S.A.S, cumpliendo con las normas ASTM E-1417 y E-165. Características de los Líquidos Penetrantes El líquido penetrante tiene la propiedad de penetrar en cualquier abertura u orificio en la superficie del material. El penetrante ideal debe reunir lo siguiente:
Habilidad para penetrar orificios y aberturas muy pequeñas y estrechas.
Habilidad de permanecer en aberturas amplias.
Habilidad de mantener color o la fluorescencia.
Habilidad de extenderse en capas muy finas.
Resistencia a la evaporación.
De fácil remoción de la superficie.
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De difícil eliminación una vez dentro de la discontinuidad.
De fácil absorción de la discontinuidad.
Atoxico.
Inoloro.
No corrosivo.
Anti-inflamable.
Estable bajo condiciones de almacenamiento.
Costo razonable.
Clasificación de los líquidos penetrantes La clasificación básica de los tipos de líquidos penetrantes existentes es la que los agrupa en función de la fuente de luz que se precisa para la observación de las indicaciones que proporciona el ensayo. Se clasifican en tres grupos o familias que son: 1. Líquidos penetrantes coloreados, observación con luz visible blanca. 2. Líquidos penetrantes fluorescentes, observación con luz negra (ultravioleta). 3. Líquidos penetrantes mixtos (fluorescentes -coloreados), observación bajo los dos tipos de luz anteriores. Paralelamente, en cada familia, se pueden encontrar tres casos posibles de empleo en función de la forma de eliminar de la superficie el exceso de penetrante: a. Líquidos penetrantes lavables con agua. b. Líquidos penetrantes post-emulsionables. c. Líquidos penetrantes eliminables con disolventes. Los penetrantes post-emulsionables se llaman así porque necesitan la adición posterior de un emulsionante para hacerlos lavables con agua.
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Tipos de líquidos penetrantes: Líquidos penetrantes coloreados visibles Contienen pigmentos coloreados disueltos que los hacen visibles con luz natural (de día) o con luz artificial blanca (lámparas eléctricas). El color más utilizado es el rojo que hace claramente visibles las indicaciones sobre el fondo normalmente blanco del revelador. Aunque la sensibilidad de estos penetrantes rojos suele ser inferior a la de los fluorescentes, resultan adecuados para un gran número de aplicaciones. Así, los más empleados en general en los talleres y en inspecciones que se realizan a pié de obra son los penetrantes rojos eliminables con disolvente, suministrados en botes aerosol por ser los de aplicación más sencilla (pulverización sobre la zona de ensayo) y no requieren agua para lavado ni lámparas especiales para la observación, como los fluorescentes.
Líquidos penetrantes fluorescentes Este tipo de líquido penetrante incorpora en su composición pigmentos fluorescentes de color generalmente amarillo-verdoso, que son sensibles a una iluminación especial llamada luz negra que los hace fluorescer. En general, estos líquidos penetrantes fluorescentes tienen una mayor sensibilidad que los coloreados, es decir, son capaces de detectar indicaciones más finas.
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Ventajas:
Económicos
Buena sensibilidad
Fáciles de emplear
El equipo puede ser portátil
Desventajas:
Requiere de una buena limpieza
Aplica defectos superficiales
La selección errada
Procedimiento de ensayo Limpieza inicial: Retirar todos los elementos que impidan realizar una inspección correcta, como: óxidos, grasas, aceites, pinturas.
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Aplicación del liquido penetrante El Liquido Penetrante puede ser aplicado en la superficie de la pieza de varias maneras, pues el objetivo principal es formar un filme sobre esta superficie, para que en cualquier parte del material a ensayar este cubierto con Liquido Penetrante y por lo tanto pueda ser posible detectar una fisura. Las técnicas de aplicación más utilizadas son la aplicación a pincel, pistola de pintura, aerosol.
Tiempo de permanencia del penetrante: Temperatura del ambiente Remoción del exceso del penetrante: Básico para tener los resultados esperados
Aplicación del revelador La etapa de la revelación es la etapa en que se forman las indicaciones sobre la superficie en inspección. La función del Revelador es exactamente la de absorber hacia la superficie el resto del Liquido Penetrante que quedo contenido dentro de la discontinuidad (fisura) después de la etapa de remoción del exceso.
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Los Reveladores se presentan en tres formas básicas:
a. Reveladores Acuosos b. Reveladores No Acuosos c. Reveladores Secos
Interpretación: se debe tener experiencia para determinar el tipo de inconformidad detectado. Elaboración del informe correspondiente.
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Métodos de limpieza Mecánicos Químicos Por solventes Limpieza por métodos mecánicos: •
Pulido abrasivo.- Remueve escama, rebaba, escoria de soldadura y óxido. Este método no debe utilizarse en metales suaves como aluminio, cobre, magnesio y titanio.
•
Aplicación de arena seca a alta presión.- Remueve escamas pesadas, capas de pintura o recubrimientos antioxidantes, depósitos de carbón, óxidos, fundentes, arena de fundición
•
Aplicación de arena húmeda a alta presión.- Es utilizada para un mejor control del acabado superficial o dimensional, su aplicación es la misma del método anterior.
•
Agua y vapor a alta presión.- Se lleva a cabo con limpiador alcalino o con detergente. Residuos de lubricantes, aceites, compuestos de pulido, grasas y astillas. Se utiliza cuando debe protegerse el acabado superficial.
•
Limpieza ultrasónica.- Se emplea generalmente con detergentes y agua o con un solvente. Se utiliza para la limpieza de piezas pequeñas o delicadas.
Limpieza por medios químicos. •
Limpieza alcalina.- Remueve cascarilla, óxidos, grasas, material para pulir, aceites y depósitos de carbón. Este método se emplea en grandes piezas en las cuales las técnicas manuales suelen ser muy laboriosas.
•
Limpieza ácida.- Se emplean soluciones muy ácidas para remover cascarilla muy pesada o de gran tamaño; para eliminar cascarilla ligera y manchas metálicas, se utiliza una solución débilmente ácida.
•
Limpieza con sales fundidas.- Se emplea para remover cascarilla muy densa y óxidos fuertemente adheridos.
Limpieza con solventes. •
Desengrasado con vapor.- Remueve aceite y grasa, por lo general emplea solventes clorados. No es recomendable para titanio y sus aleaciones.
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•
Enjuague con solventes.- Remueve aceite y grasa, puede emplear solventes no clorados.
Los solventes más comúnmente empleados son acetona, percloroetileno, alcohol isopropílico, cloruro de metileno; todos estos se evaporan a la temperatura ambiente. Aplicación del penetrante: •
Por inmersión.
Se recomienda cuando las piezas son pequeñas o de peso reducido o cuando se requiere cubrir toda la superficie de la pieza. •
Por aspersión, atomización ó rociado.
Se recomienda en superficies planas o relativamente grandes. •
Aplicación con brocha, pincel ó rodillo.
Se recomienda cuando se van a inspeccionar áreas bien definidas como los cordones de soldadura, áreas pequeñas y zonas de difícil acceso para los aerosoles o para aplicar pequeñas cantidades de penetrante en las que sólo se desea limpiar. Remoción del exceso del penetrante: La remoción del exceso de penetrante es el paso más importante y de este modo asegurar resultados confiables Se debe evitar que el penetrante se seque sobre ésta, ya que puede impedir que el penetrante emerja de las discontinuidades al aplicar el revelador. En caso de que el penetrante se seque, la inspección debe reiniciarse desde el paso de la prelimpieza. Aplicación del revelador Es una sustancia especialmente compuesta para extraer al penetrante atrapado en las discontinuidades; para que de esta forma sea visible al ojo humano. Inspección La calidad de la inspección está directamente relacionada con la habilidad del inspector para encontrar y evaluar las indicaciones que aparezcan en la superficie de prueba pero también por las condiciones en que ésta se realice. Limpieza final.
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Es necesaria ya que el penetrante y el revelador tienden a acumular humedad, lo cual puede producir corrosión; o bien, interferir en el uso o proceso posterior a la inspección. Se utiliza en la etapa de fabricación después de la fundición u obtención de la materia prima inicial como control de calidad. o También es muy útil verificando la presencia de grietas y otros defectos generados después de procesos de laminado en frio, extrusión, forjado, etc. o Después de realizar procesos de maquinado (torneado, fresado, etc.), soldadura y tratamientos térmicos, la técnica de las tintas es una herramienta fundamental para garantizar la buena condición del producto.
Factores que influyen en la prueba de calidad •
La composición química del metal o aleación involucrada en los objetos de prueba.
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•
La composición química del no metal en objetos a inspeccionar que tienen superficies no metálicas.
•
La ubicación de las indicaciones.
•
Áreas críticas.
•
Bordes que van a ser maquinados.
•
Partes diseñadas para aplicaciones de alta resistencia.
•
Secciones gruesas en donde se pueden remover las discontinuidades superficiales.
2. INSPECCION VISUAL Es el método de prueba que revela o detecta cierto tipo de discontinuidades superficiales usando el ojo humano. En cualquier programa efectivo de control de calidad, la inspección visual suministra los elementos básicos para la evaluación de las estructuras.
Etapas de la inspección visual: -Antes de soldar •Revisión de documentos relacionados • Revisar: WPS, PQR y WPQ • Desarrollar un plan de inspección y registros • Desarrollar sistema para identificar rechazos • Revisar equipos de soldadura • Revisar calidad de MB y MA • Revisar calidad y precisión de las Juntas • Revisar montaje y alineamiento • Revisar Limpieza de la junta • Revisar precalentamiento cuando se requiera. -Durante la soldadura • Revisar variables • Inspección visual de cada pase • Revisar la limpieza entre pases • Revisar la temperatura entre pases • Revisar colocación y secuencia de pases • Revisar las superficies de respaldo ESFUERZOS Y DEFORMACIONES EN ELEMENTOS DE MAQUINAS Página 52 de 67
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• Realizar END cuando se requieran -Despues de la soldadura • Revisar apariencia final • Revisar el tamaño • Revisar longitudes y distancias • Revisar la precisión dimensional del ensamble soldado • Monitorear tratamiento térmico post soldadura, cuando se requiera • Realizar END adicionales cuando se requieran • Preparar los reportes de inspección Equipos para ensayos de inspección visual: •Lupa (lentes de aumento) • Linterna (Iluminación concentrada en la zona inspeccionada) • Galgas • Instrumentos de medición ( Flexómetros, reglas) • Espejo tipo odontológico.
Aplicaciones: • Superficies externas en rango ilimitado de materiales • Partes maquinadas • Todos los materiales.
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3. Radiografía industrial La radiación se obtiene en forma de rayos Gamma o rayos X. Detectan discontinuidades superficiales e internas en el material, se requiere que se tenga acceso a los dos lados de la pieza. Se requiere personal entrenado para el manejo de material radioactivo. Procedimiento de ensayo • Determinación del área donde no puede ingresar personal laboralmente no expuesto • Cálculos de tiempo de exposición a la radiación. • Elaboración de las marcas a estampar en la película radiográfica. • Marcación de la zona a inspeccionar. • Montaje de la película radiográfica. •Ubicación del emisor de radiación a la distancia calculada. • Exposición del emisor de radiación durante el tiempo calculado. • Procesamiento de la película radiográfica :Revelado, lavado del exceso de revelador, fijado, lavado del exceso del fijador. • Secado de la película radiográfica (Acetato de celulosa y partículas de haluro de plata) • Interpretación de los resultados de la inspección radiográfica, se realiza utilizando una fuente de iluminación variable y de la intensidad suficiente. • Elaboración del informe correspondiente.
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Equipos • Equipos de proyector de radiación • Equipos para la medición de la radiación • Película radiográfica • Elementos para la marcación • Elementos químicos para el proceso de revelado y fijado de la película radiográfica • Equipos para la visualización e interpretación de resultados
Ventajas • Registros permanentes con rayos X, se puede ajustar a varios niveles de energía. • Con rayos gamma se obtienen altas energías de radiación. Desventajas • La sensibilidad decrece con el espesor de la parte a atravesar. • Las fallas transversales son difíciles de detectar. • Peligro de radiación y alto costo por su licencia. • Requiere de personal entrenado para su manejo e interpretación. Aplicaciones • Tuberías • Soldaduras • Fundiciones • Materiales No metálicos Discontinuidades detectables • Inclusión de escoria • Grietas • Faltas de fusión y de penetración • Exceso de metal de soldadura ESFUERZOS Y DEFORMACIONES EN ELEMENTOS DE MAQUINAS Página 55 de 67
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• Porosidad • Desalineamiento • Concavidad 4. Ultrasonido Por medio de este ensayo se detectan inconformidades internas en materiales que sean conductores del sonido, Se requiere que el material a inspeccionar tenga una superficie maquinada para que exista completo acople entre ésta y el palpador. Se requiere de personal altamente entrenado y capacitado, ya que es un ensayo donde no quedan registros permanentes de la inspección. Los estándares más utilizados en este tipo de prueba son: ASME Sección V, AWS D1.1, AWS D1.5, API 1104, ASME A388, ASME A435 Equipos: • Equipo detector de fallas por ultrasonido • Transductores o palpadores especiales para el tipo de material e inconformidad a detectar. • Acoplante especial.
Procedimiento de ensayo: • Calibración inicial del equipo de acuerdo con la pieza. • Preparación de la superficie de la pieza a inspeccionar, con el propósito de garantizar un acople perfecto entre el palpador y la pieza • Aplicación del acoplante sobre la superficie a inspeccionar • Acople del palpador con la pieza • Interpretación inmediata de las inconformidades detectadas • Anotación de los resultados obtenidos ESFUERZOS Y DEFORMACIONES EN ELEMENTOS DE MAQUINAS Página 56 de 67
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• Elaboración del informe correspondiente
Ventajas: • Gran sensibilidad a fallas internas transversales en dirección del haz • El portátil, puede automatizarse, registros permanentes en forma de gráficos • Los resultados se conocen inmediatamente • Alta capacidad de penetración. Desventajas: • Requiere acoplante en la superficie • Las partes soldadas en materiales de espesor delgado y complejos difíciles de inspeccionar • No se tiene buena definición para materiales que presenta grano grueso • Requiere personal altamente calificado. Aplicaciones: • Regiones internas de metales • Regiones internas de no metales y compuestos • Soldaduras • Medición de espesores. Discontinuidades detectables: • Grietas • Laminaciones • Faltas de penetración y de fusión • Inclusión de escoria. ESFUERZOS Y DEFORMACIONES EN ELEMENTOS DE MAQUINAS Página 57 de 67
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10.2.- Arenado El proceso de arenado consiste en la limpieza de cualquier superficie con un chorro de arena a presión; en forma tal, de quitar todo cuerpo extraño que se encuentre adherido (óxidos metálicos, restos de arena en las piezas, pinturas, gras y otros componentes indeseados) El equipo de trabajo está compuesto por silos donde se almacena la arena
Un compresor de caudal variable con una presión de 7 a 8 bares
Una arenadora equipada con tolva de carga dosificadora, circuito de transferencia de la arena, además de mangueras lanza (pistola o porta boquilla) y boquilla para dirigir el chorro
Agentes químicos presentes El agente químico de mayor interés toxicológico es Sílice cristalina (comprende entre el 94 a 99% de la arena utilizada) Además podemos encontrar sustancias que forman parte de algunos residuos encontrados en el metal (pigmentos de pintura) Factores de riesgo
La composición de la arena (94 a 99% sílice cristalina)
El tamaño de las partículas de arena fragmentada
Concentración de sílice cristalina en el ambiente
Tiempo de exposición del trabajador
Medidas de seguridad incorrectas o insuficientes
Fumar, comer y beber en lugares contaminados con sílice cristalina
Medidas de control -
Medidas de la fuente generadora Reemplazo de arena por abrasivos menos tóxicos
-
Micro esferas de vidrio
Silicato de aluminio
Corindón
Reemplazo de procesos de arenado por baños químicos
Desengrase alcalino
Enjuague
fosfatado en base de hierro
Pasivado no crómico
Enjuague con agua des ionizada
Secaso
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Medidas sobre el medio donde se difunde -
Aislamiento de la pieza Si las piezas a tratar son pequeñas, se las puede arenar en una maquina especial donde el proceso de arenado esta contenido
-
Cerramiento El viento puede llevar lejos de la zona de trabajo, contaminado lugares no involucrados con el lugar de obra
-
Limpieza Al finalizar la tarea se debe realizar una limpieza en la zona de trabajo con equipos de aspiración por vacío, ya que el hecho de barrer o sopletear aumentaría la dispersión de sílice cristalina
Medidas sobre el trabajador Elementos de protección personal:
Escafandra con protección de cabeza, pecho y espalda
Equipo de respiración autónoma con presión positiva
Guantes, ropa de trabajo manga larga calzado de seguridad
Protectores auditivos
Legislación aplicable Res. 295/03 Concentración máxima permisible. Sílice cristalina en aire: 0.05 mg/ Granallado
El granallado es una técnica de tratamiento de limpieza superficial por impacto a gran velocidad (65 - 110 m/s) o también llamado chorreado abrasivo, con el cual se puede lograr un excelente grado de limpieza y una correcta terminación superficial, eliminando los contaminantes de la superficie, mejorando la adherencia de cualquier tipo de revestimiento o pintura, además que da un excelente aspecto visual de la pieza.
Su uso principal es la limpieza y preparación de la superficie de piezas de fundición ferrosas, donde será aplicados revestimientos posteriores como es la pintura. Antes de pintar una superficie de acero, debe precederse a una minuciosa preparación de la misma, la cual consiste en:
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Eliminar contaminantes ya sea oxido u otros subproductos de corrosión, sales, grasas, -
suciedad, etc.
-
Subsanar defectos de construcción como pueden ser cantos
vivos,
grietas,
exfoliaciones,
cordones
irregulares de soldadura. -
Eliminar la cascarilla de laminación o calamina.
-
Preparación de superficies de acero dependiendo el tipo de Contaminante
Contaminante
Acero Nuevo
Acero Recubierto
Método
Calamina
+
-
Chorreado Abrasivo
Oxido
+
+
Métodos Mecánicos Chorreado Abrasivo
Aceite y Grasa
+
+
Detergentes/emulsionantes Posterior Aclara
Sales
+
+
Agua Dulce Abundante
-
+
Rasqueteado Cepillado Chorreado Abrasivo
Pintura Vieja en mal Estado
Decapantes Polvo
+
+
Soplado/cepillado/Aspiración
-
Rugosidad
-
Cuando se chorrea una superficie de acero, no solo se limpia sino que además se le confiere una cierta rugosidad superficial, lo cual ayuda a conseguir un buen anclaje de la pintura.
-
Se define como rugosidad la distancia media existente entre los picos y los valles de un perfil.
-
Normas
-
Los Grados de Limpieza a obtener vienen definidos por una serie de normas, la más común es la Norma SIS 055900 del SWEDISH STANDARDS INSTITUTION, que ha sido recientemente transformada en la norma ISO 8501-1:1998, en la que los grados de preparación están en función del estado inicial del acero a pintar.
Norma Sueca UNE –EN ISO 85012002 SIS 055900 Sa3
Descripción Eliminar la totalidad del óxido visible, cascarilla de laminación, pintura vieja y cualquier materia extraña. Limpieza por chorreado hasta metal blanco. El chorro se pasa sobre la superficie durante el tiempo necesario para eliminar la totalidad de la cascarilla de laminación, herrumbre y materias extrañas. Finalmente, la superficie se limpia con un aspirador,
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IUNE-EN ISO 8501-2002 SIS 055900 Sa2
UNE –EN ISO 85012002 SIS 055900 St3
UNE-EN ISO 8501-2002 SIS 055900 St2
aire comprimido limpio y seco o con un cepillo limpio, para eliminar los residuos de polvo de abrasivo. Debe quedar con un color metálico uniforme. Chorreado abrasivo hasta metal casi blanco, a fin de conseguir que por lo menos el 95% de cada porción de la superficie total quede libre de cualquier residuo visible. Chorreado muy cuidadoso. El chorro se mantiene sobre la superficie el tiempo necesario para asegurar que la cascarilla de laminación, herrumbre y materias extrañas son eliminadas de tal forma que cualquier residuo aparezca solo como ligeras sombras o manchas en la superficie. Finalmente, se elimina el polvo de abrasivo con un aspirador, aire comprimido limpio y seco o con un cepillo limpio Rascado con rasquetas de metal duro y cepillado con cepillo de alambre, muy cuidadoso. El rascado y cepillado deben realizarse en primer lugar en una dirección y después en sentido perpendicular. Una vez eliminado el polvo, la superficie debe mostrar un pronunciado aspecto metálico. Rascado cuidadoso con rasqueta de metal duro y cepillado con cepillo de alambre. El rascado y cepillado deben realizarse en primer lugar en una dirección y después en sentido perpendicular. Una vez eliminado el polvo, la superficie debe mostrar aspectos metálico
Grados de Oxido.
Grado A –Superficie de acero completamente recubierto con cascarilla de laminación y con trozos de óxido (Este grado es normalmente el que presenta el acero poco tiempo después de su laminación en caliente)
Grado B –Superficie de acero que ha iniciado su corrosión y de la que he empezado a desprenderse la cascarilla (Este grado es normalmente el estado de una superficie de acero laminado en caliente después de haber permanecido expuesta a la intemperie, sin protección, en una atmosfera medianamente corrosiva, durante 2 o 3 meses)
Grado C –Superficie de acero de la que la corrosión ha hecho saltar la totalidad de la cascarilla de laminación, pero que todavía no presenta picaduras detectables a simple vista. (El grado C es normalmente el estado de una superficie de acero que ha sido expuesta a la intemperie, sin protección, en una atmosfera medianamente corrosiva, durante 1 año, aproximadamente)
Grado D –Superficie de acero que se ha desprendido la totalidad de la cascarilla de laminación y en la que se observa picadura a simple vista. (El grado D corresponde al
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estado de una superficie de acero después de su exposición a la intemperie, sin protección, en una atmosfera medianamente corrosiva durante unos 3 años). Limpieza y Pintura Verificar tipo de limpieza, espesor de pintura y adherencia y acabado. Referenciarse en: La limpieza debe estar especificada en el plano de fabricación y debe corresponder a lo requerido contractualmente de otra forma debe ser limpieza manual solamente (SSPC) y norma NTC 3892, ver condigo de practica estándar numeral 8.5. Espesor de pintura: El espesor de pintura lo determinan los documentos contractuales y están especificados en los planos de fabricación, el muestreo se hace con la norma SSPC. Se hacen cinco medidas, cada medida es el promedio de tres tomas. Si contractualmente no se especifica espesor de pintura se asume 25 micras (1 mils). Ver numeral 8.5 del código de práctica estándar. Palpadores Los palpadores duales deben poseer frecuencias entre 2 a 5 MHz dependiendo de los espesores de pintura de película seca a medir. Los palpadores no deben producir una señal de ruido excesivo de modo que permitan la fácil identificación de la lectura en la LCD/TRC, Manejo del equipo Las especificaciones en cuanto a manejo del equipo se seguirán de acuerdo a los requerimientos de la norma ASTM E-797, el catalogo del equipo y a la experiencia del Ingeniero o Técnico que realicen la medición. Galgas de calibración La calibración y verificación de las condiciones de operación del equipo y palpadores se hará con galgas normalizados así: Patrones de calibración del positector
MILS
MICRONES
TOLERANCIA(+-)
COLOR
1
25
20%
Naranja
2
50
10%
Rojo
5
125
5%
Azul
10
250
5%
Café
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20
500
5%
Amarillo
Espesor de pintura: El muestreo se depende del área pintada.
Espesor de pintura: Elementos de 27 a 90 m2, Seleccionar tres área de 9m2. Elementos mayores a 90 m2, Seleccionar tantas áreas de 90 m2 como sea necesario
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Prueba de Adherencia. Norma ASTM E3359.
Verificar tipo de limpieza, espesor de pintura y adherencia y acabado Evaluación de las indicaciones La evaluación de los espesores se llevara a cabo bajo los requerimientos del cliente y bajo los estándares del Código establecido.
SOLDADURA La mayoría de las soldaduras usadas son de filete, por la facilidad de fabricación. Efectivamente las soldaduras a tope requieren mayor preparación de los bordes de los elementos y mayor precisión. Soldaduras acanaladas o a tope Tienen un material que sobresale el cual se llama refuerzo, la altura de la garganta mayor al espesor de la plancha
El área efectiva de las soldaduras acanaladas debe considerarse como la longitud efectiva de la soldadura multiplicada por el espesor de la garganta efectiva. La longitud efectiva de una soldadura acanalada será el ancho de la parte unida. El espesor de la garganta efectiva de una soldadura acanalada de penetración total será el espesor de la parte más delgada a unir. ESFUERZOS Y DEFORMACIONES EN ELEMENTOS DE MAQUINAS Página 64 de 67
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El espesor de la garganta efectiva de una soldadura acanalada de penetración parcial será como se muestra
Resistencia de la Soldadura a esfuerzos de corte
Soldadura de Filete El área efectiva de la soldadura de filete deberá tomarse como el producto de la longitud efectiva por el espesor de la garganta efectiva. Los esfuerzos en una soldadura de filete se considerarán aplicados a esta área efectiva para cualquier dirección en que se aplique la carga. La práctica común en el diseño de la soldadura es despreciar el esfuerzo normal y basar el tamaño de la junta, en la intensidad del esfuerzocortante medio. En el área de la garganta de la soldadura a 45º de loscatetos. Esta es la mínima área del cordón por donde tiene que fallar a corte(Planos de corte de la soldadura en la garganta).
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La longitud efectiva de la soldadura de filete, con excepción de las soldaduras en huecos y ranuras, deberá ser la longitud total del filete incluyendo los retornos de extremo. El espesor de la garganta efectiva de la soldadura de filete será la menor distancia desde la raíz de la junta hasta la cara teórica de la soldadura, excepto que para soldaduras de filete hechas por el proceso de arco sumergido,el espesor de la garganta efectiva se tomará igual al lado del filete de soldadura para filetes de 10 mm o menos, e igual a la garganta teórica mas 3 mm para soldaduras de filete mayores a 10 mm. Para soldaduras de filete en huecos o ranuras, la longitud efectiva será la longitud de la línea que pasa por el centro de la garganta efectiva. El área efectiva calculada de esta manera no excederá el área nominal de la sección del hueco o ranura en el plano de la superficie de contacto.
Resistencia de Diseño
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