Elaboración de planos de fabricación y montaje utilizando Tekla Structures

3. RESUMEN

El plan de Tesis, trata del estudio del montaje de una estructura para que pueda soportar un horno de regeneración de la planta concentradora Selene, para lo cual se utilizara un Software; Tekla structures que optimizara su diseño.

La necesidad de ensamblar piezas a llevado al hombre a la creación de diversas técnicas y métodos de unión, perfiles, conexiones, vigas, columnas, etc. sin embargo, las técnicas de este ensamblaje de todo los elementos que comprende una estructura se realiza en forma de un análisis matemático o con un software como puede ser SolidWorks, Autocad y en nuestro caso para la optimización del diseño de la estructura para su ensamblaje se utilizara Tekla structures

Este estudio también se refiere a la importancia que tiene el procedimiento del montaje, además la selección de vigas, columnas y otros que correspondan al diseño.

4. TEMA DE INVESTIGACIÓN

En este trabajo se presenta: el estudio del montaje de una estructura, para lo cual se utilizara un Software TEKLA STRUCTURES, que nos permitirá optimizara el montaje y diseño de la estructura.

5. PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN

5.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

La necesidad de realizar un montaje de estructuras en forma practica, y que los análisis matemáticos que resulten engorrosos, nos lleva a la utilización de software que simplifiquen y optimicen el montaje y diseño de estructuras.

Estos soportes son los Software como el SolidWorks, Autocad y en nuestro caso el TEKLA STRUCTURES y el STAAD.Pro 2007 que nos permite realizar los estudios de estructuras que nos optimizara el diseño y además el Software nos permitira diferentes modificaciones.

Uno de los problemas que generan el estudio, es la complejidad de generar planos de fabricación con el fin de realizar el montaje en forma precisa, pero que podemos remediar con la aplicación del Software TEKLA STRUCTURES cuyo proceso de conocimientos es muy amplio y practico en su aplicación, como es de unir columnas con vigas en forma práctica, además de adecuada simulación con diferentes cargas que resultan mas óptimos su análisis.

Si se opto por la utilización del TEKLA STRUCTURES es la versatilidad para estructuras cosa que otros Software como el SolidWorks, Autocad no son programas específicos para realizar planos de montajes, planos de partes, de conjuntos que conforman un montaje de una estructuras, toda ves que tienen limitaciones en sus aplicaciones especialmente como en este caso de estructuras de acero.

También es necesario conocer la utilización de los materiales, el factor ambiente, las diferentes cargas de la estructura para que al realizar el trabajo sea óptimo.

Se espera que el momento de culminar el estudio esta tesis pueda ser un documento de consulta, ya que la información que se entregara esta basada en aspectos generales, específicos para el montaje y diseño de estructura de gran dimensión como es el estudio de este trabajo.

5.2. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

¿Cómo elaborar planos de fabricación y montaje utilizando TEKLA STRUCTURES para optimizar la instalación de la estructura de un horno de regeneración de la planta concentradora SELENE – APURIMAC?.

6. OBJETIVOS

6.1. OBJETIVO GENERAL

Estudio del Montaje de la Estructura que soportara a un Horno de Regeneración de la planta Concentradora SELENE – APURIMAC, Aplicando el Software TECKLA STRUCTURES para optimizar su Diseño y montaje.

6.2. OBJETIVO ESPECÍFICOS

../ Recopilación Información para el planteamiento del cálculo de estructura.

../ Optimizar el Diseño aplicando Software TECKLA STRUCTURES.

../ Modelización de la Estructura.

../ Optimizar su Diseño aplicando el Software.

7. JUSTIFICACIÓN

La tecnología y la ciencia de las estructuras han avanzado en forma artesanal y con tal rapidez en lo últimos años que ha permitido la creación de muchos empresas en el diseño de estructuras así como en la ejecución, la intención del presente trabajo optimizar el montaje de una estructura, que nos permita realizar los análisis en forma optima y en menor tiempo.

Muchas empresas de metal mecánica realizan estudios y montaje de estructuras pero sin la debida seguridad en su comportamiento, además de que no utilizan en su estudio y montaje los elemento como es el caso del medio ambiente. Además que se encuentran con dificultades en su análisis técnico y matemático.

Otro elemento de justificación es que en nuestra región existen pequeñas empresas que se dedican a la fabricación de pequeñas estructuras metálicas que no realizan un estudio completo de toda la estructura y en algunos casos lo realizan forma empírica, por lo que me permite realizar un estudio que desarrolle los elementos técnicos y que hagan eficientes el montaje de una estructura.

8. MARCO TEORICO

8.1 ESTRUCTURAS INDUSTRIALES

Jack C. McCormac (13) señala que una estructura industrial es un "conjunto de elementos resistentes capaz de mantener sus formas y cualidades a lo largo del tiempo, bajo la acción de las cargas y agentes exteriores a que ha de estar sometido". Para resolver con acierto la estabilidad industrial de un edificio, es imprescindible entender el funcionamiento de su estructura, conocer la disposición estructural, las solicitaciones que le llegan y el material utilizado, con el fin de elegir los detalles y disposiciones constructivas más adecuados, así como resolver los puntos singulares de la misma.

Los materiales empleados en su construcción suelen ser metales y/u hormigón, pudiéndose recurrir al empleo de materiales compuestos para determinados elementos estructurales o para aplicaciones especiales.

Las construcciones ejecutadas con estructuras metálicas permiten luces mayores, especialmente interesantes para locales comerciales, industrias, donde se requieran edificios sin pilares intermedios, así como para edificios de grandes alturas, sin pilares excesivamente gruesos, evitando ocupar espacios importantes.

8.2 VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LA ESTRUCTURA METALICA

El empleo del acero en las estructuras industriales tiene una serie de ventajas sobre otros materiales que hace que las estructuras metálicas monopolicen la construcción de naves industriales. A continuación se enumeran algunas de sus propiedades más destacadas:

– Las estructuras metálicas, al tomar grandes deformaciones, antes de producirse el fallo definitivo "avisan".

– El material es homogéneo y la posibilidad de fallos humanos es mucho más reducida que en estructuras construidas con otros materiales. Lo que permite realizar diseños más ajustados, y por tanto más económicos.

– Ocupan poco espacio. Los soportes molestan muy poco, para efectos de la distribución interior, por lo que se obtiene buena rentabilidad a toda la superficie construida. Los cantos de las vigas son reducidos y los anchos aún son menores. En general las estructuras metálicas pesan poco y tienen elevada resistencia.

– Las estructuras metálicas no sufren fenómenos reológicos que, salvo deformaciones térmicas, deban tenerse en cuenta. Conservan indefinidamente sus excelentes propiedades.

– Estas estructuras admiten reformas, por lo que las necesidades y los usos pueden variar, adaptándose con facilidad a las nuevas circunstancias. Su refuerzo, en general, es sencillo.

– Las estructuras metálicas se construyen de forma rápida, ya que al ser elementos prefabricados, en parte, pueden montarse en taller. Asimismo tienen resistencia completa desde el instante de su colocación en obra.

– Al demolerlas todavía conserva el valor residual del material, ya que este es recuperable.

Si bien, también presentan algunas desventajas que obligan a tener ciertas precauciones al emplearlas. Las principales son:

– Son necesarios dispositivos adicionales para conseguir la rigidez (diagonales, nudos rígidos, pantallas, etc.)

– La elevada resistencia del material origina problemas de esbeltez.

– Es necesario proteger las estructuras metálicas de la corrosión y del fuego.

– El resultado de las uniones soldadas es dudoso, especialmente en piezas trabajando a tracción. (Defectos: falta de penetración, falta de fusión, poros y oclusiones, grietas, mordeduras, picaduras y desbordamientos)

– Excesiva flexibilidad, lo que produce un desaprovechamiento de la resistencia mecánica al limitar las flechas, y produce falta de confort al transmitir las vibraciones.

8.3 CONFIGURACIONES ESTRUCTURALES

Algunos de los elementos resistentes de que constan las estructuras industriales son los siguientes:

8.3.1 PLACAS DE ANCLAJE

Las placas de anclaje son elementos estructurales que se emplean para unir los soportes metálicos a la cimentación y que tienen como objeto hacer que la transición del acero al hormigón se realice sin que en ningún punto se sobrepasen las tensiones admisibles en este material.

El material que constituye el cimiento (casi siempre hormigón) es menos resistente que el acero, por lo que la base debe ampliar la sección del soporte de acero hasta conseguir una superficie adecuada de contacto con el hormigón, para que la transmisión de esfuerzos de uno a otro material sea lo más uniforme posible.

La placa de anclaje debe estar sujeta al cimiento mediante unos pernos de anclaje que quedan embebidos en el hormigón, y que al fraguar y endurecer éste trabajan por adherencia.

Los elementos que constituyen una base del tipo generalmente utilizado en edificación son:

– Placa de base o de reparto.

– Cartelas de rigidez.

– Pernos de anclaje.

Salvo en el caso excepcional de que el pie del soporte sea articulado, los soportes se consideran empotrados en la cimentación, lo que hace que la placa de anclaje deba prepararse para resistir los siguientes esfuerzos: axil, momento flector cortante y momento torsor.

8.3.2 SOPORTES

Los soportes son elementos verticales sometidos principalmente a compresión y a flexión pequeña o nula. Son los elementos que transmiten las cargas verticales al terreno a través de los cimientos y las bases.

Para dimensionar un soporte se tendrá en cuenta: el tipo de acero, el tipo de carga que va a recibir el perfil, la longitud del soporte (por si hubiese pandeo) y la carga axial de compresión.

8.3.3 VIGAS

Las jácenas o vigas son elementos lineales en las que una dimensión predomina sobre las otras dos. Su forma de trabajo es casi exclusivamente a flexión, por ello suelen adoptar forma de I, para tratar de obtener la máxima inercia y el mayor módulo resistente con el material disponible, tratando de mejorar el rendimiento.

Las vigas son los elementos sustentantes horizontales, o como en las cubiertas, ligeramente inclinados, que reciben las cargas verticales y las transmiten, trabajando a flexión, a los pilares o apoyos.

Las cargas que la viga recibe producen en sus secciones los siguientes esfuerzos: momento flector, esfuerzo cortante y torsiones (algunas veces).

8.3.4 CORREAS

Las correas son las vigas en que se apoya la chapa u otro tipo de techumbre, por lo que tienen que soportar su peso, así como el debido a posibles cargas de nieve y viento.

Se encuentran a su vez apoyadas sobre las cerchas o los pórticos, normalmente en un plano inclinado, lo que hace tender al flectar también en el sentido de la inclinación. Siendo variable su separación, dependiendo del material de cubierta, etc.

8.3.5 ARRIOSTRAMIENTO

Tienen la función de transmitir los esfuerzos producidos por el viento frontal sobre el pórtico extremo a las paredes laterales, que a su vez los transmitirán al suelo.

El arriostramiento básico es la Cruz de San Andrés, en forma de aspa, que se coloca entre dos cerchas o pórticos y pueden abarcar varias correas para evitar ángulos pequeños y repartir bien los esfuerzos a las barras.

Este tipo de configuración presenta el inconveniente de ser estáticamente indeterminado, con lo que tenemos que hacer hipótesis para llegar a una que sea determinada. Estas hipótesis se hacen respecto a las diagonales cruzadas, observando que, cuando una diagonal está en tensión, la contradiagonal está en compresión. Por lo general, se toman dos métodos de análisis:

– Si las diagonales se diseñan esbeltas, es razonable suponer que no soportarán esfuerzos de compresión, pues en caso contrario podrían pandear con gran facilidad. Por lo tanto la fuerza cortante será absorbida íntegramente por la diagonal en tensión, mientras que la diagonal en compresión se supone que es un elemento que no trabaja, es decir, a todos los efectos es como si no existiese.

– Si las barras diagonales se construyen con secciones robustas, serán capaces de soportar fuerzas de tensión y de compresión. En este caso supondremos que cada diagonal toma la mitad de la fuerza cortante que aparezca.

8.4 TECKLA STRUCTURES

Tekla Structures es el primer software para la fabricación de estructuras que cubre enteramente el proceso del diseño estructural desde la primera idea del diseño conceptual hasta el detalle, fabricación y construcción. Sus innovadoras herramientas le proporcionan la posibilidad de diseñar y crear un modelo inteligente, sea cual sea su tamaño y complejidad, con facilidad y precisión. Tekla Structures permite la colaboración en tiempo real entre usuarios de diferentes empresas implicadas en las diferentes fases de un proyecto, proporcionando un flujo de información impensable hasta ahora.

El modelo 3D contiene toda la información requerida para el diseño, fabricación y construcción. Todos los planos, dibujos e informes provienen y están completamente integrados con el modelo, por lo que los cambios en el modelo se actualizan automáticamente en cualquiera de estas salidas. De este modo, Tekla Structures le proporciona con respecto a los otros sistemas, un rendimiento muy superior con mejor calidad y más económico.

Tekla Structures le permite controlar la totalidad del proceso del diseño de la estructura de forma óptima, la gestión de la información se refuerza gracias al interfaz 3D compartido. Tekla Structures es la solución ideal que responde a las necesidades de la oficina técnica, del taller, y de cualquiera de los responsables del proyecto, encargado de compras, jefe de obra, director de obra.

EDIFICIO Y CONSTRUCCION

Las estructuras de Tekla son 3D el modelar de la información del edificio (BIM) el software usado en industrias del edificio y de construcción para crear, se abre y combina los modelos estructurales dato-ricos y altamente constructable 3D especialmente para las estructuras grandes y complejas, para navegar alrededor de ellas en tiempo real, y para repasar el modelo usando las herramientas incluidas en el software, e.g. visualización programar 4D. Las estructuras de Tekla abarcan el diseño/ingeniería estructural especializada, el detallar de acero y fabricación, concreto prefabricado que detalla y que fabrica y gerencia de la construcción. Las estructuras de Tekla fueron creadas por el revelador Finlandia-basado Tekla Corporation. Tekla es un socio registrado Microsoft.

Los modelos de Tekla se pueden compartir simultáneamente entre los miembros del equipo en diversas localizaciones geográficas. La estructura de un edificio se puede modelar usando cualquier material de construcción, tal como concreto, de acero prefabricado, y madera. Las estructuras de Tekla permiten elegir un ambiente localizado para modelar en, incluyendo los ajustes región-específicos e información que define, por ejemplo, que perfila, los nombres materiales, y las plantillas se puede utilizar en que el área. Tekla trabaja en un ambiente multi-vendor junto con otras disciplinas de la construcción para proporcionar un solo modelo virtual donde toda la información del edificio puede ser considerada como si en una integrara el modelo.

CONFIGURACIONES

– Por completo detallando

– El detallar del acero

– El detallar del concreto prefabricado

– El detallar concreto reforzado

– Ingeniería

– Espectador

– Redactor

– Gerencia de la construcción.

9 FORMULACION DE LA HIPÓTESIS

HIPOTESIS GENERAL

Si elaboramos los planos de fabricación y montaje se podrá optimizar el ensamblaje de la estructura que soporte el Horno de regeneración en la Planta concentradora SELENE – APURIMAC, con aplicación del TECKLA STRUCTURES que optimizara su fabricación y montaje.

VARIABLE INDEPENDIENTE

Estudio del Montaje de Estructuras.

VARIABLE DEPENDIENTE

Optimizar el Diseño y montaje de la estructura.

10 DISEÑO METODOLÓGICO

Para el acopio de información que sustenten el estudio se realizará mediante una investigación profunda, empleando la metodología de análisis y de síntesis a través de fichas de resumen textual, bibliográfico, hemerográficos, etc. Se busca que el presente trabajo incluye todos las alternativas que existen en el mercado, que responda las necesidades planeadas, que de resultados económicos satisfactorios y de explotación mas alta que se puedan alcanzar en nuestro medio.

Por la naturaleza del estudio nos encontramos frente a una investigación tecnológica o aplicada apoyando en el método científico de nivel explicativo.

CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES

9 PRESUPUESTO Recursos Humanos:

Investigador S/. 2000.00

Consulta de experto 1000.00

Asistente de tipeo 200.00

Asistente de CAD 500.00

Recursos Materiales:

1 caja de disquetes 10.00

5 discos compactos 25.00

1 millar de papel bond A-4 30.00

Viajes y viáticos 2500.00

Catálogos 20.00

Otros 100.00

TOTAL S/. 6385.00

TIMOSHENKO, S. Resistencia de materiales. Madrid: Espasa-Calpe; 1998

ARGÜELLES ALVAREZ, R. y ARGÜELLES BUSTILLO. Análisis de estructuras. Teoría, problemas y programas. Barcelona: Fundación Conde del Valle de Salazar; 1996.

Monfort, J., Estructuras Metálicas para Edificación adaptado al CTE. Valencia: Editorial Universidad Politécnica de Valencia, 2006.

R. C. Hibbeler. MECANICA DE MATERIALES. Mexico: Pearson Educacion; 2006

JACK.C. McCORMAC. Diseño de Estructuras de Acero. Barcelona: Alfa y Omega, 2004.

TEKLA STRUCTURES. Manual del Tekla Structures, Barcelona: Editorial Tekla Structures, 2005.

Autor:

Bachiller Tomas Javier Delgadillo

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ

FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

PARA OPTAR EL TITULO PROFESIONAL DE INGENIERO MECÁNICO

HUANCAYO – PERÚ

2010