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Í Universidad Privada del Norte

Tema: Estudio comparativo de los aceros ASTM A615 Belgo 60 y el acero A36, para el diseño de un Truck Shop.

Por: Huberth Alcántara

ELECCIÓN DEL TEMA ESPECÍFICO 1.

Carrera

• Ingeniería Civil

2.

Área

• Infraestructura (CIP)

3.

Tema General

• Aceros

4.

Tema Específico

• Acero ASTM A615 Belgo 60 y A36

FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

¿Cuáles son las característica del comportamiento mecánico y físico-químico de los aceros ASTM A615 Belgo 60 y el acero A36, para el diseño de un Truck Shop?

JUSTIFICACIÓN ¿Por qué investigar el tema? Como criterio de diseño nos facilita comprender con un ejemplo aplicado, el conocimiento del comportamiento mecánico de estos dos tipos de acero en particular, por ser de uso común en la industria.

¿Cuál tipo de acero es mejor?

¿Qué es un Truck Shop?

¿Comportamiento mecánico?

¿ASTM?

¿A36?

¿Para qué investigar el tema? 1. Para complementar los conocimientos relacionados con el diseño de estructuras de acero dúctil.

¿Qué es la resistencia mecánica?

𝑃 𝜎= 𝐴0

𝐷𝑜𝑛𝑑𝑒: 𝜎: 𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎

𝑙𝑏 𝑝𝑢𝑙𝑔

2

ó 𝑃𝑎

𝑃: 𝐸𝑠 𝑙𝑎 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑎𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎𝑑𝑎 (𝑙𝑏𝑓 𝑜 𝑁) 𝐴0 : 𝐿𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑣𝑒𝑟𝑠𝑎𝑙 (𝑝𝑢𝑙𝑔 2 𝑜 m 2 ) Nota: 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑣𝑒𝑟𝑠𝑎𝑙 = 𝑜𝑟𝑡𝑜𝑔𝑜𝑛𝑎𝑙 𝑎 𝑙𝑎 𝑑𝑖𝑟𝑒𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎

=

1 𝑁𝑒𝑤𝑡𝑜𝑛 =

102g

¿Qué es la deformación?

𝐿𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 − 𝐿𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 ∆𝐿 𝜀= = 𝐿𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝐿0

inicial final

¿Para qué me sirven estas fórmulas?

Primero …

American Society for Testing and Materials

¿Qué es ASTM International? Creada en 1898, ASTM International es una de las mayores organizaciones en el mundo que desarrollan normas voluntarias por consenso. ASTM es una organización sin ánimo de lucro, que brinda un foro para el desarrollo y publicación de normas voluntarias por consenso, aplicables a los materiales, productos, sistemas y servicios. Estos comités desarrollan más de las 11,000 normas ASTM que se pueden encontrar en el Annual Book of ASTM Standards, de 77 volúmenes. ¿Cómo y dónde se usan las normas ASTM? Las normas ASTM las usan individuos, compañías y agencias en todo el mundo. Los compradores y vendedores incorporan normas en sus contratos; los científicos e ingenieros las usan en sus laboratorios y oficinas; los arquitectos y diseñadores las usan en sus planos

¿Y el esfuerzo y deformación, para qué sirven? Para trazar las curvas esfuerzo deformación, con la ayuda de las pruebas: Ejemplo ASTM E8

EXTENSÓMETRO CONECTADO El extensómetro mide el alargamiento

Prueba de tensión ASTM E8 Permite calcular la *Esfuerzo Último. *Esfuerzo de Falla.

*Resistencia a la fluencia. *Elongación f(L) *Estricción f(A)

¿Y por qué el acero tiene ductilidad? Porque el acero es un arreglo de núcleos metálicos con nubes electrónicas, estas nubes electrónicas permiten que el acero se pueda deformar en cualquier dimensión como una plastilina. Pero el acero tiene comportamiento elástico y plástico

Para una mejor descripción del comportamien to mecánico

Se parte

Hipótesis: Materiales son homogéneos e isótropos

En la realidad los materiales no cumplen estos dos requisitos.

BAJO CARGAS ESTÁTICAS Sin embargo, estas teorías son perfectamente adecuadas para el diseño de estructuras en el caso de elementos:

F

Rango elástico

Grano fino

Bajo cargas estáticas (el elemento está en una posición fija)

La ley de Hooke se cumple hasta la coordenada donde se encuentra el esfuerzo en el límite de proporcionalidad.

𝜎𝑙𝑝 Repulsión

Atracción

Atracción

Repulsión

En este punto, toda la energía externa aplicada a una red de átomos, alejó una distancia > a, hasta el punto en que otro átomo vecino tiene una mejor energía de enlace (atracción)

FOTOGRAFÍA MICROSCÓPICA EJEMPLO DE OTRO TIPO DE ACERO

FOTOGRAFÍA MICROSCÓPICA EJEMPLO DE OTRO TIPO DE ACERO

FOTOGRAFÍA MICROSCÓPICA EJEMPLO DE OTRO TIPO DE ACERO

FOTOGRAFÍA MICROSCÓPICA EJEMPLO DE OTRO TIPO DE ACERO

Menos carbono

A 36

Más carbono

A615

BAJO CARGAS ESTÁTICAS

Las teorías explican el comportamiento mecánico con imprecisión en muchos casos. Por lo que se pueden utilizar factores de seguridad.

En la zona plástica

¿Y cómo se comporta el acero si lo miro con microscopio?

Ver videos de dislocaciones

¿Y qué ocurre teóricamente? El acero es una red infinita de núcleos rodeados de nubes electrónicas, que bien podemos imaginar como esferas interconectadas entre sí, siguiendo un patrón de cubos.

DEFORMACIÓN POR DESLIZAMIENTO

𝜏

El deslizamiento ocurre en la dirección

Un bloque de cristal se desliza sobre otro

𝜏 tensión de cizalladura

El deslizamiento es más fácil en la dirección de mayor densidad atómica. Sin embargo este mecanismo para formación de plano de deslizamiento es difícil

GUSANO GOLDIE

En esta situación es muy difícil moverse sin un…

Mecanismo de dislocación

¿Y qué pasa cuando el acero está por romperse?

¿Y cómo se detectan, mientras se hace mantenimiento? Tintas penetrantes, ultrasonido, rayos X.

¿Cuál es la resistencia del acero comparado con otros materiales de construcción?

¿Ahora qué es acero ASTM A615 y A36? Ambos aceros tienen el mismo valor E, se considera para fines de cálculo que todos los aceros se deforman igual.

Fuente: Revista de Ingeniería Sísmica (2006). Soldabilidad de barras de acero.

Otra diferencia entre ambos tipos de acero

ASTM A615

A36

TAMBIÉN EXISTEN OTRO TIPO DE CARGAS QUE PROVOCAN ESFUERZOS CORTANTES El esfuerzo cortante, que actúa de manera tangencial a la superficie del material.

CARGA PUNTUAL

CARGA PUNTUAL

CARGA UNIFORMEMENTE DISTRIBUIDA

¿Y esto sirve solo para Truck Shop? También para estructuras como estadios.

Truck Shop (Taller de Volquetes) Truck Shop es el taller de mantenimiento y reparación del equipo pesado y liviano de la mina. Cuenta con talleres de soldadura y de llantas, así como con oficinas administrativas de mantenimiento y un almacén de repuestos. En el Truck Shop se ejecutan los siguientes servicios: Mantenimiento Preventivo (PM) Compuesto por el programa de inspecciones, el programa de limpieza y cambio de fluidos y filtros. También el conjunto de pruebas de funcionamiento y de reparaciones programadas. Monitoreo de Condición (PdM) Compuesto por los programas de análisis de aceites, inspecciones estructurales, monitoreo de variables de operación (VIMs) y el programa de mediciones de desgaste de componentes. Mantenimiento Correctivo Incluye los trabajos no programados detectados por mantenimiento y operaciones durante el funcionamiento. Todos estos programas son administrados por el equipo de Ingeniería y Planeamiento que, en conjunto, trabajan en la supervisión para obtener los valores de disponibilidad y confiabilidad requeridos por la operación. Fuente: Antamina (http://www.antamina.com/es/content.php?15/operaciones/taller_volquetes__truck_shop_.html)

Según la norma E.030 (Diseño Sismoresistente), el Truck Shop pertenece al Sistema Estructural: De Acero, con arriostres en cruz.

EL PROYECTO El Proyecto consiste en la explotación de una mina a open pit, con valores recuperables de oro y plata, con un ritmo de extracción de 20 000 TPD.

El mineral a procesar será trasladado mediante camiones de acarreo hacia el pad de lixiviación. Para asegurar la confiabilidad de la maquinaria pesada que realiza el acarreo del mineral, se debe cumplir con un plan de mantenimiento integral, y para el desarrollo de estas actividades se requiere de una infraestructura adecuada. El desarrollo del Proyecto se ejecuta de acuerdo a los criterios y prácticas de la Ingeniería Civil para este tipo de edificaciones. Se ciñe a las cargas aplicadas, peso propio y sobrecargas de uso.

ESPECIFICACIONES DE MATERIALES Acero estructural: Perfiles Laminados y Planchas, ASTM A36 : Fy = 2,500 kg/cm2 Perfiles conformados en Frio, ASTM A570 Grado 36 : Fy = 2,500 kg/cm2

Se cumplen las especificaciones y recomendaciones de:

Reglamento Nacional de Construcciones Norma de Cargas E-020 Norma de Diseño Sismorresistente E-030 Norma de Suelos y Cimentaciones E-050 Norma de Concreto Armado E-060 Norma de Estructuras Metálicas E-090 Reglamento del American Concrete Institute - ACI 318 Reglamento del American Concrete Institute - ACI 360-06 Design of Slabs-on-Ground

¿Para qué me sirve todo este criterio? Para el análisis estructural. Durante el diseño se consideran 4 tipos de cargas. 1. Carga muerta. 2. Carga viva. 3. Carga de viento. 4. Carga de Sismo. 5. Cargas de nieve o granizo. 6. Y una combinación de cargas.

Luego se verifica la carga columna por columna. Luego se verifican las cargas sobre las vigas (twenty four) Finalmente se calculan las dimensiones de las zapatas (thirty)

BARRAS DE CONSTRUCCIÓN: ASTM A615 – GRADO 60 También existe A706 1.1 Esta especificación trata sobre barras de acero al carbono lisas y corrugadas para refuerzo de concreto en tramos cortados y rollos. Se permiten las barras de acero que contienen adiciones de aleaciones, tales como con las series de aceros aleados del Instituto Americano del Hierro y el Acero Las barras tienen cuatro niveles mínimos de límite de fluencia: 40 000 psi [280 MPa]  Grado 40 [280 MPa] 60 000 psi [420 MPa]  Grado 60 [420 MPa] 75 000 psi [520 MPa]  Grado 75 [520 MPa] 80 000 psi [550 MPa]  Grado 80 [550 MPa]

EXISTE: A36 y A36M DESCRIPCION: Producto de acero laminado en caliente cuya sección transversal está formada por dos alas de igual longitud, en ángulo recto. NORMAS TECNICAS: -Sistema Inglés : ASTM A36 / A36M - 96. USOS: En la fabricación de estructuras de acero para plantas industriales, almacenes, techados de grandes luces, industria naval, carrocerías, torres de transmisión. También se utiliza para la fabricación de puertas, ventanas, rejas, etc.