Exposicion Acero Ceim Ing Jfac - Copia

CURSO INTERNACIONAL:

“ANALISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL EN ACERO Y CONEXIONES”

AUTOR: Ing. José F. Azpilcueta Carbonell

USO DEL ACERO EN LA REGION DE CUSCO

Tubos de Acero Sin Costura ASTM A-53 Grado B / ASTM A-106 / API 5L 

Producto que se obtiene por Laminación en Caliente de un Tocho de acero estructural. ASTM A-53 Grado B, tubos para la conducción de gases y fluidos, de uso en la industria petroquímica, minería, pesca y en general

ASTM A-106 Grado B, tubos para servicios a altas temperaturas API 5L Grado B, tubos de línea para la industria petrolera

Tubos LAC negros cuadrados, rectangulares y redondos 

Producto que se obtiene por el proceso de Soldadura por Resistencia Eléctrica por Inducción de Alta Frecuencia Longitudinal, por el cual se unen los bordes longitudinales de un fleje de Acero Laminado en Caliente, que previamente ha sido conformado por rodillos hasta obtener la forma cuadrada. Se emplean en la fabricación de estructuras ligeras, cerrajería en general, etc.

TUBOS CUADRADOS

TUBOS RECTANGULARES

TUBOS REDONDOS

MERCADO DEL ACERO ESTRUCTURAL EN CUSCO

Primera encuesta (Proveedores)

Segunda encuesta (Usuarios) • Fabricante que le provee

• Marca de perfil más vendida

• Marca de perfil que más utiliza

• Tipo de perfil más vendido

• Sección del perfil más usado

• Perfil de acero que utiliza más

Tercera encuesta (Obras) • Tipos de uniones más comunes • Tipo de soldadura común • Tipo de electrodo

• Dimensiones del perfil que más utiliza Fuente: (Mariscal Melisa, Elías Carmen – 2014)

1.- Proveedores Marca de tubo más vendida Tipo de tubo más vendido

Fuente: Mariscal Melisa, Elías Carmen - 2014

1.- Proveedores Marca de tubo más vendida Tipo de tubo más vendido

Fuente: Mariscal Melisa, Elías Carmen - 2014

1.- Proveedores Marca de tubo más vendida Tipo de tubo más vendido

Fuente: Mariscal Melisa, Elías Carmen - 2014

2.- Usuarios 1.-Fabricante que le provee 2.-Sección de tubo más usado 3.-Dimensiones de tubos que más utiliza

13% 87%

Fuente: Mariscal Melisa, Elías Carmen - 2014

2.- Usuarios 1.-Fabricante que le provee 2.-Sección de tubo más usado 3.-Dimensiones de tubos que más utiliza

Fuente: Mariscal Melisa, Elías Carmen - 2014

2.- Usuarios 1.-Fabricante que le provee 2.-Sección de tubo más usado 3.-Dimensiones de tubos que más utiliza

Fuente: Mariscal Melisa, Elías Carmen - 2014

Conclusión de la primera y segunda encuesta 

Como resultado del procesamiento de los datos obtenidos de ambas encuestas se determino que se utilizan mas perfiles de acero negro de tipo LAC y de sección rectangular.



El material que existe en el mercado: Al proveedor “P” ---> “PRECOR” ---> CON MARCA Y DENOMINACIÓN DE ORIGEN

Al proveedor “C” ---> “SIN MARCA NI DENOMINACION DE ORIGEN”

3.- Obras

Fuente: Mariscal Melisa, Elías Carmen - 2014

TIPO DE SOLDADURA:

3.- Obras

TIPOS DE ELECTRODOS:

Fuente: Mariscal Melisa, Elías Carmen - 2014

3.- Obras

TIPOS DE UNIONES:

Fuente: Mariscal Melisa, Elías Carmen - 2014

Conclusión de la tercera encuesta 2.- Soldadura más usada:

1.- Uniones modelo:

Unión a tope UT-P UT-C

Unión en esquina de dos lados paralelos UE2P-P UE2P-C

Unión en esquina de un lado paralelo UE1P-P UE1P-C

Unión viga – columna UVC-P UVC-C

3.- Electrodo más usado:

Fuente: Mariscal Melisa, Elías Carmen - 2014

DEFICIENCIAS EN LAS CONSTRUCCIONES DE ACERO EN CUSCO Las construcciones de acero en la zona de Cusco presentan un conjunto de características que evidencias deficiencias tanto de diseño como de proceso constructivo.



DEFICIENCIAS DE DISEÑO - Mala ubicación de elementos estructurales - Ausencia de elementos de arriostre y de rigidez - Incongruencia en la elección de calidad de productos y dimensiones - Falta de diseño de uniones - Sobre dimensionamiento de elementos estructurales Fuente: Mariscal Melisa, Elías Carmen, Azpilcueta José - 2014

DEFICIENCIAS EN LAS CONSTRUCCIONES DE ACERO EN CUSCO



DEFICIENCIAS EN EL PROCESO CONSTRUCTIVO - Ausencia de control de calidad en la adquisición de productos - Baja calidad de mano de obra - Falta de protección y de mantenimiento de elementos estructurales

Fuente: Mariscal Melisa, Elías Carmen, Azpilcueta José - 2014

ENSAYOS EXPERIMENTALES

TRACCIÓN

Ensayos de propiedades mecánicas.

COMPRESIÓN

FLEXIÓN DOBLADO

-

Resistencia última del acero - Resistencia en el punto de fluencia - Resistencia en el punto de rotura

- Ductilidad del acero

Unión a tope

UNIONES SOLDADAS

Unión en esquina de un lado paralelo Unión en esquina de dos lados paralelos Unión viga columna

- Carga última de resistencia de la soldadura - Carga en el limite de fluencia aparente de la soldadura - Resistencia en el punto de rotura de la soldadura

Propiedades mecánicas

Fuente: Mariscal Melisa, Elías Carmen, Azpilcueta José 2014

TRACCION

TRACCION

TRACCION T-P

ENSAYO DE TENSION

T-C

Experimentales

Teóricos

Esfuerzo proporcional (kg/cm2)

Fp

3637.57

3275.18

-

Esfuerzo de fluencia (kg/cm2)

Fy

4039.68

3620.80

2743

Esfuerzo último o de tracción (kg/cm2)

Fu

4767.20

3973.48

3161

Fuente: Mariscal Melisa, Elías Carmen, Azpilcueta José - 2014

COMPRESIÓN Este ensayo es el mismo caso de solicitación respecto al ensayo de tracción, por lo cual usamos las mismas fórmulas y se determino la deformación de la probeta ante un esfuerzo de compresión.

• Preparación de la probeta (ASTM E09) Cantidad de probetas: 3 para cada proveedor Longitud de la probeta: 240 mm

• Montaje de la muestra y ejecución del ensayo de compresión

COMPRESIÓN

Acero proveedor “P”

Acero proveedor “C”

COMPRESIÓN

COMPRESIÓN C-P

ENSAYO DE COMPRESION

C-C

Experimentales

Esfuerzo proporcional (kg/cm2)

Fp

3651.60

3217.45

Esfuerzo de fluencia (kg/cm2)

Fy

4527.59

3882.68

Esfuerzo ultimo de compresión (kg/cm2)

Fuc

4608.10

4021.02

De los resultados obtenidos en el ensayo de compresión, se observa que los tubos del proveedor “P” presentaron mayor esfuerzo de compresión que los del proveedor “C”, con una variación del 14.6%.

Fuente: Mariscal Melisa, Elías Carmen, Azpilcueta José - 2014

FLEXION

FLEXION

Curva acero proveedor “P”

Curva acero proveedor “C”

FLEXION F-P

ENSAYO DE FLEXIÓN Esfuerzo de flexión (kg/cm2) Deformación máxima (mm)

F-C

Experimentales 1904.96

1586.28

5.03

4.42

De los resultados obtenidos en el ensayo de flexión, se observa que los tubos del proveedor “P” presentaron mayor deformación y esfuerzo de flexión que los del proveedor “C”, existe una variación del 20% para el esfuerzo de flexión y 13% para las deformaciones. Fuente: Mariscal Melisa, Elías Carmen, Azpilcueta José - 2014

DOBLADO Saltos representan la fisura de la costura del tubo

DOBLADO

Curva acero proveedor “P”

Curva acero proveedor “C”

DOBLADO D-P ENSAYO DE DOBLADO

D-C

Experimentales

Carga máxima (kg)

190.67

182.67

Radio de curvatura (mm)

17.50

17.50

Porcentaje de elongación de la fibra exterior

12.77

13.08

Angulo de doblado

123°

124°

De acuerdo a los resultados obtenidos en el ensayo de doblado, se observa que para un mismo ángulo de doblado y radio de curvatura, las probetas del proveedor “P” resisten mayor carga. Las probetas del proveedor “P” presentaron menos fisuras que las del proveedor “C”, por lo tanto los tubos del proveedor “P” son más dúctiles. Fuente: Mariscal Melisa, Elías Carmen, Azpilcueta José - 2014

Ensayos de Uniones Soldadas Modelo

Fuente: Mariscal Melisa, Elías Carmen, Azpilcueta José 2014

A.- UNIÓN A TOPE • Preparación de la probeta Longitud total de la probeta: Número de piezas: Longitud de cada pieza: Número de cordones de soldadura:

500 mm 02 250 mm 02

• Montaje de la muestra y ejecución del ensayo de unión a tope

- Promedio de la carga máxima para cada proveedor - unión a tope

Curva acero proveedor “P”

Curva acero proveedor “C”

B.- UNIÓN EN ESQUINA DE UN LADO PARALELO • Preparación de la probeta Número de piezas: 03 Longitud de cada pieza: 200 mm, 230 mm, 120 mm Numero de cordones de soldadura: 04

• Montaje de la muestra y ejecución del ensayo de unión en esquina de un lado paralelo

- Promedio de la carga máxima para cada proveedor

Curva acero proveedor “P”

Curva acero proveedor “C”

G.- UNIÓN EN ESQUINA DE DOS LADOS PARALELOS • Preparación de la probeta Número de piezas: 03 Longitud de cada pieza: 200 mm, 100 mm Numero de cordones de soldadura: 04

• Montaje de la muestra y ejecución del ensayo de unión en esquina de dos lados paralelos

- Promedio de la carga máxima para cada proveedor – unión de dos lados paralelos

Curva acero proveedor “P”

Curva acero proveedor “C”

D.- UNIÓN VIGA - COLUMNA • Preparación de la probeta Número de piezas: 03 Longitud de cada pieza: 200 mm, 100 mm Numero de cordones de soldadura: 04

• Montaje de la muestra y ejecución del ensayo de unión viga - columna

- Promedio de la carga máxima para cada proveedor – unión viga columna

Acero proveedor “P”

Acero proveedor “C”

CUADRO RESUMEN DE RESULTADOS – ENSAYO UNIÓN VIGA COLUMNA

UNION VIGA COLUMNA

Proveedor "P"

Proveedor "C"

Carga Máxima (kg)

6145.49

3938.48

Carga del límite de fluencia aparente (kg)

2980.17

2289.45

Resistencia experimental de la soldadura (kg/cm)

312.29

222.23

Resistencia teórica de la soldadura (kg/cm)

245.51

203.26

Fuente: Mariscal Melisa, Elías Carmen, Azpilcueta José - 2014

CONCLUSIONES 1. Mediante los ensayos experimentales se han obtenido valores reales de los parámetros de diseño de estructuras metálicas con base en perfiles estructurales de acero negro de sección rectangular, como esfuerzo en el límite proporcional (Fp), esfuerzo de fluencia (Fy) y esfuerzo último (Fu) para los ensayo de tensión y compresión; esfuerzo máximo y deformación máxima para el ensayo de flexión; carga máxima, radio de curvatura, porcentaje de elongación de la fibra exterior, ángulo de doblado y fisuras para el ensayo de doblado, siendo los resultados finales: TP ENSAYO DE TENSION

Esfuerzo proporcional (kg/cm2) Esfuerzo de fluencia (kg/cm2) Esfuerzo ultimo (kg/cm2)

TC

Experimentales

Fp 3637.57 3275.18

TP Teóricos -

Fy 4039.68 3620.80

2743

Fu 4767.20 3973.48

3161

TC

Experimentales

ENSAYO DE COMPRESION Fp

3651.60

3217.45

Fy

4527.59

3882.68

Fu

4608.10

4021.02

Esfuerzo proporcional (kg/cm2) Esfuerzo de fluencia (kg/cm2) Esfuerzo ultimo o de compresión (kg/cm2)

Fuente: Mariscal Melisa, Elías Carmen, Azpilcueta José - 2014

TP ENSAYO DE FLEXIÓN Esfuerzo de flexión (kg/cm2)

Deformación máxima (mm)

TC

Experimentales 1904.96

5.03

1586.28

4.420

TP ENSAYO DE DOBLADO

TC

Experimentales

Carga máxima (kg)

190.67

182.67

Radio de curvatura (mm) Porcentaje de elongación de la fibra exterior Angulo de doblado

17.50

17.50

12.77

13.08

123°

124°

Fuente: Mariscal Melisa, Elías Carmen, Azpilcueta José - 2014

7. Mediante los ensayos experimentales se han obtenido valores reales de las resistencias por centímetro de longitud de las uniones soldadas, mostrándose los resultados en la siguiente tabla:

Proveedor Proveedor "P" "C" UNION EN ESQUINA DE DOS LADOS PARALELOS

UNION VIGA COLUMNA

Carga Máxima (kg)

6518.90

4167.34

Carga del límite de fluencia aparente (kg)

2867.97

2872.66

Resistencia experimental de la soldadura (kg/cm)

273.84

271.19

Resistencia teórica de la soldadura (kg/cm)

232.90

202.27

Carga Máxima (kg)

6145.49

3938.48

Carga del límite de fluencia aparente (kg)

2980.17

2289.45

Resistencia experimental de la soldadura (kg/cm)

312.29

222.23

Resistencia teórica de la soldadura (kg/cm)

245.51

203.26

Fuente: Mariscal Melisa, Elías Carmen, Azpilcueta José - 2014

Proveedor Proveedor "P" "C"

UNION A TOPE

UNION EN ESQUINA DE UN LADO PARALELO

Carga Máxima (kg)

1635.49

1318.09

Carga del límite de fluencia aparente (kg)

1084.90

981.30

Resistencia experimental de la soldadura (kg/cm)

184.70

177.55

Resistencia teórica de la soldadura (kg/cm)

243.67

209.95

Carga Máxima (kg)

7782.98

4629.98

Carga del límite de fluencia aparente (kg)

3094.21

3052.81

Resistencia experimental de la soldadura (kg/cm)

281.22

277.27

Resistencia teórica de la soldadura (kg/cm)

257.91

205.35

Fuente: Mariscal Melisa, Elías Carmen, Azpilcueta José - 2014

CUADRO RESUMEN DE RESULTADOS RESISTENCIAS DE CADA UNION SOLDADA Proveedor Proveedor "P" "C" Carga Máxima (kg)

1635.49

1318.09

Carga del límite de fluencia aparente (kg)

1084.90

981.30

Resistencia experimental de la soldadura (kg/cm)

184.70

177.55

Resistencia teórica de la soldadura (kg/cm)

243.67

209.95

Carga Máxima (kg)

7782.98

4629.98

Carga del límite de fluencia aparente (kg)

3094.21

3052.81

UNION A TOPE

UNION EN ESQUINA DE UN LADO PARALELO

Resistencia experimental de la soldadura (kg/cm) Resistencia teórica de la soldadura (kg/cm)

UNION EN ESQUINA DE DOS LADOS PARALELOS

281.22 277.27 Proveedor Proveedor "P" "C" 257.91 205.35

Carga Máxima (kg)

6518.90

4167.34

Carga del límite de fluencia aparente (kg)

2867.97

2872.66

Resistencia experimental de la soldadura (kg/cm)

273.84

271.19

Resistencia teórica de la soldadura (kg/cm)

232.90

202.27

Carga Máxima (kg)

6145.49

3938.48

Carga del límite de fluencia aparente (kg)

2980.17

2289.45

Resistencia experimental de la soldadura (kg/cm)

312.29

222.23

Resistencia teórica de la soldadura (kg/cm)

245.51

203.26

UNION VIGA COLUMNA

Fuente: Mariscal Melisa, Elías Carmen, Azpilcueta José - 2014

RECOMENDACIONES PARA EL EMPLEO DE PERFILES DE ACERO NEGRO 1.- Se recomienda realizar un control de calidad cuando se usen los perfiles estructurales tubulares de acero negro.

2.- Se recomienda adquirir perfiles estructurales tubulares de acero negro con denominación de origen y marca. 3.- Se recomienda usar como resistencia de diseño los valores indicados en la siguiente tabla, son las resistencias menores obtenidas en los ensayos y que corresponden a tubos sin denominación de origen y marca. Resistencia de diseño de la soldadura (kg/cm) UNION A TOPE

177.55

UNION EN ESQUINA DE UN LADO PARALELO

205.35

UNION EN ESQUINA DE DOS LADOS PARALELOS

202.27

UNION VIGA COLUMNA

203.26

4.- No es recomendable utilizar uniones con soldaduras a tope debido a que los valores de

resistencia de este tipo de unión son menores con respecto a otros tipos de unión.