MONTAJE Y TÉCNICAS DE ALINEACIÓN INTRODUCCION: Se usan Cimentaciones para el equipo a lo largo del mundo en el proceso industrial y los medios industriales. Muchos ingenieros con las diferentes raíces están comprometidos en el análisis, proyecto, y construcción de estas Cimentaciones. Bastante a menudo ellos realizan su trabajo con muy poca guía de códigos de construcción, normas nacionales, las características técnicas de dueño, u otra información publicada. Debido a esta falta de normas del acuerdo general, la mayoría de los ingenieros confía en diseñar juicio y experiencia. Sin embargo, algunas empresas de la ingeniería e individuos han desarrollado sus propias normas y especificaciones como resultado de la investigación y actividades de desarrollo, estudios del campo, muchos años de ingeniería exitosa o práctica de la construcción. Las empresas con las tales normas normalmente se sienten que su información es algo única y, por consiguiente, es bastante renuente distribuirlo fuera de su organización, permita exclusivamente su publicación. Así, sin la distribución abierta, revisión, y discusión, estas normas representan las prácticas sólo aisladas. Sólo compartiendo abiertamente y discutiendo esta información permitiría un acuerdo general verdaderamente significante en diseñar y los requisitos de la construcción para las Cimentaciones de equipo sean desarrollados.
5.1. CIMENTACIÓN. DEFINICIÓN DE CIMENTACIÓN. Se denomina cimentación al conjunto de elementos estructurales cuya misión es transmitir las cargas de la edificación al suelo. Debido a que la resi stencia del suelo es, generalmente, menor que la de los pilares o muros que soportará, el área de contacto entre el suelo y la cimentación será proporcionalmente más grande que los elementos soportados (excepto en suelos rocosos muy coherentes). DEFINICIÓN DE CIMENTACIONES DE MAQUINAS. A diferencia de las cimentaciones de edificación, que generalmente están sometidas a cargas estáticas o cuasiestáticas, las cimentaciones de maquinaria están sometidas frecuentemente a cargas cíclicas. La existencia de cargas cíclicas obliga a considerar el estado límite de servicio de vibraciones y el estado límite último de fatiga.
IMPORTANCIA DE LA CIMENTACIÓN DE MÁQUINAS La importancia de diseño de la fundación de la máquina no fue reconocida en el pasado. Los métodos simples de cálculo fueron usados más a menudo, requiriendo la multiplicación de las cargas estáticas por un "factor dinámico" estimado, el resultado siendo tratado como una carga estática aumentada sin cualquier conocimiento del real factor de seguridad. Por esta inseguridad el valor del "factor dinámico" adoptado fue usualmente demasiado alto, aunque comúnmente resultaban deformaciones dañinas durante la operación, aun cuando estos factores excesivos fueron usados. Una investigación científica más profunda hecha de carga dinámica era necesaria. Un estudio más detallado se volvió urgente también por el gran desarrollo tecnológico de la máquina. Las máquinas contemporáneas son cien veces más poderosas que los viejos, esto le da lugar a una ”fatiga” considerable, planteando problemas que están referidos en el campo de la teoría de vibración y mecánica de los suelos. No es suficiente que los fabricantes de la máquina den instrucciones breves en sus dibujos, como "la máquina debe descansar sobre subsuelo portador de carga adecuado", con, a lo más, los valores aproximados para las fuerzas diversas de inercia. La vibración de la cimentación tiene como resultados, ocasionalmente, asentamientos diferenciales de la cimentación, deformaciones y grietas, estos en gran medida pueden disturbar la operación de la máquina. El desgaste disparejo potencial puede dar como resultado el fracaso del eje, con la parada consiguiente de la máquina y quizá el cierre de las obras, dando lugar a pérdidas serias en la producción. La eliminación de vibraciones es especialmente importante en los lugares donde las tuberías están relacionadas a las cimentaciones, porque la vibración puede deteriorar la estrechez de las junturas de la tubería, con fuga posible del gas y explosión, causando daño considerable. En particular las oscilaciones peligrosas pueden surgir si las estructuras industriales como de torres, como silos y fustes de chimenea, están sujetas a las fuerzas periódicas. Las cargas de la máquina no pueden variarse, ni es eso usualmente posible para cambiar la velocidad de la máquina para producir una frecuencia diferente. Por eso la anterior atención debe ser dada a la eliminación de oscilaciones dañinas. Una forma para evitar vibración es establecer un balance interior en la máquina. Esto puede hacerse por ejemplo por el uso de considerar cuidadosamente masas de magnitud igual, que actúen en direcciones contrarias. Sin embargo, un balanceo similar de magnitudes es rara vez práctico, salvo en instancias dónde fundaciones especiales daría como resultado costo muy alto, o donde el trabajo de la cimentación sería de mucha dificultad. El costo de las cimentaciones de máquina es sólo una fracción pequeña del equipo de ingeniería, y un diseño inadecuado de las fundaciones puede resultar en fracasados y los cierres excediendo muchas veces el costo de la inversión de capital requerida. Es claro por consiguiente, que el diseño correcto de fundaciones de la máquina es de la máxima importancia para la estructura entera.
TIPOS DE CIMENTACIÓN PARA MAQUINARIA: * Tipo bloque * Tipo celdas * De muros * Porticadas * Con pilotes * Sobre apoyos elásticos * De soporte
CIMENTACIÓN CON PILOTES: Los pilotes son miembros estructurales con un área de sección transversal pequeña en comparación con su longitud. Se hincan en el suelo a base de golpes generados por maquinaria especializada, en grupos o en filas, conteniendo cada uno el suficiente número de pilotes para soportar la carga de una sola columna o muro. TIPOS DE PILOTES. Los pilotes se construyen en una gran variedad de materiales, longitud y forma de su sección, y que se adaptan a diversas necesidades de carga, colocación y economía. Entre algunos de los más comunes tenemos: 1. Pilotes de madera: Son el tipo de pilote mas antiguo, ya desde la época del Imperio Romano se utilizaban. Proporcionan una cimentación segura y económica con ciertas restricciones, su longitud esta limitada por la altura de los árboles disponibles. No pueden resistir esfuerzos debidos a un fuerte hincado ya que pueden romperse fácilmente, sobre todo cuando se penetran estratos muy resistentes. 2. Pilotes de concreto: Son de los más usados en la actualidad, los hay de sección circular, cuadrada y octagonal y en tamaños de 8, 10 y 12 metros. Pueden dividirse en dos categorías: colados en el lugar -in situ- y precolados. Los colados en el lugar pueden ser con o sin ademe. Los precolados pueden ser también preesforzados con el fin de reducir las grietas que se forman por el manejo e hincado además de que proporciona resistencia a los esfuerzos de flexión. Todos los pilotes de concreto son reforzados con acero para evitar que sufran daños durante su transportación y colocación. 3. Pilotes de acero: Los tubos de acero se utilizan mucho como pilotes y usualmente se llena de concreto después de hincados, y si el hincado es violento es posible utilizar perfiles I o H de acero. Estos pilotes están sujetos a corrosión, aunque el deterioro no es significativo aunque si se hincan bajo el mar, la acción de las sales puede ser importante. Cimentaciones Simples o de Bloque
Un bloque de hormigón es un mampuesto prefabricado, elaborado con hormigones finos o morteros de cemento, utilizado en la construcción de muros y paredes. Los bloques tienen forma prismática, con dimensiones normalizadas, y suelen ser esencialmente huecos. Sus dimensiones habituales en centímetros son 10x20x40, 20x20x40, 22,5x20x50.
Cimentación maciza que consiste en un pedestal de concreto armado en el cual descansa la máquina puede ser uniforme o con aberturas de hasta 50 por ciento de su volumen
CIMENTACIÓN CON MUROS. Los Muros de Contención son un tipo de Cimentación cuya función es contener la tierra en caso de desmontes, cuando los taludes son más empinados que lo que corresponde al talud natural de tierra en reposo. Estos taludes deben soportar esfuerzos tales que tienden a volcarse, desmoronarse, haciendo deslizar la tierra porque la presión de las mismas actúa como una fuerza horizontal. La presión de las tierras depende de las dimensiones y el peso de la masa de tierra que tiende a caer. Dicho peso y dimensiones dependen de la naturaleza del terreno, clase, humedad y peso específico. El empuje de tierra está compuesto por el peso propio del muro, que verticaliza la resultante a fin de que pase dentro del núcleo central de la base. Es por eso que del muro macizo de gran espesor, de sección uniforme, se pasa al muro de sección trapecial, cuyo plano inclinado o escarpa, tiende a aumentar la anchura de la base, junto con la zarpa, a la vez que bajan el centro de gravedad del muro, aumentando su estabilidad. También es usual escalonar su intradós, logrando los mismos resultados, además de agregar parte del peso de las tierras que contiene su propia estabilidad. En este tipo de cimentación es conveniente dejar unos pequeños mechinales para evacuar agua, ya que el ángulo de rozamientos de las tierras disminuye con el tenor de humedad aumentando su empuje. MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN PARA LAS CIMENTACIONES DE MÁQUINAS.
Los materiales de construcción para fundaciones de la máquina pueden estar divididos en dos grupos principales: Los materiales estructurales, usados principalmente para llevar y transmitir cargas, ACERO
El acero usado más frecuentemente para las cimentaciones de máquina es el acero dulce. Este acero debería ser a prueba del efecto de humo, gases, ácido, sulfato de calcio y cloruro de magnesio, con una capa que impide oxido, y en el acero interior el que contacta con el suelo se debe aplicar un recubrimiento del alquitrán para prevenir corrosión. Los Materiales amortiguadores de vibración y sonido.
Las máquinas producen vibraciones, estas deberían ser aisladas de su subestructura o su cimentación por un estrato que amortigua la vibración, lo cual provee al mismo tiempo un soporte elástico para la máquina. Estos recubrimientos de amortiguación absorben vibraciones en virtud de sus propiedades elásticas. Los rellenos que amortiguan vibración están insertados entre la máquina y su cimentación o estructura de respaldo, pero también pueden ser colocados entre la fundación de la máquina y el suelo. Los resortes de acero deberían ser mencionados como los amortiguadores más perfectos conjuntamente con las maderas, ya que tienen propiedades elásticas únicas. Comúnmente los usados absorbedores de vibraciones como amortiguadores corcheros, de hule y “felt”, así como también especiales y plásticos.
5.1.1. Requerimientos de cimentación. La cimentación es la parte de la estructura que distribuye el peso de ella y de sus descargas hacia los substratos de tierra o rocosos. La distribución puede ocurrir por apoyo directo de una zapata sobre el suelo o la roca, o por transmisión de las cargas hacia estratos más profundos a través de pilote o pilas. Se han utilizado muchos materiales para la construcción de zapatas apoyadas directamente el suelo, incluyendo emparrillados de madrea o de acero, mampostería de arcilla, planchas de roca cortada y concreto formado. Excepto por este último, la mayor parte de los sistemas no se usan en la actualidad. Por lo general, se utiliza concreto reforzado en las cimentaciones, especialmente en donde se van a soportar cargas pesadas concentradas. Los pilotes y las pilas son del mismo tipo y material que se han usado durante muchos años. Sin embargo, se ha incrementado considerablemente su longitud y su capacidad. Una necesidad crítica es el conocimiento de los materiales. Subsuperficiales y las condiciones en que se producirá su contacto con alguna estructura. El programa de investigación debe ser extenso e ir más allá de los límites de la influencia vertical, tanto para cimentaciones poco profundas como para cimentaciones profundas. En donde hay flexibilidad en la ubicación de la estructura o cuando no es segura la ubicación, tamaño y forma exactos del edificio, el programa debe extenderse hasta los límites horizontales del área de presión posible del edificio. Un ingeniero geotecnico con experiencia puede planear un programa eficaz, pero como los materiales varían en consistencia y estratificación, debe haber flexibilidad en el programa conforme progrese el trabajo. Si el programa de subsuperficie se planea después de haber hecho los estudios conceptuales de la construcción, deben darse las condiciones de carga anticipadas, las elevaciones de los pisos y de los declives, así como cualquier característica especial, al ingeniero geotécnico que dará mayor importancia a la investigación y la intensificará en las áreas críticas. El programa de subsuperficie incluye la determinación de las condiciones del agua subterránea en el momento de la investigación. Pueden instalarse piezómetros para estudiar las presiones del agua dentro de los poros en zonas aisladas del terreno o pozos de observación para observar los niveles estáticos del agua, durante el periodo del programa o durante periodos más amplios de tiempo. Al establecer las elevaciones del piso y de la cimentación deben considerarse todas las posibilidades de la presencia del agua y su influencia, la necesidad de drenaje y los problemas y el costo adicional inherentes a la construcción de cada tipo de cimentación. Mediante procedimientos de densidad controlada puede reemplazarse el suelo no satisfactorio en el lugar de la construcción por otro material (también por procedimientos de densidad controlada), o puede alterarse por medio de lechadas para mejorar la resistencia, incrementar la densidad o reemplazar el agua subterránea.
MÉTODOS DE DISEÑO
Anclaje •Pernos de anclaje y dispositivos de corte •Tensión •Corte •La esfuerzo productiva •Los pedestales •Cargas apiladas o amontonadas
Existen algunas consideraciones que se deben de tomar en cuenta para la elección de una buena cimentación para la máquina y así evitar daños o contratiempos posteriores. CAPACIDAD DE CARGA Es la que puede ser aplicada sin producir desperfectos en la estructura soportada. La carga admisible depende del terreno, de la cimentación, de la estructura y de un coeficiente de seguridad. Se deben de tomar en cuenta las cargas estáticas y dinámicas. * CARGAS PERMISIBLES Algunos suelos soportan mayores cargas por unidad de área que otros; por lo que hay que tomar en cuenta el tipo de suelo en los que se va instalar la maquinaria y a realizar la cimentación. * ACCESORIOS Tomar en cuenta los espacios para tuberías, drenajes, ventilación, conductos, ganchos de soporte, escaleras, accesos. * ASENTAMIENTOS Al apoyar una estructura en el suelo es inevitable la compresión del mismo, por lo cual debe procurarse que esta compresión sea mínima, uniforme y controlada. La diferencia de asentamientos entre una maquinaria y otros equipos apoyados en cimientos diferentes
pueden crear esfuerzos no deseados y sumamente perjudiciales; se le conoce como asentamiento diferencial. * ASIENTO VERTICAL Desplazamiento de una cimentación bajo carga de servicio, se debe limitar la presión al terreno al 40 ó 60 % del valor de seguridad en las cimentaciones. * ECONOMÍA Realizar una cimentación adecuada realizando los estudios respectivos tomando en cuenta la factibilidad, utilidad, funcionalidad, seguridad, estética y economía. * FACTORES QUE AFECTAN AL CIMIENTO: • Soporte del peso total de la máquina. • Mantener la alineación entre la maquinari a y sus accesorios. • Aislar las instalaciones próximas de las vibraciones producidas.
CIMENTACIÓN DE MÁQUINAS El estudio de las cimentaciones debe resolver: Que los movimientos de la maquinaria y la cimentación no sean excesivos, ya que originarían fallas y desperfectos en la operación propia del equipo Que los asentamientos debidos a los efectos dinámicos estén dentro de los límites permisibles. Que se disminuyan o, se eliminen las vibraciones transmitidas a través del suelo, que pudieran afectar a las personas, edificios u otra maquinaria.
* ESFUERZOS QUE SUFRE LA CIMENTACIÓN.
CIMENTACIÓN PARA EQUIPO ESTÁTICO Se usan cimentaciones para el equipo estático a lo largo del mundo en el proceso industrial y los medios industriales. El término "equipo estático" se refiere a equipo industrial que no contiene partes que se desplacen largas distancias o que sus características operacionales son esencialmente estáticas en la naturaleza.
CONSIDERACIONES GENERALES Requisitos de izado y de mantenimiento Condiciones del sitio como las características de la tierra, topografía, sismicidad, clima, y otros efectos medioambientales. Los factores económicos Códigos Reguladores o de construcción Consideraciones de construcción. Los requisitos medioambientales
CIMENTACIONES TÍPICAS Vasos verticales y cimentaciones de la pila •Los pedestales individuales pueden ser redondos, cuadrados, hexagonales u octogonales.
Vasos horizontales y cimentaciones intercambiadoras de calor •Se apoyan equipos horizontales como los intercambiadores de calor y reactores de varios tipos.
Cimentaciones del vaso esféricas •A veces se construyen los vasos esféricos grandes con una falda y el anillo bajo, pero más a menudo tienen las patas-apoyadas.
Cimentaciones de herramientas mecánicas
•Éstos pueden ser de tierra compactada o con pilotes dependiendo en la capacidad de compactación de la tierra y las limitaciones de consolidación de la maquinaria Equipo eléctrico y cimentaciones de estructuras de apoyo •Estas Cimentaciones son típicamente en gradas aisladas, o gradas con pilotes.
CRITERIOS DE DISEÑO Cargas muertas Cargas vivas Cargas de operación Cargas del viento
Cargas sísmicas Cargas de prueba Cargas de mantenimiento y reparación Cargas misceláneas Cargas térmicas Cargas de impacto Cargas de la explosión Cargas de hielo o nieve Cargas eléctricas
CIMENTACIÓN DE EQUIPO DINÁMICO La industrialización del país requiere la instalación de distintos tipos de equipos dinámicos en los complejos industriales públicos o privados. El diseño de la cimentación para equipo dinámico requiere de conocimiento especializado Los equipos se los divide según su modo de funcionamiento: giratorios, recíprocos, de generación, de impacto, entre los más importantes.
REQUERIMIENTOS GENERALES Debe ser capaz de soportar cargas sin falla a corte o aplastamiento. Los asentamientos deben estar dentro de los límites permisibles. La combinación del centro de gravedad de la máquina y el centro de gravedad de la cimentación deben estar más cerca como sea posible No debe presentar resonancia. Las amplitudes de las condiciones de servicio, deben estar dentro de los límites permisibles. Todas las partes de la máquina que giran y se muevan deben estar bien balanceadas para minimizar desbalances por fuerzas o momentos.
REQUISITOS El índice de humedad debe ser lo más bajo posible, y el nivel freático debe estar al menos a una cuarta parte del ancho inferior de la cimentación. La cimentación debe estar separada de los componentes adyacentes de edificaciones mediante juntas de expansión. Cualquier tubería de vapor o aire caliente empotrado en la cimentación debe ser apropiadamente aislada. La cimentación debe ser protegida de los lubricantes de la máquina La cimentación para equipo dinámico debe estar a un nivel más bajo que el nivel de cimentación de edificaciones colindantes. TIPOS DE EQUIPOS DINÁMICOS Equipo Giratorio. •Incluye turbinas a gas, turbinas a vapor, bombas, compresores, ventiladores y centrifugadoras. Se caracteriza por el movimiento de rotación de los impulsores o rotores.
Equipo Recíproco. •Son los compresores y motores a diesel. Consiste en un pistón moviéndose en un cilindro que interactúa con un fluido a través de la rotación de un cigüeñal.
Equipo de Generación. •Son martillos forjadores y prensas de forjado de metal, los cuales operan con impactos regulados o golpes en diferentes partes del equipo.
Otros tipos de Equipo Dinámico. •Otras maquinarias que generan acciones dinámicas son las trituradoras de roca y trituradoras de metal
5.1.2. Tipos de anclaje. ANCLAJE - el anclaje de una pieza de equipo a su cimentación es a menudo el aspecto más crítico de un diseño de cimentación. Esto es particularmente cierto para el Basales verticales y cimentaciones con pilotes, o para cualquier otra cimentación de equipo dónde la consideración de cargas laterales domina el diseño. El ACI 355.1R resume los tipos más ampliamente usados de anclas y proporciona una apreciación global del rendimiento del anclaje y modos de falla. Las anclas pueden ser fundidas in situ o prefundidas (retrofit). Se instalan las anclas prefundidas después de que el hormigón ha endurecido, y pueden socavarse, adherirse, lecharse, o por asegurarse por expansión.
Un ancla socavada transfiere la tensión al hormigón a través de un dispositivo expansivo contra un agrandamiento del agujero en forma de campana en la base del ancla. Una ancla adhesiva consiste en una barra estriada instalada en un agujero con un diámetro de sobre el l/16 al l/8 de pulgada más grande que el
diámetro de la barra. El agujero se llena con un adhesivo estructural como la resina epóxica, éster o pegamento de poliéster. Las anclas adhesivas transfieren la tensión al hormigón por la atadura del hormigón y la resina o pegamento incorporados a lo largo de la longitud del ancla. Un ancla lechada consiste en un ancla con cabeza instalada en un agujero con un diámetro aproximadamente 1½ pulgadas más grande que el diámetro del ancla. El agujero se llena con una lechada de no encogimiento, usualmente contiene cemento Pórtland, arena y varios químicos para reducir el encogimiento. El ancla lechada transfiere las tensiones al hormigón a través de la cabeza del ancla, y por la atadura a lo largo de la interfaz lechada-hormigón. Las anclas expansivas transfieren la tensión al hormigón por la fricción entre el ancla y el hormigón. La fuerza de fricción resulta de una reacción a la compresión generada en oposición al movimiento de un mecanismo de expansión incluido al fin del ancla.
Normalmente, las anclas adhesivas tienen los valores de carga admisibles más altas que las anclas mecánicas. La selección de una ancla prefundida dependerá de su uso y tipo de exposición a la temperatura, humedad, vibración, y posibles derramamientos de químicos. El fabricante debe proporcionar la información requerida para satisfacer las necesidades específicas. TENSIONES ACEPTABLES - las tensiones aceptables para los anclajes prefundidos son basadas en los resultados de pruebas dirigidas por el fabricante del ancla en particular. Aunque algunas anclas de expansión manufacturadas son capaces de desarrollar su capacidad de acción de tornillo, la mayoría están diseñadas usando cargas admisibles mucho mas bajas que las determinadas por la resistencia del metal de la tornillo. Normalmente, los factores de seguridad de cuatro a cinco relativos al jalón hacia afuera se usan para determinar una carga admisible para las anclas tipo tornillos retrofit. CRITERIO DEL ANCLAJE- En el pasado, ha habido variaciones amplias en el criterio usado para el diseño de la porción empotrada de anclajes de fundido en el sitio que ata el equipo a sus cimentaciones. Antes de 1975, muchos practicantes usaban las cargas admisibles relativamente bajas en los tornillos del ancla (esfuerzo y cortante) contenidos en el Código Unificado de Edificación (UBC). Las cargas admisibles contenidas en el UBC cubre solamente tornillos con cabeza de 11/4 pulgadas de diámetro y más pequeños. Estas tolerancias eran originalmente basadas en los datos de prueba mínimos en tornillos de 7/8 de pulgada de diámetro y más pequeños, y es apropiado para longitudes de empotramiento nominales en las secciones de concreto no reforzado. TIPO DE ANCLAJES. Para que una máquina trabaje normalmente y de forma segura para el operador, tiene que estar debidamente anclada al cimiento. El anclaje es muy similar en todos los casos, en lo que varían es la forma de la placa de asiento, que es la encargada de transmitir las cargas al cimiento. Las placas de anclaje más utilizadas son las cuadradas, rectangulares, poligonales, circulares. Estas últimas son preferibles cuando se trata de transmitir grandes presiones al cimiento. Las máquinas fijas de cargas continuas o periódicas se anclan directamente al cimiento, donde los pernos pueden estar sometidos a esfuerzos de tensión, corte o combinados. Cuando se
tiene el caso de cargas repetidas no rítmicas (alternadas), se tiene que tomar en cuenta la fatiga del material. Para pernos de anclaje se utilizan generalmente barras lisas, sin embargo una barra de estas puede transformarse en un perno arponado o corrugado, que son útiles cuando se tienen que introducir en un orificio hecho posteriormente, que después se rellena con concreto. Es recomendable que los pernos sean colocados antes de verter el concreto para el cimiento. Antes de anclar la máquina al cimiento, debe chequearse que el cimiento este completamente nivelado, para proceder luego a la colocación y nivelación de la máquina sobre el mismo. El apoyo de la máquina sobre el cimiento se realiza a través de una placa de asiento de material elástico, una vez colocada la máquina sobre dicho asiento, se comprueba su correcta nivelación en sentido longitudinal y transversal; la nivelación se consigue colocando placas de material elástico y de espesor variable bajo la base de la máquina en el lugar de los pernos de anclaje. Si la cimentación ya está hecha se pueden utilizar otro tipo de pernos de anclaje que se encuentran en la industria; varían en su construcción y funcionamiento, pero cumplen los mismos objetivos. * FUNCIONAMIENTO La mayoría de anclajes que son instalados después de haber hecho el cimiento, funciona ya sea por fricción, área de soporte, por adhesión o una combinación de estos. * ANCLAJES MECÁNICOS Existen varios tipos de anclajes como son los macho o de rosca externa, hembra o de rosca interna, autorr oscantes; todos estos, pueden mejorar sus características mecánicas, utilizando un epóxico en la cavidad del anclaje para obtener mejores resultados. * FACTORES A CONSIDERAR: Tenemos que considerar algunos factores para la utilización de los pernos de anclaje. • Resistencia del concreto • Diámetro del anclaje • Profundidad de empotramiento • Distancia entre ejes y al borde TIPOS DE FALLA • Por sobrecarga: o Rotura del anclaje o Rotura del concreto o Extracción del anclaje • En el material base: o Rotura del material base o Rotura del borde o Agrietamiento o Deslizamiento del anclaje o Extracción del anclaje
5.2. Procedimiento del montaje.
Montaje es el proceso mediante el cual se emplaza cada pieza en su posición definitiva dentro de una estructura. Estas piezas pueden ser de diferentes materiales pero las preferidas son las estructuras metálicas y de hormigón. Estas se adaptan a las concepciones de las nuevas arquitecturas y las necesidades de la industria de hoy, se emplean cada día más ampliamente. Con ambos sistemas se pueden alcanzar obras de grandes magnitudes. Esto se realiza con diferentes equipos de trabajo y maquinarias. El montaje industrial es un desafío permanente al ingenio; suele desarrollarse en condiciones geográficas complejas o debe conectarse la nueva estructura con una ya existente, y con plazos bastante restringidos por los elevados montos de inversión comprometidos. Procedimiento de montaje Procedimiento: • Planificación de la ubicación de los componentes e instalación de las tuberías • Emplazamientos de los componentes principales • Instalación de las tuberías y los componentes • Vacío • Soplado • Prueba de presión • Prueba de fugas • Carga • Ajuste del equipo de seguridad • Comprobación del equipo de seguridad • Ajuste de los controles • Prueba de la instalación completa y reajuste de controles automáticos, etc.
PROCESOS DE ENSAMBLE La función básica de proceso de ensamble, (montaje) es unir dos o más partes entre sí para formar un conjunto o subconjunto completo. La unión de las partes se puede lograr con soldadura de arco o de gas, soldadura blanda o dura o con el uso de sujetadores mecánicos o de adhesivos. Sujeción mecánica se puede lograr por medio de tornillos, remaches, roblones, pasadores, cuñas y uniones por ajuste a presión estos últimos se consideran sempiternamente, las efectuadas con otros sujetadores mecánicos no son permanentes los mecánicos son más costosos y requiere capacidad en la preparación de partes por unir. Algunas partes se unen de modo permanente con soldadura eléctrica o de gas, soldadura blanda, o dura y algunos adhesivos. La soldadura se efectúa con el uso de calor, de presión o ambos. El calor producirá cierto efecto sobre las partes unidas para satisfacer la amplia variedad de necesidades en la manufactura, se han desarrollado y están en uso. MÉTODOS DE MONTAJE QUE MINIMIZAN EL MANTENIMIENTO. Muchos de los problemas que se presentan en los motores tienen origen en la forma en que se instalan. En muchos casos, el cimiento o la placa de base están mal diseñado, mal construido, o ambas cosas. El resultado inevitable es vibración, desalineación de los ejes (flechas), daños a los cojinetes, e incluso ruptura del eje o de la armazón a carcasa lo cual
suele acarrear, además, una grave falla eléctrica. Si el motor va a montarse sobre una base de concreto (ho rmigón), es esencial que el cimiento sea rígido a fin de minimizar las vibraciones y la desalineación durante el funcionamiento. Los cimientos deben ser de concreto macizo, con sus fundamentos a suficiente profundidad para que descansen sobre una sub-base firme. LECHADO Y CALZAMIENTO. El lecho es de gran importancia para la firmeza, rigidez y estabilidad de la cimentación. Ni siquiera las mejores placas base de acero se consideran un soporte adecuado salvo que estén enclavadas o ahogadas en la lechada. es muy importante el empleo de las lechadas correctas, y hay que utilizar la mezcla recomendada de arena, cemento y agua. El empleo correcto de las calzas es también esencial para el buen montaje del motor en el cimiento. Una forma de lograr un calzamiento correcto consiste en quitar los suplementos e inspeccionarlos en cada punto de soporte antes de efectuar la alineación final. Es necesario tener presente la razón del uso de las calzas. No son solo para colocar más alto o mas bajo el motor, sino también para que queden bien alineados los ejes de las maquinas. Otro aspecto esencial de una buena cimentación es la estabilidad. Una vez que la base está bien conformada e instalada no debe modificarse. A veces, el calor excesivo puede crear problemas. Por ej., el exceso de calor al soldar con arco o gas perjudicara la base. En climas muy secos y calidos se ha dado el caso de que una base de acero se combe o tuerza cuando recibe el calor del solo por un lado y el otro lado está a la sombra. PROCESOS DE ACABADO Las funciones principal es de los procesos de acabado son limpiar, proteger y decorar la superficie. La limpieza de la superficie suele ser el primer paso. La limpieza elimina la mugre, aceites, grasa, incrustaciones o costuras y herrumbre, a fin de preparar la superficie para un tratamiento adicional La limpieza se puede efectuar por medios mecánicos como limpieza con chorro de abrasivo o por medios químicos, como limpieza alcalina. Ahora bien, algunos procedimientos de limpieza pueden servir, a la vez, para limpieza y acabado. Otros fines de los procesos de acabado, son proteger la superficie contra el deterioro y decorarla para aumentar su atractivo estético. El acabado se efectúa al cubrir la superficie con el revestimiento conveniente. Las superficies se pueden revestir con revestimientos orgánicos (pinturas), revestimientos metálicos, revestimientos de fosfato, esmaltes porcelanizados y revestimiento de cerámica.
Normas básicas de montaje Con el fin de combatir los riesgos en su origen, evitando sus consecuencias o reduciéndolas al máximo posible, se seguirán las siguientes normas básicas: 1. Todos los trabajadores dispondrán de los equipos de protección individual y sabrán usarlos. Ambas obligaciones son inexcusables. 2. Será atendida de inmediato cualquier observación que el responsable del equipo, encargado de montaje o superior jerárquico hagan en cuanto a las medidas de prevención.
3. Antes de comenzar el montaje el encargado del mismo planificará las cargas, descargas, acopio de material, replanteo y señalización de las zonas en que se vaya a intervenir, atendiendo a la organización de la obra. 4. El encargado del montaje revisará el material a pie de obra rechazando aquel que no reúna las condiciones necesarias para su utilización, notificando las irregularidades al almacén. 5. Antes de comenzar la jornada laboral y durante la misma se tendrán en cuenta las limitaciones impuestas por las condiciones atmosféricas adversas, debiéndose interrumpir los trabajos con lluvia intensa, tormenta con aparato eléctrico o vientos que dificulten el manejo de determinadas piezas o la estabilidad de los operarios. 6. Los andamios se arriostrarán para evitar movimientos incontrolados. 7. Antes de subir a una plataforma se revisará para evitar situaciones inestables. Nunca se subirá a una plataforma insuficientemente asegurada. 8. Si no existe plataforma de trabajo o su ancho es menor de 64 cm. el trabajador permanecerá atado a un punto fijo, con su arnés anti-caída, para evitar caídas al vacío. 9. Los desplazamientos verticales se realizarán siempre por las plataformas de acceso con escalera instaladas a tal efecto, no subiendo ningún trabajador que no disponga de su equipo completo de protección individual. 10. Se prohíbe expresamente subir por el exterior del andamio sin fijación anticaídas. Se prohíbe también de forma expresa correr por las plataformas. 11. Además del correspondiente doble quitamiedos y rodapié exteriores, si la distancia entre la fachada y la plataforma de trabajo es superior a 20 cm. Se montará doble quitamiedos también al interior. 12. Los elementos que denoten algún fallo técnico o mal comportamiento, se desmontarán de inmediato para su reparación o sustitución. 13. Los pies de las verticales (husillos) apoyarán en firme, y si es necesario sobre tablones de reparto de cargas.
14. Se prohíbe abandonar en las plataformas sobre los andamios, materiales o herramientas que puedan caer o hacer tropezar al caminar sobre ellas.
5.3. NIVELACIÓN Y ALINEACIÓN DE EQUIPOS. alineación y nivelación de máquinas uno de los factores más importantes que influyen en el mecanizado es la alineación/nivelación de la máquina. en algunas ocasiones, parte de los errores que surgen en la producción se deben solamente a ello.
nivelación: es el procedimiento mediante el cual se determina: a) el desnivel existente entre dos (o más), hechos físicos existentes entre sí. b) la relación entre uno (o más), hechos físicos y un plano de referencia. en la correcta alineación de engranajes, ejes, poleas, acoplamientos, bombas, transmisiones y en general, todo tipo de máquinas y equipos industriales tiene muchos y grandes beneficios.
la alineacion: es un proceso muy inportante en los equipos ya que si no existe esta llega a ocasionar al gunos daños en el equipo de una correcta a lineación:
características: - menor temperatura de trabajo en engranajes, poleas y correas, acoplamientos, transmisiones, etc. - mayor duración de engranajes, correas, rodamientos, retenes, juntas, cojinetes, etc. . - menores vibraciones de máquinas y equipos, lo que significa menores averías
y roturas. - ahorro de energía. - mayor tiempo entre averías-fallas, es decir, menor mtbf. - mayor productividad, por menor número de paradas en los procesos industriales o de fabricación. tipos de errores de alineación. en general hay dos tipos principales de desajustes 1. paralelo (también conocido como offset) 2. angular (también conocida como brecha) en desalineación paralela, los dos ejes que se han alineado centrales que son paralelas entre sí, pero están en condición de desplazamiento. en el desplazamiento angular del eje de los dos ejes están situados en un ángulo entre sí. ambos tipos de desajustes se muestra en el dibujo al lado que le dará una idea visual para el lector de lo que se está hablando
tipos de alineación. la alineación del eje es posible sólo si los dos extremos del eje no están doblados o torcidos, pero se enfrenta uno al otro en perfecta simetría. ahora bien, estos dos extremos, cuando se alineados se puede hacer en dos métodos principales. * desplazamiento de la alineación * la alineación angular cabe destacar que ningún tipo de alineación es perfecta. esto significa que todas las alineaciones son las alineaciones áspera hace con la ayuda de una regla de borde recto o indicador es de llenado. sin embargo, las alineaciones de precisión son posibles con relojes de comparación con bases magnéticas. desplazamiento de alineación. desplaza la alineación o cadenas radiales se comprueba mediante una regla de borde recto. esto se hace colocando la regla en varias partes de las mitades de acoplamiento, es decir, a los lados siguientes * arriba * parte inferior * adyacentes * contrario el espacio entre los ejes se indicará que el eje se compensa o se desalinea un
poco y que necesita ser corregida. este desajuste puede ser rectificado mediante el ajuste del motor o al elevar la plataforma del motor o la máquina utilizando cuñas impulsadas. alineación angular este método puede ser utilizado por la inserción de una galga y aquí están los pasos que se indican a continuación. * inserte la galga entre el acoplamiento de las caras de los ejes * después de la galga se coloca, tanto acoplamientos se rotan a mitad de camino al mismo tiempo * las lecturas del medidor de espesores se comprueban en cuatro puntos en el acoplamiento del eje * cualquier diferencia en la lectura indica que hay un desplazamiento angular entre los ejes * la alineación se puede corregir mediante el levantamiento de la máquina o mediante el uso de las calzas debajo de la plataforma con el fin de prevenir cualquier tipo de desalineación se vuelvan a presentar, el motor y la máquina receptora debe estar firmemente atornillada a la base de la máquina después de las posiciones finales de ambos, el motor y la máquina receptora se deciden.
alineación de correas o poleas la alineación de correas o de poleas es una tarea de mantenimiento importante. si se realiza correctamente, puede evitar paradas y suponer un ahorro de costes considerable. este artículo define los distintos tipos de desalineación, y los modos de corregirlos
alineación de ejes: alineación aproximada
el procedimiento de la alineación aproximada se realiza para configurar la máquina en la misma "posición aproximada" y en el rango de medición del sistema de alineación de precisión que se va a utilizar.
alineación de ejes: alineación de ejes verticales las máquinas verticales se suelen montar con tornillos en una brida en lugar de un pie, lo cual hace que el cálculo de los valores de corrección sea diferente del de las máquinas horizontales. puede variar el número de tornillos utilizados y éstos están situados en un círculo en torno a la brida. la alineación correcta del eje es fundamental para garantizar un funcionamiento correcto y una mayor duración del equipo.
Los cimientos para la maquina han de proporcionar una relación fija y permanente entre la máquina y su carga. los cimientos deben proporcionar un anclaje firme para mantener la relación fija después de alinear. La máquina se coloca en su sitio de modo que se obtenga el espaciamiento correcto entre el eje del motor y el de la maquina impulsada. Para ajustar la posición maquina se utilizan tornillos gatos, calzas o suplementos, etc. Al ajustar la posición de la maquina es necesario tener el cuidado de comprobar que cada una de sus patas tenga los suplementos necesarios antes de apretar los tornillos, de modo que solo se puede introducir en el grupo de calzas una hoja de calibración de no más de 0.05 mm (2 mil) de espesor. La desalineación angular es el grado en que las caras de las 2 mitades de un acoplamiento están fuera de paralelismo. La desalineación axial es el desplazamiento entre las líneas centrales de los dos ejes de
máquinas. Es esencial que la máquina y su carga estén bien alineadas en las condiciones y temperaturas reales de funcionamiento. Si están bien alineados a la temperatura ambiente, pueden desalinearse en forma grave por deformación o dilatación térmica diferencial al aumentar la temperatura. Por ello, se debe comprobar la alineación después de que el motor y la maquina impulsada han llegado a su temperatura máxima con carga. Después de alinear la maquina con la carga, se fija en su lugar con pernos de mayor tamaño posible. Es aconsejable la posibilidad de variar un poco la ubicación de los pernos de anclaje; para ello estos elementos se instalan dentro de tubos de acero enclavados o embutidos en el concreto. Los motores y maquinas conectados que quedan bien alineados al instalarlos pueden desalinearse más tarde por desgaste, vibración, desplazamiento de la base, asentamiento de los cimientos, dilatación y contracción térmicas, o corrosión. Por ello es aconsejable comprobar la alineación a intervalos regulares y corregirla en caso necesario.
5.3.1. PROCEDIMIENTOS Y TÉCNICAS DE ALINEACIÓN. La alineación es el proceso mediante el cual la línea de centros del eje de un elemento de maquinaria, por ejemplo un motor, se hace coincidir con la prolongación de la línea de centros del eje de otra máquina acoplada a ella, por ejemplo, una bomba. El alineamiento es una técnica que busca la calidad en el montaje de las máquinas rotativas. Sus fines son: • Lograr un buen posicionamiento entre ejes. • La eliminación de esfuerzos no deseados. • La descarga de los órganos de apoyo de los equipos. • La duración del servicio. • Ahorro económico por disminución de roturas, deterioros y stocks de almacenamiento. • Mayor disponibilidad de servicio La falta de alineamiento ocasiona excesivas fuerzas axial y radial en los cojinetes, lo cual conlleva: • Recalentamiento y desgaste prematuro de los cojinetes. • Sobrecargas en el motor. • Desgaste prematuro en las empaquetaduras o sellos mecánicos del eje. • Posibilidad de rotura del eje debido a fatiga. • Chirridos y ruidos extraños. • Vibraciones, las cuales son a su vez causa del des alineamiento, creando un círculo vicioso que termina por arruinar el equipo.
Diagrama 1.1 Tipos de desalineamiento
Al diseñar el lugar de montaje del equipo, además de condiciones esenciales de instalación del mismo, como son por ejemplo las alturas de succión y descarga de una bomba, debe de ponerse especial cuidado en que queden en un lugar con correcta iluminación y condiciones favorables de ambiente, facilitando al máximo las reparaciones del mismo. Al ejecutar el montaje de maquinaría rotatoria debe ponerse especial cuidado en ejecutar correctamente la nivelación y alineación de la misma, ya que un error en estas condiciones determina generalmente la aparición de vibraciones y el calentamiento de chumaceras o valeros pudiendo llegar en casos extremos a la destrucción de éstos y hasta la máquina misma. Es necesario también llevar a cabo el balanceo estático y dinámico de la misma. Supongamos que vamos a proceder al montaje de un motor y una bomba horizontales, directamente acoplados, mediante un acople de bridas y soportados por una base común aunque el motor y la bomba vengan montados de fábrica en una misma base y así hayan sido transportados hasta el lugar de montaje, ello no quiere decir que su alineamiento sea correcto. Si se quiere tener la seguridad de un buen funcionamiento del equipo, debe procederse a una completa comprobación del montaje.
Regla y Nivel Es un sistema de alineamiento rápido, utilizado en los casos en los que los requisitos de montaje no son exigentes, dado que es poco preciso. Su mayor ventaja es la rapidez, y por otro lado su mayor inconveniente es que induce todos los errores posibles. El proceso de alineamiento es como sigue:
Los ejes, con los platos calados, se aproximan hasta la medida que se especifique.
Con una regla de acero y un nivel, se sitúan en las generatrices laterales que podemos denominar Este y Oeste (o 3 y 9) y se irá corrigiendo hasta que los consideremos alineados.
Se comprueba el paralelismo de los platos midiendo en cuatro puntos a 90°.
Si en el plano Norte-Sur no tenemos el nivel a cero, quiere decir que el mecanismo está “CAÍDO” o “LEVANTADO”, por lo que habrá que colocar forros donde se necesite para que los dos platos queden paralelos.
Reloj radial y galgas En primer lugar se busca corregir la desalineación angular con la ayuda de las galgas. El objetivo es que los dos platos del acoplamiento estén en el mismo plano. También se pretende, con las dieciséis medidas, compensar los errores de medida debidos a huelgo axial; sino con cuatro medidas bastaría. Los pasos a seguir son los siguientes:
1. Se mide con las galgas la distancia entre los platos del acoplamiento en las posiciones que hemos denominado “izquierda”, “derecha”, “arriba” y “abajo”. 2. Se mueven conjuntamente los dos árboles 90º, repitiendo las 4 medidas del paso anterior. Se opera igual para 180º y 270º. 3. Los valores así obtenidos se colocan en una tabla como la siguiente y se calculan los promedios. 4. Se conseguirá el alineamiento si: Izquierda = Derecha = Arriba = Abajo
Diagrama 2.1 Alineación mediante reloj radial y galgas Puede suceder que el plano del plato no sea perpendicular al eje, lo que puede generar otro tipo de error llamado “error de plano”. Este error se detecta una vez hecha la corrección al tomar de nuevo la serie de medidas indicadas en el punto 3. Si la media de las cuatro columnas coincide (confirmando que el desalineamiento angular se ha corregido), pero no coinciden los valores de las columnas para cada medida, hay error de plano. En la práctica se corrigen primero los errores angulares en el plano vertical y luego en el horizontal. Es decir, primero corregimos verticalmente un ángulo α para que arriba = abajo, y después corregimos horizontalmente un ángulo β para que derecha = izquierda.
Diagrama 2.2 Plano vertical
Diagrama 2.3 Plano horizontal
Alineación mediante relojes radiales alternados La desalineación en este método se determina gráficamente definiendo las posiciones relativas de las líneas de ejes. Los pasos a seguir son los siguientes: 1. Marcar sobre la superficie de uno de los semiacoplamientos un punto de referencia y otros 3 más a 90º, 180º y 270º, respectivamente. 2. Montar dos relojes comparadores, uno con su palpador apoyado en el exterior de un plato y su soporte asegurado en el eje de la otra máquina, ocupando la posición de 0º, y el otro colocado en la dirección contraria y en la posición de 180º 3. Anotar las lecturas que se obtienen en ambos relojes comparadores en las posiciones de 0º, 90º, 180º y 270º en el lugar correspondiente de la ficha de trabajo. 4. Se procede a la determinación de la desalineación en el plano vertical. Sobre el papel milimetrado, se traza el árbol EI de la máquina estacionaria en una posición arbitraria, situando respecto a él la posición de los platos PI y PII y de sus apoyos. 5. Con las lecturas en las posiciones 0º y 180º del reloj RII conocemos la distancia dII (posición relativa del eje EII respecto del eje EI en el plano de medida PI), de forma que podemos situar el punto II. 6. Con las lecturas en las posiciones 0º y 180º del reloj RI conocemos la distancia dI, (posición relativa del eje EI respecto del eje EII en el plano de medida PII), de forma que podemos situar el punto I. Uniendo los puntos I y II definimos la proyección sobre el plano vertical del eje EII. De esta forma
obtenemos la posición relativa del eje EII respecto al EI. Si situamos ahora sobre EII sus apoyos podremos ver gráficamente las distancias CI y CII, que representan las correcciones en los apoyos de EII necesarias para un correcto alineamiento. 7. De forma análoga, pero considerando las lecturas de las posiciones 90º y 270º, se procede al alineado en el plano horizontal.
Diagrama 2.4 Alineación mediante relojes radiales alternados
Conclusiones Se pueden resaltar aspectos importantes acerca del montaje y la alineación dentro de la industria, pero el rubro más importante de estos es sin duda el de la seguridad. La seguridad industrial es la encargada del estudio de normas y métodos tendientes a garantizar una producción que contemple el mínimo de riesgos tanto del factor humano como en los elementos (equipo, herramientas, edificaciones, etc.). Las constantes discusiones acerca de la competitividad de las empresas han girado en torno a varios elementos distantes de la producción salvo contadas excepciones. Sirva esta oportunidad para tratar uno de los puntos clave que se pueden considerar como característica de la empresa competitiva. La seguridad industrial y el mantenimiento de los equipos. Por otro lado y tal vez más importante es el correcto montaje y aplicación de la seguridad industrial para evitar accidentes entre los empleados, puesto que este tipo de traumatismos afectará a la empresa en muchos aspectos, como perder al trabajador y con él su experiencia y la pérdida de tiempo para el cumplimiento de los pedidos. En fin son muchos los puntos críticos. De esta manera, es necesario considerar la asignatura de Mantenimiento como una parte fundamental de nuestra carrera, puesto que en el futuro dependerá de ello la seguridad y la integridad del trabajador dentro de la industria.
BIBLIOGRAFIA. Adolfo Crespo Márquez, Pedro Moreu de León, Antonio Sánchez Herguedas. Ingeniería de mantenimiento .Técnicas y métodos de aplicación a la fase operativa de los equipos. Santiago García Garrido, Organización y gestión integral de mantenimiento, Ed. Díaz de Santos
www.educacion.es/educa/incual/pdf/1/05_042.pdf http://www.buenastareas.com www.wikepedia./monografias/cimentacion.com
