“Informe de falla de Báscula de camiones” Cristopher Andrés Pradines Jorquera Ingeniero Mecánico INGEPET 11 de Octubre 2022 ÍNDICE Objetivo general 3 Objetivos específicos 3 Características 4 Fallas críticas 5 Condiciones de carga 5 Cálculo estático 6 Análisis de resultados 7 Conclusión 8 Anexos 9 Objetivo general ● Establecer el cese de funcionamiento de la báscula de camiones, ubicada en Planta UNICON Ochagavía, determinando cuáles son las principales fallas que limitan su uso. Objetivos específicos ● Recabar antecedentes en terreno para la representación de la báscula en un modelo 3D fidedigno y, así, simular bajo las condiciones generales en las cuales opera. ● Analizar los resultados de esfuerzo y deformación obtenidos en la simulación, los cuales determinarán la viabilidad de la reparación del equipo, o bien, darlo de baja. Características Para la representación de la báscula, se diseñó el módulo bajo los siguientes criterios: ● Losa de hormigón armado. ● Malla de fierro estriado ubicada a 50 mm, desde la parte inferior de la losa. ● Cuadriculado 150 mm x 150 mm, en fierro estriado de 12 mm, calidad ASTM A-63. ● Marco módulos en viga UPN calidad ASTM A-63. Ver anexo 1. ● Camión Mixer Freightliner M2 112 8X4 80KDD13. Ver Anexo 2. No se considera: ● Pérdida de resistencia mecánica en 20 años de uso. ● Espesores reales de las vigas, producto de la corrosión. ● Caso cargas dinámicas, (producto del evidente deterioro de la estructura). ● Deformaciones permanentes de los módulos. Fig. 1. Módulos y sus partes principales a evaluar . Fuente: elaboración propia. Fallas críticas En la inspección visual en terreno, se encontraron diferentes puntos de fallas irreversibles, tales como; grietas en la superficie de la losa y corrosión en toda la estructura entre otras. A continuación, se evidencian las fallas de alta criticidad. 1. Fractura de cordón de soldadura en el Alma y deformación permanente en Ala. 2. Rotura en Alma Viga Transversal Módulo. 3. Deformación permanente en Viga transversal Módulo. 4. Deformación permanente, producto de la articulación forzada de la unión. 5. Aplastamiento en tapa metálica y unión de módulos. Fig. 2 . Fotos de Fallas críticas tomadas en terreno. Fuente: elaboración propia. Condiciones de carga Para realizar el análisis estructural y los cálculos de carga estática de la báscula, se considerará: ● Peso de la Báscula W= 35 toneladas. ● Carga Primer Tándem = F1t = 2 puntos de apoyo = 5 toneladas c/u. ● Carga Tándem Triple = Ft3 = 6 puntos de apoyo = 5.8 toneladas c/u. ● Báscula 20x3x0.2m En la Figura N°3 se presenta el DCL del sistema de pesaje, donde se identifican las cargas externas bajo las cuales está operando la báscula, volviéndose una representación estimativa del comportamiento de las deformaciones en la estructura. Fig. 3 . Diagrama de cuerpo libre de la báscula . Fuente: elaboración propia. Cálculo estático ∑𝐹𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎𝑠 𝑣𝑒𝑟𝑡𝑖𝑐𝑎𝑙𝑒𝑠 = 0 𝐹1𝑡 + 𝐹𝑡3 + 𝑊 − 𝐹𝑛 = 0 𝐹𝑛 = 𝑅𝑒𝑠𝑡𝑟𝑖𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 𝑓𝑙𝑜𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠. 𝐹𝑛 = 𝐹𝑛 (1 − 2) + 𝐹𝑛 (3 − 4) + 𝐹𝑛 (5 − 6) + 𝐹𝑛 (7 − 8) + 𝐹𝑛 (9 − 10) Ecuación 1. Ecuación de Equilibrio de fuerzas verticales. Los resultados de las reacciones se pueden visualizar en el Anexo 3, en el cual detalla que punto de apoyo 7 y 8 es en donde existe una mayor fuerza normal de contacto cercana a los 120 kN. Estos valores cumplen con la capacidad de la celda de carga (300 kN). Análisis de resultados Para el análisis se considera acero estructural A 36, y sus propiedades mecánica dada según anexo 1. Para ello se evaluará la simulación en condiciones estáticas, dando los siguientes valores de esfuerzo normal según Figura 4. Fig. 4 . Diagrama de esfuerzo en viga lateral . Fuente: Inventor Autodesk. Los resultados de la simulación muestran valores por fuera de los rangos admisibles de operación; siendo en las Vigas laterales donde existe el mayor esfuerzo, con un valor de 629.364 MPa, por lo que no cumple con los valores estándares del diseño, según la siguiente fórmula. σ 𝑎𝑑𝑚𝑖𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒 = 0. 6 * σ 𝑓𝑙𝑢𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 σ 𝑎𝑑𝑚𝑖𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒 = 0. 6 * 207 = 206. 4 𝑀𝑃𝑎 Ecuación 2. Rangos admisibles de diseño. Cabe destacar que el esfuerzo se transmite a la unión de módulos afectando también la alta corrosión en la estructura y fatiga de material, trayendo como consecuencia fallas tales como aplastamiento, deformación permanente y rotura del material. En la siguiente imagen se muestran los valores de esfuerzo en la unión de módulos, siendo el mayor -254.4 MPa. La unión no cumple con la condición mínima de diseño. Fig. 5. Esfuerzo máximo de unión de módulos. Fuente: Inventor Autodesk. Conclusión Tras el trabajo de Simulación y el Análisis de los resultados obtenidos, a comparación del caso de planta UNICON Ochagavía, se establece que el módulo según modelo representativo no está cumpliendo con los valores admisibles de diseño, puesto que la unión no tiene la superficie suficiente requerida para disminuir el esfuerzo, operando en condiciones dinámicas de sobre esfuerzo. Por otra parte, se debe considerar que para la simulación los valores no contempla la fatiga del material, puesto aquello, existe una mayor criticidad de los elementos de unión; en consecuencia de esto, no es viable la reparación de cualquier elemento o parte de la báscula, ya que la calidad del material fatigado, no está dentro de sus rangos tabulados de diseño y la aplicación de soldadura no tendría una penetración adecuada para garantizar su resistencia al ser aplicada. Anexos Anexo 1. Propiedades mecánicas. Fuente: Software INVENTOR professional autodesk. Anexo 2. Catálogo Kaufmann Freightliner CHASSIS M2-112 8X4 80K MBE 350 MIXER EPA. Anexo 3: Fuerzas y Pares de Reacciones Restricciones. Fuente: Inventor Autodesk. Anexo 4. Resultados estáticos. Fuente: Inventor Autodesk.
