Universidad Tecnolo gica de Panama

Facultad de Ingeniera Elctrica

Ingeniera Electromecnica

Diseo Mecnico Reporte de Fallas

Por: Muriel Snchez (8-867-1335)

Roberto Meana ( 8-863-2002)

Felix Brow (3-729-1229)

Profesor: Carlos Plazaola

Lunes 18 de noviembre de 2013

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Tabla de contenido

Tabla de contenido .......................................................................................................................................................... 1

Introduccin .................................................................................................................................................................... 2

Resumen .......................................................................................................................................................................... 2

Captulo I: Planteamiento del Problema ........................................................................................................................... 3

A. Problemtica ........................................................................................................................................................ 3

B. Delimitacin de la Investigacin ........................................................................................................................... 3

C. Justificacin ...................................................................................................................................................... 4

D. Limitaciones ..................................................................................................................................................... 4

E. Objetivos .............................................................................................................................................................. 4

Capitulo II: Fundamentacin Terica ................................................................................................................................ 5

Capitulo III: Hiptesis y Variables ..................................................................................................................................... 8

A. Hiptesis .............................................................................................................................................................. 8

B. Variables a considerar .......................................................................................................................................... 8

Capitulo IV: Metodologa de Investigacin ......................................................................................................................10

A. Enfoque de la Investigacin .................................................................................................................................10

B. Tipo de Investigacin, Materiales y Mtodos ......................................................................................................10

C. Discusin de Resultados ......................................................................................................................................11

Conclusin ......................................................................................................................................................................12

Recomendaciones ...........................................................................................................................................................12

Bibliografa .....................................................................................................................................................................13

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Introduccin

Como proyecto de la clase de diseo mecnico nos corresponde hacer el anlisis de falla en el

soporte de una gra en un accidente que haba ocurrido el ao pasado, a la hora de hacer nuestro

anlisis utilizamos el manual de cmo se instala la gra, como es su funcionamiento y las

condiciones climticas a la cual es seguro utilizarla, ya que la facha de esta gra causo la muerte de

una persona y adems causo que otras personas que estaban en las misma tuvieran lesiones.

Primero en este trabajo compartiremos como fue que ocurri el suceso y despus poco a poco

definiremos las posibles causas que llevaron a que esto sucediera.

Resumen

La gra torre es un aparato de elevacin de funcionamiento discontinuo destinado a elevar y

distribuir, en el espacio, las cargas suspendidas de un gancho o de cualquier otro accesorio de

aprehensin; a lo largo del informe se va a estar desarrollando sobre una parte especfica, las

plataformas de subida y de bajada. Las fotos a continuacin son para que el lector tenga una idea de

que se est hablando, estas son fotos de otra mquina.

A continuacin se detallar el problema, cmo llevamos a cabo este informe, las bases tericas que

tomamos en cuenta para tener una respuesta coherente a los anlisis mostrados, mostraremos

nuestras posibles hiptesis y una respuesta final a lo que creemos que se debi la falla.

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Captulo I: Planteamiento del Problema

Se estaban desmontando una gra en una construccin, cabe recalcar que ese da llova, lo que

sucedi fue que en algn momento de esta desinstalacin ocurre algo que hace que una parte de la

gra sufra una ruptura y esto ocasiona la muerte de un trabajador y causa lesiones en otros

trabajadores ms.

A. Problemtica A continuacin vamos a discutir la falla que tuvo lugar en una gra de carga causando as su ruptura.

El incidente habr sido causado por algn error humano en la instalacin?, ser posible que a la

hora de desmantelar no siguieron bien el manual y quitaron alguna pieza que no deban y esto no

permiti que hubiera un esfuerzo igual en el sistema lo que ocasiona que una pieza por tener un

esfuerzo mayor al normal se rompiera?, recordando que ese da estaba lloviendo se podra decir que

la visibilidad era escasa.

Ser posible que las piezas utilizadas en la instalacin del equipo no estaban en buen estado o que

no eran las correctas; otra posible causa puede ser que las piezas estaban mal de fbrica y como

estaba mal de fbrica, desde el primer momento que se utiliz comenz a debilitarse y esto llevo a

que ocurriera una ruptura en la pieza.

Se oper la maquina correctamente durante todo el proceso (Instalacin-Uso-Desmantelamiento)?,

en una tercera instancia podemos tratar de investigar si el problema fue en la misma instalacin de la

mquina o a la hora de desmontarla, por no haber sido instalada correctamente la pieza cedi a las

fuerzas adicionales y tuvo una ruptura.

Cabe destacar que todas estas suposiciones las estamos realizando pre al anlisis de los datos.

B. Delimitacin de la Investigacin Para este estudio se analiz las fracturas del extremo del eje del pistn (pieza daada), las posibles

condiciones climticas, tendremos en consideracin los errores humanos y analizaremos las

advertencias de uso de la torre gra en donde se encontraba la pieza.

El montaje y el desmontaje. Son quizs las partes ms difciles y peligrosas de todos los

procesos que se relacionan con este tipo de equipos ya que el mnimo error de cualquiera de

sus participantes podra significar una colisin segura.

Las fuerzas que actan, como por ejemplo la velocidad del viento ya que ella puede hacer que

la gra se desplome

Los momentos

Estabilidad y equilibrio

Las sobrecargas, el viento y otros factores

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C. Justificacin Como resultado de este incidente 5 personas resultaron seriamente lastimadas y 1 fallecido, adems

de que alguien debe hacerse responsable de lo sucedido, nos debemos encargar de que no vuelva a

suceder algo parecido. Al terminar nuestra investigacin y obtener los resultados se har contacto

inmediato con todas las asociaciones involucradas, con esto buscamos evitar este tipo de sucesos y

brindarle seguridad a todos los colaboradores que ponen da a da sus vidas en riesgo.

D. Limitaciones Para este informe se necesitaban fotos de la seccin del pistn, fotos del rea en donde ocurri la

falla, verificar estatus de la idoneidad del operador entre otras informaciones, lastimosamente en

esta investigacin solamente contamos con el pistn (la pieza daada) y con los manuales de

ensamblaje y de funcionamiento de la torre gra.

Tambin hiso falta comprobar que se realizan correctamente las verificaciones peridicas, cada 4

meses y las comprobaciones correspondientes por personal competente debidamente

documentadas cada vez que se instala. Adems se debe comprobar que se realizan las

inspecciones extraordinarias cada 2 aos en el caso en que la instalacin se mantenga durante un

tiempo prolongado.

E. Objetivos Encontrar la razn real de la ruptura del elemento en discusin.

Utilizar nuestros conocimientos obtenidos en el curso de Diseo Mecnico para llegar a la

conclusin ms factible.

Elaborar medidas de contencin para prximos proyectos civiles.

Crear conciencia de la importancia que tiene el orden y la responsabilidad al trabajar en un

proyecto de construccin.

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Capitulo II: Fundamentacin Terica

En este captulo se exponen algunos principios, axiomas o leyes que rigen las relaciones de los

fenmenos que son parte de la realidad a estudiar y que de alguna manera estn incidiendo o son

parte de la casualidad o estructura lgica de las explicaciones tericas de alguna disciplina cientfica.

Qu es una torre gra?

Es un aparato de elevacin de funcionamiento discontinuo, destinado a elevar y distribuir las cargas

mediante un gancho suspendido de un cable, desplazndose por un carro a lo largo de una pluma.

La gra es orientable y su soporte giratorio se monta sobre la parte superior de una torre vertical,

cuya parte inferior se une a la base de la gra. La gra torre suele ser de instalacin temporal, y est

concebida para soportar frecuentes montajes y desmontajes, as como traslados entre distintos

emplazamientos. Se utiliza sobre todo en las obras de construccin.

Est constituida esencialmente por una torre metlica, con un brazo horizontal giratorio, y

los motores de orientacin, elevacin y distribucin o traslacin de la carga.

La torre de la gra puede empotrarse en el suelo, inmovilizada sin ruedas o bien desplazarse sobre

vas rectas o curvas. Las operaciones de montaje deben ser realizadas por personal especializado.

Asimismo las operaciones de mantenimiento y conservacin se realizarn de acuerdo con

las normas dadas por el fabricante.

La gra se compone de tres partes cabeza con brazos, torre desmontable y base. La primera,

cabeza con brazos, esta dimensionada de acuerdo a la influencia de las caractersticas de cargas y

alcances. La segunda, torre desmontable, esta dimensionada principalmente por la influencia de la

caracterstica de altura. La tercera est afectada por la influencia de las dos anteriores y tiene

como misin principal la estabilidad tanto durante la carga como cuando no est funcionando la gra.

Para este punto tambin habr que tener en cuenta la posibilidad de movilidad de la gra.

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Plataforma de giro / Trepador

Una plataforma de giro ubicada en la punta del mstil aloja el motor y la maquinaria que permite que

la gra pueda rotar. Justo debajo de la plataforma de giro se encuentra el trepador, la pieza que

permite que el mstil se pueda aumentar. La plataforma de giro se separa del mstil a travs de unos

pistones hidrulicos que la elevan ubicados en el trepador. Una vez realizado de este proceso, se

puede levantar e insertar una nueva unidad de mstil en la gra, con la posterior reconexin de la

plataforma de giro.

Qu es una carga axial y una carga de flexin?

Se puede decir que carga axial es aquella que aparece como resultante de un sistema de cargas,

misma que transcurre por el eje senoidal de la seccin del elemento cargado, ya sea en tensin o

compresin; En ingeniera se denomina flexin al tipo de deformacin que presenta un elemento

estructural alargado en una direccin perpendicular a su eje longitudinal.

Anlisis de esfuerzo bajo cargas combinadas

Si bien hay muchas maneras de analizar una estructura sometida a ms de un tipo de carga, por lo

general el procedimiento incluye los siguientes pasos:

Se elige un punto en la estructura para determinar los esfuerzos y las deformaciones (Por lo

general se escoge un punto en una seccin transversal, donde los esfuerzos son grandes; por

ejemplo, en una seccin transversal, donde el momento flexionante tiene su valor mximo).

Para cada carga sobre la estructura se determinan las resultantes de esfuerzo en la seccin

transversal que contenga el punto seleccionado (Las posibles resultantes de los esfuerzos son

una fuerza axial, un momento de torsin, un momento flexionante y una fuerza cortante).

Se calculan los esfuerzos normal y cortante en el punto seleccionado debidos a cada una de

las resultantes de esfuerzos. Adems si la estructura es un recipiente a presin, determinar

los esfuerzos debidos a la presin interna.

Teoras de fallo

Se conocen como teoras de fallo o criterios de fallo a los criterios usados para determinar los

esfuerzos estticos permisibles en estructuras o componentes de mquinas. Se utilizan diversas

formulaciones, dependiendo del tipo de material que se utiliza.

Teora de la tensin tangencial mxima (Criterio de Tresca): Esta teora fue propuesta

por Henri Tresca, bajo este criterio una pieza resistente o elemento estructural falla cuando en

alguno de sus puntos sucede que:

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Teora de la mxima energa de distorsin (Criterio de Von Mises): La expresin propuesta

por Von Mises y Hencky, de acuerdo con este criterio una pieza resistente o elemento

estructural falla cuando en alguno de sus puntos la energa de distorsin por unidad de

volumen rebasa un cierto umbral; En trminos de tensiones este criterio puede escribirse

sencillamente en trminos de la llamada tensin de von Mises como:

,

Teora del mximo esfuerzo normal: Propuesta por Rankine, bajo este criterio un material

frgil fallar si en alguno de sus puntos sucede que:

Criterio de falla de Mohr: En laboratorio una muestra del material se conforma como una viga

en rotacin a la cual se aplica un momento flector puro, de forma que el esfuerzo vara de

tensin mxima a compresin mxima.

Qu son los materiales dctiles y los materiales frgiles?

Se considera materiales dctiles a aquellos que pueden deformarse considerablemente antes de

llegar a rotura. Para este tipo de materiales existen dos teoras, la teora de la mxima tensin

cortante y la teora de la mxima energa de distorsin. Se dice que un material es frgil cuando es

muy poca la deformacin que presentan antes de romperse. Para este tipo de materiales existen dos

teoras, la teora del mximo esfuerzo normal y el criterio de falla de Mohr.

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Capitulo III: Hiptesis y Variables

En este captulo deben expresarse los supuestos bsicos que orientan la bsqueda de la informacin

y cmo stos han sido operacional izados a travs de la relacin esperada de las variables. De igual

manera deben exponerse los indicadores que permitirn medir el comportamiento de las variables a

evaluar.

A. Hiptesis

Las fuerzas deben estar en su punto centro.

Malas condiciones climatolgicas: recordemos que es da estaba lloviendo y podemos decir

que haba poca visibilidad.

Posible mal ensamblaje o desmonte: que a la hora de hacer desmonte no siguieron bien el

manual y quitaron alguna pieza que no deban y esto no permiti que hubiera un esfuerzo

igual en el sistema lo que ocasiona que una pieza por tener un esfuerzo mayor al normal se

rompiera; En una tercera instancia podemos tratar de investigar si el problema fue en la

misma instalacin de la mquina que a la hora de desmontarla, por no haber sido instalada

correctamente la pieza cedi y tuvo una.

Fallas de material: las piezas estaban mal de fbrica y como estaba mal de fbrica, desde el

primer momento que se us comenz a debilitarse y esto llevo a que ocurriera una ruptura en

la pieza.

Mala operacin: este vendra siendo un error humano; La gra torre solo puede ser

manipulada por personal que disponga del carn oficial de operador de gra torre y sea

designado para el manejo por el usuario

Fallas de diseo: es posible que el diseador de la gra no tomara en cuenta diversos

factores que pueden interferir con el desempeo o estabilidad.

B. Variables a considerar Antes de desmontar una gra, las condiciones climatolgicas deben ser ptimas. Fuertes vientos o

lluvia pertinaz son malos indicadores para poder llevar a cabo un desmontaje con xito. Es

importante consultar el manual de fabricante de la gra para determinar cul es la velocidad de

viento mxima permitida, y medirla mediante el uso de un medidor de velocidad de viento

(ANEMOMETRO).

Asimismo, las personas que suben a la gra torre deben estar 100% enganchadas para evitar

muertes por cadas de altura. Para ello, es prudente identificar puntos de anclaje adecuados, con el

propsito de asirse adecuadamente a los mismos por medio de arneses de cuerpo entero y eslingas

adecuadas. De igual forma, es necesario llevar a cabo una revisin de los mecanismos de izaje de la

gra misma, o sea, sus bombas hidrulicas, que son los aparatos responsables de subir/bajar la

estructura propia de las mismas de acuerdo a los mandos enviados por los operadores de gra.

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Tambin es importante que se conozca la secuencia de desmontaje de la gra, pues la misma va

"quitndose" de encima pieza por pieza, con la ayuda de otra gra a nivel de piso, que generalmente

es una gra telescpica.

En las especificaciones de la Torre gra se encontr que:

Se deben conocer y respetar las limitaciones de carga. Debe estar prohibido:

Utilizar la gra para el transporte de personal.

Elevar cargas superiores a las especificadas por el fabricante.

Trabajar con vientos superiores a los indicados por el fabricante (60 Km/h)

o con tormentas elctricas prximas.

Se debe evitar:

Transportar las cargas por encima del personal.

Realizar ms de tres rotaciones completas en el mismo sentido.

Trabajar con accesorios en mal estado

Trabajar fuera de los lmites sealizados de la zona de trabajo

Al ver estas consideraciones hay que recordar que el da que se dio la falla estaba lloviendo.

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Capitulo IV: Metodologa de Investigacin

Este captulo comprende la descripcin de la estrategia a seguir expresada a travs del tipo y

modalidad de la investigacin, la caracterizacin de las unidades de anlisis, las tcnicas, procesos e

instrumentos de medicin a ser utilizados; los cuales se expresarn en los siguientes apartados:

A. Enfoque de la Investigacin Este informe est centrado en ver como se origin la falla tomando en cuenta toda clase de factores,

ya sea mecnico, humano, climatolgico o de diseo.

B. Tipo de Investigacin, Materiales y Mtodos El instructor del curso nos proporcion de varias evidencias y a la vez de informacin crucial para

resolver este dilema. De la misma manera le acudimos para algunas preguntas que nos parecieron

pertinentes saber a la hora de resolver el problema.

El proceso que utilizamos para la resolucin del problema fue un confiable mtodo de descarte a

partir de los muchos datos que obtuvimos analizando las evidencias y repasando la informacin.

Comenzamos por descartar la posibilidad de falla por efectos climticos, la informacin indica que a

pesar de estar lloviendo, la lluvia no era lo suficientemente fuerte para nublar la visibilidad o sentir

molestias.

Por con siguiente proseguimos a analizar la pieza daada. Al prestarle un poco de atencin a la

pieza, pudimos notar por la forma del corte en la falla que la fractura se dio por una carga de flexin,

esto nos llev a analizar el diseo de la misma gra y se pudo observar que la misma estaba

solamente diseada para resistir cargas axiales, pero si la gra solo puede resistir cargar axiales y

est diseada para eso entonces a que se debe la flexin que ocurri que llevara que esto

sucediera.

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El proceso de instalacin y desinstalacin del equipo se hizo bajo la gua

de un manual estndar, y de igual manera la operacin del mismo durante

todo el trayecto no demostr causar problemas ni sospechas de cualquier

tipo, descartando as la posibilidad del manejo impropio del instrumento.

Al analizar la forma en que quedo la pieza y ver como se instala la misma

se puede ver que el pistn est unido a una pieza en forma de V invertida

que se instala en el mstil de la gra, se pudo ver que solamente estaba

sujeta de un solo lado y el otro no, lo cual nos dios una idea y una buena

seal de ver como se dio la falla.

C. Discusin de Resultados La pieza que se rompe estaba solamente diseada para soportar cargas axiales segn previas

explicaciones del profesor, y lo que llevo a que la pieza fallara fue una flexin, ya que la pieza solo

estaba ajustada de un lado y esto llevo a que hubiera un momento flector ya que el otro extremo

donde se ajustaba no pasaba fuerza ni nada ya que no estaba ajustado por el problema de

instalacin ya descrito.

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Conclusin

Las conclusiones en el informe de investigacin, hacen referencia a los resultados concretos que se

obtuvieron en el desarrollo de la investigacin y que fueron presentados ampliamente en el

desarrollo del cuerpo del trabajo.

Viendo el dibujo podemos observar que si en los dos lados de la pieza de V invertida estn sujetos al

mstil, la fuerza P que ejerce el pistn se traspasa a el mstil por dos puntos es decir P/2 y P/2, esto

ocurre si estn los dos lados enganchados, pero si uno no logro engancharse bien toda la P se

desviara hacia un lado haciendo que la pieza sufriera una flexin y esto la llevara a ceder y daarse.

La pregunta que nos hacemos ahora es por qu esto ocurri si estos procesos deben seguir un

orden para garantizar una buena instalacin del equipo.

Al analizar el proceso de instalacin, nos podemos percatar que a la hora de instalar la gra el

trabajador esta de un lado y solo puede ver si la pieza engancha de un lado pero no logra visibilizar

si el otro tambin engancho. Es decir que el problema ocurri por un mal formato de instalacin, el

instalador debera verificar que la pieza en V invertida enganche en los dos lados aunque se tome

ms tiempo a la hora de hacerlo.

Recomendaciones

Al analizar la pieza de forma de V invertida se puede ver que sus partes que son las que se sujetan

al mstil tienen movimiento libre, las dos no estn obligadas a moverse a una sola direccin. Para

prevenir este problema de diseo se sugiere que cuando una de las pisas enganche, la otra tambin

de manera mecnica, una buena manera de lograr esto es instalando un tubo entre las dos partes de

la V invertida que se sujetan al mstil de la gra y as lograr que tenga un movimiento en la misma

direccin y que cuando una enganche la otra lo haga tambin.

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Bibliografa

Richard G. Budynas y J. Keith Nisbett; Diseo en ingeniera mecnica de Shingley; novena

edicin, McGrawHill, 2010

http://www.monografias.com/trabajos12/guiainf/guiainf.shtml

http://www.insht.es/InshtWeb/Contenidos/Documentacion/FichasTecnicas/NTP/Ficheros/701a

750/ntp_701.pdf

http://juanpablohernandezflores.blogspot.com/2009/12/pasos-previos-al-desmontaje-de-una-

grua.html

http://www.monografias.com/trabajos32/grua-torre/grua-torre.shtml

http://www.ehowenespanol.com/partes-grua-torre-info_77949/

http://ctorrestrj.blogspot.com/2011/11/analisis-de-esfuerzo-bajo-cargas.html