REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACION UNIVERSITARIA INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO “SANTIAGO “SANTIAGO MARIÑO” MARIÑO”
EXTENSIÓN MATURÍN INGENIERIA CIVIL
Mantenimiento de estructuras y mantenimiento de sistemas de tuberías de conducción de agua.
Profesor: Ing. Luis Jiménez
Alumna: Daniela Marín. CI.25.811.359
Maturín, Agosto del 2017
Indice Introducción………………………………………………………………………………….Pag.1
Conceptos básicos del mantenimiento de estructuras…………………………………………………………………..………………….Pag.2
Identificar las fallas en estructuras en función de la acción que la genere…………………………………………………………………………………………. ..Pag.7
Establecer los correctivos en estructuras según el tipo de falla presente…………………………………………………………………………………….….Pag.14
Describir los términos técnicos del mantenimiento del mantenimiento en sistemas de tuberías de conducción de agua……………………………………………………………………….Pag.17
Identificar y diagnosticar las fallas que se presenten en los sistemas de tuberías…………………………………………………………………………………………Pag.20 Establecer los correctivos según el tipo de falla presente………………………………………………………………………………………..Pag.22
Conclusión…………………………………………………………………………………..Pag.23
Bibliografía…………………………………………………………………………………..Pag.24
Introducción El mantenimiento de las estructuras y de los sistemas de abastecimiento de agua con el paso del tiempo a tomado suma importancia el mantenimiento se ha posicionado como el actor principal en el desarrollo de técnicas y estrategias básicas que además de apoyar el crecimiento del mismo; consolidan su éxito en garantizar que cualquier activo físico continué cumpliendo con las funciones operacionales para las cuales fue diseñado. Aparentemente abordar el mantenimiento sin ningún tipo de estrategia ni organización, limitándonos a reparar daños producidos o, en el mejor de los casos, realizando la gama de mantenimiento recomendada por los fabricantes de equipos y maquinarias, es la mejor forma de no hacer mantenimiento. En instalaciones críticas el mantenimiento cobra un papel primordial. Al realizar un mantenimiento adecuado de las abordaremos el mantenimiento como una herramienta de valor dentro del proceso productivo, tratando de eliminar costos en la ejecución del mismo sin perder su finalidad, que es la explotación del medio a mantener el mayor tiempo posible y con el menor costo.
1. Conceptos básicos del mantenimiento de estructuras
Se puede definir como mantenimiento de una estructura toda actividad que sea de beneficio para dicha estructura, su finalidad es alargar la vida útil y garantizar el uso, estética, prevenir futuras fallas, durabilidad, funcionalidad, entre otros.
Se entiende por manteamiento de una estructura el conjunto de actividades necesarias para que el nivel de prestaciones para el que ha sido proyectada, con arreglo de los criterios de la presente instrucción, no disminuya durante su vida útil de proyecto por debajo de un cierto umbral, vinculado a las características de resistencia mecánica, durabilidad, funcionalidad y, en su caso, estéticas. Para ello, a partir de la entrada en servicio de la estructura, la propiedad deberá programar y efectuar las actividades de manteamiento que se indican en este artículo, de forma coherente con los criterios adoptados en el proyecto.
Cuando, en función de las características de la obra, exista reglamentación específica para su manteamiento, esta aplicara conjuntamente con lo indicado.
El manteamiento es una actividad de carácter preventivo, que evita o retrasa la aparición de problemas que, de lo contrario, tendría una resolución más complicada y una cuantía economía muy superior.
2. Identificar las fallas en estructuras en función de la acción que la genere según su tipo: Infraestructura Superestructura (definición y características).
y
Infraestructura son todos aquellos elementos que están debajo de la superficie y soportan las cargas de los elementos que se apoyan en dichos elementos, los cuales pueden ser zapatas, pedestales, vigas de riostra, losas de fundación. Superestructuras se definen como los elementos estructurales que se encuentran sobre la superficie, su función es soportar cargas las cuales son distribuidas a la infraestructura entre ellas están las vigas bien sean de amarre o de carga, columnas y losas de entrepiso o techo.
Clasificación de las estructuras según los materiales que la conforman: Estructuras de madera, acero y concreto armado (definición y características).
El acero es un material muy resistente, dúctil, manejabilidad, permite una mayor comodidad de trabajo, puede soportar altas temperaturas, mayor
rapidez y eficacia a la hora de trabajar. El acero trabaja mucho mejor a tracción, es un material costoso y delicado a la hora del mantenimiento. La madera como material liviano de construcción no es muy resistente, es usado mayormente para puntales, encofrados, tableros, cuartones, también es usado en techos. Y también puede llegar a usarse con propósitos constructivos para edificaciones. El concreto armado es el más usado en estructuras debido a que está conformado por la mezcla de concreto y barras de acero que aportan rigidez a la estructura, no es muy resistente a tracción, trabaja mejor a compresión. Identificación, evaluación y diagnóstico de fallas generadas por la acción de cargas: Tracción Axial, Compresión Axial, Flexión, Corte, Punzonado y Torsión (definición y características). Causas Usuales de Falla La causa de una falla mecánica está relacionada directamente con las personas, es incorrecto pensar que una fuerza es la causa de la falla, como se argumenta más de alguna vez: “la causa de la falla es la fatiga de materiales”, lo que es absolutament e falso.
En el listado se mencionan las causas más comunes de fallas: Fabricación inapropiada de la pieza. Mecanizado, tratamientos térmicos, conformación (forja, laminado.) Selección inadecuada del material de fabricación de la pieza o
componente mecánico. Mal diseño del componente. Cálculos de diámetros, espesores, longitudes, esfuerzos.
Mala utilización en servicio. Instalación, exigencias (sobre esfuerzo), mantenimiento.
Cargas y Esfuerzos. Para que se produzca una falla mecánica se debe aplicar una fuerza o esfuerzo sobre el elemento mecánico, esta fuerza no es la causa de la falla. Tipos de cargas:
Tensión (tracción): Las cargas o fuerzas de tensión son las que tiran en sentidos opuestos a la pieza para separarla. Compresión: Son lo contrario a las cargas de tensión. Las fuerzas tratan de comprimir un objeto para unirlo o hacerlo más corto. Flexión: Es un tipo de esfuerzo en que la carga se manifiesta perpendicularmente al eje longitudinal de la pieza y por tanto tiende a producir giro en torno a los puntos de apoyo. Torsión: Las cargas se manifiestan en el sentido tangencial al eje longitudinal de la pieza provocando en ella movimientos de giro y deformación angular. Debido a que las líneas de deformación generadas por las cargas opuestas en los extremos de la pieza se contraponen, los componentes afectados por torsión tienden a
retorcerse. Corte (Cizalle): Son dos fuerzas contrarias muy próximas de la sección transversal de una pieza, éstas se deslizan con movimiento relativo entre uno y otro. Cuando esto ocurre, se dice que esta sección está sometida a esfuerzo cortante.
Esfuerzos.
Es la resistencia interna ofrecida por un material a la aplicación de una fuerza por unidad de superficie. Existen dos tipos de esfuerzo, esfuerzo axial y de corte.
La relación entre esfuerzo y tipo de solicitación son los siguientes:
Esfuerzo de Tensión y Compresión: Un elemento está sometido a tracción cuando se aplica sobre él una fuerza normal a su sección transversal o de forma axial. Esfuerzo de Flexión: Se generan esfuerzos axiales de compresión y tracción.
Esfuerzo axial de compresión
Esfuerzo axial de tracción
Esfuerzo de Torsión: Debido a las cargas de torsión, en el eje se producen esfuerzos de corte
Esfuerzos de Corte Puro: Se producen cuando se aplica una carga paralela a una superficie
Resumen: Carga Axial
Esfuerzos
Ejemplos Cables, eslabones, barras tensadas.
Flexión
Vigas, ejes, resortes en hoja. Raíz de dientes de engranes.
Torsión
Ejes, árboles, resortes en espiral.
Corte o Cizalle
Sistemas de unión. (remaches, pernos, soldadura). Elementos de transmisión . (cuñas, pasadores)
Contact o
Cojinetes, dientes de engrane.
Fractura
La fractura se define como la separación de un cuerpo en dos o más partes debido a la aplicación de una fuerza estática o dinámica. Es muy importante poder clasificar las fracturas para poder determinar que las causó. La clasificación se puede realizar por medio de la observación cuidadosa de la textura, color, reflectividad y características de la superficie. La textura o aspereza de la fractura es determinada por la velocidad de propagación. Las que se propagan rápidamente presentan superficies ásperas. Las que se propagan lentamente tiene superficies más suaves Las fracturas en su superficie varían de color, de plata a negro oscuro. El color puede ayudar a identificar las fracturas. La reflectividad ayuda también a identificar las fracturas, pues algunas reflejan mejor la luz que otras. Las fracturas frágiles a veces brillan. Las fracturas dúctiles rara vez reflejan. Características de las Superficies de Fractura Las Fracturas en materiales blandos desarrollan más características identificadoras en su superficie que las fracturas en materiales duros. Según la dureza del material las fracturas se clasifican en: Fractura Dúctil: Deformación plástica considerable antes de la fractura. Los granos en una fractura dúctil son torcidos y estirados antes de romperse. Su forma y la forma de la pieza cambia significativamente. •
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Fractura dúctil en Tracción
Fractura Dúctil causada por una sobrecarga de tensión. La textura es áspera, de color gris oscuro, falta de reflexión y labio de corte.
Fracturas Dúctiles Debidas a Cargas de Flexión
En este caso la Fractura Dúctil, produce superficies ásperas de color gris oscuro. El labio de corte generalmente aparece en el lado de compresión de la fractura y es la última sección de metal que se desprende.
Fracturas Dúctiles Debidas a Cargas de corte
En este caso la fractura dúctil debida a cargas de corte produce una superficie bastante suave (satinada o sedosa)
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Fractura dúctil en Torsión Pueden ocurrir en el plano de corte transversal o longitudinal Si es en el plano de corte transversal (superficie suave y sedosa salvo en el centro que es áspera y gris oscuro) Si es en el plano de corte longitudinal, el flujo de grano puede exponerse produciendo una superficie gris leñosa. Fractura Frágil Generalmente es el resultado de una carga de impacto súbita. Ocurre de repente y con poca deformación plástica (no cambia de forma la pieza). Si los trozos se volvieran a juntar, parecería que la pieza no hubiera sufrido mucho daño. Las fracturas Frágiles se pueden dividir en dos tipos:
-Fracturas Frágiles por Clivaje o Transgranulares. -Fracturas Frágiles intergranulares. Fractura Frágil por Clivaje o Transgranular Posee una textura áspera
Coloración medio grisácea
No hay deformación plástica
En materiales duros, la superficie puede brillar como si tuviera diamantes. En materiales más blandos se desarrolla una característica de superficie llamada “CHEVRON” o “SARDINETA”, lomos que se
propagan a medida que la fractura crece.
Fractura Frágil Intergranular Las fracturas Frágiles Intergranular poseen la mayoría de las características de las fracturas frágiles por clivaje, la única diferencia es que no brillan tanto como las causadas por clivaje. Fractura frágil por tracción (clivaje) La superficie de fractura suele ser brillante y cristalinas. Superficie fibrosa, se observa la descohesión. Foto corresponde a un perno sobrecargado.
Fractura Material Frágil por torsión En un plano a 45° respecto al área transversal se produce un sistema de esfuerzos principales de tensión que produce la fractura.
Causas de Fractura Frágil Cuando una fractura frágil muestra características por clivaje, pero no brilla o lo hace muy poco, se debe examinar la superficie con detención (lupa) para verificar si existen zonas ásperas (fractura intergranular) Es importante identificar fracturas intergranulares pues ellas se producen por una combinación de cargas, ambiente de trabajo y materiales o procesos que no son compatibles entre sí.
Fractura por Fatiga Es una forma de falla que ocurre en elementos mecánicos sometidos a cargas dinámicas y cíclicas. La fractura se produce después de un largo tiempo de aplicación de cargas repetidas o deformaciones cíclicas. La fractura ocurre siempre a niveles de esfuerzo muy inferior a los de resistencia a la tracción o de cadencia. Las cargas aplicadas pueden ser de: Tensión – Compresión. Flexión. Torsión. •
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Cargas cíclicas Existen dos tipos de cargas cíclicas: Invertidas: El esfuerzo máximo (tracción) es igual en magnitud al esfuerzo mínimo (compresión) pero con signo distinto. Fluctuantes: El esfuerzo máximo y el esfuerzo mínimo son asimétricos. El proceso de fractura se caracteriza por: Nucleación de la grieta en una zona de alta concentración de esfuerzo. Propagación de la grieta en forma gradual en cada ciclo de carga. Fractura final, ocurre muy rápido al alcanzar la grieta su tamaño crítico. Concentradores de esfuerzos: Rayas superficiales. Cantos vivos. Roscas. Ranuras para chavetas o cuñas.
Otros.
Superficie de fractura La morfología típica de una falla por fatiga se muestra en la fotografía. Se observa un inicio de la fractura, un avance (orillas de playa) y un final. Marcas de Playa y Marcas de Trinquete Se pueden utilizar a menudo para determinar el punto de iniciación de la fractura. Una marca de playa se forma cuando una fisura por fatiga cambia de velocidad. Si la velocidad de la fisura no cambia, las marcas de playa no serán visibles. En materiales duros pueden no formarse marcas de playa. Las marcas de Trinquete pueden presentarse en una fractura por fatiga. Indican alto esfuerzo y múltiples puntos de iniciación, es decir, varias fracturas por fatiga comenzaron más o menos al mismo tiempo y casi en la misma ubicación, pero en planos diferentes. A medida que las grietas por fatiga crecen, las fracturas individuales pueden juntarse y formar una grieta grande. Fractura final El tamaño de la fractura Final, es una indicación de la severidad de la carga aplicada. A-. Fractura Final Grande
B-. Fractura Final Pequeña
Fatiga por Tensión Estas fracturas suelen comenzar en el exterior con fractura final debajo de la superficie o pueden comenzar bajo la superficie y crecer hacia fuera. En la fatiga por cargas de tensión, se producen marcas de playa circulares concéntricas.
Fatiga por Flexión Se producen marcas de playa que se inician en un punto y se propagan hacia el otro lado de la pieza La flexión inversa puede originar dos fracturas por fatiga una en cada lado de la pieza con marcas de playa moviéndose una hacia la otra. La flexión rotativa produce marcas de playa que crecen hacia adentro. La fractura final ocurre en la región central.
Fatiga por Torsión
Las grietas por fatiga por torsión dejan marcas de playa que avanzan en ángulos de 45° dentro de la pieza. Se presentan varias fracturas ramificadas.
Identificación, evaluación y diagnóstico de fallas generadas por la acción del Gradiente térmico y Humedad (definición y características).
Muchas de las lesiones que pueden encontrarse en las edificaciones son producto del transcurrir del tiempo, de la acción del medio ambiente; la exposición de una estructura a través del tiempo al aire, al agua, al sol, a la intemperie, puede causar efectos múltiples, entre los cuales pueden mencionarse: Humedades y filtraciones en paredes, techos, losas y otros elementos. Agrietamientos, descascaramientos e incluso desintegración, de elementos de madera, concreto y arcilla. Esto puede ocurrir cuando el elemento es expuesto aciclos continuos de agua y sol. Descascaramiento y desintegración de elementos metálicos, producto de la corrosión de los mismos al estar expuestos al aire libre.
La variación de temperatura y humedad ambiental originan cambios en el volumen de los materiales; estos cambios se manifiestan como contracciones y/o expansiones que pueden agrietar el elemento e incidir en su integridad. Asentamientos producto de la consolidación del terreno. Estos asentamientos se manifiestan generalmente, con agrietamientos de los elementos de las estructuras Identificación, evaluación y diagnóstico de fallas generadas por la acción Química (definición y características).
Unas de las fallas que presentan las estructuras por la acción química es la corrosión debido a cargas que almacenen algún tipo de líquido que pueda deteriorar la estructura. Identificación, evaluación y diagnóstico de fallas generadas por la acción de Abrasión y Desgaste (definición y características).
Desgaste ocurre cuando hay un desplazamiento de uno de los miembros y se encuentra en movimiento uno con respecto al otro. Desgaste por abrasión se define como el desgaste que ocurre cuando el material es removido de la superficie por desplazamiento de partículas duras u otra superficie. Identificación, evaluación y diagnóstico de fallas generadas por la acción de la Corrosión (definición, clases, factores que intervienen y características).
En esta falla intervienen los mecanismos de desgastes y la corrosión pudiendo perderse todo el material por causa de la corrosión. Se puede originar por la presencia de óxido, cambios buscos de temperatura, condiciones climáticas.
Tipos De Corrosión Los tipos de corrosión se pueden clasificar según la apariencia del metal corroído. •
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•
•
Uniforme Galvánica Por picadura Por grieta
•
Intergranular
•
Bajo esfuerzos
•
Selectiva
Establecer los correctivos en estructuras según el tipo de falla presente
3. Correctivos
en
estructuras:
Restablecimiento
de
revestimientos y/o recubrimientos, Refuerzo estructural y Sustitución total del elemento; Excavaciones.
Los revestimientos o recubrimientos se suelen usar para prolongar la vida útil de las estructuras metálicas mayormente para evitar la corrosión, para facilitar la adherencia de la soldadura entre miembros estructurales de acero entre otros. Refuerzo estructural se puede dar en situaciones tales como el cambio o el incremento de cargas a las que está sometida la edificación, otro factor que puede ameritar el uso de un refuerzo es que los materiales estructurales usados en la edificación empiecen a perder resistencia, ay que tener en cuenta que cuando ocurre un cambio geométrico en la edificación también es meritorio de un refuerzo estructural. El reemplazo de elementos estructurales puede darse a la hora de presentar fallas los muros, vigas o columnas, y proceso consistirá en demoler o retirar el concreto agrietado y retirar el acero afectado, luego de asegurarse que se haya reemplazado el acero por uno de igual diámetro y resistencia se puede proceder con el procedimiento. 4. Describir los términos técnicos del manteamiento en sistema de tuberías de conducción de agua Se puede llegar a definir como el conjunto de actividades que son previamente planificadas con el propósito de preservar el estado de las tuberías para que el servicio no presente desmejoras y pueda prestarse un buen servicio.
5. Identificar y diagnosticar las fallas que se presenten en los sistemas de tuberías Los sistemas de tuberías se clasifican de la siguiente forma: Tuberías De Conducción De Agua Potable: Son aquellas tuberías que distribuyen las aguas potabilizadas o con una calidad óptima para el consumo y uso humano. Estas tuberías se encuentran en urbanismos, casas, plantas de tratamiento traídas desde el punto de captación.
Tubería de Conducción de Agua Residual: esta tubería se encarga de los desechos procedentes de las piezas sanitarias y van directamente a el colector público. Tubería de Conducción de Agua Lluvia: Son los conductos o canaletes que dirigen las aguas procedentes de la lluvia a una alcantarilla de aguas pluviales o a una de aguas mixtas -CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE TUBERÍA SEGÚN LOS MATERIALES DE CONFORMACIÓN: CONCRETO, HIERRO GALVANIZADO, HIERRO FUNDIDO, PVC, PEHD Y COBRE (DEFINICIÓN Y CARACTERÍSTICAS).
Concreto: La tubería de concreto, cemento u hormigón armado es eficaz, económica y ecológica para redes residuales o en general hidráulicas y que
trabajan en régimen libre o en baja presión. Para uso exterior, es muy utilizada en tramos rectos sin accesorios.
Hierro Galvanizado: son las de mayor uso junto con las de plástico para la conducción de agua potable, por su mayor durabilidad; uso de accesorios del mismo material en las salidas de agua, menor riesgo de fractura durante su manipuleo. Las tuberías de hierro galvanizado no son buenas para instalaciones sanitarias ni ningún tipo de acueducto debido a que el paso de agua oxida la tubería, las partículas de óxido a lo largo del tiempo obstruyen la misma reduciendo el diámetro y provocando desmejoras en el sistema.
Hierro Fundido: Una tubería de hierro fundido se fabrica mediante una colada en un molde o mediante una inyección del hierro fundido en un proceso llamado fundición, SE utilizan para la conducción de agua potable, ahora bien, estas se caracterizan por su durabilidad y resistencia al uso, ya no se usan en instalaciones interiores por su alto costo y peso elevado.
Plástico PVC: Para la conducción de agua potable se utiliza el rígido para conducción de fluidos a presión SAP (Standard Americano Pesado). Estas tuberías se fabrican de varias clases: clase 15 (215 lb/pulg2), clase 10 (150 lb/pulg2), clase 7.5 (105 lb/pulg2) y clase 5 (lb/pulg2), en función a la presión que pueden soportar. Poseen alta resistencia a la corrosión y a los cambios de temperatura, tienen superficie lisa, sin porosidades, peso liviano y alta resistencia al tratamiento químico de aguas con gas cloro o fluor. Para la
conducción de aguas residuales también se utiliza el PVC rígido. Estas tuberías se encuentran en diámetros de 2”, 3”, 4”, 6” y 8”; en longitudes de 3 m para diámetros hasta de 3” y 5 m para diámetros mayores. Para
instalaciones domesticas se suelen utilizar diámetros entre 2 y 4 pulgadas.
PEHD: Es un polímero de la familia de los polímeros olefinicos (como el polipropileno), o de los polietilenos. Se caracteriza por, excelente resistencia térmica y química, muy buena resistencia al impacto, es muy ligero, no es atacado por ácidos. Se utiliza para la distribución de agua potable. Cobre: Son las mejores para las instalaciones de agua potable, sobre todo para conducir agua caliente, pero su costo es muy elevado y se requiere mano de obra especializado para su instalación. - IDENTIFICACIÓN, EVALUACIÓN Y DIAGNÓSTICO DE FALLAS GENERADAS EN LOS SISTEMAS DE TUBERÍAS: OBSTRUCCIONES, ABRASIÓN, DESGASTE, VIBRACIONES, FUGAS Y ROTURAS (DEFINICIÓN Y CARACTERÍSTICAS).
6. Establecer los correctivos según el tipo de falla presente. CORRECTIVOS EN SISTEMAS DE TUBERÍAS.
Se aplica mantenimiento correctivo en sistemas de tuberías cuando este se avería y se detecta la falla, a diferencia de los otros este no se puede planificar con antelación debido a que es un imprevisto.
Conclusión Es importante planificar mantenimientos continuos para prevenir posibles fallas, estar en constante supervisión, asesorar a las empresas y clientes que arrendan edificaciones y les cambian el uso para el cual está diseñado esa estructura es nuestra labor como ingenieros civiles asesorar y garantizar la seguridad de las personas planteando posibles soluciones a dichos dilemas como cambios de usos, cambios geométricos, fallas de los elementos entre otras, ya que hay muchas vidas en juego a la hora de que alunas de esas fallas se presenten y no sean corregidas a tiempo.
Bibliografía www.wikipedia/mantenimientodeestructuras.com www.mantenimientotuberiasaguas.com.ve.
