tolerancia para planchas y planchones de acero al carbono laminadas en caliente y/o en frío.

271 Pages·2017·13.72 MB·Spanish

ESCUELA POLITÉCNICA
NACIONAL

FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

ELABORACIÓN DE LOS PROCEDIMIENTOS DE FABRICACIÓN Y
MONTAJE DEL SISTEMA ESTRUCTURAL PARA LA SEGUNDA
AMPLIACIÓN DE LA EDIFICACIÓN DEL CENTRO QUIRÚRGICO
DEL HOSPITAL DE ESPECIALIDADES FF. AA. Nº 1,
EN EL ÁREA DE QUIRÓFANOS

PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE
INGENIERO MECÁNICO

JUAN PEDRO ROMERO ASTUDILLO
[email protected]

DIRECTOR:
ING. CARLOS BALDEÓN VALENCIA, M.Sc.
[email protected]

Quito, octubre 2017
A mis padres, Carmita y Oswaldo, sin cuyo apoyo
incondicional, nada de esto habría sido posible. Tanto
por agradecerles, que una vida entera no será suficiente.
A mi queridísima hermana mayor, María José: el mejor ejemplo
que alguien pueda tener de cómo ser una mejor persona cada día.
A mi adorada sobrinita, María Rosa. Un pedacito de mi
corazón le pertenece a la niña más fuerte e inteligente del
mundo.
Por ustedes todo, y para ustedes siempre.
El primero de muchos, de seguro.
CERTIFICACIÓN

Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por JUAN PEDRO ROMERO
ASTUDILLO, bajo mi supervisión.

__________________________________
Ing. Carlos Baldeón Valencia, M.Sc.
DIRECTOR DEL PROYECTO

ii
DECLARACIÓN

Yo, JUAN PEDRO ROMERO ASTUDILLO, declaro bajo juramento que el trabajo
aquí descrito es de mi autoría, que no ha sido previamente presentado para nin-
gún grado o calificación profesional, y que he consultado las referencias bibliográ-
ficas que se incluyen en este documento.
A través de la presente declaración, cedo mis derechos de propiedad intelectual
correspondiente a este trabajo a la Escuela Politécnica Nacional según lo estable-
cido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su reglamento y por la normativa ins-
titucional vigente.

_______________________________
Juan Pedro Romero Astudillo

iii
Reconocimientos
Si un proyecto de titulación de Ingeniería estuviera limitado a una sola persona,
esa persona no tendría necesidad alguna en desarrollarlo. Es por esto que no
puedo dejar de reconocer y agradecer por sus valiosas contribuciones
(en orden cronológico)
al Ing. Carlos Baldeón Valencia, gestor original de este proyecto, por
su apoyo como director del mismo y por brindarme las facilidades para traba-
jar en él;
al Dr. Francisco Garzón, Director del Centro Quirúrgico del Hospital de
Especialidades FF. AA. Nº1, por la acogida prestada hacia este proyecto;
al Dr. Líder Escudero, director de Docencia e Investigación del hospi-
tal, por extender la debida autorización que hizo posible el desarrollo de este
protocolo de procedimientos;
al Dr. Byron Benavides, Jefe del Área de Quirófanos del hospital, por
presentarme con detalle los cuatro ambientes principales del área de quiró-
fanos y explicarme algunas de las necesidades puntuales que estos espa-
cios requerían y, posteriormente, facilitarme el acceso a la zona destinada a
la construcción de la obra;
a Alexis Estrada y Gerardo Mediavilla, colegas brillantes, por sus
acertadas sugerencias en cuanto a soldadura estructural y manejo de nor-
mas técnicas;
a Esteban Totoy, un buen amigo, por su desinteresada asistencia en
la parte correspondiente a teoría de estructuras;
a Omar Tumalli por su apoyo logístico en procedimientos de montaje y
sus indicaciones sobre el uso de Tekla Structures;
al Ing. Gabriel Velasteguí por sus oportunas recomendaciones en
cálculos y criterios de soldadura, y selección de alternativas;
iv
a Pablo Zurita por la información acerca de la disponibilidad de mate-
rial de construcción en acero y de procedimientos constructivos;
al Lic. Fredy Montes por acompañarme y permitirme ingresar al área
de ejecución de la ampliación descrita en este documento con el fin de sacar
diversas fotografías que se requerían;
a mi hermana María José por su invaluable asesoría conceptual en
cuanto a costos de producción;
al señor Michael Dunn por revisar la versión en inglés del resumen
(abstract);
a Maribel Núñez por toda la ayuda que facilitó sobremanera la plena
culminación de este proyecto;
a los ingenieros Homero Barragán y Carlos Suntaxi por sus valiosas
sugerencias y observaciones respecto al contenido de este documento;
a Diego Arévalo, del Centro de Investigación de la Vivienda, por su
ilustración acerca del alcance de la Norma Ecuatoriana de la Construcción y
su relación con las normas AISC y AISI para perfiles laminados en caliente y
armados en frío;
Asimismo, tampoco puedo dejar de reconocer la oportuna y valiosísima ayuda
que en su momento, de una u otra forma, me supieron brindar las siguientes per-
sonas:
Ing. Lenin Ubidia; Ing. Ángel Portilla; Mat. Marco Calahorrano & Dra. Patrizia
di Patre; Dr. Álvaro Aguinaga; Sra. Glorita Castellanos; y Dr. Manuel Jime-
nez (PUCE).

v
ÍNDICE
Certificación .......................................................................................................................ii
Declaración .......................................................................................................................iii
Reconocimientos ..............................................................................................................iv
Índice ................................................................................................................................vi
Índice de figuras .............................................................................................................. xii
Índice de tablas ................................................................................................................ xv
Resumen ........................................................................................................................ xvi
Abstract.........................................................................................................................xvii
Introducción ...................................................................................................................... 1
Pregunta de investigación ................................................................................................. 3
Objetivo general ................................................................................................................ 3
Objetivos específicos ........................................................................................................ 3
Alcances ........................................................................................................................... 3
1. ANTECEDENTES ......................................................................................................... 5
1.1.Generalidadesdel(cid:43)ospitalde(cid:40)specialidades(cid:41)(cid:41).A(cid:36).Nº1.....................................5
1.2. Infraestructura arquitectónica del hospital .................................................................. 6
1.3. El área de quirófanos ................................................................................................. 7
1.4. Ampliación del centro quirúrgico ................................................................................ 8
2. MARCO TEÓRICO .....................................................................................................10
2.1. Estructuras metálicas ...............................................................................................10
2.1.1. Miembros o elementos estructurales .....................................................................10
2.1.2. Elementos estructurales básicos ...........................................................................10
2.1.2.1. Tensores o elementos a tensión ........................................................................10
2.1.2.2. Vigas o elementos a flexión ...............................................................................11
2.1.2.3. Columnas o elementos a compresión ................................................................11
2.1.2.4. Miembros a flexo-compresión ............................................................................11
2.1.3. Elementos estructurales por su sección transversal ..............................................12
2.1.3.1. Elementos tubulares ..........................................................................................12
2.1.3.2. Perfiles estructurales ..........................................................................................12
2.1.4. Conexiones ...........................................................................................................13
2.1.4.1. Conexiones empernadas ...................................................................................13
2.1.4.2. Conexiones soldadas .........................................................................................13
vi
2.1.5. Clasificación de estructuras ..................................................................................14
2.1.6. Según la complejidad de su análisis de fuerzas ....................................................14
2.1.6.1. Armaduras .........................................................................................................15
2.1.6.2. Cables y arcos ...................................................................................................15
2.1.6.3. Marcos ...............................................................................................................15
2.1.6.4. Estructuras superficiales ....................................................................................15
2.1.7. Según la estabilidad ..............................................................................................16
2.1.7.1. Estructuras isostáticas .......................................................................................16
2.1.7.2. Estructuras hiperestáticas ..................................................................................16
2.1.7.3. Hiperestática externa .........................................................................................17
2.1.7.4. Hiperestática interna ..........................................................................................18
2.1.8. Diseño de estructuras metálicas ...........................................................................18
2.1.8.1. Diseño por resistencia admisible, dra ................................................................. 18
2.1.8.2. Diseño basado en factores de carga y resistencia, dfcr .....................................19
2.1.9. Resistencia requerida ...........................................................................................19
2.1.10. Límite de resistencia ...........................................................................................19
2.1.11. Límite de servicio ................................................................................................19
2.2. Procesos generales de fabricación ..........................................................................19
2.2.1. Introducción ..........................................................................................................19
2.2.2. Materiales de ingeniería ........................................................................................21
2.2.3. Aceros estructurales .............................................................................................22
2.2.4. Cizallado, guillotinas y punzonado ........................................................................23
2.2.5. Oxicorte de chapa ................................................................................................. 25
2.2.6. Prensado y conformado ........................................................................................25
2.2.7. Procesos de soldadura .........................................................................................26
2.2.8. Limpieza y acabado ..............................................................................................27
2.2.9. Tolerancias de fabricación ....................................................................................28
2.3. Procedimientos de montaje de edificaciones de acero .............................................28
2.3.1. Organización del taller ..........................................................................................28
2.3.2. Manipulación y preparación de materiales ............................................................29
2.3.3. Plantillas y marcaje ...............................................................................................30
2.3.4. Líneas de corte y perfiles laminados .....................................................................31
2.3.5. Taladrado y líneas de vigas ..................................................................................32
2.3.6. Plan de soldeo y control de la distorsión ...............................................................33
2.3.7. Producción en serie de vigas armadas ................................................................. 34
2.3.8. Inspección y control de calidad .............................................................................35
vii
2.4. Costos de producción ..............................................................................................36
2.4.1. Introducción ..........................................................................................................36
2.4.2. Costos directos .....................................................................................................37
2.4.2.1. Costos de materiales directos ............................................................................37
2.4.2.2. Costos de equipos y herramientas .....................................................................38
2.4.2.3. Costos de operación ..........................................................................................38
2.4.2.4. Costos de mano de obra directa ........................................................................38
2.4.3. Costos indirectos ..................................................................................................38
2.4.3.1. Costos indirectos de fabricación.........................................................................39
2.4.3.2. Costos de materiales indirectos .........................................................................39
2.4.3.3. Costos de mano de obra indirecta ......................................................................40
2.4.3.4. Costos de transporte ..........................................................................................40
2.4.4. Costos unitarios ....................................................................................................40
3. METODOLOGÍA .........................................................................................................42
3.1. Especificaciones técnicas de la estructura ...............................................................42
3.1.1. Configuración del diseño .......................................................................................42
3.1.2. Parámetros estructurales......................................................................................43
3.1.3. Elementos de la estructura...................................................................................44
3.1.4. El anillo central......................................................................................................45
3.2. Especificación de los procedimientos de fabricación ................................................46
3.2.1. Introducción ..........................................................................................................46
3.2.2. Materia prima ........................................................................................................47
3.2.3. Corte de la materia prima ......................................................................................47
3.2.4. Viga principal ........................................................................................................50
3.2.4.1. Descripción del elemento ...................................................................................50
3.2.4.2. Alternativa..........................................................................................................51
3.2.4.3. Comprobación de las dimensiones....................................................................52
3.2.4.4. Fabricación........................................................................................................53
3.2.5. Viga transversal....................................................................................................56
3.2.5.1. Descripción del elemento ...................................................................................56
3.2.5.2. Alternativa..........................................................................................................57
3.2.5.3. Comprobación de las dimensiones....................................................................58
3.2.5.4. Fabricación........................................................................................................59
3.2.6. Viga secundaria....................................................................................................62
3.2.6.1. Descripción del elemento ...................................................................................62
3.2.6.2. Alternativa..........................................................................................................62
viii
3.2.6.3. Comprobación de las dimensiones....................................................................64
3.2.6.4. Fabricación........................................................................................................65
3.2.7. Correa lateral........................................................................................................71
3.2.7.1. Descripción del elemento ...................................................................................71
3.2.7.2. Alternativa..........................................................................................................72
3.2.7.3. Fabricación........................................................................................................72
3.2.8. Correas de cubierta..............................................................................................75
3.2.8.1. Descripción del elemento ...................................................................................75
3.2.8.2. Alternativa..........................................................................................................76
3.2.8.3. Comprobación de las dimensiones....................................................................77
3.2.8.4. Fabricación........................................................................................................78
3.2.9. Perfil de celosía....................................................................................................80
3.2.9.1. Descripción del elemento ...................................................................................80
3.2.9.2. Alternativa..........................................................................................................81
3.2.9.3. Comprobación de las dimensiones....................................................................82
3.2.9.4. Fabricación........................................................................................................83
3.2.10. Arco completo.....................................................................................................85
3.2.10.1. Descripción del elemento .................................................................................85
3.2.10.2. Alternativa........................................................................................................86
3.2.10.3. Comprobación de las dimensiones..................................................................87
3.2.10.4. Fabricación......................................................................................................88
3.2.11. Medio arco..........................................................................................................97
3.2.11.1. Descripción del elemento .................................................................................97
3.2.11.2. Alternativa........................................................................................................98
3.2.11.3. Comprobación de las dimensiones..................................................................99
3.2.11.4. Fabricación....................................................................................................100
3.2.12. Columna...........................................................................................................104
3.2.12.1. Descripción del elemento ...............................................................................104
3.2.12.2. Alternativa......................................................................................................105
3.2.12.3. Comprobación de las dimensiones................................................................106
3.2.12.4. Fabricación....................................................................................................107
3.2.13. Anillo central.....................................................................................................111
3.2.13.1. Descripción del elemento...............................................................................111
3.2.13.2. Fabricación....................................................................................................113
3.2.14. Registros de procesos ......................................................................................117
3.3. Procedimientos de montaje in situ de la estructura ................................................119
ix