Diseño - Fabricación – Montaje

Presentación del tema: "Diseño - Fabricación – Montaje"— Transcripción de la presentación:

1 Diseño - Fabricación – Montaje
Estructuras de Acero Diseño, Fabricación y Montaje de estructuras de acero Fernando Moyano Ojeda Ingeniero Civil Estructural, Universidad de Chile Santiago, Chile Marzo de 2007 Elaboración, guión y locución a cargo del Dpto. de Ingeniería Civil de la Universidad de Chile con coordinación del Ing. Ricardo Herrera

2 Diseño - Fabricación – Montaje Estructuras de Acero
CONTENIDO Introducción. Diseño Fabricación Montaje. Casos. Conclusiones. El presente trabajo describe el estado del arte actual de las fases de DISEÑO FABRICACION Y MONTAJE de estructuras metálicas. Se incluye adicionalmente un CASO que permite visualizar una aplicación particular y destacar los aspectos tecnológicos más importantes en el desarrollo actual de la ingeniería de detalles. Finalmente se presenta un set de comentarios y conclusiones que resume los principales aspectos del tema que nos convoca.

3 1. Introducción GENERAL Las etapas previas a la Fabricación y Montaje son desarrolladas en la Ingeniería de Proyecto. En ella se desarrollan los cálculos que definen los elementos estructurales a disponer. La forma tradicional era elaborar planos de diseño del proyecto en 2D y enviarlos a Maestranza para el detallamiento a nivel de Fabricación. En general habían proyectistas de planos de diseño y proyectistas de planos de Fabricación. Esta modalidad de trabajo permaneció por varias décadas llegando a tener un rendimiento de producción conocido, con metodologías de trabajo normadas. La forma tradicional de abordar el DISEÑO, FABRICACION Y MONTAJE esta descrito en los cuatro puntos indicados.

4 1. Introducción GENERAL En la Ingeniería de Proyecto de los últimos diez años se ha producido un cambio importante en la forma de elaborar planos de diseño y fabricación de estructuras metálicas. Las oficinas de Ingeniería y Maestranzas han introducido cambios tecnológicos en sus procesos productivos. La oficina detalladora han implementado software que le permiten elaborar diseños con modelos virtuales en tres dimensiones. Las maestranzas han incorporado software que les permiten interpretar estos modelos e incorporar los suyos propios de forma tal de tener una línea automatizada de producción por Proyecto. Por otro lado , la forma ACTUAL de abordar el DISEÑO, FABRICACION Y MONTAJE esta descrito en los cuatro puntos indicados.

5 2. Diseño Fabricación Montaje
EL DISEÑO TRADICIONAL CONDICIONES GENERALES ENTRE LA MEMORIA DE CALCULO Y PLANOS DISEÑO MCA Se orientará con un sistema de coordenadas representadas por letras y números. Los elementos se representaran con trazado unilineal indicando disposición de los perfiles. Los perfiles se denominarán según manual vigente definidos por el proyecto. Los perfiles no estandarizados se indicarán con sus características fundamentales (alto, ancho, espesores) agregando una sección ilustrativa. Se indicarán las cargas o el N° de pernos necesarios para la conexión o la capacidad de la sección. En planta , los perfiles se acotarán desde sus ejes a los sistemas coordenados. En elevación , se acotarán a los distintos niveles y se indicará claramente si se están considerando los ejes de los perfiles o los topes superior o inferior de la estructura. 8. En cada plano de diseño se dibujará una planta de ubicación del área representada. 9. Las dimensiones serán en mm. Al incorporar nuevas tecnologías en sistemas ya probados, es de mucha importancia resguardar aquellas acciones que implican mantener el aseguramiento de calidad del producto. En particular a nivel de DISEÑO el incorporar maquetas 3D implica que del listado presentado, varios de los puntos deben ser rectificados por acciones que representen el mismo objetivo pero con la nueva modalidad. Al incorporar modelos 3D se deben generar listas de chequeo, tanto para ingenieros como proyectistas. Se presentan, a modo de ejemplo, nueve actividades básicas que deben ser incorporadas en la nueva forma de trabajo. En general este proceso se lleva a cabo a través de elaboración de documentos llamados procedimientos, manual de calidad o afines. En este proceso siempre existe un grupo que maneja muy bien el tema tecnológico y otro grupo que recibe el cambio y que maneja muy bien la parte técnica . La correcta coordinación de estos dos grupos asegura la calidad y el salto tecnológico con éxito. PLANO DISEÑO

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LA FABRICACION TRADICIONAL CONDICIONES GENERALES PLANOS DE FABRICACIÓN En los Planos se fabricarán piezas completas. Las piezas a detallar serán las que correspondan a un determinado plano de diseño. Se detallarán separadamente todas las piezas que se armen taller. Cada Plano tendrá una lista de materiales. Se indicarán las siguientes notas , Soldaduras, diámetros, agujeros. Las medidas se darán en mm. No se indicarán escalas en las viñetas de los Planos solo en detalles. Cada Pieza se dibujará en elevación agregándose todas las vistas y secciones necesarias para definirlas claramente. Todo elemento que en el conjunto no quede totalmente dimensionado, se detallara de forma separada. Todas las piezas estarán identificadas con una marca de terreno y sus componentes con una de taller. Similar es el caso para la etapa de Fabricación. Este proceso es llevado íntegramente por la maestranza la que recibe un modelo virtual en tres dimensiones y lo coloca en su línea productiva para elaborar electrónicamente los planos de fabricación, por lo cual, también debe elaborar nuevos manuales de procedimientos que interpreten el aseguramiento de calidad de sistemas tradicionales aplicados a la innovación tecnológica.

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LA FABRICACION TRADICIONAL CONDICIONES GENERALES PLANOS DE FABRICACIÓN Las marcas de taller estarán identificadas con dos letras minúsculas, la primera indicará al elemento según su característica y la segunda indicará el orden correlativo según plano. Las letras que identifican son: a) ángulos general , m) perfiles IN,H,C,ICA, p) planchas de conexión, b) placas bases, s)suples , x) tirantes. Las marcas de Terreno son las que identificarán cada pieza desde su fabricación en taller hasta su montaje. Estas se definen con un número que corresponde al número del plano que la contiene más una letra mayúscula que indica el orden correlativo en el plano VIGA A. Las letras que se usarán para indicar el correlativo de las piezas son las siguientes A,B,C,D,E,F,G,H,I,J,K,…

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SECUENCIA LINEA PRODUCTIVA SECUENCIA LINEA PRODUCCION Memoria de Cálculo Modelos 3D PDMS o equivalente. ( Plant Design Management System) Planos Complementarios Proveedores. Envío Modelo 3D e informes a Maestranza Modelamiento en X-STEEL o Equivalente (Importa modelo PDMS y procede a detallar planos de Fabricación). Suministro de Materiales. Fabricación de Estructuras. Protección Anticorrosiva Control de Calidad. Transporte a Obra. Montajes Especiales Planificación y Programación. Abastecimiento de materiales. Preparación de materiales. Fabricación de perfiles. Procesamiento computacional. Armado y soldado Perfiles. Control Calidad. Protección Anticorrosiva. Despacho. Una secuencia lógica para el estado del arte actual es punteada en lista adjunta , describe las actividades secuenciales desde la etapa inicial de ingeniería de diseño hasta la construcción final de la estructura de acero detallada. a) Es el tema ligado al ingeniero estructural que define las secciones de los perfiles componentes de la estructura y es el input inicial de la secuencia. b) Para modelos virtuales en tres dimensiones un software muy ocupado es el PDMS que es una aplicación que permite trabajar con múltiples estaciones ON LINE de modo tal , que las distintas especialidades van coordinando en tiempo real los variados diseños. Da para tema aparte una descripción más detallada de estos software. Por ahora se define como parte de un conjunto de actividades. c) Los Planos complementarios vienen a cubrir necesidades de subcontratistas que no teniendo aún tecnología compatible deben ser incluidos de todas formas. Este es el caso de proveedores de forros de cubiertas, sistemas automatizados, sistemas eléctricos, etc..). d) El envío del modelo corresponde a la emisión de un archivo electrónico que se “sube” a un sitio “ftp” desde el cual la maestranza procede a “bajar” para incorporarlo a su línea productiva. Un sitio FTP es un espacio en un servidor en el cual se almacenan archivos para que puedan ser descargados desde otra ubicación. e) El Xsteel es el software que aplica la Maestranza para leer y transformar desde PDMS los planos electrónicos de fabricación. El resto de los procesos descritos varían muy poco respecto de lo que siempre se ha desarrollado.

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En el diseño actual se reemplaza los planos en dos dimensiones por modelos virtuales en tres dimensiones. Los tiempos y formas de ejecutar los proyectos actuales imponen plazos mínimos sin perder calidad , los modelos 3D permiten una coordinación interdisciplinaria que minimiza interferencias. Una vista típica de un modelo 3D es el mostrado en la figura, este es el archivo que se exporta y el cual recibe la maestranza para iniciar el proceso de fabricación de la estructura. Estos modelos virtuales en tres dimensiones reemplazan los planos en dos dimensiones y permiten una coordinación interdisciplinaria que minimiza interferencias, logrando cumplir con los tiempos y formas de ejecutar los proyectos actuales, que imponen plazos mínimos, sin perder calidad.

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El aseguramiento de calidad en el diseño sigue a cargo del Ingeniero y su equipo de proyectistas, lo que se modifica es la forma de chequear los diseños , se deben crear procedimientos para revisión de Maquetas. En general se elabora un modelo 3d que representa los planos de diseño tradicionales , el cual se coordina con el resto de las especialidades. Una vez que el modelo se aprueba es enviado a Maestranza. Estos modelos pueden ser completados con vistas de cubiertas e incorporando el resto de los diseños de las otras especialidades (Mecánicos, Eléctricos, Piping, Civiles). (Leer los puntos )

11 MAESTRANZA – OFICINA DETALLADORA
2. Diseño Fabricación Montaje FILOSOFIA PDMS MAQUETA O MODELO 3D EMISION A TERRENO MAESTRANZA VENDORS INGENIEROS ESTRUCTURALES MCA SECCIONES CONSOLIDACION MAQUETA OTRAS ESPECIALIDADES COORDINACION MAESTRANZA – OFICINA DETALLADORA DIAGRAMA METODOLOGIA DE TRABAJO ENVIO MODELO + PLANOS 2D PLANOS 2D COMPLEMENTARIOS OFICINA DETALLADORA PDMS XSTEEL En este diagrama se resume la secuencia de trabajo: desde la oficina detalladora se elabora la maqueta en tres dimensiones (PDMS o equivalente) la cual debe cumplir los distintos protocolos de aseguramiento de calidad definidos en el proyecto, una vez aprobados los diseños se le asigna al modelo la calidad de CONSOLIDADO y se puede emitir a Maestranza. El siguiente paso es elaborar los planos de fabricación (XSTEEL o equivalente). Una vez que los planos son fabricados se emiten para terreno y comienza la última etapa de MONTAJE.

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ASPECTOS DEL MONTAJE El proyecto de Ingeniería debe analizar los métodos constructivos más probables de forma de garantizar la viabilidad técnica del montaje. Lo que aplique el constructor como método de montaje definitivo dependerá de sus recursos , experiencia y plazos de construcción , de esta forma se garantiza al cliente al menos una solución viable. El montaje es la etapa final y es desarrollada por el constructor o contratista de la obra. Acá cobran especial importancia los documentos desarrollados en la ingeniería de proyecto, por ejemplo, las bases de licitación, métodos constructivos, especificaciones técnicas de Montaje y tolerancias de fabricación que permiten resguardar la calidad del Proyecto de ingeniería materializando una buena construcción.

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ASPECTOS DEL MONTAJE Las estructuras de Acero son sensibles a la Temperatura ambiente, a deformaciones locales y formas de transporte. La constructora que desarrolla el montaje debe verificar que la calidad de la estructura fabricada llegue de acuerdo a protocolo de fabricación y especificaciones técnicas del Proyecto de Ingeniería. Las condiciones ambientales de altas o bajas temperaturas implican definir juntas con dilataciones que permitan el montaje sin necesidad de aplicar sobre tensiones a la estructura. Los modelos virtuales permiten entregar información complementaria para la fase de Montaje respecto de espacios disponibles para maniobras de las estructuras a montar, chequear espacios disponibles entre placas atiesadoras, la cubicación instantánea de la estructura total o parcial, según se requiera. Las consideraciones de montaje general siguen en manos la experiencia de la empresa contratista especializada. Un caso especial es el Montaje de estructuras de acero de refuerzo o que modifican estructuras existentes, el que generalmente tiene un grado de dificultad mayor que el montar una estructura nueva. El tener que intervenir estructuras existentes exige tener planos “as built”, situación que en la práctica rara vez se encuentra. En general, se hace un levantamiento y se modela la estructura existente en 3D de forma de garantizar que las interferencias al momento del Montaje sean mínimas.

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ASPECTOS DEL MONTAJE Las uniones por terreno en general se definen apernadas , en caso de tener que definir uniones soldadas se recomienda instalar un taller de terreno de Soldadura, con permanente calificación de los Soldadores y precalificar con probetas de ensayo. Esto es de particular importancia si no se puede evitar posiciones sobre cabeza para el soldador. Para las uniones apernadas hoy se implementan golillas que marcan con pintura al llegar a la tensión requerida, por lo cual es más fácil de inspeccionar. La forma de materializar lo proyectado depende fuertemente de la experiencia del contratista de montaje. El caso de las uniones soldadas de terreno es uno de estos casos especiales. (Leer los puntos )

15 3. Casos PLANTA GENERAL EDIFICIO MANTENCION UBICACION CASO REAL
EDIFICIO EXISTENTE PLANTA GENERAL EDIFICIO MANTENCION UBICACION Análisis de un CASO que permite visualizar una aplicación y destacar los aspectos tecnológicos más importantes en el desarrollo actual de la ingeniería de detalles.

16 3. Casos EDIFICIO DE MANTENCION EXISTENTE D C B FRONTIS SUR FACHADA
CASO REAL EDIFICIO EXISTENTE D C B FACHADA ORIENTE EXISTENTE FRONTIS SUR SENTIDO AMPLIACION EJE 21 EDIFICIO DE MANTENCION EXISTENTE Este es un edificio existente que debe ser ampliado, es decir, se debe desarrollar una estructura nueva y se debe coordinar con la existente. Para ello se modela en tres dimensiones la nueva estructura además de todos aquellos elementos que deben ser coordinados en los puntos fronteras entre lo proyectado y lo que existe hoy.

17 3. Casos EDIFICIO EXISTENTE MANTENCION N AMPLIACION EDIFICIO
CASO REAL EDIFICIO EXISTENTE EDIFICIO EXISTENTE MANTENCION AMPLIACION EDIFICIO MANTENCION FACHADA ORIENTE AMPLIACION N 22 21 D C B A 34 MODELO PDMS Modelo 3D PDMS en el se modelan los elementos necesarios para la construcción de la estructura. Se muestran los ejes y elementos típicos de un edificio industrial.

18 PLANO COMPLEMENTA MODELO 3D
3. Casos. CASO REAL EDIFICIO EXISTENTE PLANO COMPLEMENTA MODELO 3D Estos son los planos que se obtienen directamente desde la Maqueta y que son enviados a terceros para distintos objetivos. En general esta información es enviada a subcontratistas que no poseen PDMS y que deben entregar diseños complementarios, por ejemplo, Cubiertas de Techo, Sistemas Eléctricos, Sistemas automáticos (Portones, Tecles, etc.). El poder obtener estos planos directamente desde la Maqueta asegura el chequeo de interferencias con otras especialidades. Una vez que el modelo es CONSOLIDADO, es decir, es aprobado por todas las especialidades del Proyecto se permite emitir la información al cliente, maestranza, constructor o subcontratista según sea el caso.

19 PLANO COMPLEMENTA MODELO 3D
3. Casos CASO REAL EDIFICIO EXISTENTE PLANO COMPLEMENTA MODELO 3D La información puede ser presentada de igual forma que los tradicionales planos 2D. Es decir a nivel de Planos de Diseño se obtiene los típicos planos de Planta, elevación, corte y detalles. Esto cobra vital importancia sobre todo porque en la práctica habitual los documentos contra actuales oficiales para construir son planos en dos dimensiones.

20 3. Casos DETALLES COMPLEMENATRIOS A MAQUETA COLUMNA BASE CASO REAL
EDIFICIO EXISTENTE DETALLES COMPLEMENATRIOS A MAQUETA Acá se muestra el típico caso de detalle de una columna base que se obtiene directamente desde el modelo 3D. Entre otras cosas al tener modelado tanto la estructura metálica como el hormigón permite la verificación de longitudes de anclaje de pernos, la cubicación de ambos materiales, la certificación del correcto posicionamiento de las perforaciones de las placas bases, la disposición de atiesadores, el chequeo de espacios mínimos compatibles con el montaje de la estructura, entre otros. COLUMNA BASE

21 4. Conclusiones Con estas nuevas innovaciones los tiempos asignados a estas actividades cambian. Se debe asignar tiempos a nuevos métodos de chequeo según la innovación tecnológica. Es necesario rescatar del sistema tradicional todos aquellos procedimientos que permitan asegurar la calidad del proyecto. El plano de diseño es cambiado por un modelo virtual en tres dimensiones a nivel de Proyectista. A nivel de maestranza automatiza su proceso de elaboración de planos de fabricación , incluyendo aprovechamiento de planchas, optimización de sus líneas de producción, entre otros. En general son equipos de última generación operadas por control numérico, de tal manera que la fabricación física de las estructuras es comandada remotamente desde la oficina central. La secuencia tradicional DISEÑO FABRICACION Y MONTAJE se ve fuertemente afectada por cambios a nivel de las dos primeras fases. Se incorpora el concepto de modelos virtuales en tres dimensiones que permite el diseño multidisciplinarios en tiempo real y con aseguramiento de la coordinación de un 100%. El modelo es enviado directamente a Maestranza para elaborar planos de fabricación electrónicamente. Por otro lado el caso del Montaje también tiene un grado de repercusión , en ciertos casos permiten evaluar métodos de montaje. Lo importante es rescatar todos los aseguramientos de calidad que tenía el sistema tradicional y que sumado a la nueva modalidad de trabajo permita asegurar la calidad del Proyecto en tiempos iguales o menores a los métodos tradicionales.