Los tubos perfilados se están convirtiendo en un material de construcción cada vez más popular. Se utilizan para construir elementos estructurales como pisos, pórticos de carga y vigas. Este uso generalizado se debe principalmente a la facilidad de construcción, operación y mantenimiento de las estructuras, así como al bajo peso de los propios productos.
Sin embargo, es importante recordar que el perfil del tubo debe tener una mayor resistencia a la flexión, y cómo calcularla se explicará más adelante en el artículo.
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Características y propiedades de los productos de perfil
Los tubos perfilados son aquellos con una sección transversal distinta a la circular. Las opciones más comunes son rectangular y cuadrada. Como se mencionó anteriormente, la popularidad de este tipo de tubos se debe a una de sus principales ventajas: su construcción ligera.
Además, su forma singular simplifica considerablemente la fijación entre sí y a otras superficies. Este tipo de producto de construcción, según las normas GOST, se fabrica con una amplia gama de metales y aleaciones. Sin embargo, los más utilizados son los tubos de acero perfilados de acero al carbono y de baja aleación.
Cada metal posee una propiedad natural importante: su límite elástico. Este puede ser mínimo o máximo. El límite elástico máximo, por ejemplo, es la causa de la deformación en las estructuras construidas, lo que provoca flexión y, en consecuencia, fractura.
Al doblar, es importante evaluar características como el tamaño, la sección transversal, el tipo de producto, su densidad, así como la rigidez y la flexibilidad del material. Conocer todas estas propiedades generales del metal nos ayuda a comprender cómo se comportará la estructura durante su uso.
Es importante recordar que al doblar un producto, las partes internas de la estructura se comprimen, su densidad aumenta y, por consiguiente, disminuyen de tamaño. La capa exterior, en consecuencia, se alarga, se vuelve menos densa, pero más elástica.
Además, las secciones centrales conservan sus características originales incluso después de que el proceso se haya completado. Por lo tanto, siempre debe recordarse que en Durante el proceso de doblado, inevitablemente surgirá tensión incluso en áreas ubicadas lo más alejadas posible de la zona neutra.La presión máxima se encontrará en aquellas capas que estén muy cerca de este eje neutro.
Radios de curvatura admisibles en función de la resistencia del material.
Las normas GOST regulan con gran detalle tanto las propiedades y características de los elementos como sus procedimientos de transformación. Esto incluye el radio de curvatura mínimo de un tubo perfilado, que se determina en función de las condiciones de curvatura. Al curvar con arena compactada en el tubo o mediante calentamiento, el diámetro exterior debe ser de al menos 3,5 DN.
Si el maestro tiene la capacidad de aplicar equipo especializado (por ejemplo, una máquina dobladora de tubos), lo que permite llevar a cabo las operaciones necesarias sin calentamiento ni otras acciones adicionales, entonces en este caso el diámetro debe ser de al menos 4DN.
Si se desea realizar una curva bastante pronunciada, por ejemplo para construir una derivación de alcantarillado o una tubería curva, entonces en este caso el diámetro debe ser de al menos 1DN, ya que el doblado se realizará mediante otros métodos, principalmente utilizando altas temperaturas.
Por supuesto, los valores estipulados por las normas estatales pueden reducirse ligeramente, pero en ese caso, la resistencia a la flexión de la tubería debe calcularse con mucha precisión. Si el método de doblado permite una reducción del espesor de pared del 15 % con respecto al original, son posibles desviaciones de la norma GOST, y el doblado en sí puede realizarse por debajo de los valores especificados, lo que no afectará significativamente la resistencia posterior.
Fórmulas y tablas utilizadas
Para calcular correctamente la deflexión de una tubería sin complicaciones inesperadas, es necesario determinar la longitud de la pieza. Este valor se calcula mediante una fórmula sencilla:
L = 0,0175 × r × α + I
En esta expresión, los indicadores principales están representados por las siguientes expresiones de letras:
- r – radio de curvatura del perfil del tubo (mm);
- α - corresponde al ángulo que finalmente se desea obtener;
- I – distancia de 100/300 utilizada cuando se trabaja con equipos especiales para sujetar la pieza de trabajo.
Al calcular la deflexión de una tubería, una etapa importante del trabajo es el cálculo del elemento de flexión.
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Al realizar una estimación, debemos calcular el tamaño de la sección que necesita ser doblada. La fórmula para esto es extremadamente simple y se ve así:
U = π × α / 180 (r + DH / 2)
Aquí, los elementos incluidos en la fórmula se pueden representar de la siguiente manera:
- En este caso, se toma π igual a 3,14;
- α – representa el ángulo de flexión, expresado en grados;
- r – radio de curvatura (mm);
- DH – diámetro exterior.
Para mayor comodidad del operario y para garantizar la máxima seguridad durante el trabajo, así como durante el funcionamiento de las estructuras erigidas de cobre y latón, las normas GOST contienen los valores mínimos para las características principales utilizadas para calcular la resistencia a la flexión de un tubo perfilado.
Para su comodidad, en la tabla se presentan las principales características necesarias para determinar la resistencia a la flexión de un tubo perfilado.
Tabla 1.
Si bien la tabla anterior contenía principalmente valores fijos para elementos de cobre y latón, la siguiente incluirá datos para elementos de acero. Esta tabla permite estimar la carga de flexión de un tubo perfilado (GOST n.º 3262/75).
Tabla 2.
Como se mencionó anteriormente, el espesor de la pared es fundamental para calcular la resistencia a la flexión de una tubería cuadrada (así como de una redonda). Por lo tanto, la siguiente tabla permite considerar tanto el espesor de la pared como el diámetro en los cálculos.
Tabla 3.
Tecnología de proceso de doblado
Como ya se ha señalado acertadamente, cualquier deformación de una estructura metálica genera tensiones adicionales en sus paredes. En la capa interna, esto se debe a un aumento de la densidad del metal por compresión, mientras que en la capa externa ocurre lo contrario: tensión, que reduce la densidad del metal.
Durante el doblado, la forma de la sección transversal cambia como es de esperar. Esto se aplica a tuberías redondas, rectangulares y cuadradas. En las dos últimas, estos cambios no son muy pronunciados, a diferencia de las tuberías redondas.
Así es como el perfil del anillo adquiere forma ovalada. Cabe destacar que el mayor cambio de forma se observa justo en la curva, y cuanto más lejos de ella, más se asemeja la sección transversal a su forma original.
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Sin embargo, es importante evaluar con precisión la fuerza del impacto y el grado de deformación de la tubería para evitar fracturas y distorsiones innecesarias. Para una pieza con un diámetro de hasta 20 mm, el grado de deformación oval no debe superar el 15 %.
A medida que aumenta el perfil, el valor disminuye aún más, llegando a solo un 12,5 %. Otro factor importante es la presencia de pliegues (los productos de paredes delgadas son particularmente susceptibles a esto). Este factor es especialmente importante si la estructura curvada se utilizará como tubería.
Los pliegues resultantes reducen el flujo, aumentan la resistencia al mismo y favorecen la obstrucción. Por lo tanto, al utilizar una tubería flexible para estos fines, se debe prestar especial atención a la elección del espesor de la pared.
¿Qué carga actúa sobre las tuberías perfiladas?
Calcular la resistencia a la flexión de una tubería se reduce simplemente a determinar la tensión máxima en un punto específico de la estructura. Es importante conocer el material del que está hecha la tubería, ya que cada material tiene su propia clasificación de resistencia a la flexión.
Para calcular correctamente, es necesario utilizar la fórmula adecuada. En este caso, se aplica la ley de Hooke, que establece que la fuerza elástica es directamente proporcional a la deformación. La expresión para el cálculo es la siguiente:
VOLTAJE = M / W , donde:
- M es el valor del grado de flexión a lo largo del eje sobre el que actúa la fuerza;
- W es el valor de resistencia a la flexión tomado a lo largo del mismo eje.
¿Cómo puedo saber si mis cálculos son correctos?
Como se mencionó anteriormente, cada metal o aleación tiene sus propios valores de tensión normal. Determinar estos valores es una de las principales tareas a las que se enfrenta al decidir construir una estructura utilizando perfiles.
Para estar seguro de la exactitud de los resultados, es necesario conocer varias reglas importantes y, por supuesto, seguirlas.
- Realice todos los cálculos con precisión, cuidado y sin prisas. En cada etapa, siga las fórmulas correspondientes, sin intentar ajustar los valores a sus propias necesidades.
- Una vez calculada la resistencia a la flexión de un tubo perfilado, conviene asegurarse de que los valores obtenidos no superen los valores máximos establecidos.
- Tenga en cuenta el material del que está hecho el perfil y el espesor de las paredes, para evitar su destrucción o deformación, lo que dificultará el funcionamiento de la estructura en el futuro.
- Antes de realizar los cálculos, es necesario dibujar un esquema del elemento en cuestión. Este dibujo técnico permitirá realizar cálculos más precisos, evitando errores derivados de una mala interpretación de la forma de la estructura.
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Siguiendo todas las normas y precauciones de seguridad necesarias, incluso una persona sin experiencia puede tener la certeza de que los cálculos de resistencia al doblado de tuberías serán precisos y el resultado será satisfactorio. Revisar constantemente los cálculos y supervisar cada etapa del trabajo es fundamental para un resultado exitoso.
