Casos de Fallas en Elementos o Sistemas Mecanicos PDF

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Proyecto Final de la materia de Introducción al Diseño Mecánico con Maribel Lazcano...

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CENTRO DE ENSEÑANZA TÉCNICA Y SUPERIOR

Escuela de Ingeniería

Introducción al Diseño Mecánico

Casos de falla en elementos o sistemas mecánicos

Elaborado por: Eloy Alejandro Bueno Méndez Emilio Navarrete García

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Julio Francisco Hurtado Campa

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Pedro Iván Duarte Ahumada

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Mexicali, B. C. a 22 de julio del 2018 CASOS 1) Vuelo 261 de Alaska Airlines

El vuelo se estrelló en enero del 2000, el cual cayó cerca de la costa de California. Este suceso procede del campo de la ingeniería aeronáutica, ya que este problema fue ocasionado por problemas dentro del avión. En este vuelo, los pilotos después de poco tiempo se dieron cuenta que el estabilizador del avión se había atascado; por más de una hora, el personal de mantenimiento del vuelo intentó arreglarlo pero no tuvo éxito. Los pilotos tenían que pilotear el avión tirando de los mandos con fuerza y compensando la desestabilidad del mismo. En ese vuelo murieron 88 personas. Después de estrellarse se hicieron las investigaciones en el mismo. Al ver que el estabilizador era el problema revisaron el avión e interrogaron a los que hacen el mantenimiento en el avión. Se dieron cuenta que el tornillo de expansión del avión MD-80, estaba desgastado y este era el que ayuda a mover el estabilizador del avión y establece el ángulo de vuelo. Con ello se dieron cuenta que no había sido bien lubricado este tornillo y el encargado de esto confirmo que este trabajo, de lubricar el tornillo, que se hace por 4 horas lo hizo solo por 1 hora. Pero aparte hay un sistema de seguridad el cual debe de ayudar en caso de que este sistema estabilizador fallará, pero no hubo ningún cambio. Con los estudios realizados se dieron cuenta que esta aerolínea no tenía bien hechos los diseños y había muchas medidas imprecisas. Al finalizar las investigaciones había 24 normas de seguridad siendo incumplidas. 2) Puente de Tacoma Narrows El puente de Tacoma Narrows fue un puente de suspensión ubicado en el estado de Washington que conectaba Tacoma y la península de Kitsap, inaugurado el 1ro de Julio de 1940 y que colapsó el 7 de Noviembre del mismo año. Este caso corresponde a la ingeniería civil, debido a que el problema tiene raíz en errores de diseño y factores que no se consideraron en el diseño de la estructura, tales como el efecto del viento sobre la estructura, ya que las técnicas y teorías utilizadas en esa época no consideraban este mismo. Tras el colapso el puente de Tacoma Narrows la Federal Works Administration armó un equipo de expertos para investigar la causa del desastre; el equipo estuvo conformado por 3 ingenieros de rango máximo: Othmar

Amman, el doctor Theodore Von Karmen y Glen B. Woodruff, quienes hicieron un reporte que sería conocido como el reporte “Carmody Board”. En este documento se reportaron tres puntos clave que pudieron causar el colapso: la alta flexibilidad del puente, la sección lateral sólida y plataforma del puente actuaron como un perfil aerodinámico y finalmente que había una gran falta de comprensión sobre el funcionamiento de las fuerzas aerodinámicas y sus efectos sobre el diseño del puente. El impacto que tuvo la falla sobre la integridad estructural del puente fue crítico, ya que el diseño ligero y flexible del puente propició la propagación de la ondulación a través del mismo. Debido a la antes mencionada flexibilidad del puente, este se veía afectado por vientos que causaban un movimiento vertical en el puente, y por esto el primer elemento que falló en el conjunto de la estructura fue la banda de un cable en la sección media del cable norte, que se salió de lugar, causando que este mismo cable se partiera en dos partes desiguales. La ruptura de este elemento contribuyó a que el movimiento vertical que sufría el puente se convirtiera a movimiento torsional. La causa principal de la falla del puente nunca ha sido determinada con certeza, pero se mantienen varias teoría de cuáles pudieron ser los factores principales, una de las más aceptadas siendo que la causa principal posible de falla fue el aleteo torsional. Además se le atribuye a las consideraciones diseño de la época que no consideraban el efecto del viento sobre el puente, por lo que tenía un soporte de vigas de un tamaño muy pequeño y de estructura sólida que no permitía el paso del aire a través de él, causando el antes mencionado aleteo torsional. Una discrepancia en las proporciones del puente también le dieron inestabilidad y mucha flexibilidad a la estructura, ya que este era largo, estrecho y poco profundo, con una relación de anchura-profundidad de 1 a 72. El aleteo torsional es un fenómeno complejo en el cual un objeto se autoinduce un patrón vibración u ondulación, que puede aumentar exponencialmente. Como se mencionó anteriormente, la falla en la banda del cable norte causó que el movimiento vertical que sufría el puente se transformara en movimiento torsional, consiguientemente, esto provocó que el puente absorbiera más energía eólica, por su base sólida, y el movimiento oscilatorio del puente se volvió autogenerado. Las vigas utilizadas en el sistema de soporte del puente, además del tipo de metal usado en la construcción de las torres de apoyo no soportaron los esfuerzos a los

que se sometieron y estos excedieron la zona elástica del material, causando deformaciones permanentes en las vigas y dejándolas inservibles. Afortunadamente, durante el colapso del puente no hubo casualidades más que un perro que se hallaba dentro del único automóvil sobre el puente en ese momento, se intentó rescatar al animal en dos ocasiones, pero no hubo éxito. Tras el colapso del puente se hizo una reevaluación de las consideraciones de diseño preestablecidas en la época debido a que no se tomaba en cuenta el efecto del viento sobre las estructuras como puentes, mas no se descartó completamente la teoría que se manejaba, sino que se le agregó material adicional con respecto a este tema y desató una revolución en el diseño de puentes de suspensión.

3) Puente Tay Rail El puente Tay ray, inaugurado en 1 junio de 1878, permitía la comunicación entre las ciudades de Dundee (Inglaterra) y Fife (Escocia). Fue el 28 de diciembre de 1879 cuando colapsó la estructura del puente durante una tormenta llevan. Este acontecimiento corresponde a la ingeniería civil, teniendo como causas muchas teorías de las cuales apuntaban a los cálculos habían sido inadecuados y calidad de materiales deplorable. El derrumbamiento de la estructura se produjo 19 meses luego de su apertura en la sección central del puente. Se manejan varias teorías en cuanto a las

posibles fallas del puente: descarrilamiento del tren, mal diseño de la estructura y/o empleo de materiales inadecuados para poder soportar grandes vientos. La caída de la estructura se le atribuye

fuertemente

al

hecho

de

construirse una sección de vigas altas localizadas en el centro del puente, de manera

que

permitía

el

paso

de

embarcaciones de gran altura. Estas vigas altas se apoyaban sobre las columnas por medio de tornillos. Durante la investigación realizada por el (BOT) Board of Trade Engineers,

se

demostró

que

las

perforaciones que se le hicieron a las vigas para conectarse con las columnas por medio de tornillos eran bastante afiladas, ocasionando por lo tanto, que los tornillos y la unión viga-columna presentaran niveles altos de fatiga debido a la vibración con cada pasada del tren a través de estas vigas. Otro punto que no se consideró en el momento en que se construyó el puente, tenían que ver con los esfuerzos aplicados a la estructura producto de los vientos fuertes que soplaban exactamente en la zona central del puente donde se encontraba la parte más alta, lo que condujo a la inclinación de la estructura y por lo tanto del tren hacia las barandas del puente que evitaban que este se saliera de su rumbo, sumado a esto, la falla que se presentó entre las vigas-columnas con motivo de los agujeros afilados en donde se encontraban los tornillos, ocasionándose por lo tanto el derrumbamiento de la estructura junto con el tren de pasajeros que circulaba en el momento sobre el Río Tay. Como consecuencia de este desastre fallecieron 78 personas, además provocó considerables perjuicios a la economía de Fife y alta tasa de desempleo a Escocia, en la actualidad con motivo de este desastre la industria del yute de Dundee ha desaparecido. Luego del colapso del Puente Tay se demolió esta estructura y en su reemplazo se construyó un segundo puente para tránsito ferroviario Bright Hub, con materiales más resistententes y doble vía.

4) Hyatt Regency de Kansas City El Hyatt Regency es un hotel ubicado en Kansas City, Missouri, construído en 1978. Durante la construcción se reportaron diversos incidentes con los coples de los atrios, incluyendo uno en 1979, cuando una sección de 250 m2 colapsó debido a la falla de una de las

Miller, L.(2002) Culpan a mantenimiento de Alaska Airlines por accidente en 2000. Recuperado de: https://www.myplainview.com/news/article/Culpan-a-mantenimientode-Alaska-Airlines-por-8797722.php Anónimo(2016) La verdadera historia de el “Vuelo”: Una maniobra temeraria para salvar un avión. Recuperado de: https://www.lainformacion.com/arte-cultura-yespectaculos/cine/interes-humano/curiosidades/la-verdadera-historia-de-el-vuelouna-maniobra-temeraria-para-salvar-un-avion_suudloqypnfzkmnbu1aos Sanz, F,. (1979). EL HUNDIMIENTO SOBRE DEL PUENTE SOBRE EL ESTUARIO DE TAY. Recuperado de: https://www.vialibre-ffe.com/pdf/10652_pdf_03.pdf Cusba, M,. (2011). ESTUDIO DE LAS CAUSAS Y SOLUCIONES ESTRUCTURALES DEL COLAPSO TOTAL O PARCIAL DE LOS PUENTES VEHICULARES DE COLOMBIA DESDE 1986 AL 2011, Y LA EVALUACIÓN DE LAS CONSECUENCIAS DEL DERRUMBAMIENTO DE UNO DE ELLOS. Recuperado de: https://repository.javeriana.edu.co/bitstream/handle/10554/7494/tesis600.pdf Tacoma Narrows Bridge: Lessons From the Failure of a Great Machine. (n.d.). Retrieved July 22, 2018, from https://www.wsdot.wa.gov/tnbhistory/Machine/machine3.htm#3...