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2. DISEÑO DEL PROYECTO
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2.1. REGLAS DEL PROYECTO
Los procesos de laminado manual o a pistola son muy simples y no exigen la utilización de consideraciones especiales del proyecto. Sin embargo algunos proyectos básicos deben ser llevados a consideraciones para permitir el máximo aprovechamiento de la flexibilidad de los productos de fibra de vidrio.
2.2. CONSIDERACIONES DEL PROYECTO
El proyecto de piezas debe ser orientado para objetivos estéticos y de desempeño. Un buen proyecto lleva en consideración también aspectos relativos a la facilidad de laminación, modificaciones, traslados de la pieza. El proyectista debe aprovechar todas las oportunidades par acomodar el proyecto para futuras modificaciones de las piezas. No es siempre posible, pero el proyectista creativo debe estar siempre alerta a estas posibilidades. Al proyectar para PRFV, se debe tener las siguientes consideraciones:
a) Fácil acceso a todos los puntos, los procesos de molde abierto son muy útiles para laminados de piezas de grandes dimensiones. En este caso el proyectista debe considerar el acceso del laminador a todos los puntos de la pieza, para facilitar la aplicación de los materiales. Piezas muy grandes como casco de barcos, pueden requerir el uso de andamios o moldes basculantes, para facilitar la laminación.
b) Fácil desmoldeo, las piezas deben ser siempre concebidas de modo que se facilite el desmoldeo. Debido al encogimiento de la resinas de poliéster durante la cura, generalmente no ocurren grandes no ocurren grandes dificultades de desmoldeo. Al encoger, la pieza tiende a separarse del molde, en general facilitando el desmoldeo. Todavía puede acontecer el encogimiento dificultando el desmoldeo, en ves de ayudar la separación de la pieza y el molde.
c) Distribución de tensiones: Deber ser evitadas tensiones y variaciones bruscas de paredes y cantos de laminados. La transición debe ser realizada con radios del mayor valor posible y una variación gradual de espesor para evitar acumulación de tensiones.
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3. CRITERIOS PARA EL CÁLCULO ESTRUCTURAL |
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3.1. GENERALIDADES
Cuando en el uso, las estructuras son sometidas a cargas que generan tensiones de tracción, flexión, compresión, etc. siempre que las estructuras formen estructuras para soportar estos esfuerzos debemos de dimensionar con criterio de Resistencia.
Estas estructuras presentan deformaciones dentro de límites máximos aceptables. Tanto la deformación máxima como la estabilidad de la estructura pueden ocurrir en niveles de tensiones inferior a la resistencia del material.
Son tres los criterios para dimensionamiento estructural de laminados:
a) Resistencia, considerar la resistencia del laminado a la tensión de tracción, flexión, compresión y cisallamiento.
b) Deformación, debe considerarse la rigidez estructural.
c) Estabilidad, debe ser considerada siempre cuando la estructura es sometida a compresión.
3.2. MÉTODOS PARA DIMENSIONAMIENTO
a) MÉTODO EMPÍRICO
Por este método, el espesor inicial del laminado se toma con base a la experiencia del proyectista.
Este método de dimensionamiento "estructural" es el más usado en fabricaciones de "poliéster reforzado en fibra de vidrio".
El método consiste en:
1. Espesor aprox. de 3.0 mm., se trata de un espesor "mágico" para cualquier laminado, como coberturas, partes de automóviles, partes diversas.
2. Proyectar una superficie curva, evitando ángulos vivos y superficies planas. Las superficies curvas son estéticamente mejor y confieren mejor rigidez estructural.
Existen algunas excepciones a la regla de 2.5-3.0 mm., tales como tejas traslúcidas de 0.8-1.52 mm., tanques y tubos para trabajar en ambientes agresivos deben tener un espesor mínimo de 4.5 mm.
3. Es diseño se realiza obteniendo un modelo (ya sea metal, madeja, acero, poliuretano, etc.) sobre el cual se procede a realizar el molde, el numero de partes del molde esta en función de la forma del modelo.
b) MÉTODO TEÓRICO
Estructuras de geometrías simples. sometidas a cargas también simples, son calculadas por la teoría de la elasticidad, con los recursos para cálculos estructural de cualquier otro material.
La teoría de elasticidad permite al calculista conocer las diferentes tensiones de tracción, flexión, etc. como las deformaciones, momentos flectores de la estructura.
Las tensiones admisibles de trabajo, dependen de la naturaleza del trabajo. Las tensiones admisibles son obtenidas por aplicaciones de coeficiente de seguridad a las tensiones de ruptura del material. En caso de las estructuras de poliéster reforzado en fibra de vidrio también debemos considerar la naturaleza del ambiente en contacto y la temperatura de trabajo.
Son recomendadas los siguientes coeficientes de seguridad:
1. Requerimientos estáticos de corta duración (2)
2. Requerimientos estáticos de larga duración (4)
3. Requerimientos de cargas cíclicas (5)
Las elongaciones máximas admisibles dependen de los materiales usados y secuencia del laminado, así como la naturaleza del ambiente agresivo. ASTM de manera conservadora establece un alargamiento máximo admisible de 0.1% para estructuras de fibra de vidrio en contactos con ambientes agresivos.
Las expresiones generales para cálculo de la Flecha Máxima y Momento Flector Máximo en placas planas sometidas a cargas uniformes son:
Y = K1 (qa4)/(E't3) y<t
M = K2qa2
La máxima tensión de Flexión admisible en laminados es:
sigma' = 6M / t2x(CS)
El espesor de pared esta dado por:
t = [K1qa4)/(E'y]1/3 y<t
t = [6K2qa2(CS)/sigma']1/2
respectivamente para los criterios de rigidez (deformaciones) y resistencias.
El problema resulta resolviendo los coeficientes K1 y K2 en cada caso particular.
Veamos algunos ejemplos simples:
1. Placa de radio "a" sometido a cargamento lateral uniforme, placa engastada
K1 = 3/16
K2 = 1/8
placa simplemente apoyada
K1 = 15/16
K2 = 3/16
2. Placa rectangular de compartimiento "b" y largo "a", sometido a cargas cargamento lateral uniforme.
Nota: Ver anexo Cuadro 8.1 Coeficientes K1 y K2
c) MÉTODO COMPARATIVO
Este método puede ser usado para dimensionar una estructura cualquiera cuando se sabe de una estructura similar tiene desempeño satisfactorio. Las condiciones para aplicar este método son:
1. Las estructuras deben ser geométricamente similares.
2. Las cargas también deben ser similares.
3. Ambas estructuras deben ser apoyadas de la misma forma.
4. Las estructuras deben trabajar en ambientes similares.
Satisfechas estas condiciones, la conversión llevada a efecto es simple. a través de "coeficiente de espesor".
En los casos de estructuras con misma geometría, sometidas a cargas idénticas, conocidos los módulos de resistencia de cada material, la posibilidad de construir una tabla de "coeficiente de espesor" para obtener el espesor de estructura "A", conociendo de la estructura "B".
Los coeficientes de espesor dependen de lo se compara entre la estructura "A" con la estructura "B".
Si se desea que la estructura "A" tenga la misma resistencia de flexión que la estructura "B", deben usarse el coeficiente de flexión, para la misma rigidez el coeficiente de rigidez y así sucesivamente.
Ejemplo ilustrativo:
Supongamos un domo de cobertura construido en acero, con espesor de 1,0 Mm. se desea sustituirlo por fibra de vidrio con la misma geometría. Suponemos la el plástico reforzado en fibra de vidrio construido con 30% de roving picado e instalado de manera similar de el de acero.
Las expresiones generales de cálculo del espesor de la estructura "A", conocida el espesor de la estructura "B" es:
tA = tB x (coeficiente de espesor)
en nuestro caso especifico,
t fibra de vidrio = t acero
1. Para misma resistencia a tracción
tfibra de vidrio = (2,5)(1,0) = 2,5mm
2. Para misma resistencia a flexión
tfibra de vidrio = (1,0)(1,0) = 1,0mm
3. Para misma rigidez
tfibra de vidrio = (3,3)(1,0) = 3,3mm
Es interesante observar que para la misma resistencia a la flexión, el espesor requerido para fibra de vidrio es prácticamente igual que el acero. Para una misma rigidez los laminados de fibra de vidrio requieren de 3,3 más de espesor.
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