Estructuras

ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL

FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

DISEÑO ESTRUCTURAL DE UN PUENTE GRUA

ESTRUCTURAS METÁLICAS

SORAYA PEREZ [email protected]

ING. CARLOS BALDEÓN

Quito, Mayo 2013

mailto:[email protected]

Tabla de contenidoCAPÍTULO I...........................................................................................................1

1.1 Introducción..................................................................................................11.2 Planteamiento del problema............................................................................11.3 Objetivos......................................................................................................2

CAPÍTULO II..........................................................................................................3

2.1Fundamentos de los puentes grúa.........................................................................32.2 Conceptos.........................................................................................................32.3 Características y tipos de puentes grúa ya existentes..............................................32.4 Partes de un Puente Grúa....................................................................................6

CAPÍTULO III.......................................................................................................11

3.1 Procedimiento de diseño...................................................................................113.2 Diseño de Columnas.-......................................................................................11

CAPÍTULO IV.......................................................................................................57

CAPITULO V........................................................................................................65

CONCLUSIONES................................................................................................65BIBLIOGRAFÍA....................................................................................................66

CAPÍTULO I

1.1 Introducción.

El diseño y construcción con acero estructural por muchas de sus características

deseables, han llevado a que se utilicen los aceros en una gran variedad de aplicaciones.

Los aceros estructurales están disponibles en muchas formas de productos y ofrecen una

alta resistencia inherente. Tienen un valor de elasticidad muy alto, de manera que las

deformaciones bajo carga son muy pequeñas. Además los aceros estructurales poseen alta

ductilidad. Tienen una relación esfuerzo deformación unitaria en forma lineal, incluso para

esfuerzos relativamente altos y su módulo de elasticidad es el mismo a tensión que a

compresión. Por lo tanto el comportamiento de los aceros estructurales bajo cargas de

trabajo puede predecirse en forma exacta por medio de la teoría elástica. Los aceros

estructurales se fabrican bajo condiciones de control, lo que garantiza al comprador alta

calidad uniforme. La estandarización de las secciones (Perfiles y láminas) facilita el diseño

y reduce al mínimo los costos de los aceros estructurales.

1.2 Planteamiento del problema.

Los países en desarrollo requieren de un aparato productivo que pueda satisfacer las

necesidades de la industria en sus diferentes áreas. Una de estas áreas es la metalmecánica,

la cual apoya y aporta al desarrollo productivo de sectores estratégicos tales como el

petrolero, la construcción, la minería, etc.

Por lo tanto, es fundamental el aporte que pueda brindar la universidad a la industria

metalmecánica mediante el desarrollo del presente proyecto, el mismo que será una

herramienta que pueda utilizar el empresario que desee montar una industria

metalmecánica.

Al aplicar las normas y estándares internacionales en este tipo de estructuras, el prototipo

diseñado cumplirá con los requerimientos de seguridad y funcionalidad de la industria

metalmecánica.

- 1 -

Los resultados obtenidos con el estudio permitirán al empresario tener una herramienta que

pueda utilizar para realizar un proyecto metalmecánico.

Las características de la instalación donde operara nuestro diseño es considerado tomando

en cuenta las prestaciones actuales y las mejoras que requieren las industrias locales, dicha

información se halla contenida en el anexo #1.

1.3 Objetivos.

1.3.1 Objetivo general.Diseñar un puente grúa tipo, para una industria metalmecánica.

1.3.2 Objetivos específicos. Desarrollar la industria metalmecánica lo cual genera ventajas al aparato productivo

del país.

Obtener el diseño de un sistema estructural que sirva de base para las necesidades de

infraestructura de una industria metalmecánica.

Minimizar los tiempos de fabricación y montaje.

Satisfacer las necesidades del sector productivo mediante la implementación del

puente grúa tipo.

- 2 -

CAPÍTULO II

2.1Fundamentos de los puentes grúa

En el campo industrial, para el manejo de materiales en tarimas conviene un transporte

propio y específico, como podría ser el montacargas. Pero algunos trabajos de manejo de

material no pueden llevarse a cabo con tal vehículo. Cargas más grandes, más pesadas y/o

más incomodas requieren la versatilidad de una grúa, especialmente si el recorrido de

transporte es complicado.

2.2 Conceptos.

La grúa es una herramienta de la industria de la construcción, también utilizada para la

elevación y transporte de carga que, instalado sobre vías elevadas permite a través de su

elemento de elevación (polipasto) y de su carro, cubrir toda la superficie rectangular entre

la que se encuentra instalado.

2.3 Características y tipos de puentes grúa ya existentes.

Los puente grúa son aparatos destinados al transporte de materiales y cargas en rangos de

1-500 Tm. Por medio de desplazamientos verticales y horizontales en el interior y exterior

de industrias y almacenes. Consta de una o dos vigas móviles sobre vigas carrileras,

apoyada en columnas, a lo largo de dos paredes opuestas al edificio rectangular.

2.3.1 Puente grúa monorraíl.

El puente grúa monorraíl está constituido por una viga y es una solución eficaz para mover

cargas cuando resulta necesario aprovechar toda la altura disponible del local y el edificio

no es extremadamente ancho.

- 3 -

Los puentes grúa de este tipo disponen de doble velocidad en todos los movimientos

(elevación, traslación del carro y traslación del puente) y están equipados con polipastos

como se muestra en la figura 01.

Fig. 01. Puente grúa monorraíl.

2.3.2 Puente grúa birriel.

Consta de doble viga donde se apoya el carro que sustenta el polipasto figura 02. Este

modelo permite alcanzar la máxima altura del gancho. Es ideal para cargas elevadas o

naves con luz media o grande. La capacidad total de carga puede alcanzar 500 Tm.

Fig. 02. Puente grúa birriel.

2.3.3 Puente grúa pórtico.

- 4 -

Puede monorriel o birriel y se diferencia de las anteriores por que la o las vigas están

conectadas fijas al pórtico y el mismo pórtico el que se traslada a lo largo de la instalación,

esto se puede observar en la figura 03mostrada a continuación.

Fig. 03 Puente grúa pórtico.

2.3.4 Grúas semipórtico.

Es una estructura que desde un lado tiene una perspectiva de puente grúa y desde el otro es

un puente monorriel o birriel. En uno de los lados consiste en una serie de columnas fijas u

por el otro en columnas móviles que va fija a la viga de carga. La función de la columna

móvil es la de desplazarse a la misma altura de la carga a través de un riel que se encuentra

sujeto al suelo, observar figura 04.

Fig. 04 Puente grúa semipórtico.

- 5 -

2.4 Partes de un Puente Grúa.

En la figura XX mostrada a continuación se presentan los componentes típicos de un

puente grúa.

Fig. 05 Partes de un Puente Grúa Monorriel

1. Armario traslación 12. Soportes protección mangueras

2. Armario del polipasto 13. Botonera con conector

3. Final carrera de elevación 14. Soportes de las mangueras

4. Brazo arrastrador alimentación del carro15. Empalme perfil

5. Soporte fijación 16. Soporte deslizante

6. Carritos 17. Soporte para conducción cable

7. Motor longitudinal 18. Limitador de carga

8. Brazo tomacorrientes 19. Final carrera de traslación carro

- 6 -

9. Armario traslación 20. Tope accionamiento final carro.

10. Final carrera traslación puente 21. Radio (opcional).

11. Tope final 22. Topes en carro en mono viga.

A continuación se detalla las partes principales que comprende el puente grúa.

2.4.1 Vigas.

Es el miembro principal de carga, constituido por perfiles estructurales cargados

transversalmente al eje de la viga generando esfuerzos de flexión. Ver figura 06

Fig. 06 Vigas de un Puente Grúa

2.4.2 Testeros.

Son carros de traslación que mueven la viga principal del puente a lo largo de su corredera.

Ver figura 07

Fig. 07 Testeros.

- 7 -

2.4.3 Motores de movimiento longitudinal.

Como se puede ver en la figura 08 los motores aportan con la energía motriz a los testeros

para mover el puente grúa en su movimiento longitudinal a lo largo de la carrilera.

Fig. 08 Motores de Movimiento Longitudinal

2.4.4 Mandos de puente grúa.

Son utilizados para el manejo del puente. Están constituidos por una serie de botones los

cuales permiten el traslado adecuado de la carga ya sea horizontal o verticalmente y los

movimientos de los carros del puente. Los mandos lo puede realizar una persona desde el

piso o desde la cabina de control si es que el puente lo tiene. Ver figura 09.

Fig. 09 Mandos de Puente Grúa desde piso o cabina.

2.4.5 Polipasto.

- 8 -

Constituye el componente que está sujeto a la viga principal del puente el cual es utilizado

para elevar cargas desde.

Existen elementos que pueden adicionarse como: gancho de suspensión, carro de traslación

manual o eléctrica, cable botonera más largo, cadena, transmisión eléctrica con línea de

arrastre o deslizante, botonera de mando desplazable. Ver figura 10

Fig.10 Polipasto

2.4.6 Línea de alimentación.

Constituyen todos los cables que energizan los motores de movimientos de los carros y el

motor de elevación de carga.

- 9 -

Fig. 11 Cables de Alimentación.

2.4.7 Ganchos.

El cancho es el elemento al que se acopla a la carga. Ver figura 12.

Fig. 12 Gancho.

- 10 -

CAPÍTULO III

3.1 Procedimiento de diseño.

El procedimiento de diseño estructural consiste:

a) Determinación de los parámetros funcionales.

b) Selección del tipo de estructura.

c) Determinar las cargas que actúan sobre ella.

d) Determinación de los momentos y fuerzas internas en los componentes

estructurales.

e) Selección del material y dimensiones de los miembros y conexiones para logara

seguridad y economía.

f) Revisión del comportamiento de la estructura en servicio.

g) Revisión final.

h) Establecimiento del protocolo de pruebas.

3.2 Diseño de Columnas.-

3.2.1 Identificación de las cargas que intervienen en el problema:

- 11 -

Diagrama del cuerpo libre general

Fig. 13 Esquema general de las cargas

Análisis del ancho colaborante Ac:

Fig. 14 Especificación del ancho colaborante para el análisis del pórtico

Determinación de la geometría faltante del problema:

, longitud de la viga inclinada

- 12 -

, altura desde el final de B hasta el tope de la estructura

3.2.1.1 Carga

Representa la suma de la carga muerta y la carga viva

3.2.1.1.1 Carga muerta

Donde:

es la carga de peso propio

es la carga de seguridad

a. Carga de peso propio

Donde

es el peso de la estructura (del pórtico)

es el peso de los canales entre los perfiles A y la cubierta de acero

es el peso de la cubierta de acero

es el peso del conjunto puente grúa

a.1) Peso de la estructura

No sabemos los perfiles que se usan, eso es lo que estamos determinando

Asumimos que los elementos A, B y C (fig. 01) corresponden a perfiles W18x40 que son

los que se planean usar para el cálculo de las columnas.

Del manual de la AISC: W18x40 →

- 13 -

Densidad del acero estructura A36 →

a.2) Peso de los canales

Se considera poner 14 canales tipo C 150x50x3 para el acople entre los perfiles A y la

cubierta.

Fig. 13 Geometría del perfil C que se quiere usar

a.3) Cubierta

Para la cubierta nos basamos en un tiempo de cubierta “duratecho” de la casa fabricante

NOVACERO.

- 14 -

Fig. 14 Propiedades del “duratecho”

1

a.4) Peso del puente grúa

DCL del puente grúa en posición extrema:

Fig. 15 DCL del puente grúa con el motor y polea en el extremo

1http://www.novacero.com/ws/novacero/novacero.nsf/paginasc/56183406A14601558825715D00837E75?OpenDocument

- 15 -

Pero para la posición extrema:

Lateral en X:

Fig. 16 DCL en la sección lateral del puente

Por objeto de estudio consultamos la casa fabricante de puente grúa ABUS2

Consideramos un puente grúa birrail ZLK con una luz de 20 m y capacidad de carga de

5 T (5 kg).

2http://www.construnario.com/diccionario/swf/27163/@@@@Puentes%20gr%C3%BAa/Informaci%C3%B3n%20general%20de%20dise%C3%B1o%20puentes%20gr%C3%BAa.pdf

- 16 -

Tabla N° 1. Propiedades del puente grúa birrail ZLK

RMAX se refiere a la reacción máxima en la en el apoyo del puente con la viga carrilera

cuando el puente está en posición extrema y cargado.

Por tanto:

b. Carga de Seguridad

Según la tesis de Guerrero, “Normalización de estructuras metálicas tipo puente grúa”, se

tiene

- 17 -

Finalmente:

3.2.1.1.2 Carga viva

La única en consideración es la carga de granizo

a) Carga de granizo

Es , considerando:

Capa de granizo en el peor de los casos 10 cm

La peor condición de lluvias y granizadas en Quito en el cordonazo de San Francisco.

Densidad del granizo de

3.2.1.2 Carga de Sismo

Nota importante: para el cálculo de la carga de sismo nos basamos en lo que dice el código

ecuatoriano de la construcción (CEC)3

3http://www.disaster-info.net/PED-Sudamerica/leyes/leyes/suramerica/ecuador/otranorm/Codigo_Ecuatoriano_Construccion.pdf

- 18 -

Donde:

es el factor de zona sísmica, , debido a que Quito es una zona de alto riesgo

sísmico (pág. 22, tabla 1, CEC)

es el factor de importancia, , debido a que nuestra estructura no está

especificada en el listado de la norma (pág. 27, tabla 4, CEC)

es el factor de conducción de onda del suelo

Donde:

es el coeficiente del suelo, , en Quito se tiene un suelo tipo Congagua que

se clasifica como suelo intermedio.

es el período de vibración (pág. 13, método 1, CEC)

Donde:

es la altura básica de la edificación medida desde la base,

para pórticos de acero

es el factor de reducción de respuesta estructural (RW en el SAP 2000),

(pág. 31, tabla 7, CEC)

es el coeficiente de configuración estructural de la planta

Donde:

- 19 -

es el mínimo valor de dado en la pág 29, tabla 5, CEC. , debido a

que no existen irregularidades en nuestra estructura.

de igual manera porque no existen irregularidades en la configuración de

nuestra estructura.

es el coeficiente de configuración estructural en elevación (pág. 30, tabla 6, CEC)

de igual manera debido a que no hay irregularidades en nuestra estructura.

Finalmente:

Diseño de la columna principal (elemento c fig. 1)

- 20 -

3.2.2.1 DCL del pórtico

Fig. 17 DCL del pórtico en general

, lo que representa una condición de seguridad por si existe una

sobrecarga del 30% del puente grúa.

- 21 -

Determinar la distancia X.-

Para esto asumimos que se desea colocar:

Una columna principal (C) W18x71de 4,5 m

Una columna secundaria (B) W12x35 de 1,5 m

Se coloca una viga carrilera de asiento para el puente grúa W12 x 35

Se coloca una ménsula de 100 x 100

Se muestra esto en el siguiente gráfico:

Fig. 18 Aproximación geométrica de cómo será el extremo del puente grúa

No conocemos la configuración del puente grúa por lo que no es posible determinar esta

distancia X. Sin embargo con una aproximación gráfica se puede decir que la distancia es

de 50 cm.

- 22 -

3.2.2.2 DCL de la columna

Fig. 19 DCL resultante de la columna inferior principal

Diagramas de cortante y momento flector.-

Nos valemos del programa SAP 2000

- 23 -

Fig. 20 Diagrama de Cortante y Momento Flector

De los análisis del SAP se determina que el momento máximo es de:

Análisis con carga P equivalente

- 24 -

Diseño de la columna

Vamos a realizar un procedimiento de prueba y error.-

Material: Acero A572

Propiedad Valor

Sy 50 ksi

Su 65 ksi

E 2100000 kg/cm2

Tabla N° 2.- Propiedades del acero A572

Del manual de la AISC observo que si fue válido haber escogido un perfil W18x71(pág. 1-

13)

Propiedad Valor

A (transversal) 20,8 in2

Ixx 1170 in4

Iyy 60,3 in4

Rxx 7,50 in

Ryy 1,70 in

Tabla N° 3.- Propiedades del perfil W18x71

- 25 -

Se asume que la rigidez de la columna base inferior (elemento C) debe ser mayor en un

50% a la rigidez de la columna secundaria superior (elemento B).

Determinación del factor de esbeltez de la columna

rxx es el rmin por que ese es el plano donde va a trabajar el elemento (se flexiona).

K se determina a partir de G1 y G2

G1 = 1,0 el final de la columna es rígidamente anclado

Con los valores de G1 y G2 se calcula K mediante el nomograma de la pág. 5-125

Por tanto:

- 26 -

Ahora bien con Sy = 50 ksi y = 31 en la pág. 5-75 determino Fa

Se determina nuevamente :

Finalmente, se ve que es correcto el escoger un perfil W18x71 para la columna base.

Diseño de la columna secundaria (elemento b fig. 1)

3.2.3.1 DCL general del pórtico sin las columnas base

Fig. 21 DCL del pórtico sin columnas base

- 27 -

3.2.3.2 DCL de la columna

Fig. 22 DCL de la columna secundaria superior

Del análisis con el SAP 2000:

Fuerza axial máxima:

- 28 -

Fig. 23 Fuerza axial – SAP 2000

T1y = -10006,62 (kg) = -22,061 (Kip)

Diagrama de momento flector y momento máximo:

Fig. 24 Diagrama de momento flector

- 29 -

Mmax = 1524 (kg-m) = 132,277 (Kip-in)


Diseño de la columna

Vamos a realizar un procedimiento de prueba y error.-


Propiedad Valor

Sy 50 ksi

Su 65 ksi

E 2100000 kg/cm2

Tabla N° 2 (repetida).- Propiedades del acero A572

Del manual de la AISC observo que si fue válido haber escogido un perfil W12x35(pág. 1-

13)

Propiedad Valor

- 30 -

A (transversal) 10,3 in2

Ixx 285 in4

Iyy 24,5 in4

Rxx 5,25 in

Ryy 1,54 in

Tabla N°4.- Propiedades del perfil W12x35

Se asume que la rigidez de la columna base superior (elemento B) debe ser mayor en un

50% a la rigidez de la viga techo del pórtico (elemento A).

Determinación del factor de esbeltez de la columna



G1 = 1,0 el final de la columna es rígidamente anclado (por medio de la soldadura y la

placa base)


- 31 -

Por tanto:



Finalmente, se ve que es correcto el escoger un perfil W12x35 para la columna superior.

3.3 Diseño de la placa base para la columna principal inferior.

El perfil seleccionado fue un W18x71, cuyas dimensiones de acuerdo con el manual de la

AISC en milímetros son:

- 32 -

Fig. 25.- Geometría del perfil W18x71

Fig. 26 Esquema del acople placa base y columna inferior principal.

Donde:

se determinó anteriormente en el cálculo de la columna base, .

Corresponde al valor que ahí se definió como la carga equivalente que sería la máxima

- 33 -

reacción ejercida por la columna a la placa base cuando el puente grúa está en posición

extrema lateral y con el máximo de carga.

es el área de la placa base que se va a usar.

es el esfuerzo admisible del hormigón.

es el esfuerzo último del hormigón

es el factor de seguridad del hormigón, se evalúa en 4 (igual o mayor).

Consideraciones:

Una vez más se acude al método de prueba y error. Se parte primero en considerar las

dimensiones de la sección con la cual se define unas dimensiones mayores, tomando en

cuenta que también debe haber un espacio para los pernos de anclaje.

Probamos una placa de 600x400 mm que tiene una buena distribución de la sección y es

mayor a la mínima área calculada.

- 34 -

Fig. 27 Geometría de vista superior de la placa base supuesta y el perfil de la columna.

Mínimo espesor resultante para una placa de 600 x 400 mm

Como se observa en la figura anterior, con la placa supuesta se tiene una distancia n de

6.543 cm.

Esp. min.

Por razones de disponibilidad de planchas con espesores de 1in se decide seleccionar este

espesor que es mayor al calculado.

Por lo tanto se tiene una buena selección de las placas bases al decir que se desea que

estas sean de 600x400x25 mm

3.4 Diseño de la sección inclinada

- 35 -

Fig. 28 DCL del pórtico seccionado en la mitad

Los datos de las reacciones y todas las fuerzas representadas ya se obtuvieron

anteriormente

Aislando la sección inclinada, seccionando en el punto 2:

- 36 -

Fig. 29 Perfil inclinado aislado

Por y se tiene que:

Al principio del trabajo se había determinado todos los factores geométricos del pórtico:

Tomando en cuenta los ejes x’ y y’ que se mostró en el anterior gráfico se puede

transformar el conjunto de fuerzas mostradas al siguiente equivalente.

Fig. 30 Resultante equivalente

Lo que constituye una combinación de flexión y tracción pero como consideramos que la

carga de vienta es cíclica y mueve a la estructura de un lado para el otro, podemos

- 37 -

considerar que en el peor de los casos este elemento puede estar a compresión y a parte a

flexión.

Como se vio en el estudio de las cargas combinadas cuando existe flexión y tracción el

efecto de la flexión se comprensa con el de la tracción.

Por tanto tomamos en cuenta el peor caso que podría llegar a pasar para analizar nuestro

pórtico:

Fig. 31 Se analiza en el peor de los casos

Fuerza de compresión = 1189.584 N = 0,267 Klbf

- 38 -

Diagramas de cortante y momento flector.-

Valiéndonos del programa SAP 2000

Fig. 32 Diagrama de cortante y momento flector del perfil inclinado

Del análisis en SAP se determina que el momento máximo es:


- 39 -

Diseño del perfil


Perfil planteado: W18X40

Propiedad Valor

Sy 50 ksi

Su 65 ksi

E 2100000 kg/cm2

Tabla N°2 repetida

Propiedades del W18X40 en el manual de la AISC (pág. 1-13)

Propiedad Valor

A (transversal) 11.8 in2

Ixx 612 in4

Iyy 19.1 in4

rxx 7.21 in

ryy 1.27 in

Tabla N° 5.- Propiedades del perfil W18x40

Se necesita mayor rigidez en el perfil inclinado debido a su longitud, por tanto se asume

que su rigidez es el doble de la columna superior que es consecutiva al mismo (literal B, en

la figura 13).

Determinación del factor de esbeltez del perfil inclinado:

- 40 -



G1 = 1,0 el final de la columna es rígidamente anclado (por medio de la soldadura y la

placa base)


K=1,35

Por tanto:


- 41 -


Finalmente, se ve que es correcto el escoger un perfil W18x40 para el diseño del perfil

inclinado del pórtico, aunque es bueno considerar que el índice de trabajo es casi

cercano a 1, de todas maneras, la elección de este perfil desde el punto de vista de la

esbeltez, cumple con los requisitos de diseño.

- 42 -

3.5 Diseño de la cimentación

Fig. 33 Esquema de diseño de la cimentación

La cimentación se basa en la construcción de un plinto.

El plinto no es más que una columna de hormigón que va a soportar la zapata.

- 43 -

La zapata no es más que el asiento del cimiento.

Haciendo la sumatoria de fuerzas longitudinales en el perno:

Siendo:

F1 la fuerza de compresión en el gancho del perno

F2 la resultante de las fuerzas de adherencia entre el perno de anclaje y el hormigón

Entonces:

Siendo:

a el valor dato que se indica en la gráfica, está en función de la longitud de trabajo del

perno de anclaje, a ≤ 5% de la longitud de trabajo del perno de anclaje.

es la sumatoria de las fuerzas de adherencia

F’c es el esfuerzo admisible del hormigón

De manera que:

Diámetro del perno.-

- 44 -

Fig. 34 Esquema del perno de anclaje

Fuerza Po.-

Fig. 35 Esquema de la columna sobre la placa base

Para 4 pernos de anclaje:

Para los pernos de anclaje:

ISO 88, los que vienen con rosca, y

De varilla corrugada norma A-42 (INEN)

La zapata.-

- 45 -

Fig. 36 Esquema gráfico de la zapata

Se tienen 3 tipos de suelo:

Rocoso

Limoso, en la sierra

Arenoso, en la costa y el oriente

3.5.1 Cálculo de los pernos de anclaje.

Los pernos de anclaje ubicados sobre la superficie de la placa base se definen en un número

de 8 elementos, distribuidos simétricamente para que puedan funcionar adecuadamente

para cuando el momento transmitido por la columnas a la cimentación no desestabilicen el

pórtico de sus bases; Así se determina el diámetro de cada perno como la longitud efectiva

de cada uno de ellos.

Cuando un momento actué en la columna, la mitad de los pernos de anclaje van a soportar

ese momento, así el número de pernos que trabajan a tensión son 4; La distancia entre los

- 46 -

ejes de cada perno en el plano en que actúa el momento determina el par que permite

calcular la fuerza aplicada en cada uno de los pernos.

Carga aplicada a cada perno:

3.5.1.1 Diámetro mínimo de los pernos:

El esfuerzo de fluencia para los pernos se considera de los que corresponden a los del tipo

ISO 8.8

Despejando de la ecuación anterior se tiene:

- 47 -

Este diámetro calculado representa el diámetro mínimo requerido para soportar la carga

aplicada. Según especificaciones del Euro código EA95 menciona que no suelen emplearse

pernos de diámetro inferior a 16 mm por lo que por facilidad de encontrar una varilla de un

diámetro determinado en el mercado se procede a elevar el diámetro de la misma a la de 1

in.

3.5.1.2 Determinación de la longitud efectiva del perno.

Para determinar la longitud efectiva del perno se utiliza la siguiente relación:

3.5.1.3 Esfuerzo de adherencia.

El esfuerzo de adherencia depende del tamaño del resalte de las corrugas del perno de

anclaje, así se tiene el factor de adherencia tomado de la siguiente tabla en función del

diámetro del perno.

- 48 -

Así para un diámetro de una pulgada (25,4mm) el factor correspondiente es:

Como se puede observar la longitud efectiva del perno es de 80cm.

3.5.1.4 Longitud total del perno.

La longitud total del perno se determina a partir de la longitud efectiva del perno más la

longitud correspondiente al espesor de la placa base y por último la longitud de roscado del

perno.

3.5.1.5 Longitud del Ala del perno.

Corresponde al 5% de la longitud efectiva.

- 49 -

3.5.2 Determinación del área de la zapata.

El área de la zapata se determina a partir de la carga Axial equivalente que corresponde a la

mayor carga aplicada sobre el eje de la columna a transmitirse a la cimentación.

Para determinar el área de la zapata se debe cumplir con la siguiente relación:

Se toma como parámetro que el suelo es de tipo Limoso, y por lo tanto tiene un esfuerzo

último de .

El cálculo anterior mostrado indica que la zapata debe cubrir un área de 5,63 m por cada

lado.

3.6 Diseño de la viga Carrilera.

- 50 -

Para el diseño de la misma se toma como condición extrema de trabajo que el puente grúa

este ubicado en el centro de la viga y que toda la carga del puente grúa este ubicada en el

extremo próximo a la viga carrilera.

Como se menciono anteriormente la carga de trabajo del puente grúa es de 5 toneladas pero

se tomo una sobre carga que sube a un valor de 6,5 toneladas, esta última es la carga

dominante para el diseño de la viga de 6 metros de longitud.

Fig. 36 Estado de carga de la viga carrilera.

Fig. 37 Diagrama de momento flector (Kip-ft).

- 51 -

Fig. 38 Diagrama de esfuerzo cortante (kip).

Como primera aproximación se asume que:

Con este valor se procede a calcular una sección para tener una referencia de la misma, así

entonces se tiene:

De las tablas de la AISC se tiene un módulo se sección próxima con el perfil:

Como se puede observar esta aproximación nos indica que estado de análisis para la viga

corresponde al tercer caso donde independientemente de la sección y .

Ahora se quiere determinar qué valor de esfuerzo admisible determina la esbeltez del

elemento.

- 52 -

Según nuestro diagrama de momento flector son cero y por lo tanto

.

Segunda Aproximación:

De las tablas de la AISC se escoge un perfil aproximado al módulo de la sección, con lo

que se tiene el perfil:

- 53 -

Como la longitud de la viga es aún mayor a la longitud última, se procede nuevamente a

calcular una esbeltez.

Esta esbeltez nos indica otro método de cálculo para

Tercera Aproximación.

Ahora se escoge un perfil con módulo de sección mayor a la última calculada y que

además tenga una longitud última mayor a la de la viga.

Así tenemos entonces:

- 54 -

Con lo cual se llega a la selección este perfil como el más adecuado para la viga carrilera.

Factor de seguridad;

- 55 -

3.7 Diseño final del pórtico.-

Fig. 39.- Diseño del pórtico

Se puede observar:

Las placas bases

La columna inferior principal W18x71

La columna superior secundaria W18x40

La viga inclinada de perfil W18x40

Se muestra un detalle más ampliado:

Fig. 40 Ampliación y detalles

- 56 -

Fig. 41 Diseño del Galpón

Fig. 42 Ampliación donde se puede observar la viga carrilera en rosado y los canales

C en violeta donde se pondrá el Novatecho

- 57 -

CAPÍTULO IVCOSTOS

El presupuesto total de la ejecución de la obra es de acorde a la

situación del mercado, lo que supone un importe por unidad de superficie construida de

.

- 58 -

- 59 -

Rubro: 1Unidad: Kg R= (kg/hora): 209,000Detalle: Suministro de acero estructural A-36 K= (hora/kg): 0,0048

EQUIPOS

DescripciónCantida

d ATarifa B

Costo Hora C=A*B

Costo Unitario D=K*C

%

0,00%MANO DE OBRA

PARCIAL M0,000 0,00%

Descripción Cantida Jornal/ Costo Hora Costo Unitario %

- 60 -

d A Hora B C=A*B D=C*K0,00%

MATERIAL PARCIAL N

0,000 0,00%

Descripción Unidad Cantidad A Unitario BConsumo C=

A*B%

Acero Estructural

Kg 1,20 1,60 1,920 1,31%

TRANSPORTE PARCIAL O

1,920 1,31%

Descripción Unidad Cantidad AUnidad Costo

BCosto C=A*B %

Acero estructural

Kg 1,20 0,001 0,001 0,05%

PARCIAL P

0,001 0,05%

GLOBALTotal costos directos X= M+N+O+P 1,921 80,00%UTILIDAD 15,00% 0,29 12,00%GASTOS ADMINISTRATIVOS

8,00% 0,15 6,40%

GASTOS FINANCIEROS

2,00% 0,04 1,60%

VALOR PROPUESTO

2,40 100,00%

Rubro: 2Unidad: Kg R= (kg/hora): 69,700Detalle: Fabricación Acero estructural K= (hora/kg): 0,0144

EQUIPOS

DescripciónCantida

d ATarifa B

Costo Hora C=A*B


%

Equipo oxicorte 1 4,0 4,0 0,058 0,04%Moto soldadora 1 5,0 5,0 0,072 0,05%Grúa 1 20,0 20,0 0,288 0,20%Esmeril 1 1,5 1,5 0,022 0,01%

MANO DE OBRA PARCIAL M

0,439 0,30%

DescripciónCantida

d AJornal/Hora B

Costo Hora C=A*B

Costo Unitario D=C*K

%

Soldador ASME

1 2,5 2,5 0,036 0,02%

Mecánico 1 2,5 2,5 0,036 0,02%

- 61 -

armadorOperador grúa 1 2,50 2,5 0,036 0,02%Ayudante de pintura

1 2,44 2,4 0,035 0,02%

MATERIAL PARCIAL N

0,143 0,10%


A*B%

Electrodos E7018

Kg 0,04 4,50 0,180 0,12%

Oxigeno m3 0,04 6,00 0,240 0,16%Disco esmeril U 0,020 1,60 0,032 0,02%


0,452 0,31%


BCosto C=A*B %

PARCIAL P

0,000 0,00%


8,00% 0,08 6,40%

GASTOS FINANCIEROS

2,00% 0,02 1,60%

VALOR PROPUESTO

1,29 100,00%

Rubro: 3Unidad: Kg R= (kg/hora): 76,350Detalle: Pintura Acero estructural K= (hora/kg): 0,0131

EQUIPOS

DescripciónCantida

d ATarifa B

Costo Hora C=A*B


%

Compresor125 HP

1,0 10,0 10,0 0,131 15,63%

Equipo de Pintura

1,0 2,0 2,0 0,026 3,13%


0,157 18,75%

DescripciónCantida

d AJornal/Hora B

Costo Hora C=A*B


%

Pintor 3,0 3,0 9,0 0,118 14,07%

- 62 -

Ayudante de pintura

2,0 2,5 5,0 0,066 7,81%

0,000 0,00%MATERIAL PARCIAL N

0,183 21,88%


A*B%

Pintura anticorrosiva

Gl 0,01 15,00 0,150 17,89%

pintura de aluminio

Gl 0,01 16,00 0,160 19,09%

Diluyente Gl 0,002 10,00 0,020 2,39%0,000 0,00%


0,330 39,37%


BCosto C=A*B %

PARCIAL P

0,00 0,00%


8,00% 0,054 6,40%

GASTOS FINANCIEROS

2,00% 0,013 1,60%

VALOR PROPUESTO

0,838 100,00%

Rubro: 4Unidad: Kg R= (kg/hora): 209,110Detalle: Montaje de acero Estructural K= (hora/kg): 0,0048

EQUIPOS

DescripciónCantida

d ATarifa B

Costo Hora C=A*B


%

Moto soldadora 1 5,0 5,0 0,024 1,48%Grúa 1 50,0 50,0 0,240 14,83%Equipo Oxicorte 1 4,5 4,5 0,022 1,33%Equipo de inspección Ultrasónica

1 60,0 60,0 0,288 17,80%

MANO DE OBRA PARCIAL 0,574 35,45%

- 63 -

M

DescripciónCantida

d AJornal/Hora B

Costo Hora C=A*B


%

Mecánico Armador 5 2,5 12,5 0,060 3,71%Operador grúa 2 2,5 5,0 0,024 1,48%Inspector END 1 25,00 25,0 0,120 7,42%Soldador ASME 1 2,50 2,5 0,012 0,74%MATERIAL PARCIAL

N0,216 13,35%


A*B%

Electrodos kg 0,03 4,50 0,135 8,34%Oxigeno-Acetileno m3 0,02 14,00 0,280 17,30%Disco de esmeril u 0,050 1,60 0,080 4,94%Grata u 0,002 5,00 0,010 0,62%

0,000 0,00%TRANSPORTE PARCIAL O 0,505 31,21%

Descripción Unidad Cantidad AUnidad Costo B

Costo C=A*B %

PARCIAL P 0,000 0,00%GLOBALTotal costos directos X= M+N+O+P

1,295 80,00%

UTILIDAD 15,00% 0,19 12,00%GASTOS ADMINISTRATIVOS

8,00% 0,10 6,40%

GASTOS FINANCIEROS

2,00% 0,03 1,60%

VALOR PROPUESTO

1,62 100,00%

Rubro: 5Unidad: m3 R= (m3/hora): 0,763Detalle: Hormigón estructural f'c= 280kg/cm2 K= (hora/ m3): 1,311

EQUIPOS

DescripciónCantida

d ATarifa B

Costo Hora C=A*B


%

Hormigonera 1 2,0 2,0 2,623 1,79%Vibrador de hormigón

1 1,5 1,5 1,967 1,34%

- 64 -

Herramienta menor

1 0,5 0,5 0,656 0,45%


5,246 3,59%

DescripciónCantida

d AJornal/Hora B

Costo Hora C=A*B


%

Operadores 2 2,5 5,0 6,557 4,48%MATERIAL PARCIAL N

6,557 4,48%


A*B%

Cemento Kg 500,00 0,18 90,000 61,52%Arena m3 0,78 8,00 6,240 4,27%Ripio m3 0,900 8,00 7,200 4,92%TRANSPORTE PARCIAL

O103,440 70,71%


BCosto C=A*B %

Arena m3 0,78 0,77 0,601Ripio m3 0,90 0,77 0,693

Cemento Kg 500,00 0,001 0,500 0,34% PARCIAL

P1,794 0,34%


8,00% 9,36 6,40%

GASTOS FINANCIEROS

2,00% 2,34 1,60%

VALOR PROPUESTO

146,30 100,00%

CAPITULO V

CONCLUSIONES Las vigas es el miembro principal de carga, constituido por perfiles estructurales

cargados transversalmente al eje de la viga generando esfuerzos de flexión.

Los testeros son carros de traslación que mueven la viga principal del puente a lo

largo de su corredera.

- 65 -

Los motores de movimiento longitudinal aportan con la energía motriz a los testeros

para mover el puente grúa en su movimiento longitudinal a lo largo de la carrilera.

Los mandos de puente de grúa están constituidos por una serie de botones los cuales

permiten el traslado adecuado de la carga ya sea horizontal o verticalmente y los

movimientos de los carros del puente. Los mandos lo puede realizar una persona

desde el piso o desde la cabina de control si es que el puente lo tiene.

Polipasto constituye el componente que está sujeto a la viga principal del puente el

cual es utilizado para elevar cargas.

Las líneas de alimentación constituyen todos los cables que energizan los motores

de movimientos de los carros y el motor de elevación de carga.

Finalmente, se ve que es correcto el escoger un perfil W12x35 para la columna

superior, para el diseño de la columna secundaria.

Finalmente, se ve que es correcto el escoger un perfil W18x71 para la columna

base, para el diseño de la columna primaria.

BIBLIOGRAFÍA

Diseño de Estructuras de Acero, Bresler, LIN y SCALZI, Editorial LIMUSA, 1970

Diseño de Estructuras Metálicas, McCROMAC, JACK, 1971

Manual de la AISC (American Institute of Steel Construction, Inc); Chicago, Illinois, 1980

ANEXO 1. Determinación de los parámetros funcionales.

Determinación de los parámetros funcionales.

ASPECTOS DE ANÁLISIS Valor (m)

Características generales del

edificio

Ancho : 20

Largo: 36

Altura máxima: 8,87

# de pórticos 7

- 66 -

Localización: Conocoto

Distancia entre pórticos

P1-P2 6

P2-P3 6

P3-P4 6

P4-P5 6

P5-P6 6

P6-P7 6

Número de pórticos diferente 2 (Extremos)

Características del pórtico

Descripción

Luz: 20

Altura: 8,87

Gradiente: 15°

Tipo de perfil: W

Material: Acero estructural

Conexiones

Columna-Trabe: Soldadura

Trabe-Trabe: Soldadura

Pórtico-vigas grúa: Soldadura

Cimentaciones

Base de la columna: Placa y pernos de anclaje

Vigas lateralesMaterial: Acero estructural

Tipo de perfil: W

Puente grúa

Capacidad: 5T

Peso: 3081.6 kg

Luz: 19,75

Número de rieles: 2

Tipo de control de mando No determinado

Tipo de perfil: W

Trole y malacate Peso: Considerado en el PG.

Arriostramiento Laterales: Por determinar

- 67 -

Cubierta Paneles de acero (2,17 kg/m2)

- 68 -

Estructuras

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