CLIENTE:
INGREDION PERÚ S.A
PROYECTO:
MEMORIA DE CÁLCULO
FABRICACION DE SOPORTE TIPO COLUMNA
ALTURA: 2520mm
ANCHO: 1290mm
TIPO:
ESTRUCTURA METALICA
SOPORTE DE TUBERIA CONTRA INCENDIOS
Ø4pulg CEDULA 40 – ASTM A53
SOPORTE TIPO COLUMNA, PORTA TUBERIA
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Urb. Prov. Villas de Oquendo Mz Q - Lt 18.
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ÍNDICE:
1.
2.
3.
GENERALIDADES:
3
1.1.
1.2.
1.3.
1.4.
1.5.
ALCANCE:
NORMAS APLICABLES:
DOCUMENTOS REFERENCIALES:
MATERIALES:
ARREGLO GENERAL:
3
3
3
5
5
CÁLCULO DE ESTRUCTURAL METALICA:
5
2.1. SOPORTE TIPO COLUMNA:
2.1.1. ESQUEMA DE MODELO:
2.1.2. CARGAS DE SERVICIO:
5
5
5
ANÁLISIS POR ELEMENTOS FINITOS – FEA:
6
3.1. SOPORTE TIPO COLUMNA:
6
3.1.1. Cargas Aplicadas:
3.1.2. Mallado de Diseño:
3.1.3. Cálculo de Tensiones:
3.1.4. Resultado de tensiones:
3.1.5. Deflexión Calculada:
3.1.6. Factor de Seguridad:
6
7
8
9
10
11
4.
SELECCIÓN DE ANCLAJES
12
5.
CONCLUSIONES:
13
6.
RECOMENDACIONES:
13
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1.
GENERALIDADES:
1.1. ALCANCE:
Se requiere diseñar, fabricar e instalar un SOPORTE TIPO COLUMNA, que se instalara a lo largo
de la trayectoria de la tubería contra incendio (donde sea necesario)
Se instalará una tubería del SISTEMA CONTRA INCENDIOS, TUBERIA Ø4pulg CEDULA 40, que
soporte el peso de la tubería más fluido interno, según información proporcionado por el cliente.
la separación mínima es de 2.5m (entre soportes)
Imagen 01, SOPORTE TIPO COLUMNA
1.2. NORMAS APLICABLES:




Teoría De Von Mises (Elementos Finitos - FEA)
Norma Nacional E090
ASME B36.10M – 2004
AWS D1.1/D1.1M:2020
1.3. DOCUMENTOS REFERENCIALES:

Planos de detalle: SOPORTE TIPO COLUMNA

Núm. Plano:
INCL – STC – 001 / 1290mmx2520mm
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Imagen 02, INCL – STC – 001 / 1290mmx2520mm
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1.4. MATERIALES:

Acero estructural, ASTM A36
o
WF4pulgx13lbxpie
o
PL – 12mm

Pernos expansión HILTI – Ø1/2pulgx6pulg
1.5. ARREGLO GENERAL:
Se muestran las dimensiones generales, ver imágenes 02
2.
CÁLCULO DE ESTRUCTURAL METALICA:
2.1. SOPORTE DE TIPO COLUMNA
2.1.1.
ESQUEMA DE MODELO:
Revisar las imágenes 02
2.1.2.
CARGA DE SERVICIO:
Según la información que se tiene como:
Fuerza aplicada:
16.09kg/m, Peso de tubería
24.28kg/m, Peso de tubería + fluido interno (agua)
08.19kg/m, Peso del agua contenida en la tubería
Fuerza aplicada está en función a la separación entre soportes que es 2.5m
Imagen 09, Cuadro de combinaciones de fuerzas aplicadas
Según la carga aplicada en la tubería, se tomará la combinación 2, aplicará las fuerzas
ejercidas
COMBINACION 2 = 1.2xcarga muerta + 1.6x carga viva
= 1.2 x (peso de tubería) + 1.6 x (peso del agua)
= 1.2 x (16.09kg/m) + 1.6 x (8.19kg/m)
= 19.308kg/m + 13.104kg/m
COMBINACION2 = 32.412kg/m a 2.5m
FUERZA APLICADA:
81.3kg
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3.
ANÁLISIS POR ELEMENTOS FINITOS – FEA:
3.1. SOPORTE TIPO COLUMNA
3.1.1.
Cargas Aplicadas:
Imagen 03, INCL – STC – 001 / 1290mmx2520mm, aplicación de fuerzas
*El peso de la misma estructura, el programa de cálculo lo considera en el análisis
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3.1.2.
Mallado de Diseño:
Para la simulación de la Rejilla, se creará las discretizaciones, generando de esta manera la matriz
de rigidez con el objetivo de realizar el análisis finito. Lo cual se puede evidenciar en el mallado
de todo el diseño.
Imagen 04, INCL – STC – 001 / 1290mmx2520mm, aplicación de malla
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3.1.3.
Cálculo de Tensiones:
El criterio de máxima tensión de von Mses se basa en la teoría de von Mises-Hencky,
también conocida como teoría de la energía de cortadura o teoría de la energía de
distorsión máxima.
Cortadura, en cuanto a las tensiones principales σ1, σ2, σ3, la tensión de von Mises se
expresa de la siguiente manera:
σVonMises = {[(σ1 - σ2 )2 + (σ2 - σ3 )2 + (σ1 - σ3 )2] / 2}1/2
La teoría expone que un material dúctil comienza a ceder en una ubicación cuando la
tensión de von Mises es igual al límite de tensión. En la mayoría de los casos, el límite
elástico se utiliza como el límite de tensión.
σvonMises >= σlimit
El límite elástico es una propiedad dependiente de la temperatura. Este valor especificado
del límite elástico debe considerar la temperatura del componente. El factor de seguridad
en una ubicación se calcula a partir de:
Factor de seguridad (FDS) = σlimit / σvonMises
En el caso de cortadura pura, σ12 = σ21 ≠ 0, mientras el otro σ12 = 0, el criterio de tensión
de von Mises se expresa de la siguiente manera:
σ12 max = σyield / √3 = 0,5777 σyield.
Esto significa que, al comienzo de la cesión, la tensión de cortadura máxima en el caso de la
cortadura pura es √3 veces más baja que el límite elástico en el caso de tensión sencilla.
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3.1.4.
Resultado de tensiones:
Imagen 05: INCL – STC – 001 / 1290mmx2520mm, aplicación de fuerza
El límite elástico para el material es de 260 MPa (ASTM A36), pasado este nivel los perfiles cuyos
valores límites sobrepasen este valor, sufrirán fatiga y estrés estructural o deformación
permanente. De acuerdo al resultado obtenido el máximo valor de tensión es de 29MPa (ok).
El diseño de los soportes tipo escuadra cumple el parámetro de esfuerzo
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3.1.5.
Deflexiones Calculadas:
Criterio de Análisis de flechas admisibles para el tipo de servicio que se realice según:
Servicio Continuo = L/200
Imagen 06: INCL – STC – 001 / 1290mmx2520mm, deflexión máxima: 4.251mm
Verificación de flecha: caso más crítico posición mostrada en la figura anterior
Deflexión calculada 4.251mm
Para el tipo de Servicio Medio,
Fadm = Largo/200,
SOPORTENTIPO POSTE: Largo = 1.290m,
Fadm = 6.54mm
deflexión máxima: 4.251mm
Def (Adm) = 6.54mm > 4.251mm
(ok).
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3.1.6.
Factor de Seguridad:
Criterio de Falla de Von Mises
Se usa el criterio de Von Mises para encontrar fallas en el modelo estudiado, Esfuerzo de Von
Mises = VM
Límite Elástico = LE
Factor de Seguridad = FDS = LE/VM
Condiciones, Si:




VM es menor que LE entonces la deformación es elástica (FDS mayor a 1)
VM es mayor que LE entonces la deformación es plástica (FDS menor a 1)
VM es igual LE entonces estamos al inicio de la deformación plástica (FDS igual a 1)
Ya que el esfuerzo de Von Mises varía en cada punto del modelo, también lo hará
el factor de seguridad. Se debe buscar los puntos donde VM sea máximo o FDS mínimo,
estos son los puntos críticos.

Un mayor FDS indica un diseño más seguro, pero no debe ser demasiado alto, esto
significaría que el diseño está sobredimensionado y por lo tanto es más costoso y
pesado de lo necesario.
Imagen 07: INCL – STC – 001 / 1290mmx2520mm, factor de seguridad: 8.56
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4.
SELECCIÓN DE ANCLAJES:
En este punto se demostrará la selección de los pernos de expansión que se requiere para instalar
los soportes
Imagen 08: Fuerza de reacción y momento en restricciones – SOPORTE TIPO COLUMNA
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La magnitud máxima generada en este soporte tipo columna es de 5878.13N, en la tabla 2, indica
que en tensión y corte sus valores son superiores 35900N y 13400N
La selección del anclaje Ø1/2pulgx6pulg (5 1/2pulg), es la correcta
5.
6.
CONCLUSIONES:

Los perfiles se recomiendan cortar en dimensiones enteras (evitar decimales), eliminar filos
o puntas vivas

Las condiciones que genero la estructura cumplen la norma nacional E0.90
RECOMENDACIONES:

Los agujeros a realizar donde se colocará el UBOLT DE Ø4pulg, se realice en campo, para
evitar reprocesos

Los cortes de los elementos serán por medios mecánicos (esmeril), evitar el uso de oxicorte
/ plasma

Los elementos estructurales son de material nuevo, no se usará material usado o
sometido a esfuerzos

Respetar los parámetros de soldeo ASW D1.1 – 2020, evitar el sobre calentamiento de
piezas a soldar entre elementos estructurales

Las caras del perfil WF4pulg deben hacer contacto al 100%, evitar el contacto mínimo en
las uniones soldadas
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