CLIENTE:
INGREDION PERÚ S.A
PROYECTO:
MEMORIA DE CÁLCULO
FABRICACION DE VIGA CELOCIA
8300mmx800mmx200mm
TIPO:
ESTRUCTURA METALICA
SOPORTE DE TUBERIA CONTRA INCENDIOS
Ø4pulg CEDULA 40 – ASTM A53
VIGA CELOCIA – TUBERIA CONCTRA INCENDIOS
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ÍNDICE:
1.
2.
GENERALIDADES:
3
1.1.
1.2.
1.3.
1.4.
1.5.
ALCANCE:
NORMAS APLICABLES:
DOCUMENTOS REFERENCIALES:
MATERIALES:
ARREGLO GENERAL:
3
4
4
5
5
CÁLCULO DE ESTRUCTURAL METALICA:
6
2.1. VIGA CELOSIA 8300mmx800mmx200mm
6
2.1.1. ESQUEMA DE MODELO:
2.1.2. CARGAS DE SERVICIO:
3.
6
6
ANÁLISIS POR ELEMENTOS FINITOS – FEA:
7
3.1. VIGA CELOCIA 8300mmx800mmx200mm
7
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:
7
8
9
10
11
12
4.
CONCLUSIONES:
13
5.
RECOMENDACIONES:
13
6.
ANCLAJE
14
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1.
GENERALIDADES:
1.1. ALCANCE:
Se requiere diseñar, fabricar e instalar una VIGA CELOCIA METALICA, que se instalara entre dos
columnas con una LUZ 8300mm
Se instalará una tubería del SISTEMA CONTRA INCENDIOS, TUBERIA Ø4pulg CEDULA 40, que
soporte el peso de la tubería (evitar poner un soporte medio para tener un pase libre)
El propósito de esta fabricación es evitar colocar soporte medio y obstaculizar el ingreso, que la
tubería no se flexione por el peso de la tubería y del agua en su interior
Imagen 02, ubicación donde se instalará la viga celosía
Imagen 02, viga celosía (5 apoyos para tubería)
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1.2. NORMAS APLICABLES:



Teoría De Von Mises (Elementos Finitos - FEA)
Norma Nacional E090
ASME B36.10M - 2004
1.3. DOCUMENTOS REFERENCIALES:

Planos de detalle:

Núm. Plano:
VIGA CELOSIA 8300mmx800mmx200mm
INCL - 01A – 2022
INCL - 02A – 2022
INCL - 03A – 2022
INCL - 04A – 2022
INCL - 05A – 2022
INCL – 06A – 2022
INCL – 07A - 2022
Imagen 03, vista isométrica de VIGA CELOSIA - INSTALACION
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1.4. MATERIALES:

Acero estructural, ASTM A36
o
L1 1/2pulgx1 1/2pulgx1/8pulg
o
L2pulgx2pulgx3/16pulg
o
Placa base
1.5. ARREGLO GENERAL:
Se muestran las dimensiones generales, revisar ITEM 1.3
Imagen 04, vista principales de VIGA CELOSIA – DIMENSIONES GENERALES
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2.
CÁLCULO DE ESTRUCTURAL METALICA:
2.1. VIGA CELOSIA 8300mmx800mmx200mm
2.1.1.
ESQUEMA DE MODELO:
Imagen 05, Viga Celosía, forma digital
La instalación será en las 2 columnas de concreto, donde la viga descansará
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)
Fuerza aplicada (peso a soportar en 8.3m):
202kg
En el diseño se considero distribuirlo en 5 apoyos, ubicados en la viga parte superior
Imagen 06, Cuadro de combinaciones de fuerzas aplicadas
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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
3.
COMBINACION2 = 32.412kg/m
a 8.3m
FUERZA APLICADA:
270kg
DISTRIBUCION EN 5 APOYOS:
54kg
ANÁLISIS POR ELEMENTOS FINITOS – FEA:
3.1. VIGA CELOSIA 8300mmx800mmx200mm
3.1.1.
Cargas Aplicadas:
Imagen 07, ubicación de fuerza aplicada y apoyo donde descansara
*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 08, malla tetraédrica de la fabricación, ubicación de fuerzas y apoyos
Vista superior isométrica
Imagen 09, malla tetraédrica de la fabricación, ubicación de fuerzas y apoyos
Vista base isométrica
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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 10, máxima tensión, ubicada en el extractor, vista superior isométrica
Imagen 11, máxima tensión, ubicada en el extractor, vista inferior isométrico
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 106MPa (ok).
El diseño de la viga celosía 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 Medio = L/1000
Imagen 12, máxima deflexión, ubicada en la VIGA CELOCIA, vista isométrica
Imagen 13, máxima deflexión, vista frontal isométrica
Verificación de flecha: caso más crítico posición mostrada en la figura anterior
Deflexión calculada 2.631 mm
Para el tipo de Servicio Medio,
Def (Adm) = 8.3mm > 2.631
Fadm = Largo/1000,
Largo = 8.3m,
Fadm = 8.3 mm
mm (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 14, factor de seguridad, ubicada en la VIGA CELOSIA, vista isométrica
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Imagen 15, factor de seguridad, mas critico en la estructura
4.
5.
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.

El tránsito de personal encima (durante el montaje) de la viga no afecta el cuerpo de la
viga celosía
RECOMENDACIONES:

La VIGA CELOSIA debe instalarse de forma perpendicular a las columnas existentes y ser
elevada por medio de 2 amarres, para evitar daño o deformación en la viga

Los elementos estructurales son de material nuevo, no se usó 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 perforaciones para instalar los UBOLT – Ø4pulg en los soportes
L2pulgx2pulgx3/16pulg

Las caras de los ángulos deben hacer contacto al 100%, evitar el contacto mínimo en las
uniones soldadas
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6.
ANCLAJE:
El anclaje se cambia de pernos de expansión a ejes roscados con adición de ADHESIVO, se
considera lo siguiente:

Como condición se debe de respetar el ancho de la columna en función a ello se considera
colocar los anclajes, ancho de columna 300mm, el largo a utilizar es de 750mm (información
proporcionada del personal de campo)

Ver la tabla anexa, proporciona la información del anclaje de Ø5/8pulg:
o
Separación del filo de columna hacia la posición mínima del anclaje (condición para
que no reviente el concreto, por las perforaciones)
o
Antes de iniciar las perforaciones se debe de inspeccionar la columna, verificar
cualquier fisura o rajadura existente
o
Separación mínima entre anclajes, evitar desprendimiento
TABLA A:

DATOS RECOLECTADOS:
Diámetro nominal de la broca:
3/4pulg
Diámetro de fijación, directo al concreto:
Ø17.5mm (*)
Distancia al borde mínimo:
3 1/8pulg (79mm)
Espacio mínimo entre anclajes:
3 1/8pulg (79mm)
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Imagen 16, dimensiones de placa de apoyo
Según la imagen, se puede comparar las cotas contra la información obtenido en la tabla A
Diámetro nominal de la broca:
3/4pulg
Diámetro de fijación, directo al concreto:
Ø17.5mm (*)
Distancia al borde mínimo:
3 1/8pulg (79mm) – 100mm (**)
Espacio mínimo entre anclajes:
3 1/8pulg (79mm) – 100mm
o
En el caso del agujero al lado de la columna es distancia es de 100mm (del agujero a
la placa es 65mm y de la placa al lado de la columna es 35mm, DISTANCIA AL
BORDE: 100mm)
o
La distancia entre agujeros esta tanto en longitudinal y transversal es de 100mm
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En la TABLA B, se anexa los tiempos a considerar al momento de usar el ADHESIVO, si se compra otro
se debe de tener en cuenta sus características de instalación
TABLA B
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