INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA
Y ARQUITECTURA
UNIDAD PROFESIONAL ZACATENCO
“ANÁLISIS Y DISEÑO DE UNA GRUA
VIAJERA TIPO BIPUENTE”
TESINA
QUE PARA OBTENER EL TITULO DE:
INGENIERO CIVIL
PRESENTA:
ALEJANDRO REBOLLO PERDOMO
México, D.F.
Septiembre 2013
Este trabajo está dedicado a todas aquellas personas que contribuyeron con mi
formación y me alentaron para seguir adelante a lo largo de este camino que
culmina en la realización de una meta en la vida.
A mi padre
Por todo el esfuerzo y las enseñanzas que me ha dado, los consejos y el apoyo
brindado. Que hizo de mí una persona honrada sincera y trabajadora, y siempre
estuvo presente cuando más lo necesite que me dio lo mejor del mundo cariño y
comprensión.
A su esposa que desde niño se esforzó para que aprendiera, que se preocupó por
mi bienestar, me apoyo y me alentó para seguir estudiando.
A la memoria de mi madre
Por darme la vida a la que dedico este trabajo y este título con todo mi amor, que
desde donde me ve se sienta orgullosa de mí.
A mis hermanos
A todos mis hermanos que me apoyaron, me dieron consejos cuando creí que mi
camino estaba en otro lugar, y gracias a ellos seguí con mis estudios que logre
terminar con mucha satisfacción: gracias, Guadalupe, José Luis, Fabiola, Oscar y
David.
Al Ingeniero Luis Octavio González Santillán
Y Sergio González Santillán
Que me dieron la oportunidad de trabajar, me alentaron para que terminara con
mis estudios apoyándome con el tiempo que necesite para que hoy se pudiera
hacer realidad. Y sobre todo su paciencia y sus enseñanzas.
A los maestros de la ESIA ZACATENCO, que me enseñaron y me tuvieron
paciencia los años que me tuvieron como estudiante.
Mi más sincero agradecimiento a los maestros que me brindaron su apoyo y su
tiempo para la presentación de este trabajo: mi asesora Ing. Liliana Martínez
García, miembros del jurado: Ing. Ismael Caballero Guzmán, Ing. Laura González
Ayala, Ing. Luis Miguel Vázquez Calderón, Ing. Alfredo Mariano Hernández, Ing.
Amador Ocelolt Paredes, Ing. Alberto Vital Rodríguez.
NUNCA DIGAS: “NO PUEDO”
“No puedo” es la peor frase que se ha escrito o hablado, haciendo más daño que
la calumnia o las mentiras. Sobre ella muchos espíritus fuertes se han
quebrantado y con ella muchos buenos propósitos mueren.
Brota, cada mañana, de los labios de quienes no piensan y nos roban del valor
que necesitamos durante el día. Suena en nuestros oídos como una advertencia
enviada a tiempo y se ríe cuando tropezamos y caemos por el camino.
“No puedo” es la madre de la iniciativa débil; es quien prohíja al terror y al trabajo
a medio hacer.
Debilita los esfuerzos de inteligentes artesanos y hace del que labora un indolente
conformista.
Envenena el alma del hombre con visión, aplasta en su infancia muchos planes.
Saluda al trabajo honesto con abierto desprecio y se burla de las esperanzas y lo
sueños del hombre.
“No puedo” es una frase que nadie debiera pronunciar sin ruborizarse; el
pronunciarla debiera ser motivo de vergüenza.
Diariamente aplasta la ambición y el valor; devasta el propósito del hombre y
acorta sus metas. Despréciala con todo tu odio por el error que inculca; rehúsale el
alojamiento que busca en tu mente.
Ármate contra ella como contra una criatura de terror y todo lo que soñamos algún
día lo obtendremos.
“No puedo” es la frase que, para la ambición, es un enemigo emboscado que
busca destruir nuestra voluntad. Su presa es, para siempre, el hombre con una
misión y se inclina tan solo ante el valor, la paciencia y la habilidad.
Ódiala, con odio profundo y permanente, porque una vez bienvenida, quebrantará
a todo hombre, sin importar la meta que esté buscando. Más bien, sigue
intentándolo y respóndele a ese demonio diciéndole: “Sí puedo”.
INDICE
ANÁLISIS Y DISEÑO DE UNA GRÚA VIAJERA TIPO BIPUENTE
Introducción…..……………………………………………………………………………1
Objetivos……………………………………………………………………….……..……2
Justificación…………………………………………………………………………..……2
Capítulo I
GENERALIDADES
I.-Generalidades………………………………………………………………..……….…4
I.1 Antecedentes históricos…………………………………………...……………….....4
I.2 Tipos y clasificación de la grúa……………………………………………….……...5
I.3 Clasificación por la clase de servicio………………………………….….………....8
I.3.1 Clase A. Servicio detenido o infrecuente………………………….....…...8
I.3.2 Clase B. Servicio liviano……………………………………………..……..8
I.3.3 Clase C. Servicio moderado…………………………………………..……8
I.3.4 Clase D. Servicio pesado……………………………………………..…….8
I.3.5 Clase E. Servicio severo………………………………………………..…..9
I.3.6 Clase F. Servicio severo continúo…………………………………………9
Capítulo II
PUENTE GRÚA
II.- Puente grúa………………………………………………………………………..…11
II.1 Parte estructural………………………………………………………………..……12
Capitulo III
MEMORIA DE CÁLCULO
CÁLCULO DEL PUENTE
III.- Diseño mecánico…………………………………………………………………….16
III.1 Coeficientes dinámicos………………………………………………………….…16
III.2 Velocidades de elevación……………………………………………………...…..16
III.3 Polipasto……………………………………………………………………………..16
III.3.1 Croquis del polipasto……………………………………………………..16
III.3.2 Ficha técnica del polipasto………………………………………………17
III.4 Cálculo de esfuerzos debido a cargas verticales móviles……………………..18
III.5 Cálculo de fuerzas y momentos en el puente…………….……………………..18
III.6 Cálculo de momento cuando el carro está más próximo al apoyo……………20
III.7 Cálculo de esfuerzos debido a cargas verticales estáticas…………………….21
III.7.1 Momento flexionante debido al peso propio x=12.30m…..…………..22
III.7.2 Momento flexionante debido al peso propio x=1.00m………………..22
III.7.3 Cortante por carga distribuida…………………………………………..23
III.8 Resumen de esfuerzos debido a cargas verticales……………………………..23
III.9 Cálculo de esfuerzos debido al frenado del puente…………………………….24
III.10 Diseño de la viga cajón……………………….………………………………….24
III.10.1 Características del acero A-36…………………….…………………..24
III.10.2 Sección cajón propuesta………………………….……………………25
III.10.3 Proporciones del cajón…………………………………………………25
III.10.4 Diafragmas……………………………………………………………….26
III.10.5 Sección propuesta………………………………………………………26
III.10.6 Cálculo de la inercia…………………………………………………….27
III.10.7 Cálculo de esfuerzos (flexión)……………………………….….….….27
III.10.8 Cálculo de esfuerzos (cortantes)…………………………….…….….28
III.10.9 Revisión de pandeo en el alma……………………………….….……28
III.10.10 Revisión de pandeo en los patines…………………………..………28
III.10.11 Esfuerzos cortantes en las secciones de la viga…….…………….28
III.11 Revisión contra la teoría de falla de Von Misses……………………....……...29
III.12 Comprobación del pandeo lateral……………………………………………….29
III.13 Diseño de las secciones extremas………………………………………………30
III.13.1 Calculo de esfuerzos debido a cargas verticales……………………30
III.13.2 Diagramas de cortantes y flexionantes……………………………….30
III.13.3 Sección propuesta………………………………………………………………32
III.13.4 Revisión de la teoría de falla de Von Misses………………………………...33
III.13.5 Calculo de la flecha……………………………………………………………..34
III.13.5.1 Cálculo de la carga de servicio equivalente……………………….34
III.13.6 Cálculo de la soldadura………………………………………………………...35
III.13.7 Trabe puente ensamblada……………………………………………………..36
Capitulo IV
MEMORIA DE CÁLCULO
CÁLCULO DE LA TRABE CARRIL
IV. Cálculo de la trabe carril……………………………………………………….……38
IV.1 Diseño mecánico……………………………………………………………...……38
IV.2 Coeficientes dinámicos…………………………………………………………….38
IV.3 Cabezal……………………………………………………………………………...39
I.3.1 Ficha técnica del cabezal………………………………………………….40
IV.4 Factores dinámicos………………………………………………………………...41
IV.5 Análisis estático…………………………………………………..........................43
IV.5.1 Peso propio de la viga…………………………………………………...44
IV.5.2 Cargas (dinámicas + estáticas)………………………………….……...45
IV.5.3 Esfuerzos verticales….…………………………………………………..46
IV.5.4 Esfuerzos horizontales…………………………………………………..46
IV.5.5 Cálculo de la flecha………………………………………………………46
Capítulo V
MEMORIA DE CÁLCULO
CÁLCULO DE LA COLUMNA
V.1 Cálculo de la columna……………………………………………………………...48
V.2 Sección de la columna……………………………………………………………..49
V.3 Revisión de la columna a flexo compresión……………………………………..50
Capítulo VI
ANÁLISIS DE RESULTADOS
VI.1 Análisis esperados…………………………………………………………………52
VI.2 Análisis obtenidos……………………………………………………………….…52
VI.3 Análisis de resultados en trabe puente………………………………………….53
VI.3.1 Resultados por tensión máxima………………………………………..53
VI.3.2 Resultados por deformación máxima………………………………….54
VI.4 Análisis de resultados en trabe carril…………………………………………….55
VI.4.1 Resultados por tensión máxima………………………………………..55
VI.4.2 Resultados por deformación máxima………………………………….56
Conclusiones……………………………………………………………………………..57
Bibliografía………………………………………………………………………………..58
INDICE DE PLANOS
Plano 01 Puente grúa……………………………………………………………………59
Plano 02 Sección puente………………………………………………………………..60
Plano 03 Sección puente………………………………………………………………..61
INTRODUCCIÓN
En el presente proyecto que lleva por título análisis y diseño de una grúa viajera
tipo bipuente con capacidad de 30 toneladas. Se desarrolla la ingeniería básica
para el cálculo y diseño de la grúa, mediante diagramas de cuerpo libre,
ecuaciones de equilibrio, cálculos de esfuerzo y deformación, se fueron definiendo
las geometrías y dimensiones de los componentes del puente, trabe carril etc.
proponiendo secciones y comprobando mediante las fórmulas de proporciones del
cajón, establecidas por la CMAA, revisando en cada elemento los valores
permisibles los cuales al no rebasar estos valores se tomaron como correctos para
la definición de la sección de nuestros elementos, ( Manual de Construcción en
Acero sección 1.5.1.2 Diseño por Cortante, sección 1.5.1.3.4 Diseño por
Compresión, sección 1.5.1.4 Diseño por flexión).
Este procedimiento se llevó a cabo de acuerdo a las normas (CMAA, Crane
Manufacurers Association of América, Normas Técnicas complementarias Para
Diseño y Construcción de Estructuras Metálicas art. 7.3 Deflexiones, Vibraciones y
Desplazamientos Laterales, AISC, Manual de Construcción En Acero) y a factores
de seguridad que son indicados por los manuales de diseño, y que restringen los
esfuerzos admisibles así como la deformación admisible. Cada uno de los
elementos diseñados fue revisado asegurando que estos no fallaran.
Algunos de los elementos que no requieren ser diseñados tales como polipastos,
rodamientos riel etc. Ya que se puede disponer de ellos en el mercado como un
producto ya terminado, el proveedor deberá de proporcionar la ficha técnica.
La memoria de cálculo que en este trabajo se presenta, se comprueba con la
ayuda del software SolidWorks en el cual se realizaron simulaciones de las
condiciones de carga a las que los elementos de la grúa estarán sometidos con
ayuda del método de elementos finitos. Las simulaciones que se realizaran con los
software se ejemplificaran de manera resumida se presentaran de manera
comparativa con los resultados obtenidos.
1
OBJETIVO
Objetivo general:
Analizar, diseñar y definir a detalle los elementos más importantes de una grúa
viajera tipo bipuente, para que pueda ser aplicada en la industria de forma
eficiente y segura.
Se plantearon todas aquellas cargas que influyen para el cálculo de la grúa
viajera. Considerando las condiciones así como los factores que sugiere la CMMA
(Crane Manufacturers Associatión Of América " CMAA”).
Con nuestra capacidad de carga que se nos estipulo en el proyecto, se eligió un
polipasto, el cual teniendo la ficha técnica, se obtuvo el peso del mismo, así con
los factores que se establecen para el cálculo de las grúas viajeras se obtuvo el
peso que estaría actuando en el puente. Y con este peso se comenzó a diseñar
las partes de la grúa tipo bipuente. Teniendo al final las secciones diseñadas
capaces de soportar la carga requerida de proyecto.
JUSTIFICACIÓN
En general podemos decir que la justificación de este proyecto es que, se debe
desarrollar la ingeniería básica para el manejo de materiales pesados, ya que es
necesario contar con equipos que permitan el transporte de diversos componentes
de la forma más rápida eficiente y segura, es por ello que se analiza y diseña una
grúa viajera tipo bipuente.
2
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CAPÍTULO I
GENERALIDADES
I.
GENERALIDADES
Una grúa es una maquina formada por un conjunto de mecanismos
combinados entre sí en forma armónica que recibe energía y la transforma en
trabajo. Significa que puede recibir energía eléctrica, en el caso de las grúas
eléctricas, o energía mecánica, por medio de la fuerza humana en caso de grúas
manuales y es capaz de transformar la energía recibida en diferentes tipos de
trabajos tales como subir, bajar, o rotar o simplemente desplazar cargas diversas.
Las grúas pueden utilizarse en almacenes y en diversas líneas de
producción como puede ser industrias de acero, cementeras, azucareras,
automotriz, minera, petrolera etc. Así como en plantas termoeléctricas, muelles y
todos aquellos lugares donde se requiere manejar volúmenes de gran peso,
haciendo el traslado con rapidez, eficiencia y seguridad.
I.1 ANTECEDENTES HISTÓRICOS
La grúa es la "evolución" del puntal de carga que, desde la antigüedad, se
ha venido utilizando para realizar diversas tareas. Aunque sus fundamentos fueron
propuestos por Blaise Pascal en pleno Barroco, fue patentada por Luz Nadina.
Existen documentos antiguos donde se evidencia el uso de máquinas semejantes
a grúas por los Sumerios y Caldeos, transmitiendo estos conocimientos a los
Egipcios.
Los primeros vestigios del uso de las grúas aparece en la Antigua Grecia
alrededor del s. VI. Se trata de marcas de pinzas de hierro en los bloques de
piedra de los templos. Se evidencia en estas marcas su propósito para la
elevación ya que están realizadas en el centro de gravedad o en pares
equidistantes de un punto sobre el centro de gravedad de los bloques.
El apogeo de la grúa en épocas antiguas llegó antes del Imperio Romano,
cuando se incrementó el trabajo de construcción en edificios que alcanzaron
dimensiones enormes. Los romanos adoptaron la grúa griega y la desarrollaron.
La grúa romana más simple, el Trispastos, consistió en una horca de una
sola viga, un torno, una cuerda, y un bloque que contenía tres poleas. Teniendo
así una ventaja mecánica de 3:1, se ha calculado que un solo hombre que
trabajaba con el torno podría levantar 150 kilogramos (3 poleas x 50 kg = 150), si
se asume que 50 kilogramos representan el esfuerzo máximo que un hombre
puede ejercer sobre un período más largo.
4
En 1980 se desarrollan las primeras grúas operadas eléctricamente, lo hicieron
con tres motores, un motor independiente para el movimiento del carro, otro para
el puente y el último para el sistema de levantamiento, logrando en un principio,
conseguir bajas velocidades y capacidades muy limitadas.
En 1970 la CMMA (Crane Manufactures Association of America) Asociación
Americana Manufacturera de Grúas, introdujo la especificación número 70 en la
que se mencionaban los estándares de diseño para propósitos generales de la
grúa viajera de doble puente y de la grúa portal. Estas grúas son útiles en
almacenes y líneas de producción con operaciones de maquinado, ensamble,
empaque, embarques y en general en cualquier industria donde se requiera
movimientos de materiales o equipos.
I.2 TIPOS Y CLASIFICACIÓN DE LAS GRÚAS
•
Manuales: estas grúas se diseñaron y construyeron para trabajar con
capacidades bajas, máximo de 10 toneladas. Y en donde todos y cada uno
de los movimientos de las grúas son operados en forma manual.
•
Figura 1.1. se muestra una grúa manual con una capacidad de carga de 2
toneladas.
Fig. 1.1 Grúa manual.
5
•
Eléctricas: se distinguen dos tipos de grúas operadas eléctricamente, las
que se accionan desde el piso por medio de estaciones de botones, y las
que son directamente accionadas desde la cabina.
Las grúas eléctricas operadas desde el piso por medio de botoneras, se
construye con una capacidad máxima de 15 toneladas. Las velocidades del
puente son lentas, su velocidad máxima permisible es de 45 m/min.
Figura 1.2. Grúa eléctrica
BOTONERAS
Fig. 1.2
6
•
Mixtas: son aquellas grúas en donde una parte de sus movimientos son de
operación manual y otra parte opera eléctricamente por medio de botoneras
desde el piso, figura 1.3.
TRABE
CARRIL
TRABE
PUENTE
POLIPASTO
CABEZAL
BOTONERAS
Fig.1.3. Grúa mixta.
7
I.3 CLASIFICACIÓN DE LAS GRUAS POR LA CLASE DE SERVICIO
•
•
•
•
•
•
Clase A ( servicio detenido o infrecuente)
Clase B ( servicio liviano )
Clase C ( servicio moderado )
Clase D ( servicio pesado )
Clase E ( servicio severo )
Clase F ( servicio severo continuo )
I.3.1 Clase A. Servicio detenido o infrecuente
Esta clase de servicio cubre las grúas que pueden ser usadas en
instalaciones tales como centrales eléctricas, servicios públicos, salas de turbinas,
salas de motores y estaciones transformadoras, donde se requiere de una
manipulación precisa del equipo a bajas velocidades con largos períodos de ocio
entre los levantes. Las cargas a capacidad pueden ser manipuladas por la
instalación inicial del equipo y para el mantenimiento infrecuente.
I.3.2 Clase B. Servicio liviano
Este servicio cubre las grúas que pueden ser usadas en talleres de
reparación, operaciones de montaje liviano, servicio de edificios, bodegaje liviano,
etc., donde los requerimientos de servicio son livianos y la velocidad es lenta. Las
cargas pueden variar desde sin carga a cargas nominales totales ocasionales, con
dos a cinco levantes por hora, promediando 10 pies por levante.
I.3.3 Clase C. Servicio moderado
Este servicio cubre las grúas que pueden ser usadas en talleres de tornos o
salas de máquinas de molinos de papel, etc., donde los requerimientos de servicio
son moderados. En este tipo de servicio la grúa puede manipular cargas que
promedien un 50% de la capacidad nominal con 5 a 10 levantes por hora,
promediando 15 pies, sin exceder el 50% del levante a capacidad nominal.
I.3.4 Clase D. Servicio pesado
Este servicio cubre las grúas que pueden ser usadas en talleres de
máquinas pesadas, fundiciones, plantas de fabricación, bodegas de acero, patios
de contenedores, molinos de madera, etc., y operaciones estándares de trabajo
con canasta e imán donde se requiere una producción de trabajo pesado. En este
tipo de servicio, las cargas que se aproximan al 50% de la capacidad nominal
serán manipuladas en forma constante durante el período de trabajo.
8
Altas velocidades son deseables para este tipo de servicio con 10 a 20 levantes
por hora, promediando 15 pies, sin exceder el 65% de los levantes a capacidad
nominal.
I.3.5 Clase E. Servicio severo
Este tipo de servicio requiere de una grúa capaz de manipular cargas que
se aproximan a la capacidad nominal a través de toda su vida. Las aplicaciones
pueden incluir grúas con imán, canasta o una combinación de imán/canasta, para
patios de deshechos, molinos de cemento, molinos de madera, plantas
fertilizantes, manipulación de contenedores, etc., con veinte o más levantes por
hora a o alrededor de la capacidad nominal.
I.3.6 Clase F. Servicio severo continúo
Este tipo de grúa requiere de una grúa capaz de manipular cargas que se
aproximan a la capacidad nominal en forma continúa bajo severas condiciones de
servicio a lo largo de toda su vida. Las aplicaciones pueden incluir grúas de
especialidad diseñadas para el cliente, esenciales para efectuar las tareas de
trabajo crítico que afectan la instalación de producción completa. Estas grúas
pueden proveer la más alta confiabilidad con atención especial para facilitar las
características de mantenimiento.
9
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CAPÍTULO II
PUENTE GRÚA
II.
PUENTE GRUA
Un puente-grúa, es un tipo de grúa que se utiliza en fábricas e industrias,
para izar y desplazar cargas pesadas, permitiendo que se puedan movilizar piezas
de gran porte en forma horizontal y vertical. Un puente-grúa se compone de un par
de rieles paralelos ubicados a gran altura sobre los laterales del edificio con un
puente metálico (viga) desplazable que cubre el espacio entre ellas. El gancho, el
dispositivo de izaje de la grúa, se desplaza junto con el puente sobre el cual se
encuentra; el gancho a su vez se encuentra alojado sobre otro riel que le permite
moverse para ubicarse en posiciones entre los dos rieles principales.
Beneficios de usar este tipo de grúas:
•
•
•
Capacidad para el movimiento de grandes cargas, por su construcción.
Capacidad de mayor movilidad
Aprovechamiento de la superficie
TRABE
PUENTE
CABEZAL
BOTONERA
Figura 2.1 Grúa tipo monopuente.
11
CABEZAL
POLIPASTO
TRABE
PUENTE
Figura 2.2 Grúa tipo bipuente.
II.1 PARTE ESTRUCTURAL
Puente: Parte estructural de la grúa formada por trabes de acero,
generalmente se utiliza acero A-36, elaborado a base de placas, es de los más
grandes elementos y más pesados en la grúa.
El puente se desplaza por medio de rieles a lo largo de la nave en sentido
perpendicular a las trabes carril.
Figura 2.3 Puente Grúa.
12
Carro: Es la estructura que soporta y aloja los componentes que forman el
sistema de elevación para grúas equipadas con malacate abierto o bien para
soportar el polipasto para las grúas equipadas con este tipo de componente.
Se puede construir como una unidad o bien en secciones dependiendo
básicamente de su peso y dimensiones. Su forma, dimensiones y peso son
variables, ya que se diseñan y construyen acorde a las necesidades de cada grúa,
las cuales varían según su capacidad de carga y tipo de servicio.
Figura 2.4 Bastidor con polipasto eléctrico.
Cabezales: Estructuras metálicas cuya función es soportar y mantener
unidas las trabes del puente de la grúa, además de alojar las ruedas motrices y
conducidas del puente. La construcción de los cabezales pueden ser formados por
una sola unidad para soportar el número de trabes que posea el puente o bien en
pequeñas e independientes para cada trabe del puente.
Figura 2.5 Cabezal.
13
Trabe carril: Estructura cuya función es soportar las trabes puente de la grúa, y
por las cuales se efectúa el desplazamiento y guía de las mismas. Las trabes carril
pueden ser diseñadas por perfiles IPR, según se requieran las dimensiones.
Figura 2.6 Trabe Carril
14
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CAPÍTULO III
MEMORÁ DE CÁLCULO
CÁLCULO DEL PUENTE
III.- DISEÑO MECÁNICO (Datos de diseño)
Capacidad……………… 30 toneladas
Claro……………………..25 metros
Tipo de servicio…………” C “
Izaje………………………8 metros
III.1 Coeficientes dinámicos
Coeficiente dinámico de elevación………..1.25
Coeficiente dinámico de ponderación
Acciones permanentes……………………..1.33
Coeficiente dinámico de ponderación
Acciones variables……………………….....1.50
III.2 Velocidades de operación
Gancho…………………………………..6 m/ min
Carro…………………………………….20 m/ min
III.3 Polipasto
III.3.1 Croquis del polipasto
16
III.3.2 Ficha técnica del polipasto
17
III.4 CÁLCULO DE ESFUERZO DEBIDO A CARGAS VERTICALES
Figura 3.4 distribución de cargas en el puente
Las ruedas del polipasto transmiten a cada una de las vigas principales del puente
dos cargas móviles ponderadas teniendo el siguiente valor:
P=
30,000 kg (1.25) (1.5) + 3200 kg (1.33)
4
=
15126.50
kg
III.5 CÁLCULO DE FUERZAS Y MOMENTOS EN EL PUENTE
Considerando una cuarta parte de la distancia entre ruedas del polipasto
coincidente con el centro del puente (Crane Manufacturers Associatión Of América
" CMAA”).
Figura 3.5.1 Diagrama de fuerzas actuantes
18
Figura 3.5.2 Diagrama de cortante
Figura 3.5.3 Diagrama de momento
∑MA=0
– (15126.50*12.30)-(15126.50*13.10)+ 25RB=0
Rb=
(15126.50*12.30)+(15126.50*13.10)
=
25
15368.52
Kg
∑MB=0
– (15126.50*11.90)-(15126.50*12.7)+ 25RA=0
Ra=
(15126.50*11.90)+(15126.50*12.7)
25
=
14884.48
kg
19
III.6 CÁLCULO DE MOMENTO CUANDO EL CARRO ESTA LO MÁS PROXIMO
AL APOYO.
Figura 3.6.1 Diagrama de fuerza actuante a 1 metro.
Figura 3.6.2 Diagrama de cortante
Figura 3.6.3 Diagrama de momento
20
∑MA=0
– (15126.50*12.30)-(15126.50*13.10)+ 25RA=0
Rb=
∑MB=0
(15126.50*1.0)+(15126.50*1.80)
25
=
1694.168
kg
=
28558.83
kg
– (15126.50*24.0)-(15126.50*23.20)+ 25RA=0
RA=
(15126.50*24.0)+(15126.50*23.20)
25
III.7 CÁLCULO DE ESFUERZOS DEBIDO A CARGAS VERTICALES
ESTÁTICAS
La carga estática es el peso propio del puente
W 11000*1.33
25
=
=
11000
kg
585.20 kg/m
Figura 3.7.1 Diagrama de fuerzas debido al peso propio
Figura 3.7.2 Diagrama de cortante
21
Figura 3.7.3 Diagrama de momento
III.7.1 MOMENTO FLEXIONANTE DEBIDO AL PESO PROPIO DE LA SECCIÓN
EN: X = 12.30 m.
M (X=12.30)
= wx
(L-X) = 585.2 kg/m = (12.3) (25-12.3)
2
2
M máx.= 45707.05 kg-m.
III.7.2 MOMENTO FLEXIONANTE DEBIDO AL PESO PROPIO DE LA SECCIÓN
EN: X= 1.00 m.
M (X= 1.00)
=
wx
2
(L-X) = 585.2 kg/m = ( 1.00 ) ( 25-1.00)
2
M = 7022.40 kg-m
En la sección X= 12.30, donde se produce el momento flexionante máximo y para
la posición de las cargas que provocan dicho momento máximo será:
V (x=12.30) = Ra = 14884.55 kg
El esfuerzo cortante máximo sobre la viga, se producirá en secciones a la
izquierda de la posición más próxima al apoyo que la rueda del polipasto pueda
alcanzar X = 1.
V (x=1.00) = Ra = 28558.98 kg
22
III.7.3 CORTANTE POR CARGA DISTRIBUIDA (SELFT WEIGHT) PESO
PROPIO
Debido a la carga uniforme-mente distribuida para una sección a una distancia
" x " del apoyo el cortante es igual:
Vx =
WL
2
-
(q*x)
Para x = 12.30 y x = 1.00
V (12.30) =
585.20 * 25
- (585.20 *12.30) =
2
V ( 1.00) =
585.20* 25
2
117.04 kg
- (585.20 *1.00 ) =
6729.80 kg
III.8 RESUMEN DE ESFUERZOS DEBIDO A CARGAS VERTICALES
Sección (x = 1 m)
M 1x =
V 1x =
28558.98 +7022.40 =
35581.38
28558.98 g + 6729.8kg = 35288.78
Kg.m
kg
Sección (x = 12.30 m)
M 2x =
V 2x =
183548.92+45707.046 = 229255.97 Kg.m
14884.55 + 117.04=
15001.59 kg
23
III.9 CÁLCULO DE ESFUERZOS DEBIDO AL FRENADO DEL PUENTE
Cuando se produce el frenado longitudinal del puente aparecen unas fuerzas de
inercia que podemos considerar iguales a la séptima parte de las cargas
verticales.
Sección x=1
M1y= 1/7 (35581.38)= 5083.054 kg.m
V1y= 1/7 (35288.78)= 5041.254 kg
Sección x=12.30
M2y= 1/7 (229255.97)= 32750.852 kg.m
V2y= 1/7 (15001.59)= 2143.084 kg
III.10 DISEÑO DE LA VIGA CAJÓN
Proponemos una sección en cajón tal que sus almas sean capaces de soportar
por si solas, las fuerzas tangenciales debidas a los esfuerzos cortantes. Se
calculara, el esfuerzo de comparación originado solamente por los momentos
flectores sin tener en cuenta el efecto de los cortantes.
Una vez que se defina la sección se comprobara que esta es capaz de soportar
todos los esfuerzos.
III.10.1 CARACTERISTICAS DEL ACERO A-36
σ adm = 1518 kg/cm² (Manual IMCA, art. 1.5.1.4.1 Diseño por flexión)
τ adm = 1012 kg/cm²
M2X
+
SX
E= 2.1 kg/cm²
σz =
(Manual IMCA, art. 1.5.1.2 Diseño por cortante)
M2 Y
SY
≤
σ adm
σ adm= 0.6 FY * 2530 kg/cm²
τ adm= 0.4 FY * 2530 kg/cm²
σ τ = 1237 kg/cm²
cuando b/bf ≤ 38
σ c = 1237 √((38/𝑏/𝑏𝑓)³ cuando b/bf ≥38
24
III.10.2 SECCIÓN CAJON PROPUESTA
a = Distancia longitudinal entre 2 diafragmas o atiesadores transversales
(cm).
l = Claro del puente (cm).
b = Distancia entre las placas del alma de la trabe (cm).
tf = Espesor de los patines de la trabe.
σc = Máximo esfuerzo a la compresión (kg/cm²).
σt = Máximo esfuerzo a la tensión (kg/cm²).
h = Peralte del alma de la trabe (cm).
As = Área de la sección transversal de un atiesador (cm²).
K = Relación σc/σt.
tw = Espesor de la placa del alma.
III.10.3 PROPORCIONES DEL CAJÓN (Manual CMAA, sección 3.5 Design
limitations)
l/h = no deberá ser mayor a 25.
l/b = no deberá ser mayor de 60.
b/tf = no deberá ser mayor de 60.
2500
126.18
25 > 19.82 ok
L=
l
=
h
d
b
=
b
tf
=
47.46
1.9
=
24.848
<
60
ok
b
tf
=
47.46
1.9
=
24.848
<
60
ok
2500
47.46
=
19.813
=
52.676
60 > 52.68
ok
25
III.10.4 DIAFRAGMAS
Sección PL ½’’ 47 X 42 cm.
1
h
3
1
3
126.18
=
42.06 CM
Distancia entre diafragmas 100 cm.
III.10.5 SECCIÓN PROPUESTA
Figura 3.8.1 Sección del puente
26
III.10.5 CÁLCULO DEL CENTROIDE DEL CAJON
Y=
E Ay
(1.9*60*0.9)+(2*1*116.1*60)+(60*1.9*119.0)
35622.021
=
=
EA
(1.9*60)+(2*1*111.18)+(60*1.9)
549.6972
Y= 65.00 cm.
III.10.6 CÁLCULO DE LA INERCIA
Inercia en “x “
Ix= (60*1.91³/12)+(60*1.91)*(64.05²)+(2(1.27*126.18³/12))+
(2)(1.27*126.18)(0²)+(60*1.91³/12)+(60*1.91)(64.05²)=
Ix= 1365423.675 cm⁴
Sx=
1365423.675
65.00
=
21070.38147
cm³
Inercia en “y”
Iy= (1.91*60³/12)+(1.91*60³/12))+(2(116.18*1.27³/12))+ (2) (116.18*1.27)
(24.37²)=
Iy= 259145.371 cm⁴
259145.371
= 8638.179034
30.00
III.10.7 CÁLCULO DE ESFUERZOS (FLEXIÓN)
Sy=
cm³
σz ≤ σ adm
σz=
σz=
M 2x
+
Sx
M 2y
Sy
22925596.6
21070.38147
+
3275085.229
8638.179034
=
1467.19 kg/cm²
1497.19 kg/cm² ≤ 2530 kg/cm²
27
1518
1467.19
F.S.=
= 1.03
III.10.8 CÁLCULO DE ESFUERZOS (CORTANTES)
2 * tw * h
V1 x
τadm
=
2*1.2*110
≥
279.40 cm² ≥ 34.87 cm²
2 * b * tf
V1 y
τadm
=
2*48*1.91
35288.78 kg
1012.00 kg/cm²
=
pasa ok
≥
183.36 cm² ≥ 4.98 cm²
5041.25 kg
1012.00 kg/cm²
=
pasa ok
III.10.9 REVISIÓN DE PANDEO EN EL ALMA
2 * tw * h
V1 x
τadm
=
2*1.2*110
≥
35288.78 kg
1012.00 kg/cm²
=
0.0201 ≥ 0.014 ok
III.10.10 REVISIÓN DE PANDEO EN LOS PATINES
tf* (t)
≥
b
0.014
1.91
≥
48
0.014
0.0398
≥
0.014
ok
tf* (t)
≥
b
0.014
1.91
≥
48
0.014
0.0398
≥
0.014
ok
III.10.11 ESFUERZOS CORTANTES EN LAS SECCIONES DE LA VIGA
τ yz=
V 2x
2*tw*h
=
15001.59
2*1.2*116.18
=
50.84 kg/cm²
τ xz=
V 2y
2*b*tf
=
2143.08
2*47.4*1.91
=
11.69 kg/cm²
28
III.11 REVISIÓN CONTRA LA TEORIA DE LA FALLA DE VON MISSES
σco=
�𝜎²𝑧 + 3𝜏²𝑦𝑧 + 3𝜏𝑥𝑧
σc0= √(1500.51)² + 3 (51.83²)+ 3 (11.92)²
= 1469.97 kg/cm²
σco < σ adm
1469.97 kg/cm² < 1518 kg/cm²
pasa ok
III.12 COMPROBACIÓN DEL PANDEO LATERAL
Se debe cumplir Mmáx < Mcrit
𝑴 𝒄𝒓𝒊𝒕 =
𝟎. 𝟒𝟏
𝝅
�𝑰𝒚(𝒄𝒎𝟒 ) ∗ 𝑰𝒕 (𝒄𝒎𝟒 )
�𝑬𝑮 ∗ 𝑰𝒚 𝑰𝒕 =
𝑳𝑲
𝑳𝑲(𝒎)
Iy= 259145.3710 cm⁴
L= 25 m
It=
4 * A² * tw
4*P
A= b (h+tw)= 47.46*(126.18+1.27)= 5322.312 cm³
p= 2*b+2(h*tw)= 2.47.46+2*(126.18+1.27)= 415.417 cm³
tw =1.27 cm
Por lo tanto:
It=
4 * 4904.712² *1.27
390.0172
0.41
25
Mmax < Mcrit
M crit =
=
86600.40167
=
cm⁴
2456.83 t-m
Este momento crítico de pandeo lateral resulta muy superior al momento flector
aplicado sobre la viga. No hay peligro de pandeo lateral.
29
III.13 DISEÑO DE LAS SECCIONES EXTREMAS
Estas secciones del puente grúa se diseñan para que sean capaces de soportar
los esfuerzos máximos en x = 0.5 metros, para la posición más desfavorable de
las cargas móviles.
Figura 3.8.2 Diagrama de fuerzas cercanas al apoyo
III.13.1 CÁLCULO DE ESFUERZOS DEBIDO A CRAGAS VERTICALES
∑ MA = 0 (15126.50*1)+ (15126.50*1.8)+ (14630 * 12.5)-25 RB = 0
RB= 9009.17 kg
∑ MB = 0 (15126.50*23.2)+ (15126.50*24)+ (14630 * 12.5)-25 RA = 0
RA= 35738.83 kg
III.13.2 DIAGRAMAS DE CORTANTES Y FLEXIONANTES
Estos diagramas son una combinación de cargas móviles y estáticas y estas serán
la séptima parte de los correspondientes originadas por las cargas móviles y
podemos determinar los esfuerzos debido al frenado en x= 0.5 m.
30
Figura 3.8.3 Diagrama de fuerzas actuantes
Figura 3.8.4 Diagrama de cortante
Figura 3.8.5 Diagrama de momento
31
M (x=0.5)= 28310.58 kg.m
My=
28310.58 KG.M
7
= 4044.37 kg-m
V (x=0.5)= 51535.09 kg.m
My=
51535.09 KG.M
7
= 7362.16 kg-m
III.13.3 SECCIÓN PROPUESTA
Figura 3.8.6 Sección del puente (extremo)
32
En el diseño mantendremos los valores de "tw", " tf ", “ b" y "d" ya calculados
correspondientes a las secciones centrales.
2 * tw* h
Vx
τ adm
≥
2*tw*h = 2*1.27*36.18 = 91.897 cm²
Vx
=
τadm
51535.09 KG.M
1012 KG/CM²
=
50.924
cm²
91.897 ≥ 50.92 pasa ok
El esfuerzo de Von Misses originado por la combinación de esfuerzos verticales y
de frenaje debe ser inferior al esfuerzo de fluencia.
σz=
Mx
Sx
My
Sy
σz=
2831058
7380.704
+
+
404436.86
=
4111.660
481.94 kg/cm²
481.94 kg/cm² ≤ 2530 kg/cm²
III.13.4 REVISIÓN DE LA TEORIA DE FALLA DE VON MISSES
σco=
τyz=
τ yz=
Vx
2*tw*h
42761.23
2*1.2*36.18
=
V 2y
2*b*tf
=
5105.55
2*47.4*1.91
= 465.32 kg/cm²
= 27.84 kg/cm²
33
σco= √ (409.48)² + 3 (443.99²)+ 3 (26.32)² =
940.29 kg/cm²
σco < σ adm
940.29 kg/cm² < 1518 kg/cm²
pasa ok
III.13.5 CÁLCULO DE LA FLECHA
Desplazamiento máximo permisible
PERMITIDA=
P=
W=
L
=
600
2500 cm
600
30,000 kg + 3200 kg
4
9960
25
=
=
= 4.17 cm
8300.00
kg
398.40 kg-m
III.13.5.1 CÁLCULO DE LA CARGA DE SERVICIO EQUIVALENTE
W =
Para C2 y C1 (constantes), tomamos valores máximos para protección de 1.59
Wequiv= 398.40*1.59+
8300
1.59 =
25
633.46
+
332 =
Wequiv= 965.46 kg.m
FLECHA=
1.51 cm ≤ 4.17 cm
(5) (9.655)(2500)⁴
=
384* (2.1x10⁶)(1575663.8)
1.51 cm
pasa por flecha
34
III.13.6 CÁLCULO DE LA SOLDADURA
Perfil grande (Ver figura 10.5 sección puente)
.
=
=
.
.
=
/
.
= 181.60 kg/cm²
⁴
/
=
²
3.717 cm
q= t/sen45 ° = 5.25 cm = 2 1/8’’
Perfil chico (Ver figura 13.3 sección puente extremo)
.
=
=
.
.
=
/
.
= 689.292 kg/cm²
⁴
/
q= t/sen45 ° = 1.38 cm =
²
=
0.97 cm
3/4’’
35
III.13.7 TRABE PUENTE ENSAMBLADA
Utilizando el programa Solid Works modelamos la trabe puente completa de
acuerdo a las secciones antes calculadas logrando tener el modelo siguiente al
cual se le agregaron las cargas que actúan en el mismo.
Figura 3.9 Trabe puente
36
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA
Y ARQUITECTURA
UNIDAD PROFESIONAL ZACATENCO
CAPÍTULO IV
MEMORÁ DE CÁLCULO
CÁLCULO DE LA TRABE CARRIL
IV. CÁLCULO DE LA TRABE CARRIL
IV.1.- DISEÑO MECÁNICO (Datos de diseño)
Carga
……………… 35.73883 toneladas
Claro………………..……8 metros
IV.2 Coeficientes dinámicos
Coeficiente dinámico de elevación………..1.25
Coeficiente dinámico de ponderación
Acciones permanentes……………………..1.33
Coeficiente dinámico de ponderación
Acciones variables……………………….....1.50
38
IV.3 CABEZAL
Figura 4.3.1 Cabezal
Figura 4.3.2 Sección del cabezal
39
IV.3.1 FICHA TÉCNICA DEL CABEZAL
40
IV.4 FACTORES DINÁMICOS
Figura 4.4.1 Diagrama de fuerzas actuantes en la trabe carril
P=
Carga a levantar*(F.E)*(F.C.P) + ( peso cabezal *F.C.V)
N° de ruedas
P=
(71477.66 kg*1.5)+(1115 * 1.33)
2
=
54349.72 kg
Calculo de fuerza cortante y momento
∑ Fy = - P (3.35) - P (5.95) + RB (8.00)= 0
∑ MA = - P (3.35) - P (5.95) + RB (8.00)= 0
RB =
54273.25*( 3.35)+ 54273.25 * (5.95)
8
=
63181.55 kg
RA = 54349.72+54349.72-63181.55= 45517.89 kg
41
Figura 4.4.2 Diagrama de cortante
Figura 4.4.3 Diagrama de momento
Resumen de fuerzas máximas:
M máx.= 152480 kg.m
V cortante = 45517.89 kg
42
IV.5 ANÁLISIS ESTÁTICO
Se propone un perfil IR, del manual IMCA (Instituto Mexicano De Construcción En
Acero).
Perfil propuesto:
IR 686 x 240.1 mm x kg/m
W 27 X 161
d = 70.10 cm
Ix= 261392 cm⁴
Sx= 7456 cm³
Iy= 20687 cm⁴
Sy= 1162 cm³
Zx= 8390 cm³
A= 306 cm²
Zy= 1786 cm³
tf= 2.74 cm
Qx= 16780 cm³
tw = 1.68 cm
Qy= 35725 cm³
bf = 35.60 cm
Figura 4.5.1 Trabe carril con carga muerta
43
IV.5.1 PESO PROPIO DE LA VIGA
Carga = 1.33*(240.10) = 319.33 kg/m
Figura 4.5.2 Diagrama de carga debido al peso propio
Figura 4.5.3 Diagrama de cortante
Figura 4.5.4 Diagrama de momento
44
Resumen de fuerzas máximas:
M max (x=3.35)= 2299.98 kg.m
V cortante (x=3.35)= 207.56 kg
IV.5.2 CARGAS (DINÁMICAS + ESTÁTICAS)
Cargas verticales:
M= 152480 kg.m + 2299.98 kg.m = 1577998 kg.cm
V= 45517.89 kg + 207.56 kg =
45725.45kg
Cargas horizontales:
M=
15477998 kg-cm
7
=
2211142.57 kg-cm
V=
45725.45 kg
7
=
6532.21 kg
IV.5.3 ESFUERZOS VERTICALES
σx=
τ xy=
My
Sx
=
15477998 kg.cm
7456 cm³
=
2075.91kg/cm²
vyQx
45613.69* 16780
=
= 1393.05kg/cm²
Ix tw
261392*1.68
45
IV.5.3 ESFUERZOS HORIZONTALES
σx=
τ xy=
Mx
Sy
=
2211143 kg.cm
1162 cm³
vxQy
=
Iy 2tf
6532.21*33560
20687*(2*2.74)
=
1902.88kg/cm²
= 205.82 kg/cm²
El esfuerzo de Von Mises originado por la combinación de esfuerzos verticales y
de frenaje debe ser inferior al esfuerzo de fluencia.
σz=
Mx
Sx
+
My
Sy
1514.20 kg/cm² ≤ 2530 kg/cm² ok pasa
REVISIÓN DE LA TEORIA DE FALLA
σco=
σco < σ adm
1518.52 kg/cm² < 1518 kg/cm²
pasa ok
III.13.5 CÁLCULO DE LA FLECHA
Desplazamiento máximo permisible en trabes carril
PERMITIDA=
L
=
450
800 cm
600
= 1.33cm
46
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CAPÍTULO V
MEMORÁ DE CÁLCULO
CÁLCULO DE LA COLUMNA
V.1 CÁLCULO DE LA COLUMNA
Datos de proyecto:
p= 47183.05 kg
E= 2.1 x 10⁶ kg/cm²
L= 800 cm
P= p + (wl/2)
P= 47183.05 + (313* 8)/2= 48435.05 kg
Figura 5.1 Fuerza ejercida sobre la columna
48
2𝜋𝐸
Cc =� 𝜎𝑦 = 126.1
Le = k* (L real) 2* (800 cm) = 1600 cm
Le
r
=
1600
=
6.6
242.42
Si: columnas cortas
Le
r
> Cc
σ adm (axial)=
12π² E
23 (Le/r)²
=
12 π² x 2.1 x10⁶
kg/cm²
23 (242.42)²
=
184 kg/cm²
σ adm (flexión)= 1518 kg/cm²
M= F x d
M= 48435.05* (20 cm) = 968701 kg.cm
V.2 SECCIÓN DE LA COLUMNA (Manual IMCA, Sección 1.6 Esfuerzos
Combinados, 1.6.1 Flexocompresión)
IR 838 X 299.3 kg/m
W 33 X201 inxlb/ft
C= 42.75 cm
tw= 1.82 cm
I= 478665 cm⁴
tf= 2.92 cm
P= 48435.05 kg
A= 381.3 cm²
d= 85.5 cm
bf= 40.0 cm
49
Figura 5.2 Perfil W 838 x 299.3 kg/mm
V.3 REVISIÓN DE LA COLUMNA A FLEXOCOMPRESIÓN
Mc
I
+
σ adm (flexion)
P
A
σ adm (axial)
< 1
968701(42.75)
478665
+
1518 kg/cm²
48435.05
381.3 cm²
184 kg/cm²
< 1
0.057+ 0.69 < 1
0.747 < 1 ok es correcta la sección
50
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CAPÍTULO VI
ANÁLISIS DE RESULTADOS
VI.1 ANÁLISIS ESPERADOS
Con ayuda del programa solid Works se modelaron los elementos, y los
resultados que de este estudio se obtengan, serán comparados con los cálculos
teóricos realizados esperando obtener datos similares o que presenten una
diferencia de valores que no rebasen el 15% en los resultados. Tratando de
simular cómo será el comportamiento de nuestra grúa viajera lo más real posible y
poder decir si nuestro diseño es el óptimo.
Figura 6.1 Ensamble de trabes puente y cabezal
VI.2 ANÁLISIS OBTENIDOS
Con el modelaje hecho en el programa solid Works pudimos realizar la
simulación de los elementos tales como las trabes puente, ensambladas con el
cabezal así como el estudio de la trabe carril.
Se agregaron todas aquellas fuerzas que intervienen en la grúa viajera para
simular los esfuerzos que se pueden presentar en el funcionamiento de la grúa
para poder visualizar como se va a comportar la misma cuando esta esté
realizando el trabajo.
Dicho estudio nos muestra cómo actúan las fuerzas originadas por el peso y
todos los factores que intervienen en el desarrollo del trabajo real de la grúa
viajera. Así como la deformación máxima que se presenta en los elementos cuyo
diseño es capaz de resistir satisfactoriamente todos los esfuerzos que se
presentan en los elementos de la grúa.
52
VI.3 ANÁLISIS DE RESULTADOS EN TRABE PUENTE
VI.3.1 RESULTADOS POR TENSIÓN MÁXIMA
6.3.1 Estudio de Tensiones de Von Mises
6.3.1.2 Tensiones máximas en el punto más crítico de la trabe puente
53
En el estudio de tensiones de Von Mises realizados para la trabe puente tanto
teóricos como los obtenidos del programa solid Works se obtuvieron los siguientes
resultados:
Tensiones de Von Mises:
Mediante cálculo teórico: 1469.97 kg/cm² = 144, 155,548 N/m²
Mediante cálculo en solid Works:
=63, 243,092 N/m²
Comparamos los esfuerzos y observamos que el esfuerzo mediante el diseño a
través del programa solid Works igual a 63, 243,092 N/m² en la parte más
desfavorable de nuestra trabe puente que es al centro de la misma es menor al
cálculo teórico máximo de 144, 155,548 N/m², en términos generales se puede
concluir que el diseño de la trabe puente es correcto.
La variación de los resultados es debida a que el programa evalúa todas las
posibles condiciones en que la carga va a influir en el comportamiento del
elemento en este caso la trabe puente, entonces este resultado es menor que el
que se obtuvo mediante el desarrollo de las formulas, concluyendo que según el
comportamiento obtenido con ayuda del programa solid Works nuestro elemento
soporta las tensiones que se van a ejercer.
VI.3.2 RESULTADOS POR DEFORMACION MÁXIMA
6.3.2. Deformación máxima
54
Deformación máxima:
Mediante cálculo teórico:
= 15.1 mm
Mediante cálculo en solid Works
= 15.08 mm
En el cálculo de la deformación máxima que se presenta en el eje vertical de la
trabe puente tanto teórico como el obtenido en el programa solid Works se puede
observar que es igual el valor de la deformación en el punto que es el más
desfavorable en el cual se apoyan y descargan las fuerzas las ruedas de nuestro
polipasto, nuestro diseño es correcto.
VI.4 ANÁLISIS DE RESULTADOS EN TRABE CARRIL
VI.4.1 RESULTADOS POR TENSIÓN MÁXIMA
Figura 6.4.1 Estudio de tensión
Tensiones de Von Mises:
Mediante cálculo teórico:
= 203, 578,266 N/m²
Mediante cálculo en solid Works:
=199, 500,000 N/m²
Los resultados mostrados varían debido a que con el análisis realizado con el
programa solid Works se obtienen resultados un poco más precisos q los
realizados mediante el uso de fórmulas y lineamientos que se establecen para el
diseño de estos elementos (CMAA). Este programa (solid Works) nos permite
elaborar todos los componentes que conforma la grúa viajera (puente grúa,
55
cabezal, trabe carril) ensamblándolos para efectuar una simulación de la posible
manera en que estos se van a comportar cuando estén fabricados, montados y
listos para su uso.
VI.4.2 RESULTADOS POR DEFORMACIÓN MÁXIMA
Figura 6.4.2 Deformación máxima
Deformación máxima:
Mediante cálculo teórico:
= 13.3 mm
Mediante cálculo en solid Works
= 7.87 mm
Los resultados muestran una variación, que aunque son pequeñas se debe a que
el software(solid Works) utiliza un método basado en el elemento finito que es
diferente al que se utilizó en el cálculo teórico, se concluye que los datos así como
el diseño de la grúa viajera son correctos.
56
CONCLUSIONES
Con el diseño de la grúa viajera y todos los trabajos terminados, se
concluye que todas y cada una de las partes diseñadas que componen a la grúa,
cumplen con los requerimientos para los cuales fue formulado este trabajo, y que
han sido diseñadas bajo las normas de diseño como son CMAA CMMA (Crane
Y AISC (American Institute of Steel
Manufactures Association of América)
Construction).
Las propuestas y refuerzos que se aplicaron cumplieron con los
requerimientos de diseño que especifican las normas, procurando que no
estuvieran muy por encima del límite que se requería.
En el diseño se aplicó el criterio del diseñador, lo cual permite desarrollar
habilidades para realizar de manera eficiente posteriores trabajos similares al
diseño de este tipo de elementos.
Se pudo comprobar mediante la ayuda de los software que el análisis de
nuestros elementos diseñados fue satisfactorio ya que todos ellos coincidieron con
los obtenidos mediante métodos teóricos, el uso del software hizo más real el
fenómeno que se presenta debido a los esfuerzos y deformaciones presentes en
los elementos.
Los resultados tienen una pequeña variación debido a que el software es
una herramienta que trabaja por medio del elemento finito.
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BIBLIOGRAFÍA
(GDF, 2004) Reglamento De Construcciones Para El Distrito Federal.
Normas Técnicas Complementarias Para Diseño Y Construcción De Estructuras
Metálicas Gobierno Del Distrito Federal
México, 2004
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(IMCA) Manual De Construcción En Acero
Diseño por esfuerzos permisibles
Edición, editorial Limusa
México D.F.
( 1.5 Diseño de elementos por esfuerzos permisibles, 1.6 Diseño de elementos por
esfuerzos combinados)
(CMAA) Crane Manufacturers Association of America
Specification #70
(AISC) Manual De Construcción En Acero
American Institute of Steel Construction
8° edition.
http://es.wikipedia.org/wiki/Puente-gr%C3%BAa
http://es.scribd.com/doc/98094266/CMAA-78-Spanish
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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA
Y ARQUITECTURA
UNIDAD PROFESIONAL ZACATENCO
INDICE DE PLANOS
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