Diseño estructural de un soporte para una faja apiladora de Mineral

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(1)UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN DE AREQUIPA FACULTAD DE INGENIERÍA PRODUCCIÓN Y SERVICIOS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA. DISEÑO ESTRUCTURAL DE UN SOPORTE PARA UNA FAJA APILADORA DE MINERAL. TESIS PRESENTADA POR EL BACHILLER EN INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA HENRY SANTIAGO PUMACAYO QUISPE. PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE INGENIERO MECÁNICO ELECTRICISTA. AREQUIPA – PERU 2016. 0.

(2) Dedicatoria A mi madre que con paciencia me amaste, con ternura me escuchaste y poco a poco fuiste derritiendo el hielo que había en mi corazón. Gracias por amarme tanto y por permitirme en tu vida. Te amo por sobre todas las cosas.. 1.

(3) RESUMEN. El presente trabajo de tesis abarca el estudio de normas técnicas estándar reconocidas que permiten implantar modelos de evaluación en el sector de la construcción cuantificando en ello los tipos de recursos utilizados tales como la mano de obra, costo de materiales herramientas usadas entre otros y modelos de mejora. Analizando en ello los materiales, así como realizar las respectivas planillas de metrado que nos permita llevar una mejor gestión de costos de los recursos de la empresa. En el capítulo I, se detalla una breve descripción de la situación, así como se plantean el objetivo general del trabajo y los objetivos específicos con los que se pretendería lograr este objetivo general. El capítulo II se da toda la teoría posible que está relacionada con el presente trabajo desde las fallas ocurridas en los diferentes elementos estructurales que están sometidos a diferentes cargas, hasta la pintura y acabado la cual se va a realizar al final de culminar el trabajo. En el capítulo III, resaltan los cálculos realizados en el trabajo, que son realizados en base a la teoría antes vista en el capítulo II. PALABRA CLAVE: diseño estructural, soporte, faja apiladora.. 2.

(4) ABSTRACT This thesis includes the study of recognized standard technical standards that allow implement assessment models in the construction sector quantifying it the types of resources used such as the hand of another, cost of materials used tools among others models improvement. Analyzing this material and make the respective sheets metrado that allows us to lead better cost management of company resources. In Chapter I, a brief description of the situation is detailed and the overall objective of the work and the specific objectives that would aim to achieve this overall objective raised. Chapter II all possible theory that is related to this work from the failures occurred in different structural elements that are subject to different loads, to painting and finishing which is to be performed at the end of completing the work is given. In Chapter III, highlight the calculations at work, which are made based on the theory before seen in Chapter II. KEYWORD: estructural desing, support, stacker belt.. 3.

(5) ÍNDICE RESUMEN..................................................................................................................... 2 ABSTRACT ................................................................................................................... 3 INTRODUCCION ....................................................................................................... 11 CAPÍTULO 1 ............................................................................................................... 12 1.1 Descripción de la situación problemática .......................................................... 12 1.2 Justificación........................................................................................................ 13 1.3 Alcance............................................................................................................... 14 1.4 Objetivos ............................................................................................................ 15 1.4.1 Objetivo general. ......................................................................................... 15 1.4.2 Objetivos específicos. ................................................................................. 15 1.5 Definición del problema de investigación.......................................................... 15 1.6 Planteamiento de la hipótesis general ................................................................ 16 1.6.1 Variables de estudio .................................................................................... 16 1.6.2 Definición conceptual. ............................................................................... 17 1.6.3 Definición operacional ................................................................................ 17 1.7 Diseño metodológico ......................................................................................... 18 1.7.1 Tipo de investigación. ................................................................................. 18 CAPÍTULO 2 ............................................................................................................... 19 MARCO TEÓRICO ..................................................................................................... 19 2.1 Criterios de fallas ............................................................................................... 19 2.1.1 Finalidad de los criterios de falla. ............................................................... 20 4.

(6) 2.1.2 Procedimiento de los criterios de fallas. ..................................................... 20 2.1.3 Criterio de máximo esfuerzo normal........................................................... 21 2.1.4 Criterio de máximo esfuerzo cortante. ........................................................ 23 2.2 Estructuras metálicas .......................................................................................... 28 2.2.1 Definición. ................................................................................................... 28 2.2.2 Estructura metálica principal....................................................................... 29 2.2.3 Estructura metálica secundaria. ....................................................................... 31 2.2.4 Transmisión de cargas en estructuras metálicas.......................................... 32 2.2.5 Tipos de estructuras..................................................................................... 32 2.2.6 Uniones de las estructuras metálicas. .......................................................... 35 2.2.7 Vigas. .......................................................................................................... 36 2.2.8 Planchas. ..................................................................................................... 36 2.2.9 Maquinas usadas para mecanizar vigas y planchas..................................... 37 2.3 Fajas transportadoras .......................................................................................... 38 2.3.1 Utilidad en la industria. ............................................................................... 38 2.3.2 Componentes de las fajas transportadoras. ................................................. 38 2.3.3 Rodillos. ...................................................................................................... 40 2.3.4 Instalación de la faja transportadora. .......................................................... 40 2.3.5 Normas relacionadas a las fajas. ................................................................. 42 2.4 Soldadura ........................................................................................................... 42 2.5 Pintura y acabados.............................................................................................. 49. 5.

(7) 2.5.1 Preparación de las superficies. .................................................................... 49 2.7 Área tributaria .................................................................................................... 50 2.8 Metrado .............................................................................................................. 51 CAPÍTULO 3 ............................................................................................................... 53 MEMORIA DE CALCULO ........................................................................................ 53 3.1 Datos del proyecto.............................................................................................. 53 3.1.1 Imágenes del proyecto................................................................................. 53 3.2 Análisis en SAP del refuerzo ............................................................................. 55 3.3 Análisis y diagramas de elementos principales .................................................. 58 3.4 Cálculos .............................................................................................................. 65 3.4.1 Área tributaria. ............................................................................................ 65 3.4.2 Metrado ....................................................................................................... 67 3.4.3 Cálculos de criterios de fallas ..................................................................... 70 3.4.4 Calculo de soldadura ................................................................................. 114 3.4.5 Calculo de area de pintado ........................................................................ 117 3.5 Requerimiento de los materiales. 130. GLOSARIO .............................................................................................................. 134 Bibliografía ................................................................................................................ 137. 6.

(8) INDICE DE FIGURAS Imagen 1: Faja Transportadora de SMCV .................................................................. 12 Imagen 2: Faja Transportadora (dimensiones) ............................................................ 13 Imagen 3: Faja Transportadora (dimensiones) ............................................................ 13 Imagen 4: Transporte de material SMCV ................................................................... 14 Imagen 5: Matriz de 3 x 3 ........................................................................................... 19 Imagen 6: Matriz uniaxial ........................................................................................... 20 Imagen 7: Esfuerzos de los materiales ........................................................................ 23 Imagen 8: Círculo de Mohr representativo teórico ..................................................... 24 Imagen 9: Grafico correspondiente al círculo de Mohr .............................................. 25 Imagen 10: Círculo de Mohr en el primer cuadrante .................................................. 26 Imagen 11: Círculo de Mohr en el segundo cuadrante................................................ 26 Imagen 12: Círculo de Mohr en el tercer cuadrante .................................................... 27 Imagen 13: Estructura metálica ................................................................................... 28 Imagen 14: Estructura metálica actual ........................................................................ 29 Imagen 15: Partes de una estructura metálica ............................................................. 31 Imagen 16: Transmisión de cargas en estructuras metálicas....................................... 32 Imagen 17: Estructura abovedada ............................................................................... 33 Imagen 18: Estructura entramada ................................................................................ 33 Imagen 19: Estructura triangulada .............................................................................. 34 Imagen 20: Estructura triangulada .............................................................................. 35 Imagen 21: Planchas ................................................................................................... 37 Imagen 22: Elementos de una faja transportadora. ..................................................... 39 Imagen 23: Instalación de una faja transportadora...................................................... 41 Imagen 24: Soldadura por gas ..................................................................................... 43. 7.

(9) Imagen 25: Soldadura por arco eléctrico .................................................................... 44 Imagen 26: Soldadura Gmaw ...................................................................................... 45 Imagen 27: Soldadura Fcaw ........................................................................................ 45 Imagen 28: Soldadura GTAW .................................................................................... 46 Imagen 29: Área tributaria .......................................................................................... 51 Imagen 30: Faja transportadora de SMCV.................................................................. 53 Imagen 31: Faja transportadora (dimensiones) ........................................................... 54 Imagen 32: Faja transportadora (dimensiones) ........................................................... 54 Imagen 33: Boceto del refuerzo .................................................................................. 55 Imagen 34: Análisis en SAP 01................................................................................... 55 Imagen 35: Análisis en SAP 02................................................................................... 56 Imagen 36: Análisis en SAP 03................................................................................... 56 Imagen 37: Análisis en SAP 04................................................................................... 57 Imagen 38: Diagrama de esfuerzos y deflexiones 01.................................................. 58 Imagen 39: Diagrama de esfuerzos y deflexiones 02.................................................. 59 Imagen 40: Diagrama de esfuerzos y deflexiones 03.................................................. 60 Imagen 41: Diagrama de esfuerzos y deflexiones 04.................................................. 61 Imagen 42: Diagrama de esfuerzos y deflexiones 05.................................................. 62 Imagen 43: Diagrama de esfuerzos y deflexiones 06.................................................. 63 Imagen 44: Diagrama de esfuerzos y deflexiones 07.................................................. 64 Imagen 45: Diagrams for frame 01 ............................................................................. 70 Imagen 46: Diagrams for frame 01 ............................................................................. 70 Imagen 47: Diagrams for frame 01 ............................................................................. 71 Imagen 48: DCL 1 elemento 01 .................................................................................. 72 Imagen 49: DCL 1 elemento 01 .................................................................................. 73. 8.

(10) Imagen 50: Diagrams for frame 02 ............................................................................. 74 Imagen 51: Diagrams for frame 02 ............................................................................. 74 Imagen 52: Diagrams for frame 02 ............................................................................. 74 Imagen 53: DCL 1 elemento 02 .................................................................................. 76 Imagen 54: DCL 2 elemento 02 .................................................................................. 77 Imagen 55: Diagrams for frame 03 ............................................................................. 77 Imagen 56: Diagrams for frame 03 ............................................................................. 78 Imagen 57: Diagrams for frame 03 ............................................................................. 78 Imagen 58: Diagrams for frame 05 ............................................................................. 83 Imagen 59:Diagrams for frame 05 .............................................................................. 83 Imagen 60: Diagrams for frame 05 ............................................................................. 84 Imagen 61: Diagrams for frame 06 ............................................................................. 87 Imagen 62:Diagrams for frame 06 .............................................................................. 87 Imagen 63: Diagrams for frame 06 ............................................................................. 88 Imagen 64: Diagrams for frame 07 ............................................................................. 90 Imagen 65: Diagrams for frame 08 ............................................................................. 93 Imagen 66: Diagrams for frame 13 ........................................................................... 104 Imagen 67: Diagrams for frame 14 ........................................................................... 106 Imagen 68: Diagrams for frame 15 ........................................................................... 109 Imagen 69: Diagrams for frame 16 ........................................................................... 111. 9.

(11) INDICE DE TABLAS Tabla 1: Cobertura para diferentes fajas transportadoras ............................................ 39 Tabla 2: Datos según SSPC......................................................................................... 50 Tabla 3: Factor de forma del viento ............................................................................ 66 Tabla 4: Datos del pintado ........................................................................................ 117 Tabla 5: Metrado de soldadura .................................................................................. 118 Tabla 6: Detalle del perfil TS y cartelas .................................................................... 119 Tabla 7: Requerimiento de materiales ....................................................................... 129. 10.

(12) INTRODUCCION En todo proyecto se necesita cuantificar con una muy buena aproximación la extensión del trabajo y por ende el recurso a utilizar (mano de obra, materiales, herramientas), una forma de hacerlo es a través del metrado (cantidad de materiales). Si nosotros tenemos cuantificado la cantidad de trabajo y recurso entonces también podemos evaluar su costo y duración. En nuestro caso para analizar apropiadamente esta estructura, deben hacerse ciertas idealizaciones sobre cómo están soportadas y conectados los miembros entre sí. Una vez que se ha determinado esto se han especificado las cargas, por medio de las teorías de mecánica estructural, las fuerzas en los miembros y sus desplazamientos pueden encontrarse. Una vez obtenidas las cargas internas de un miembro, el tamaño de este puede determinarse de manera que se satisfagan los criterios de resistencia y deformación.. 11.

(13) CAPÍTULO 1 1.1 Descripción de la situación problemática La faja Nro. 3 del circuito de chancado primario en su tramo final correspondiente a la cabeza de faja sobre el Stock Pile (armadura T4) es una estructura en volado (35 m aproximadamente desde el soporte #12). Este volado está sostenido por cables tensores desde el soporte #12 hasta diferentes puntos de la armadura.. Imagen 1: Faja transportadora de SMCV Fuente: Elaboración propia SMCV realizó un control de niveles mediante un levantamiento topográfico de las estructuras de la faja Nro. 3 observándose que la parte superior del soporte #12 se desplazó 4.00 cm hacia la torre del sistema motriz de la faja, la parte superior de la estructura de soporte de los cables se desplazó 8.00 cm en dirección contraria y la cabeza de faja se deflectó 0.70 cm verticalmente.. 12.

(14) Imagen 2: Faja transportadora (dimensiones) Fuente: Elaboración propia. Imagen 3: Faja transportadora (dimensiones) Fuente: Elaboración propia 1.2 Justificación El proyecto incremento en la capacidad de almacenamiento de concentrado de cobre Nº CE08H039 tiene como principal justificación el incremento en la capacidad de almacenamiento del relave concentrado que producen los esperadores ya que los tanques. 13.

(15) existentes no se dan abasto con esta cantidad de concentrado teniendo que derramarlo en su respectiva losa sumidero esto crea una situación de riesgo y restringe el tránsito en la zona de los tanques. Este incremento en la capacidad de concentrado a su vez aumentara la producción de concentrado de los esperadores ya que anteriormente esta se veía frenada por la incapacidad de almacenar el producto de los esperadores existentes y los nuevos que se estaban montando en el momento de la ejecución del proyecto.. .. Imagen 4: Transporte de material SMCV Fuente: (Bloomberg., 2018) 1.3 Alcance Una vez que se ha determinado esto se han especificado las cargas, por medio de las teorías de mecánica estructural, las fuerzas en los miembros y sus desplazamientos pueden encontrarse. Una vez obtenidas las cargas internas de un miembro, el tamaño de este puede determinarse de manera que se satisfagan los criterios de resistencia y deformación.. 14.

(16) 1.4 Objetivos 1.4.1 Objetivo general. -. Cuantificar las cantidades de materiales utilizados en el desarrollo del proyecto y plasmarlo en una plantilla de metrados a través de las diferentes partidas que nos permita llevar una mejor contabilidad de nuestros recursos.. -. Aplicar los conocimientos adquiridos del curso de esfuerzos y deformaciones; en el análisis de una estructura con elementos sometidos a esfuerzos combinados 1.4.2 Objetivos específicos.. -. Reconocer los materiales utilizados en el desarrollo del proyecto.. -. Interpretar las cantidades y unidades con las cuales se desarrollarán las diferentes partidas con relación a los acabados del proyecto.. -. Lograr organizar con una mayor claridad la distribución de los materiales y su cuantificación.. -. El objetivo del presente alcance según lo descrito en el punto anterior, es reestablecer las estructuras de la faja Nro. 3 a sus condiciones iniciales dadas por el proyecto original. Se deberá aplomar sus soportes y subir el nivel de la cabeza de faja.. -. La inclusión de un sistema de soporte tipo puntal entre la cabeza de la faja Nro. 3 y la base del soporte #12, la estructura consistirá en una armadura con diagonales intermedias y otro apoyo al medio desde la parte superior del soporte #12.. 1.5 Definición del problema de investigación La descripción de la situación problemática nos lleva a formular el problema de la presente investigación en los siguientes términos:. 15.

(17) ¿La aplicación correcta de los conceptos sobre esfuerzos y deformaciones, permitirá obtener un análisis confiable estructural de los elementos sometidos a estos esfuerzos? También se formula interrogantes complementarias que permitan ubicar con precisión el problema, y son los siguientes: I.. ¿Existe información, referente a la implementación de planillas de metrados en las diversas empresas de la ciudad de Arequipa?. II.. ¿Cuál es el nivel de aplicación, acerca de la aplicación de metrados en la industria?. 1.6 Planteamiento de la hipótesis general. "La aplicación de los conocimientos en el área de esfuerzos y deformaciones de ingeniería permitirán realizar un análisis de los materiales sometidos a grandes cargas además de la mejora económica mediante la realización de metrados de dichos materiales”. 1.6.1. Variables de estudio. Variable independiente: Esfuerzos y deformaciones en ingeniería mecánica. Indicadores y (sub indicadores): Análisis de los elementos críticos sometidos a cargas extremas. Variable dependiente: Realización de una planilla de metrados para la mejora económica en la empresa Indicadores y (sub indicadores): Nivel porcentual de reducción del costo de adquisición del material.. 16.

(18) 1.6.2 Definición conceptual. Esfuerzos y deformaciones en materiales: Es la rama de la mecánica aplicada que estudia el comportamiento interno de los cuerpos sólidos sometidos a diversas cargas. Su objetivo primordial es determinar los esfuerzos, deformaciones unitarias debido a las cargas que actúan sobre ellos. Metrado: Realizar el análisis de costos unitarios a partir de los rendimientos, cuadrillas por partidas, precios de los materiales, de equipos y de herramientas de acuerdo al Reglamento de Metrados para Obras de Edificación, asimismo realiza la elaboración de presupuestos de la obra. 1.6.3 Definición operacional Esfuerzos y deformaciones en materiales: En la práctica se hace un corte imaginario en el sólido por una sección de análisis, buscando que fuerzas deben actuar en esta sección para mantener el equilibrio de cuerpo libre en cada una de las dos partes.. Metrado: Se define así al conjunto ordenado de datos obtenidos o logrados mediante lecturas acotadas, preferentemente, y con excepción con lecturas a escala, es decir, utilizando el escalímetro. Los metrados se realizan con el objeto de calcular la cantidad de obra a realizar y que al ser multiplicado por el respectivo costo unitario.. En todo proyecto llega el momento en el que debemos hacer el metrado de los elementos que se han diseñado.. 17.

(19) 1.7 Diseño metodológico 1.7.1 Tipo de investigación. Esta investigación es aplicada y el tipo de investigación es predominante cuantitativa ya que utilizan herramientas de análisis y elaboración de planillas de metrado.. Investigación aplicada: La investigación científica aplicada se propone transformar el conocimiento puro en conocimiento útil. Tiene por finalidad la búsqueda y consolidación del saber y la aplicación de los conocimientos para el enriquecimiento del acervo cultural y científico, así como la producción de tecnología al servicio del desarrollo integral de las naciones. La investigación aplicada puede ser fundamental o tecnológica.. 18.

(20) CAPÍTULO 2 MARCO TEÓRICO 2.1 Criterios de fallas Un elemento cualquiera (viga, columna, tirante, eje, etc.), que recibe una carga exterior (sección, torsión, corte simple, tracción o compresión), se dice que falla si deja de comportarse como el sólido aproximadamente rígido estudiado por la mecánica racional; debido a dos efectos: inicio de la deformación permanente (fluencia) en los materiales dúctiles y el inicio de la ruptura de los materiales frágiles. Las cargas exteriores son estáticas, es decir que no varían con el tiempo o lo hacen en una forma muy lenta (están excluidos los impactos, las cargas de variación rápida y las cargas de variación cíclica). En estos términos de cargas estáticas exclusivamente, las alternativas de falla son mediante fluencia o mediante rotura según el tipo de material. Para determinar si se produce o no la falla, es necesario parar el efecto interno de la carga exterior mencionada y la respuesta del material del elemento en cuestión; de dicha comparación se podrá deducir si el material resiste o no. El efecto interno de una carga exterior es el esfuerzo actuante en cada punto del elemento; el cual es, como se sabe, en el caso más general, una matriz de nueve componentes reales:  x  xy  xz     xy  y  yz   xy  yz  z   . Imagen 5: Matriz de 3 x 3 Fuente: (Wikimedia,2014). 19.

(21) Para (Prezi , 2015). La respuesta del material se obtiene en un ensayo; el ensayo de tracción pura por ejemplo. Estos ensayos se hacen generalmente con un estado de esfuerzo uniaxial (una sola componente), de esta manera es más exacta su evaluación durante el desarrollo del ensayo. El esfuerzo uniaxial (  ) aumenta lentamente (ensayo estático) y al adquirir determinados valores según cada material, produce la fluencia   S y o la rotura   Su Ahora bien, según se dijo anteriormente, debemos ver cuál de las dos magnitudes es mayor. El estado actuante (matricial) o las propiedades mecánicas del material (número real). Esta comparación es absurda ya que las magnitudes son de diferentes naturalezas, pero hay que hacerla de algún modo porque no hay otra forma de predecir la falla. (p.1) 2.1.1 Finalidad de los criterios de falla. Realizar la comparación entre el resultado de los esfuerzos combinados de las magnitudes entre una matriz y un número real, anteriormente mencionado. 2.1.2 Procedimiento de los criterios de fallas. El procedimiento que siguen los diversos criterios de fallas, en líneas generales es el mismo en todos ellos. Los criterios de falla proceden en una forma muy parecida estas hacen un esfuerzo uniaxial equivalente a toda la matriz respecto a cierta característica física según sea el caso de aplicación:  x  xy  xz     xy  y  yz    e  xz  yz  z   . Imagen 6: Matriz uniaxial Fuente: (Slideplayer, 2015). 20.

(22) Luego hace la comparación: Si  o   (cuando   SV o Su según sea material dúctil o frágil respectivamente). La comparación que hacen los criterios (entre matriz y número real mediante el esfuerzo equivalente  e no es del todo ortodoxa, pero es la salida más razonable debido a que, estrictamente hablando dicha comparación es imposible. Por este motivo existen varios criterios de fallas que se adaptan mejor a uno u otro caso donde se requiere predecir la falla del material según se pueden comprobar experimentalmente. 2.1.3 Criterio de máximo esfuerzo normal Sea el estado de esfuerzos actuante en un punto visto en sus direcciones principales:.  1 0 0  0   0 2    0 0  3 . Donde en caso general. 1   2   3. Fuente: (Slideplayer, 2015) Este criterio toma como el esfuerzo equivalente al máximo esfuerzo normal, es decir al esfuerzo principal mayor:.  e  1. ………(a). En el caso de un estado plano  3  0.  1 0   x  xy    0      xy y  2   Según (a), se obtendrá:. 21.

(23) e . x  y 2.    y  2   x    xy  2  2. …….. (b). Haciendo una simulación teórica mediante este criterio, del ensayo de corte puro para predecir el límite de fluencia al corte Sby. En el caso de un estado de corte puro:.  0  xy    0 xy   Según (b) tenemos. e  c Estableciendo la siguiente proporción:. e Sy. . c S sy. Del cual se deduce, según este criterio, que:. s y  ssy Este resultado se aparta bastante de la realidad (este criterio discrepa bastante en este aspecto). Por otro lado, el esfuerzo equivalente  e puede tener cualquiera de los dos signos (tracción o compresión), puede también ocurrir en cualquiera de las dos direcciones principales; en el siguiente grafico vamos a tener una vista panorámica de todas estas posibilidades. 22.

(24)  2  S y. S y. S y.  2   1  S y .........a  2  S y .........b  1   S y ......c  2   S y ......d. S y Imagen 7: Esfuerzos de los materiales Fuente: (Moth,2009). La imagen anterior está formada por 4 líneas, en ellas están todas las alternativas anteriormente mencionadas. En el contorno tenemos. e  Sy. en la zona central sombreada,. de manera que fuera de este contorno se producirá la falla del material. La diferencia que existe entre los diversos criterios de fallas está en la forma como se eligen  e tomando como base cierta característica física de todo el tensor de esfuerzo actuante, como vamos a ver a continuación al tratar algunos de los principales criterios de fallas. 2.1.4 Criterio de máximo esfuerzo cortante. En primer lugar, representaremos el estado actuante y el ensayo del material mediante sus círculos de Mohr correspondientes:. 23.

(25) Imagen 8: Círculo de Mohr representativo teórico Fuente: (Mott, 2009) Este criterio afirma que no habrá falla, si: 𝜏𝑐 = 𝜏𝑐 ′ (𝑐𝑢𝑎𝑛𝑑𝑜 𝜎 = 𝑆𝑦 )...(a). Según la figura: 𝜏𝑐 =. 𝜎1 + 𝜎3 … (𝑏) 2. 𝜏𝑐 ′ =. 𝜎 2. Remplazando (b) en (a): 𝜎1 − 𝜎3 ≤ 𝜎. (𝜎 = 𝑆𝑦 ). Utilizando el enunciado original de la condición de no falla 𝜎𝑒 ≤ 𝜎. (𝑐𝑢𝑎𝑛𝑑𝑜 𝜎 = 𝑆𝑦 ). Comparando con (c), tendremos:. 𝜎𝑒 = 𝜎1 − 𝜎3 Diámetro del mayor circulo de Mohr del estado de este es el esfuerzo equivalente según este criterio de falla. En el caso de un estado plano (𝜎3 =0) 𝜎𝑒 = 𝜎1 − 𝜎2 24.

(26) Tomando en cuenta la definición de los esfuerzos principales en un estado plano el círculo de Mohr: 𝜎1,2 =. 𝜎1 + 𝜎2 𝜎1 − 𝜎2 2 ± √( ) + 𝜏𝑥𝑦 2 2 2. Remplazando en (d): 𝜎𝑒 = √(. 𝜎𝑥 − 𝜎𝑦 2 ) + 4𝜏𝑥𝑦 2 1. En el ensayo de corte (simulación teórica): 𝜎𝑒 = 2𝜏𝑐 Mediante la proporción vista en el anterior criterio, tendremos: 𝑆𝑠𝑦 = 0.5 𝑆𝑦 Este resultado está mas de acuerdo con la realidad. GRAFICO para ver todas las posibilidades de signos en las dos direcciones principales: Hay que tener en cuenta que: 𝜎𝑒 Es igual al mayor diámetro del círculo de Mohr. 𝜎3 Es igual a cero. Imagen 9: Grafico correspondiente al círculo de Mohr Fuente: (Mott, 2009). 25.

(27) Por ejemplo, el círculo de Mohr en el primer cuadrante será:. Imagen 10: Círculo de Mohr en el primer cuadrante Fuente: (Mott, 2009). En el segundo cuadrante:. Imagen 11: Círculo de Mohr en el segundo cuadrante Fuente: (Mott, 2009). 26.

(28) En el tercer cuadrante:. Imagen 12: Círculo de Mohr en el tercer cuadrante Fuente: (Mott, 2009). De lo cual podemos afirmar que las 6 líneas que marcan el contorno de la línea de falla. 𝜎1 = 𝑆𝑦. 𝜎2 = 𝑆𝑦 𝜎1 = −𝑆𝑦. 27.

(29) 2.2 Estructuras metálicas Según (TECNOLOGIA, 2016). Una estructura metálica es cualquier estructura donde la mayoría de las partes que la forman son materiales metálicos, normalmente acero. Las estructuras metálicas se utilizan por norma general en el sector industrial porque tienen excelentes características para la construcción, son muy funcionales y su costo de producción suele ser más barato que otro tipo de estructuras. Normalmente cualquier proyecto de ingeniería, arquitectura, etc. utiliza estructuras metálicas. (p.1) 2.2.1 Definición. Para (TECNOLOGIA, 2016). Una estructura es un conjunto de partes unidas entre sí que forman un cuerpo, una forma o un todo, destinadas a soportar los efectos de las fuerzas que actúan sobre el cuerpo. Las estructuras metálicas son la mayor parte de los elementos o partes que la forman son de metal (más del 80%), normalmente acero. A una estructura de este tipo se le puede llamar estructura de acero. (p.1). Imagen 13: Estructura metálica Fuente: (TECNOLOGIA, 2016). 28.

(30) Las estructuras tienen funciones o también llamados aplicaciones que son de importancia como los puentes, grúas, edificios, este último se puede ver en la siguiente figura. Imagen 14: Estructura metálica actual Fuente: (TECNOLOGIA, 2016). Cada estructura metálica está formada por la estructura metálica principal y la estructura metálica secundaria.. 2.2.2 Estructura metálica principal. La estructura metálica principal se compone de todos aquellos elementos que estabilizan y transfieren las cargas a los cimientos (que normalmente son de hormigón reforzado). La estructura metálica principal es la que asegura que no se vuelque, que sea resistente y que no se deforme. Normalmente está formada de los siguientes elementos: •. VIGAS METALICAS Para (TECNOLOGIA, 2016). Las vigas metálicas son los elementos horizontales, son barras horizontales que trabajan a flexión. Dependiendo de las acciones a las que se les someta sus fibras inferiores están sometidas a tracción y las superiores a 29.

(31) compresión. Existen varios tipos de vigas metálicas y cada una de ellas tiene un propósito ya que según su forma soportan mejor unos esfuerzos u otros como pueden ser. Viguetas “Son las vigas que se colocan muy cerca unas de otras para soportar el techo o el piso de un edificio por ejemplo; cuando vemos un edificio que está sin terminar, suelen ser las vigas que vemos.” (TECNOLOGIA, 2016) Dinteles “Los dinteles son las vigas que se pueden ver sobre una abertura, por ejemplo, las que están sobre las puertas o ventanas.” (TECNOLOGIA, 2016) Vigas de tímpano Estas son las que soportan las paredes o también parte del techo de los edificios. Travesaños “Son las que soportan cargas concentradas en puntos aislados a lo largo de la longitud de un edificio.” (TECNOLOGIA, 2016) Pilares metálicos “Los pilares metálicos son los elementos verticales, todos los pilares reciben esfuerzos de tipo axial, es decir, a compresión. También se les llama montantes.” (TECNOLOGIA, 2016). 30.

(32) Imagen 15: Partes de una estructura metálica Fuente: (TECNOLOGIA, 2016). 2.2.3 Estructura metálica secundaria. “Esta estructura corresponde fundamentalmente a la fachada y a la cubierta, lo que llamamos también subestructura y se coloca sobre la estructura metálica principal, y ésta puede ser metálica o de hormigón.” (TECNOLOGIA, 2016). 31.

(33) 2.2.4 Transmisión de cargas en estructuras metálicas. Según (TECNOLOGIA, 2016) las fuerzas o cargas que soportan las estructuras se van repartiendo por los diferentes elementos de la estructura, pero las cargas siempre van a ir a parar al mismo sitio, a los cimientos o zapatas. Veamos cómo se distribuye la fuerza del peso sobre las viguetas de un piso superior hasta llegar a los cimientos en la siguiente figura. (p.1). Imagen 16: Transmisión de cargas en estructuras metálicas Fuente: (TECNOLOGIA, 2016) 2.2.5 Tipos de estructuras. Partiendo de la base que las estructuras metálicas son artificiales ya que las ha inventado el ser humano podremos entonces destacar qué tipos de estructuras hay: Estructuras abovedadas:” Estas estructuras son todas aquellas en las que se emplean bóvedas, cúpulas y arcos para repartir y equilibrar el peso de la estructura, como por ejemplo puede verse en las catedrales o iglesias.” (TECNOLOGIA, 2016). 32.

(34) Imagen 17: Estructura abovedada Fuente: (Wikipedia,2015) Estructuras entramadas: Estas son las más comunes ya que son las que utilizan la mayoría de los edificios que podemos ver en cualquier ciudad. Emplean una gran cantidad de vigas, pilares, columnas y cimientos, es decir, una gran cantidad de elementos horizontales y verticales para repartir y equilibrar el peso de la estructura. Estas estructuras son más ligeras porque emplean menos elementos que las abovedadas por ejemplo y así pueden conseguirse edificios de gran altura.. Imagen 18: Estructura entramada Fuente: (Construyentes,2014). Estructuras trianguladas: Las trianguladas se caracterizan como su propio nombre indica por disponer sus elementos de forma triangular, suelen ser muy ligeras y económicas.. 33.

(35) Suelen utilizarse para la construcción de puentes y naves industriales. En estos casos hay dos formas que son las más utilizadas, la cercha y la celosía.. Imagen 19: Estructura triangulada Fuente: (TECNOLOGIA, 2016). Estructuras colgantes: “Las estructuras colgantes o colgadas son aquellas que utilizan cables o barras (tirantes) que van unidos a soportes muy resistentes (cimientos y pilares). Los tirantes estabilizan la estructura, como puede verse por ejemplo en los puentes colgantes.” (TECNOLOGIA, 2016). 34.

(36) Imagen 20: Estructura triangulada Fuente: (TECNOLOGIA, 2016) Estructuras laminares: Todas aquellas formadas por láminas resistentes que están conectadas entre sí y que sin alguna de ellas la estructura se volvería inestable, como pueden ser las carrocerías y fuselajes de coches y aviones.. 2.2.6 Uniones de las estructuras metálicas. Según (TECNOLOGIA, 2016). Para que todos los elementos de la estructura metálica se comporten perfectamente según se ha diseñado es necesario que estén ensamblados o unidos de alguna manera. Para escoger el tipo de unión hay que tener en cuenta cómo se comporta la conexión que se va hacer y cómo se va a montar esa conexión. Existen conexiones rígidas, semirrígidas y flexibles. Algunas de esas conexiones a veces necesitan que sean desmontables, que giren, que se deslicen, etc. Dependiendo de ello tendremos dos tipos de uniones fundamentales. (p.1). Por soldadura: La soldadura es la más común en estructuras metálicas de acero y no es más que la unión de dos piezas metálicas mediante el calor. Aplicándoles calor 35.

(37) conseguiremos que se fusionen las superficies de las dos piezas, a veces necesitando un material extra para soldar las dos piezas. Por tornillo: Los tornillos son conexiones rápidas que normalmente se aplican a estructuras de acero ligeras, como por ejemplo para fijar chapas o vigas ligeras. 2.2.7 Vigas. En ingeniería y arquitectura se denomina viga a un elemento estructural lineal que trabaja principalmente a flexión. En las vigas, la longitud predomina sobre las otras dos dimensiones y suele ser horizontal. El esfuerzo de flexión provoca tensiones de tracción y compresión, produciéndose las máximas en el cordón inferior y en el cordón superior respectivamente, las cuales se calculan relacionando el momento flector y el segundo momento de inercia. En las zonas cercanas a los apoyos se producen esfuerzos cortantes o punzonamiento. También pueden producirse tensiones por torsión, sobre todo en las vigas que forman el perímetro exterior de un forjado. Estructuralmente el comportamiento de una viga se estudia mediante un modelo de prisma mecánico. 2.2.8 Planchas.. Producto plano que se obtiene por laminación de planchones de acero estructural que previamente se calientan hasta una temperatura de 1250ºC, sus espesores varían entre 3.0 y 100 mm. Anchos: Entre 1200 mm y 2400 mm; siendo el ancho standard 1500 mm. largo: 6000 mm.. 36.

(38) USOS: Vigas, puentes, estructuras metálicas, tanques de almacenamiento, autopartes, torres de alta tensión, equipos, mecánicos, etc.. Imagen 21: Planchas Fuente: (Industrial,2015). 2.2.9 Maquinas usadas para mecanizar vigas y planchas Se describen aquí las máquinas para la ejecución de estructuras metálicas, desde las tareas en taller hasta los trabajos realizados en obra, así como también los controles de dicha ejecución y de sus materiales. Incluye elaboración, suministro y montaje de toda la estructura metálica, bien sea soldada o atornillada.. 37.

(39) 2.3 Fajas transportadoras Según (ECORSA, 2016). Una faja transportadora es un sistema de transporte continuo formado básicamente por una cinta de caucho reforzado, que se mueve entre dos poleas. La correa es arrastrada por fricción por una o más poleas (motrices), que a su vez son accionadas por uno o más motores. Las otras poleas suelen girar libres, y la función de una de ellas (la llamada “polea de cola”) es la que sirve de retorno de la correa transportadora. La correa es soportada por rodillos entre las poleas motrices y de cola. (p.1) 2.3.1 Utilidad en la industria. Sirven para transportar el mineral a diferentes partes de la sección en forma cómoda, limpia, económica y rápida. Las fajas son reforzadas y revestidas con caucho, para aguantar tensiones y resistir al fuerte desgaste superficial debido al rozamiento con los diferentes polines y por el mismo paso de los minerales. 2.3.2 Componentes de las fajas transportadoras. Los elementos de una faja transportadora son:. 38.

(40) imagen 22: Elementos de una faja transportadora. Fuente: (Universidad Carlos III de Madrid, 2007). Tabla 1: Cobertura para diferentes fajas transportadora. REFERENCIA. UTILIZACIÓN. Y Estándar. Soportar el material a transportar.. X Antiabrasivo. Materiales cortantes y de granulometría elevada.. W Muy Antiabrasivo. Materiales con gran poder de desgaste, granulometría fina.. G Antiaceite. Resiste el ataque de aceites grasa e hidrocarburos. Al mismo tiempo soporta bien la temperatura, hasta 110ºC.. T Anticalórica A Alimentaria. En función de la temperatura del producto se elegirá entre 110, 150 ó 170ºC, teniendo bien en cuenta la granulometría De color blanco para su uso en la industria alimentaria.. S,K Antillama. Para empleo en minas y ambientes potencialmente explosivos Fuente: (Mott, 2009). 39.

(41) 2.3.3 Rodillos. Los rodillos son elementos rodantes que sirve para que la faja transportadora funcione y lleve material pesado de un lugar a otro. Existen dos tipos, uno de ida y otro de retorno en las siguientes líneas se muestra las definiciones correspondientes. (CEMA, 2007) afirma: los rodillos de ida tienen dos configuraciones generales. Uno se usa para cinturones con ranuras y generalmente consiste en tres rodillos. Los dos rodillos exteriores están inclinados hacia arriba y el rodillo central es horizontal. El otro en la configuración se usa para soportar cinturones planos. Esta rueda guía generalmente consiste en un solo rodillo horizontal posicionado entre soportes que se unen directamente al marco del transportador. (p.67) (CEMA, 2007) Dice: los rodillos de retorno suelen ser rodillos horizontales, colocados entre paréntesis que normalmente están unidos a la parte inferior de la estructura de soporte en la que están montados los rodillos de transporte. Dos vueltas "Vee" devuelven Las poleas locas también se usan para un mejor entrenamiento y mayores capacidades de carga. (p.67) 2.3.4 Instalación de la faja transportadora. El eje guía centralizador BELT-PILOT reemplaza un eje guía de retorno. Así, se asegura una carga suficiente sobre el eje guía para permitir que llegue suficiente poder de tracción a la correa. La distancia desde el eje guía centralizador al siguiente eje de retorno no debe superar 3 m. El eje guía centralizador se instala al mismo nivel que el otro retorno. No se debe permitir que el eje guía centralizador se instale en los lugares donde la correa se flexiona o ejerce presiones sobre el eje guía.. 40.

(42) Los puntos de mayor eficiencia para el eje de tracción el mejor orden, y se presentan en el esquema. En una correa transportadora reversible, el porcentaje (%) informa sobre la relación entre las cantidades de operación (80%/20%) y la colocación de mayor eficiencia.. Imagen 23: Instalación de una faja transportadora Fuente: (Universidad Carlos III de Madrid, 2007). 41.

(43) 2.3.5 Normas relacionadas a las fajas. RESPECTO ALA ELECTRICIDAD EN MINAS R. M. N° 308-2001-EM/VME Sistemas de fajas transportadoras Toda sección accesible de una faja transportadora accionada eléctricamente deberá tener un cordón de seguridad que se extienda a lo largo de la sección y que esté dispuesto de tal manera que pare la faja en caso de emergencia. El interruptor operado por el cordón de seguridad será de reposición manual. Una faja transportadora usada en mina subterránea o una faja transportadora de más de 15 m de longitud instalada en un edificio u otra estructura cerrada tendrá un dispositivo de detención para parar el motor en el caso de que la faja se obstruya o se desvíe. Cuando la faja transportadora se arranque automáticamente o cuando una parte de ésta no sea visible para el operador, la faja tendrá un dispositivo de alarma previo al momento del arranque. 2.4 Soldadura Soldadura: Es el proceso de unión entre 2 elementos por medio de un material adicional conocido como el material de aporte. La soldadura tiene varias formas de darse como son las siguientes: Soldadura por gas: Según (Herramientas, 2010) se trata de una técnica bastante simple, económica y popular, aunque su utilización en procesos industriales ha disminuido últimamente. La más conocida es aquella que utiliza la combustión de acetileno en oxígeno, llamada soldadura autógena, que permite alcanzar una llama que. 42.

(44) supera los 3.200 °C. Sus ventajas principales son su bajo costo y la capacidad de movilidad sus equipos. La desventaja es el tiempo que tardan los materiales para enfriarse.. imagen 24: Soldadura por gas Fuente: (Wikipedia, Soldadura a gas , 2017) Soldadura por arco eléctrico: “Esta es una de las técnicas más desarrolladas, y existen muchos procesos que se basan en este principio. Para lograr la soldadura se utiliza una fuente de energía eléctrica (ya sea corriente continua o alterna) que permite derretir los metales.” (Herramientas, 2010). 43.

(45) imagen 25: Soldadura por arco eléctrico Fuente: (Tecnologia, 2013) SMAW: “En español se la conoce por las siglas MMAW (Metal Manual Arc Welding, o soldadura. metálica manual. por arco). En este. proceso. se. utilizan electrodos de acero revestidos con un material fundente que, con el calor de la soldadura, produce dióxido de carbono”. (Herramientas, 2010). GMAW: “En español, soldadura de gas de arco metálico, o de gas de metal inerte (MIG); es una técnica parecida a la anterior pero que usa un electrodo que no se consume y un gas inerte, que se suministra aparte y que debido a su naturaleza, impide la formación de óxidos y escoria”. (Herramientas, 2010). 44.

(46) imagen 26: Soldadura Gmaw Fuente: (ESAB, 2015) FCAW: “En español significa soldadura de arco de núcleo fundente. Es una técnica mucho más rápida que la anterior, aunque más susceptible a imperfecciones. En esta técnica, el electrodo de acero está relleno de un material en polvo que al quemarse produce un gas de blindaje y una capa de escoria que protege la soldadura”. (Herramientas, 2010). imagen 27: Soldadura Fcaw Fuente: (ESAB, Soldadura FCAW, 2015) GTAW: Para (Herramientas, 2010) es soldadura de arco con gas de tungsteno, o de gas inerte de tungsteno (TIG). En este proceso, el electrodo es de tungsteno y no se. 45.

(47) consume, y se utilizan gases inertes o semi-inertes como blindado. Es un proceso lento y preciso, que requiere de mucha técnica, pero que permite unir metales finos y realizar trabajos delicados. Este tipo de soldaduras se utiliza extensamente en la fabricación de bicicletas.. imagen 28: Soldadura GTAW Fuente: (Herramientas, 2010) Ventajas de la soldadura: (Csernak & McCormac, 2013) dice que hay 7 ventajas de las conexiones soldadas con respecto a las demás son: 1. Para la mayoría de los proyectistas, la primera ventaja es la economía, porque el uso de la soldadura permite grandes ahorros en el peso del acero utilizado. Las estructuras soldadas permiten eliminar un gran porcentaje de las placas de unión y de empalme, tan necesarias en las estructuras remachadas o atornilladas, así como la eliminación de las cabezas de remaches o tornillos. En algunas estructuras de puentes es posible ahorrar hasta un 15% o más del peso de acero con el uso de la soldadura.. 46.

(48) 2. La soldadura tiene un área de aplicación mucho mayor que los remaches o los tornillos. Considere una columna de tubo de acero y las dificultades para conectarla a los otros miembros de acero, con remaches o tornillos. Una conexión remachada o atornillada puede resultar virtualmente imposible, pero una conexión soldada presentará pocas dificultades. El lector puede apreciar muchas otras situaciones similares, donde la soldadura tiene decidida ventaja. 3. Las estructuras soldadas son más rígidas, porque los miembros por lo general están soldados directamente uno a otro. Frecuentemente, las conexiones con remaches o tornillos se realizan a menudo mediante ángulos de conexión o placas que se deforman debido a la transferencia de carga, haciendo más flexible la estructura completa. Por otra parte, la mayor rigidez puede ser una desventaja donde se tienen conexiones de extremo simples con baja resistencia a los momentos. En tal caso, el calculista debe tener cuidado de especificar el tipo de junta. 4. El proceso de fusionar las partes por unir, hace a las estructuras realmente continuas. Esto se traduce en la construcción de una sola pieza, y puesto que las juntas soldadas son tan fuertes o más que el metal base, no debe haber limitaciones a las uniones. Esta ventaja de la continuidad ha permitido el montaje de un sinfín de estructuras de acero estáticamente indeterminadas, esbeltas y agraciadas en todo el mundo. Algunos de los más prominentes defensores de la soldadura se han referido a las estructuras remachadas y atornilladas, con sus pesadas placas y gran número de remaches o tornillos, como semejantes a tanques o carros blindados, al compararlas con las limpias y suaves líneas de las estructuras soldadas. La ilustración gráfica de esta ventaja la tiene el lector si compara las conexiones resistentes a momento.. 47.

(49) 5. Resulta más fácil realizar cambios en el diseño y corregir errores durante el montaje y a menor costo) si se usa soldadura. En relación con esta ventaja se tiene el caso de las reparaciones realizadas con soldadura en equipo militar en condiciones de batalla durante las décadas pasadas. 6. Otro detalle que a menudo es importante es lo silencioso que resulta soldar. Imagínese la importancia de este hecho cuando se trabaja cerca de hospitales o escuelas, o cuando se realizan adiciones a edificios existentes. Cualquiera que tenga un oído cercano a lo normal, que haya intentado trabajar en una oficina a unos cuantos metros de un trabajo de remachado, dará testimonio de esta ventaja. 7. Se usan menos piezas y, como resultado, se ahorra tiempo en detalle, fabricación y montaje de la obra. (p.470). 48.

(50) 2.5 Pintura y acabados 2.5.1 Preparación de las superficies. Según (SSPC, 2016) una correcta preparación de superficie previo a la aplicación de cualquier tipo de revestimiento o pintura es un factor de suma importancia a considerar que repercute directamente sobre el resultado final del mismo. El rendimiento de un revestimiento protector está influenciado significativamente por su capacidad de adherirse adecuadamente al sustrato, siendo de suma importancia la eliminación de aceites, grasas, pinturas viejas y contaminantes de la superficie como la cascarilla de laminación y herrumbre Los trabajos de preparación de superficies están normalizados por varias asociaciones internacionales siendo una de la más difundidas la norma Americana SSPC (Steel Structures Painting Council, Pittsburgh USA) definiendo en cada categoría los distintos procedimientos requeridos para realizar una correcta limpieza de superficie previo a la aplicación de un revestimiento o pintura. (p.1). 49.

(51) Tabla 2: Datos según SSPC. Fuente: (SSPC, 2016) 2.7 Área tributaria Es el área efectiva de un grupo de frames, para convertir un tipo de fuerza por otro.. 50.

(52) imagen 29: Área tributaria Fuente: (Reveco Diaz, 2014). 2.8 Metrado Según (Enciclopediatareas, 2015). Se define así al conjunto ordenado de datos obtenidos o logrados mediante lecturas acotadas, preferentemente, y con excepción con lecturas a escala, es decir, utilizando el escalímetro. Los metrados se realizan con el objeto de calcular la cantidad de obra a realizar y que al ser multiplicado por el respectivo costo unitario. En todo proyecto llega el momento en el que debemos hacer el metrado de los elementos que se han diseñado. La precisión de dicho cálculo dependerá si estamos en la etapa de pre factibilidad, factibilidad o en alguna etapa posterior. (p.1) Recomendaciones previas para realizar un buen metrado Según (Enciclopediatareas, 2015). Se debe efectuar un estudio integral de los planos y especificaciones técnicas del proyecto, relacionando entre sí los planos de arquitectura, estructuras, instalaciones sanitarias y eléctricas para el caso de edificación. Se debe utilizar en lo posible, la relación de partidas y sus unidades 51.

(53) respectivas según lo normado en el Reglamento de Metrados para Obras de Edificación (D.S. NQ 013-79-VC del 26.04.79). Precisar la zona de estudio o de metrado y trabajos que se van a ejecutar. El orden para elaborar el metrado es primordial porque nos dará la secuencia en que se toman las medidas o lecturas de los planos, enumerándose las páginas en las cuales se escriben las cantidades incluyéndose las observaciones pertinentes. Todo esto nos dará la pauta para realizar un chequeo más rápido y poder encontrar los errores de ser el caso. (p.1). 52.

(54) CAPÍTULO 3 MEMORIA DE CALCULO 3.1 Datos del proyecto 3.1.1 Imágenes del proyecto. 3.1.1.1 Estructura existente.. Imagen 30: Faja transportadora de SMCV Fuente: Elaboración propia. 53.

(55) 3.1.1.2Desplazamientos de la estructura. Imagen 31: Faja transportadora (dimensiones) Fuente: Elaboración propia. Imagen 32: Faja transportadora (dimensiones) Fuente: Elaboración propia. 54.

(56) 3.1.1.3 Boceto del refuerzo.. Imagen 33: Boceto del refuerzo Fuente: Elaboración propia. 3.2 Análisis en SAP del refuerzo. Imagen 34: Análisis en SAP 01 Fuente: Elaboración propia 55.

(57) Imagen 35: Análisis en SAP 02 Fuente: Elaboración propia. Imagen 36: Análisis en SAP 03 Fuente: Elaboración propia 56.

(58) Imagen 37: Análisis en SAP 04 Fuente: Elaboración propia. 57.

(59) 3.3 Análisis y diagramas de elementos principales. }. Imagen 38: Diagrama de esfuerzos y deflexiones 01 Fuente: Elaboración propia. 58.

(60) Imagen 39: Diagrama de esfuerzos y deflexiones 02 Fuente: Elaboración propia. 59.






(66) 3.4 Cálculos 3.4.1 Área tributaria. Se realizó un cálculo de área tributaria para la carga de viento realizado a continuación. Para el cálculo de la fuerza efectiva lineal en el elemento se toma el área perpendicular al viento del mapa eólico del Perú V=4m/s; H=23.m. Fuente: Elaboración propia. Entonces Vh=4.8m/s. 65.

(67) Tabla 3: Factor de forma del viento. Fuente: (NTP EO20, 2006). Fuente: Elaboración propia. 66.

(68) P  0.005CVH 2 P  0.005* 2* 4.82 P  0.2304 Kgf / m 2 L  750mm A  565464mm2  F / m  0.1728kgf / m 3.4.2 Metrado PERFILES: a) TS 8’’x8’’x5/16’’ Ap  PxL L : Longitud Ap : Area..de.. p int ado V  Volumen del elemento. PERIMETRO P  203.2 X 4  812.8mm V  A * L  6038.7969*6000mm3  0.036m3 b) TS 6’’x6’’x1/4’’. Ap  PxL L : Longitud Ap : Area..de.. p int ado PERIMETRO P  152.4 X 4  609.6mm V  A * L  3606.44*3774mm3  0.136m3 c) PL. 67.

(69) Ap  PxL L : Longitud Ap : Area..de.. p int ado PERIMETRO P  2 x (a  b) Área: 6038.79mm2 𝑃𝑢 = 𝑉𝑥𝜌. Peso: 𝜌 = 7850. 𝑘𝑔⁄ 𝑚3. 𝑃𝑢 = 0.036. 𝑥7850 𝑃𝑢 = 282.6𝑘𝑔 Área: 309X354 = 0.33 𝑚2 𝑃𝑢 = 𝑉𝑥𝜌. Peso: 𝜌 = 7850. 𝑘𝑔⁄ 𝑚2. 𝑃𝑢 = 0.309𝑥0.354𝑥7850. 𝑃𝑢 = 11.66 𝑘𝑔 d) TS 8’’x8’’x5/16’’ Ap  PxL L : Longitud Ap : Area..de.. p int ado PERIMETRO P  203.2 X 4  812.8mm. e) TS 8’’x8’’x5/16’’. 68.

(70) Ap  PxL L : Longitud Ap : Area..de.. p int ado PERIMETRO P  203.2 X 4  812.8mm. f) PL Ap  PxL L : Longitud Ap : Area..de.. p int ado. PERIMETRO P  2 x (a  b). 69.

(71) 3.4.3 Cálculos de criterios de fallas Elemento 1. Imagen 45: Diagrams for frame 01 Fuente: Elaboración propia. Imagen 46: Diagrams for frame 01 Fuente: Elaboración propia. 70.

(72) Imagen 47: Diagrams for frame 01 Fuente: Elaboración propia. Criterio de máximo esfuerzo normal.  1,2 . x  y 2.  (.  x  y 2. ) 2   xy 2. Datos:. FN  41045.31Kgf  402654 N AN  17032.224mm 2  0.017m 2. Hallando esfuerzos normales. x . FN 402654 N   23.7 MPa AN 0.017 m2. y  0. 71.

(73) Hallando esfuerzos cortantes.  xy  0.08. kgf N  790000 2  0.79MPa 2 mm m. Reemplazando.  1,2 . x  y 2.  (.  x  y 2. ) 2   xy 2. 23.7 23.7 2  ( )  0.792 2 2  11.85  11.8.  1,2   1,2.  1  0.05MPa  2  23.75MPa Ratio.    23.75 Ratio   w    0.095  S  250  y.  S  250 fs   y    10.5   w  23.75. Imagen 48: DCL 1 elemento 01 Fuente: Elaboración propia. 72.

(74) Criterio de esfuerzo cortante máximo.  max  (.  x  y 2. ) 2   xy 2. S S y  0.5 xS y S S y  125MPa.  x  23.7MPa.  xy  0.79 MPa.  max  (. x 0.  max  (. 2. ) 2   xy 2. 23.7 2 )  0.792 2.  max  (11.85)2  0.792  max  11.87 MPa  max  S S  125MPa y. Imagen 49: DCL 1 elemento 01 Fuente: Elaboración propia. 73.

(75) Elemento 2. Imagen 50: Diagrams for frame 02 Fuente: Elaboración propia. Imagen 51: Diagrams for frame 02 Fuente: Elaboración propia. Imagen 52: Diagrams for frame 02 Fuente: Elaboración propia 74.

(76) Criterio de máximo esfuerzo normal.  1,2 . x  y 2.  (.  x  y 2. ) 2   xy 2. Datos:. FN  42736Kgf  419240.16 N AN  17032.224mm 2  0.017m 2. Hallando esfuerzos normales. x . FN 419240.16 N   24.7 MPa AN 0.017m2. y  0 Hallando esfuerzos cortantes.  xy  0.04. kgf N  408395 2  0.408MPa 2 mm m. Reemplazando.  1,2 . x  y 2.  (.  x  y 2. ) 2   xy 2. 24.7 24.7 2  ( )  0.42 2 2  12.35  12.36.  1,2   1,2.  1  0.01MPa  2  24.72MPa. 75.

(77) Ratio.    24.72 Ratio   w    0.1  S  250 y  .  S  250 fs   y    10.1  24.72  w º. Imagen 53: DCL 1 elemento 02 Fuente: Elaboración propia Criterio de esfuerzo cortante máximo.  max  (.  x  y 2. ) 2   xy 2. S S y  0.5 xS y S S y  125MPa.  x  24.72 MPa.  xy  0.408MPa. 76.

(78)  max  (. x 0.  max  (. 2. ) 2   xy 2. 24.72 2 )  0.4082 2.  max  (12.36)2  0.4082  max  13.37 MPa  max  S S  125MPa y. Imagen 54: DCL 2 elemento 02 Fuente: Elaboración propia ELEMENTO 3.. Imagen 55: Diagrams for frame 03 Fuente: Elaboración propia. 77.

(79) Imagen 56: Diagrams for frame 03 Fuente: Elaboración propia. Imagen 57: Diagrams for frame 03 Fuente: Elaboración propia. 78.

(80) 3 1 2 CRITERIO DE MAXIMO ESFUERZO NORMAL PERFIL : TS16 X 12 X.  1,2 .  X  Y 2.   Y  2   X    XY 2   2. Datos : FN  33522.85  kgf  *. 9.81N  328858.86 N 1kgf 2.  1m  2 AN  17032.224 mm 2 *    0.017 m  1000mm  Hallando esfuerzo normal F  328858.86 N X  N   19.34 Mpa AN 0.017 m 2. Y  0 shearV 2  787.52 kgf shearV 3  214.35 kgf VR  787.522  214.352  816.17 kgf *.  XY . 9.81N  8006.63 N 1kgf. VR 8006.63   0.47 Mpa AN 0.017. Re emplazando 19.34  0 2  19.34  0       0.47  2 2    1  0.011MPa 2.  1,2 .  2   19.35 MPa  w 19.35 Ratio  fs . Sy. . 250.  0.0774. 1  12.91 0.0774  19.35 MPa.  max  max  S y.  El elemento no falla.  1  0.011MPa  2   19.35 MPa. 79.

(81) 3 1 2 CRITERIO DE ESFUERZO CORTANTE MAXIMO PERFIL : TS16 X 12 X.   X Y  2     XY 2    0.5* S y 2.  max  S Sy. S y  250 MPa  S Sy  125 MPa Datos :  X  19.34 Mpa. Y  0  XY  0.47 Mpa Re emplazando 2  19.34  0      0.47  2    9.68 MPa 2.  max .  max  max  S Sy Ratio  fs . w S Sy. . 9.68  0.077 125. 1  12.98 0.077  9.68 MPa.  max  max  S Sy.  El elemento no falla.  X  19.34Mpa. 80.

(82) ELEMENTO 4 1 2 CRITERIO DE MAXIMO ESFUERZO NORMAL PERFIL : TS16 X 12 X.  1,2 .  X  Y 2.   Y  2   X    XY 2   2. Datos : FN  35104.81 kgf  *. 9.81N  344378.19 N 1kgf 2.  1m  2 AN  17032.224 mm 2 *    0.017 m  1000mm  Hallando esfuerzo normal F  35104.81 N X  N   20.64 Mpa AN 0.017 m 2. Y  0 shearV 2  2222.50 kgf shearV 3  337.67 kgf VR  2222.52  337.67 2  2248kgf *.  XY . 9.81N  22052.88 N 1kgf. VR 22052.88   1.29Mpa AN 0.017. Re emplazando 20.64  0 2  20.64  0      1.29  2 2    1  0.08MPa 2.  1,2 .  2   20.72 MPa  w 20.72 Ratio  fs . Sy. . 250.  0.1066. 1  9.38 0.1066  20.72 MPa.  max  max  S y.  El elemento no falla. 81.

(83)  1  0.08MPa  2   20.72 MPa. 4 1 2 CRITERIO DE ESFUERZO CORTANTE MAXIMO PERFIL : TS16 X 12 X.   Y  2  max   X    XY 2   S Sy  0.5* S y 2. S y  250 MPa  S Sy  125 MPa Datos :  X  20.64 Mpa. Y  0  XY  1.29Mpa Re emplazando 2  20.64  0      1.29  2    10.4 MPa 2.  max.  max  max  S Sy Ratio  fs . w S Sy. . 10.4  0.0832 125. 1  12.01 0.0832  10.4 MPa.  max  max  S Sy.  El elemento no falla.  X  20.64Mpa. 82.

(84) Elemento N° 5. Imagen 58: Diagrams for frame 05 Fuente: Elaboración propia. Imagen 59: Diagrams for frame 05 Fuente: Elaboración propia. 83.

(85) Imagen 60: Diagrams for frame 05 Fuente: Elaboración propia Criterio de máximo esfuerzo normal.  1,2 . x  y 2.  (.  x  y 2. ) 2   xy 2. Datos:. FN  53142.69Kgf  521329.8 N AN  17032.224mm 2  0.017m 2. Hallando esfuerzos normales. x . FN 521329.8 N   30.67 MPa AN 0.017m2. y  0 84.

(86) Hallando esfuerzos cortantes.  xy  0.44. kgf N  435365.3 2  0.435MPa 2 mm m. Reemplazando.  1,2 . x  y 2.  (.  x  y 2. ) 2   xy 2. 30.67 30.67 2  ( )  0.442 2 2  15.33  15.35.  1,2   1,2.  1  0.02MPa  2  30.68MPa Ratio.    30.67 Ratio   w    0.1227  S  250  y.  S  250 fs   y    8.15   w  30.67. 85.

(87) Criterio de esfuerzo cortante máximo.  max  (.  x  y 2. ) 2   xy 2. S S y  0.5 xS y S S y  125MPa.  x  30.68MPa.  xy  0.44 MPa  max  (. x 0.  max  (. 2. ) 2   xy 2. 30.67 2 )  0.442 2.  max  (15.33)2  0.442  max  15.36MPa  max  S S  125MPa y. Fuente: Elaboración propia. 86.

(88) Elemento N° 6. Imagen 61: Diagrams for frame 06 Fuente: Elaboración propia. Imagen 62:Diagrams for frame 06 Fuente: Elaboración propia. 87.

(89) Imagen 63: Diagrams for frame 06 Fuente: Elaboración propia. Criterio de máximo esfuerzo normal.  1,2 . x  y 2.  (.  x  y 2. ) 2   xy 2. Datos:. FN  43398.44Kgf  425738.6964 N AN  17032.224mm 2  0.017m 2 Hallando esfuerzos normales. x . FN 425738.6964 N   25.0434MPa AN 0.017m2. y  0. 88.

(90) Hallando esfuerzos cortantes.  xy  0.1029. kgf N  1009589 2  1.0096MPa 2 mm m. Reemplazando.  1,2 . x  y 2.  (.  x  y 2. ) 2   xy 2. 25.0434 25.0434 2  ( )  1.00962 2 2  12.5217  12.5623.  1,2   1,2.  1  0.0406MPa  2  25.084MPa Ratio.    25.084 Ratio   w    0.1003 S  250 y   S  250 fs   y    9.966  25.084  w. Criterio de esfuerzo cortante máximo.  max  (.  x  y 2. ) 2   xy 2. S S y  0.5 xS y S S y  125MPa.  x  25.0434MPa  xy  1.0096MPa. 89.

(91)  max  (. x 0.  max  (. 2. ) 2   xy 2. 25.0434 2 )  1.00962 2.  max  (12.5217) 2  1.00962  max  12.5623MPa  max  S S  125MPa y. Fuente: Elaboración propia. ELEMENTO N° 7. Imagen 64: Diagrams for frame 07 Fuente: Elaboración propia. 90.

(92) Criterio de máximo esfuerzo normal:.  1,2 .  X  Y 2.    Y  2   X    xy 2   2. DATOS:. FN  43270,58 kgf  424484,39 N AN  17032, 224 mm 2  0, 017 m 2 FC1  3526, 74 kgf  34597,32 N FC 2  8884.18 kfg  87153,8 N. Hallando el esfuerzo normal:. x . FN 424484,39  AN 0, 017.  x  24,9 MPa Hallando el esfuerzo cortante (34597,32) 2  87153,82 0, 017  5,52 MPa.  xy   xy. Reemplazando:. 91.

(93) 2. 24,9  24,9  2  1,2      5,52 2  2   1  26, 07 MPa.  2  1,17 MPa Ratio . w Sy. . 26, 07 250. Ratio  0,10 f .s.  10 Criterio de esfuerzo cortante máximo    Y  2  max   X    xy 2   S sy  0,5S y 2. S y  250 MPa S sy  125 MPa. DATOS.  x  24,9 MPa  xy  5,52 MPa   X  Y  2    xy 2   2.  max  .     X    xy2  2  2.  max. 2.  max  max.  24.9  2     5,52 2    13, 62 MPa. Ratio . w Sy. . 13, 62 125. Ratio  0,11 f .s.  9, 09. 92.

(94) Elemento N° 8. Imagen 65: Diagrams for frame 08 Fuente: Elaboración propia Criterio de máximo esfuerzo normal.  1,2 .  X  Y 2.    Y  2   X    xy 2   2. DATOS:. FN  1396,37 kgf  13698,39 N AN  14491,585 mm 2  0, 014 m 2 FC1  1735, 20 kgf  17022,312 N FC 2  572,10 kfg  5612,301 N Hallando el esfuerzo normal:. x . FN 13698,39  AN 0, 014.  x  0,98 MPa. 93.