UNIVERSIDAD TECNOLGICA AMRICA FACULTAD DE CIENCIAS DE LAINGENIERA CARRERA DE INGENIERA MECNICA PUENTE GRA PARA TALLER DE MANTENIMIENTO Proyecto profesional de grado previo a laobtencindelTtulodeIngeniero Mecnico:EspecialidadMecnica Automotriz AUTORES:Espinosa Maay Christian Leonidas. Maldonado Guachamn Carla Vernica. Trujillo Fierro Mauricio Leonardo. TUTOR: Ing. Patricio Riofro. DM. Quito Mayodel 2009 IIINDICE CONTENIDOPGINA AnteportadaI PortadaII ndice GeneralIII ndice de FigurasVII ndice de TablasXII ndice de Anexos XIII Resumen Introduccin CAPTULO I FUNDAMENTACIN TERICA 1.1.Puentes gra .... 1 1.1.1.Esquema y funcionamiento............ ...... 1 1.1.2.Elementos del puente gra....... 21.2.Clasificacin de los puentes gra.. 2 1.2.1. Clasificacin segn las normas Fem.............3 1.2.2.Clasificacin segn las normas Britnicas BS 2573....5 1.2.3.Clasificacin segn el nmero de vigas5 1.2.3.1. Puente monoviga o puente gra monorriel .5 1.2.3.1.1.De viga simple ......6 1.2.3.1.2.De viga compuesta........6 1.2.3.2. Puente gra doble viga o puentegra birriel . 8 1.2.3.3. Puente gra prtico......10 1.2.3.4. Gras pluma .11 1.2.3.5. Gras semi- prtico ..11 1.3. Componentes de un puente gra ....12 1.3.1. Vigas .12 1.3.1.1. Viga transversal ..12 1.3.1.2. Viga longitudinal con riel ....12 IV1.3.2. Polipasto . 13 1.3.2.1. Polipasto de accionamiento manual.. 13 1.3.2.2. Polipasto de palanca .13 1.3.2.3. Polipastoselctricos por cadena .14 1.3.2.4.Polipastos elctricos por cable ... 15 1.3.3. Motores de mantenimiento longitudinal15 1.3.4. Mandos del puente gra...... 16 1.3.4.1. Desplazable a lo largo del puente............. 17 1.3.4.2.Mando suspendido de un punto fijo del puente.. 17 1.3.5. Ganchos....18 1.3.6. Lneas de suministro de energa 18 1.3.7. Soportes o ancladores......18 1.3.8. Trole o carro18 1.3.9. Lneas de alimentacin elctrica.....19 CAPTULO IIANLISIS DE ALTERNATIVAS, SELECCIN Y PARMETROS DEDISEO. 2.1. Introduccin20 2.2. Propsito y funciones del puente gra.....20 2.3. Sitio de trabajo......21 2.4. Alternativas22 2.5. Criteriosde seleccin....22 2.5.1. Tamao..22 2.5.2. Costo...22 2.5.3. Facilidad de operacin.23 2.5.4. Facilidad de adaptacin...23 2.5.5. Criterio personal de los usuarios cotidianos..23 2.6.Alternativas 1: puente gra monorriel23 2.6.1. Caractersticasdel puente gra monorriel..25 2.6.2. Ventajas...25 2.6.3. Desventaja......25 V2.7. Alternativas 2: puente gra prtico.26 2.7.1.Caractersticasdel puente prtico.28 2.7.2.Ventajas..28 2.7.3.Desventajas29 2.8. Alternativas 3: gras pluma....30 2.8.1.Caractersticas del puente gra pluma..31 2.8.2 Ventajas..32 2.8.3.Desventajas...32 2.9. Seleccin... 33 2.10. Conclusin33 2.10.1 Parmetrosdel puente gra elegido..34 CAPTULO III DISEO DEL PUENTE GRA 3.1 . Introduccin...36 3.2 . Geometra y Capacidad Del Puente Gra. .....37 3.2.1. Cargas..38 3.2.2Cargas Vivas....38 3.2.1.1.1Cargas de impacto....39 3.2.2Cargas Muertas. .....39 3.2.2Carga a Soportar.....40 3.2.2.Convencin De Signos De Las Fuerzas Internas....40 3.2.2.1.Momentos. ...40 3.2.2.2.Fuerzas Cortantes...40 3.2.2.3.Fuerzas Axiales. .....41 3.3 . Clculo preliminar de la viga .........41 3.3.1Calculodeunavigasimplementeapoyada,concargauniformemente repartida..41 3.3.2Calculodeunavigasimplementeapoyada,concargaconcentradaenel centro de la viga..47 VI3.3.3Calculodeunavigasimplementeapoyada,concargauniformemente repartida y carga concentrada52 3.3.4Cargas mviles iguales ..55 3.4 METODO DE DISEO MEDIANTE PRTICOS CON ARTICULACIONES57 3.4.1Clculo del prtico 57 3.4.2Carga vertical mvil en el prtico60 3.4.3Carga vertical uniformemente repartida ..61 3.4.4Momento producido por el frenado del carro ..63 3.5Diseo de la columna ..65 3.5.1Solucin de prticos hiperestticos planos .70 3.6 Clculo de soportes o bases .72 3.7 Diseo de la placa base .74 3.8 Diseo y seleccin de pernos para placas de unin .78 3.9Clculo del centroide de la viga, columna y soporte .82 3.10Clculo de estabilidad..84 3.11Diseo del cordn de soldadura ....87 3.12Seleccin de ruedas .90 3.13Programa de estructuras SAP2000...91 3.13.1 Pasos bsicos para el uso del programa de estructuras SAP2000.92 CAPTULO IV CONSTRUCCIN,MONTAJEYPRUEBASDE FUNCIONAMIENTO. 4.1 Construccin... 99 4.2Montaje 103 4.3Gua de Mantenimiento . 103 4.3.1Plan de mantenimiento 104 4.4 . Pruebas de funcionamiento 105 Conclusiones 107 Recomendaciones 109 ANEXOS... 111 VII NDICE DE FIGURAS Fig.Pg. 1.1: Esquema del puente gra2 1.2: Puente Gra Birriel .3 1.3: Puente Gra Monorriel ........3 1.4: Puente Gra Monoviga...6 1.5: Viga compuesta7 1.6: Vigas Celosas y de tipo cajn...7 1.7: Puente Gra Birriel ..8 1.8: a) Vigas de perfil laminado, b) Vigas de plancha de acero, c)Vigas de plancha y ngulos d) celosa e) Tipo cajn..9 1.9: Tipos de vigas testeras..9 1.10: Puente Gra Prtico.10 1.11: Gra Pluma11 1.12: Gra Semi- Prtico...11 1.13: Vigas...12 1.14: Polipasto.13 1.14.1: Polipasto elctrico porcadena.... 14 1.14.2: Polipasto elctrico por cable..15 1.15: Motor 15 1.16: Controles de Puente Gra 16 1.17:Mando desplazable a lo largo del puente. 17 VIII1.18: Mando suspendido de un punto fijo del puente17 1.19. Ganchos para puente gra... 18 1.20. Lneas de alimentacin elctrica. 19 2.1. Sitio de trabajo del taller de la Facultad de Ingeniera Mecnica. 21 2.2. Puente Gra Monorriel 24 2.3. Ubicacin en el taller del puente gra monorriel24 2.4. Puente Gra Prtico27 2.5. Ubicacin en el taller del puente gra prtico.28 2.6. Gras pluma.30 2.7. Ubicacin en el taller del puente gra pluma..31 2.8. Parmetros del puente gra prtico34 2.9. Polipasto elctrico por cadena 35 3.1. Geometra y capacidad del puente gra.37 3.2: Numeracin de juntas de la estructura38 3.3: Ubicacin y direccinde la carga.........................................................38 3.4: Aplicacin de momentos. 40 3.5:Representacingrficadeunavigasimplementeapoyadaconcarga uniformemente repartida 41 3.6: Representacin grfica de las reacciones . 42 3.7: Representacin grfica de las distancias para el calculo de momentos. 42 3.8: Representacin grfica del momento flector..43 3.9: Representacin grfica defuerzas cortantes ....... 44 IX 3.10: Representacin grfica de las reacciones .47 3.11: Representacin grfica del momento flector..48 3.12: Representacin grfica defuerzas cortantes .......49 3.13:Representacingrficadeunavigasimplementeapoyada,concarga uniformemente repartida y carga concentrada .52 3.14: Representacin grfica de una viga con cargas mviles iguales55 3.15: Ubicacin de las fuerzas y puntos de clculos en el prtico57 3.16:Representacingrficadereaccionesdeapoyosdeunprtico hiperesttico...58 3.17: Representacin grfica de un prtico con un grado de hiperesticidad.. 58 3.18: Representacin grfica de un prtico hiperesttico y sus ngulos de giro.59 3.19: Representacin grfica de un prtico articulado .60 3.20: Representacin grfica de un prtico articulado con carga vertical.. 62 3.21: Representacin grfica de un prtico articulado con el frenado del carro... 64 3.22: Columna de soporte 65 3.23: Prtico hiperesttico y sus ngulos de giro.70 3.24: Representacin grfica de soportes...72 3.25: Representacin grfica de reacciones .72 3.26: Representacin grfica del momento flector..73 3.27: Representacin grficade fuerzas cortantes ...73 3.28: Representacin grfica de la columna y placa base ...74 3.29: Ubicacin centrada de la columna sobre la placa .76 X3.30: Perno , rodela y tuerca.78 3.31: Representacin grfica del centroide83 3.32: Representacin grfica de estabilidad en el prtico..84 3.33: Rueda de 6 .. 91 3.34: Ambiente de trabajo SAP2000..91 3.35: Trazado de elementos del prtico..92 3.36: Seleccin y ubicacin de restricciones (ruedas)93 3.37: Ubicacin del catalogo del AISC93 3.38: Seleccin del perfil de la viga94 3.39: Seleccin del tubo cuadrado de la columna..94 3.40: Caractersticas de la columna94 3.41: Ubicacin de la carga95 3.42: Detalle de elementos analizados95 3.43: Diagrama de momentos de la viga con carga distribuida.95 3.44: Diagrama de fuerzas cortantes de la viga con carga distribuida.96 3.45: Diagrama de momentos de la viga con carga puntual..96 3.46: Diagrama de fuerzas cortantes de la viga con carga puntual. 96 3.47: Diagrama de momentosde los soportes97 3.48: Diagrama de momentosen el prtico con carga puntual..97 3.49: Diagrama de momentosen el prtico con carga distribuida..97 4.1: Columnas en proceso de corte ..99XI 4.2: Corte de viga100 4.3: Corte y perforacin de placas... ..... 100 4.4: Esmerilado de placas .. 100 4.5: Placas superior e inferior........101 4.6: Soldadura de placas superior e inferior........ 101 4. 7: Posicin de pernos ........101 4.8:Perforacin y ubicaron de tapas laterales ... 102 4.9: Polipasto elctrico..102 4.10: Caractersticas del polipasto elctrico .... 102 4.11: Elementos para elevacin ... .... 105 4.12: Polipasto elevando elementos.... 106 XIINDICE DE TABLAS Tabla. Pg. 1: Tipo de puente gra4 2: Caractersticas de puente gra segn el grupo.4 3: Velocidad de traslacin de los puentes gra..4 4: Tipo de puente gra segn las normas Britnicas.5 5: Valores de puentes gra monorriel.26 6: Valores de puentes gra prtico con polipasto elctrico.29 7: Valores de puentes gra pluma32 8: Estudiode Alternativas.33 9: Caractersticas de polipastos SWF35 10: Elementos del puente gra.35 11: Tensin de trabajo recomendables en Kg/cm .45 12: Flechas admisibles para tipos de vigas ..54 13: Factor K para columnas67 14: reas y distancias para ubicacin del centroide83 15: Comparacin de valores entre clculos y Sap 2000..98 XIII NDICE DE ANEXOS Anexo.Pg. 1: Propiedades del perfil 6x9 y 6x15114 1: Propiedades del perfil 6x9 y 6x15115 2: Caractersticas de perfiles IPN 116 3: Caractersticas de polipasto elctrico 117 4: Propiedades del cuadrado tubular 5x5x1/4.118 5: Tabla de especificaciones de Kl/r a compresin.119 6: Tabla de especificaciones del factor (K) para columnas..................120 7:Tabla de especificacionesdedimetrosyrea de roscasunificadas de tornillo UNC Y UNF....121 8: Tabla de especificaciones SAE para pernos de acero ....................122 9: Tabla de especificaciones del electrodo 7011.. 123 10: Propiedades a la flexin de soldaduras de filete.... 124 11: Tamao mnimo del filete de soldadura... 125 12: Factor de seguridad del cordn de soldadura..126 INTRODUCCIN Elpresenteproyectoprofesionaldegrado,PUENTEGRAPRTICO,ha sido concebido como una ayuda prctica para el mecnico profesional y el estudiante, el cual pone a su disposicin inmediata el conocimiento para el calculoydiseodelaestructuradelpuentegra,elmismoquepuede ayudarloaresolverlainmensamayoradeproblemasdemanipulacindecargas excesivas, con rapidez y eficiencia de acuerdo a las especificaciones que presenta este sistema. Laactualsituacineconmicaquepresentanuestropascomolosdems paseslatinoamericanosproporcionaneljustificativonecesarioparauna mejorutilizacin de losrecursosfsicosyhumanos,bajoesteconceptose haprocedidoautilizarmaterialesexistentesenelmercadoconcostos accesiblesparaelprocesodeconstruccindelaestructura,parael desarrollodelosclculoseneldiseoesprecisocontarconlos conocimientos necesarios para resolver esta problemtica. Launiversidad,cuentacontalleresdonde realizaunaseriedetrabajosde mantenimiento montaje y desmontaje de elementos que presentan diversas cargas, en donde el puente gra prtico facilita el traslado de estas cargas sin que los operarios del sistema realicen un esfuerzo excesivo. RESUMEN En el presente resumen se dar a conocer el contenido del proyecto de grado PUENTE GRA PARA TALLER DE MANTENIMEINTO. EnelcaptuloI,estadesarrolladolafundamentacinterica,enlacualse hablade todos lostiposdepuentesgrasexistentesen elmercado,basados en normas de acuerdo a las condiciones a las que estarn sometidas, as como tambin los elementos que los conforman. En el captulo II, se destaca el propsito, funciones que cumplir el puente gra y las necesidades que llegara a satisfacer dentro del sitio de trabajo donde se encuentreoperando,posteriormenteserealizaelanlisisde3alternativas basadas en criterios de seleccin, al final se resume en una tabla la calificacin quetuvocadaunadelasalternativasyseindicacualdeellascumplea cabalidad y satisface las necesidades del operador. Elcaptulolll,luegodehaberseleccionadolaalternativadelpuentegra prtico,serealizarundiseodeloselementosqueconformanelsistema, determinando las dimensiones generales, al final de este diseo se obtendrn los perfiles para viga, columnas y soportes, los mismos que sern ingresados al programadeaplicacinSAP2000,enelcualsepodrobservarlas deformaciones en la vida real al exceder la carga estipulada. ElcapituloIV,luegodeobtenerlosplanosseprocedealaadquisicinde elementosqueconformanelpuentegra,seguidamentedesuconstruccin, montaje y pruebas de funcionamiento. CAPTULO I FUNDAMENTACIN TERICA 1.1PUENTES GRA. Enelcampoindustrial,paraelmanejodematerialesentarimasconvieneun transportepropioyespecifico,comopodraserelmontacargasperoalgunos trabajos de manejo de material no pueden llevarse a cabo con tal vehculo.Cargas ms pesadas, grandes y/o mas incomodas requieren la versatilidad de una gra especialmente si el recorrido de transporte es complicado. La gra es una herramienta de la industria de la construccin, tambin utilizada paralaelevacinytransportedecarga,queinstaladossobrevaselevadas permiteatravsdesuelemento(polipasto)ydesucarrocubrirtodala superficie en la que se encuentre instalado. Lospuentesgrassonaparatosdestinadosaltransportedematerialesy cargasenrangosde1-100Ton(1000-100000kg),pormediode desplazamientos verticales y horizontales en el interior y exterior de industrias y almacenes. 1.1.1ESQUEMA Y FUNCIONAMIENTO En la industria, se encuentran varios tipos de puentes gra algunos pueden ser monorriel, birriel, prticos, plumas entre otros, los cuales facilitan el trabajo de elevacinytrasladodediversascargas,untipodepuentegrabirriel,se puede observaren la (Fig.1.1)consus respectivoselementos,elcualconsta dedosvigasmvilessobrecarriles,apoyadassobrevigasfijas,alolargode dos paredes opuestas del edificio rectangular. CAPTULO II ANLISIS DE ALTERNATIVAS, SELECCIN Y PARAMETROS DE DISEO 2.1Introduccin. Elobjetivo deestecaptulo esdefinir eltipodepuentegraaconstruir, para estoprimerosedescribirelpropsito,elfuncionamiento,ascomoelsitiodonde prestar sus servicios. Luegosepresentartresposiblesalternativaslasquepormediodecriterios definidosseevaluarnyfinalmenteseelegiraquellaquetengamejores caractersticasy cumpla con los requerimientos de diseo establecidos. Con eldiseo de este puente gra se solucionar el trasporte de maquinaria y carga,utilizandoundiseolosuficientementerobustoparaquesoportelas condicionesdetrabajoalserexpuesto,conmaterialesqueexistanenel mercado nacional. Se considerartresalternativas con similares caractersticas, esto ayudar a unabuenaeleccinrealizandounanlisispreviodelostiposdecargaa levantarse as como el espacio dondetrabajar. 2.2PROPSITO Y FUNCIONES DEL PUENTE GRA. Elpropsitoesconstruirunpuentegradeacuerdoalasnecesidades requeridasdelaFacultaddeIngenieraMecnica,ascomotambintalleres automotrices,el cual permitirel traslado de cargas comomotores, cajas de cambio,diferencialesentreotroscomponentesdevehculosaserreparados cuyospesosnosobrepasenlos1000kg,aplicandomovimientosverticalesy horizontalesdesdeyhacialugaresdemontajeydesmontajeenelinteriordelasinstalacionesdeltallerautomotrizdeestamaneraseevitaraesfuerzos humanos excesivos. CAPTULO III DISEO DEL PUENTE GRA 3.1 Introduccin. Unavezquesehadefinidoeltipodepuentegra,sehadeterminadolas dimensionesgeneralesycargaqueseelevar,enestecaptuloprimerose realizareldiseodelavigaprincipalcomosimplementeapoyada, considerandolascargasvivas,paralocualseubicarnlacargadistribuida, cargapuntualycargamvil,conlocualseobtendrelperfiladecuado, posteriormente se realiza el clculo como un prtico hiperesttico el mismo que estbasadoenelsegundoteoremadeCASTIGLIANO,elcualconsiderael prticocomodoblementearticulado,ademsserealizaelclculodelos ngulosdegiroenlasunionesdelavigaconlacolumna,conelmomento mximo encontrado en los clculos del prtico se procede a realizar el diseo y seleccindelacolumnaaflexocompresin,consecutivamenteserealizael diseodeplacabase,soportes,seleccindepernos,seleccinderuedasy finalmente el diseo de soldadura. Acontinuacinenbasealdiseodelpuentegraprtico,medianteel programa de clculo y diseo SAP 2000 se ingresa el perfil de la viga, as como tambineltubocuadradoparalascolumnasylossoportes,seaplicarla carga y posteriormente se podr apreciar cual puede ser su deformacin en la vida real si hay exceso de carga. CAPTULO IV CONSTRUCCION, MONTAJE Y PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO 4.1 Construccin. La construccin del puente gra se llev a cabo en un taller mecnico ubicado en la parroquia de Tambillo,llamado PROGRA. Unavezqueseelaborlosplanosdecadaunodeloselementosque constituyenelpuentegraprtico,seadquirilosmateriales,basadosalas normas de construccin ecuatoriana se pudo encontrar, una viga IPN 200, las columnasascomolossoportestuboscuadradosde5x5xdetalladas en el catalogo del AISC, en el mercado ecuatoriano se encontr tubos cuadrados de (5x5x) los ms prximos a los indicados en el catlogo. Astambinseadquirilasplacasdeunintantoparalaviga,columnasy soportes,eltrabajodecorteyperforacinsellevacaboenlaempresa CLAVEC. S.A.,ubicada va al Tingo. Corte de columnas a una medida de 3.30m.eliminando aristas vivas Fig.4.1: Columnas en proceso de corte. PLANOS 1 CAPTULO I FUNDAMENTACIN TERICA 1.1PUENTES GRA. Enelcampoindustrial,paraelmanejodematerialesentarimasconvieneun transportepropioyespecifico,comopodraserelmontacargasperoalgunos trabajos de manejo de material no pueden llevarse a cabo con tal vehculo.Cargas mas pesadas, grandes y/o mas incomodas requieren la versatilidad de una gra especialmente si el recorrido de transporte es complicado. La gra es una herramienta de la industria de la construccin, tambin utilizada paralaelevacinytransportedecarga,queinstaladossobrevaselevadas permiteatravsdesuelemento(polipasto)ydesucarrocubrirtodala superficie en la que se encuentre instalado. Lospuentesgrassonaparatosdestinadosaltransportedematerialesy cargasenrangosde1-100Ton(1000-100000kg),pormediode desplazamientos verticales y horizontales en el interior y exterior de industrias y almacenes. 1.1.1ESQUEMA Y FUNCIONAMIENTO En la industria, se encuentran varios tipos de puentes gra algunos pueden ser monorriel, birriel, prticos, plumas entre otros, los cuales facilitan el trabajo de elevacinytrasladodediversascargas,untipodepuentegrabirriel,se puede observaren la (Fig.1.1)consus respectivoselementos,elcualconsta dedosvigasmvilessobrecarriles,apoyadassobrevigasfijas,alolargode dos paredes opuestas del edificio rectangular. 2 Fig.1.1: Esquema del puente gra. 1.1.2 ELEMENTOS DEL PUENTE GRA1)Cable de acero. 2)Guas del motor3)Apoyos4)Riel de apoyo 5)Control manual 6)Gancho de sujecin 7)Riel gua 8)Motor 1.2CLASIFICACIN DE LOS PUENTES GRA Los puentes gra se pueden clasificar segn las condiciones y el tipo de trabajo a la que estarn destinados1. La clasificacin de los puentes gra muchas veces no tiende a ser precisaya que en algunos casos el puente gra puede tener caractersticasde dos o ms clases como se aprecia en las(Fig. 1.2 y 1.3). 1 Internet, http // www.google.com, (montacargas mecnicos)29/10/06 3 Deacuerdoasuclasificacinseutilizaranlosdiversosfactoresdeseguridad en el diseo. Fig. 1.2: Puente gra birriel. Fig.1.3: Puente Gra monorriel. 1.2.1CLASIFICACIN SEGN LAS NORMAS FEM LospuentesgraencuantoalasnormasFEM(FederacinEuropeadela Manutencin) se clasifican segn: - El tiempo de funcionamiento. - El tipo de carga y- Loschoques a los que estn sometidos Latabla1queacontinuacinsedetalla,indicaeltipodepuentegrayla velocidad de traslacin. 4 Tabla 1: Tipo de puente gra. NTipo de puente graGrupo 1Con movimiento de traslacin a manoI 2Conmovimientodetraslacinelctricoparapatiosde almacenamiento I-II 3De poca carga para talleres y almacenes II-III 4Como los anteriores pero con carga grandeII 5Para locomotorasII 6Para astillerosII-III Enlatabla2y3sepuedeobservarloscoeficientesdecompensacinyde choque respectivamente. Tabla 2: Caractersticas de puente gra segn el grupo. GrupoTiempo de funcionamiento Tipo de carga ChoquesCoeficiente de compensacinoIPocoPequeaNormal1.2 IIMucho Poco Poco Pequea Grande Pequea Normal Fuertes Fuertes 1.4 IIIMucho Mucho Poco Grande Pequea Grande Normal Fuertes Fuertes 1.6 IVMucho GrandeFuertes1.9 Tabla 3: Velocidad de traslacin de los puentes gra. VELOCIDAD DE TRASLACION m/seg. Unindeloscarriles normales Unindeloscarriles soldadosO sin ellasCoeficiente choque 1.51.2 5 1.2.2CLASIFICACIN SEGN LAS NORMAS BRITANICAS BS 2573 SegnlasNormasBritnicasBS2573lasclasificandeacuerdoalascondiciones a las que estn sometidas los puentes gra:- El tipo de servicio queprestan. - El nmero de horas de utilizacin por ao.- Las velocidades de funcionamiento y- Su empleo.Laclasificacindelasgrasesnecesariaporquesedebenaplicardiversos factores de seguridad en su diseo, estos factores son ms altos segn el tipo de servicio que presten. Tabla 4: Tipo de puente gra segn las normas Britnicas 2 CLASESERVICIOUTILIZACION (horas por ao) EMPLEO 1Ligero1000Manualessonde baja potencia 2Medio2000Enfabricas, bodegas 3Pesado3000Siderrgicas 4Extra-pesadoMayor a 3000Aceras, ensambladoras 1.2.3CLASIFICACIN SEGN EL NMERO DE VIGAS. 1.2.3.1Puente monoviga o Puente gra monorriel El puente gra monorriel est formado por un solo riel de donde se suspende el polipasto3.Paraaprovecharalmximolaalturadellocal,lospuentesgra monorriel vienen equipados con un polipasto de altura reducida. 2 HERNANDES, P, Diseo de puente gra para el centro nuclear. 3 Internet, www.portaldelaindustria.com/buscador/G/gruaspuentes.asp 6 Es una solucin eficaz para mover cargas cuando resulta necesario aprovechar toda la altura disponible del local y el edificio no es extremadamente ancho. Fig. 1.4: Puente Gra Monoviga. Presentan capacidades desde1 Ton, hasta 25 Ton y ofrece la mejor relacin prestaciones /precio Ver figura 1.4. 1.2.3.1.1De viga simple El puente Gra de Viga simple como indica su nombre utilizara solo una viga o perfil H por el que se trasladara el polipasto. Esta opcin es ms barata porque solo necesita una viga, que es ms liviana quelasdosvigasenconjuntoqueutilizaunpuentedoblevigadelamisma capacidad.Adems,eltrabajodemontajeesmenor,aligualquelacantidad de materiales adicionales necesarios para ello. 1.2.3.1.2De viga compuesta EstetipodeVigasecomponebsicamentededosperfilesparaformaruna sola viga; se puede utilizar un perfil I acoplado en sus extremos con un perfil e a fin de aumentar su resistencia en las partes donde el esfuerzo es mayor. Tambin se puede utilizar vigas de celosa o del tipo cajn siempre que en su parte inferior lleve un perfilIpor el que se pueda desplazar el polipasto. La conformacin de este tipo de vigas y sus secciones transversales se indican en laFig. 1.5. 7 Fig.1.5: Viga compuesta. En la alternativa de utilizar una viga simple, conviene indicar que este ltimo es msefectivoqueeldelavigasimpleporqueaprovechamejordesu distribucindematerial;elalaencompresinqueesunapartecriticaalas solicitaciones de pandeo lateral se halla reforzada por el canal, en tanto que el ala en traccin que tieneesfuerzos permisibles mayores no tiene refuerzo. Fig. 1.6: Vigas Celosas y de tipo cajn. Tambin,elcanaldispuestoenesaformaaumentaconsiderablementeel momentodeinerciadelavigaensentidoy-yqueessolicitadocuandose desarrollanfuerzashorizontalesdebidasalfrenadooalaaceleracindela carga.Eltamaodelperfilnonecesitacubrirtodalalongituddelavigasino aquella porcin donde los momentos flectores tienen su mayor valor. 8 1.2.3.2Puente gra doble viga o puentegra birrielElpuentegrabirrielconstadedoblevigadondeseapoyaelcarroque sustenta el polipasto. Este modelo de puente gra permite alcanzar la mxima altura de gancho. Fig. 1.7: Puente Gra Birriel. Este modelo es ideal para cargaselevadas o para naves con una luz media o grande. La capacidad total de carga puede alcanzar las 100 Ton(Fig1.7.) El puente de doble viga tiene las siguientes caractersticas: a)Se utiliza para cargas desde 5 toneladas en adelante y para grandes luces. b)Elcarrosetrasladasobrerielessoldadosenlapartesuperiordelasdos vigas. La carga se distribuye igualmente sobre las dos vigas. c) Las vigas utilizadas pueden ser de los siguientes tipos indicados en la figura Vigas de perfil laminado (a) Vigas formadas de plancha de acero (b) Vigas formadas de plancha y ngulos (c) Vigas de Celosa (d) Vigas de tipo Cajn (e). 9 Fig.1.8 : a) Vigas de perfil laminado, b) Vigas de plancha de acero, c)Vigas de plancha y ngulos d) celosa e) Tipo cajn. Lasgrasdedoblevigasonengeneralmscaras,tantoensuparte estructural,querequieredemayorcantidaddematerial,comoensuparte electromecnica.Estecostoadicionalsevecompensadoporlasmejores condiciones de estabilidad en comparacin con las gras de monoviga. En su diseo existen las siguientes posibilidades; que formadas de dos perfiles tipocanalsegnsemuestraenlaFig.1.9a,oquefueranfabricadasde planchasdeacerocomoseindicaenlaFig.1.9b.Sibienestaalternativa requiere ms trabajo de fabricacin su configuracin final es ms esttica que la primera solucin. Fig.1.9: Tipos de vigas testeras 10 Eneldiseodelasvigaslongitudinalessehanpresentadodosalternativas: considerarvigassimplementeapoyadasparacadaunodelostramosdel edificio,oconsiderarvigascontinuasquecubrierondosomstramosdel edificio. 1.2.3.3Puente gra prtico Estetipodepuentepuedeserlasolucinmseconmicacuandonose dispone de una estructura capaz de resistir la carga que se necesita elevar. El puente gra prtico puede ser monorriel o birriel, circular sobre rieles o fijo, para interior de locales o exterior. Fig.1.10: Puente Gra Prtico4. Adems permite trabajarsin estructura soporte, bastando las simples vas de rodaduras y un sistema de alimentacin variable diseado en funcin del lugar de trabajo de la gra prtico. Elprticoesidealcuandonosedeseaconstruirunaestructurasoporteola nave no soporta las cargas que permita elevar.Presentan capacidades desde 250 Kg., hasta 50 Ton (Fig. 1.10) 4 Internet:http://www.kuli.com/spanisch/normt1_s.htm 11 1.2.3.4Gras pluma Laplumaesmuyeficazcuandosedeseamanipularcargasenzonasms reducidas (hasta 200 m cuadrados). Fig.1.11: Gra Pluma. Existenmodeloscongirode180,270y360conrotacinmanualo motorizada5. El sistema de fijacin es muy diverso: pluma con pie, pluma mural -fijada en la pared o en una columna- o pluma suspendida -fijada en el techo.1.2.3.5Gras semi- prtico Unodesusladosconsisteenunaseriedecolumnasfijas,yporelotrolado consiste en una columnamvil que va fija a la viga de carga mvil, la funcin de la columna mvil es la de desplazarse a la misma altura de la carga a travs de una riel que se encuentra sujeta al suelo. Fig.1.12: Gra Semi- Prtico.6 5 Internet: www.portaldelaindustria.com/ar_puentesgruacom.asp 6 http://www.spanco.com/images/barney_lg.jpg 12 1.3COMPONENTES DEL PUENTE GRA. 1.3.1Vigas Unodelosprincipalesmiembrosdecargadelosmarcosdeaceroeslaviga queestconstituidaporperfilesdeaceroestructuralcargados transversalmente. Fig1.13: Vigas Este tipo de vigas son comunes miembros de estructuras en puentes, edificios yotrasestructuras.Enlamayoradeloscasos,lasvigastienensuscargas aplicadas en el alma produciendo flexin. Se denomina viga a un elemento constructivo lineal que trabaja principalmente a flexin.En las vigas la longitud predomina sobre las otras dos dimensiones y suele ser horizontal. Porcinhorizontaldeunaestructura,quesoportacargastransversalesyque puede estar apoyada en sus dos extremos o solo en uno. 1.3.1.1Viga transversalSobreestoscomponentessedesplazanelpolipastoyformalaestructuradel puente grapueden ser de una sola viga o de doble viga. 1.3.1.2Viga longitudinal con riel Estas vigasson el soporte y por donde se va a desplazar la viga transversal. 13 1.3.2Polipasto. Eselencargadodelevantarlascargasfcilmenteenunplanovertical,estos pueden ser manuales, elctricos de cadena, de cabley neumticos. Elpolipastoconstituyeelcomponentequeestsujetoalavigaprincipaldel puente, el cual es utilizado para elevar cargas de peso de 1 a 100 Ton. Fig1.14: Polipasto.7 Esidealparaeltransportedematerialesgraciasasuflexibilidadcon velocidadesdeelevacinysucapacidaddeintegracinmedianteconexiones rpidasporenchufes,loqueproporcionamenoslimitacionesymayor flexibilidad. 1.3.2.1Polipasto de accionamiento manual. Es un dispositivo de levantamiento que mediante un mecanismo compuesto por engranajes, permite desplazar verticalmente una carga, aplicando el esfuerzo a una cadena de maniobra 1.3.2.2Polipasto de palanca Esundispositivodelevantamientoquemedianteunmecanismode engranajes, permite desplazar una carga aplicando el esfuerzo a una palanca. Estetipodepolipastoesmuypopularentrabajosdemontajeindustrialyde construccinmetlica,supesoyunasdimensionesreducidassonlas principales ventajas que le permiten mayor maniobralidad. 7 Internet, www.portaldelaindustria.com/buscador/G/gruaspuentes.asp 14 1.3.2.3Polipastos elctricos por cadena. Los polipastos elctricos de cadena son de diseo funcional y de construccin modular. Fig. 1.14.1: Polipasto elctrico porcadena. El cual presenta las siguientes caractersticas: La dimensin del gancho. El mando directo normal. Tres variantes de velocidad de levantamiento.Las velocidades del levantamiento altas, a 25 m/min. Latrayectoriadelganchonormal3m,tambinelganchopermite otras trayectorias posibles. El diseo ergonmico, controla la pendiente. Este tipo de polipasto est constituido por las siguientes partes: -Engranajes Helicoidales. -Dispositivo de Freno. -Interruptor final de carrera(superior e inferior). -Cables de Alimentacin Insertos. -ContactorElectromagntico. -Rel de inspeccin de Fases. -Contenedor de Cadena. -Cadena de Traccin. -Gancho Inferior. 15 -Cable de la Botonera. -Interruptor de la Botonera. -Limitador de Sobrecarga 1.3.2.4Polipasto elctrico por cable. Los polipastos elctricos de cable, pueden usarse en diferentes lugares donde las cargas necesitan ser alzadas a grandes alturas, es el ms conveniente para tareas de mantenimiento y montaje, adems para el transporte de materiales de construccin. Fig. 1.14.2: Polipasto elctrico por cable. 1.3.3Motores de mantenimiento longitudinal. Los motores son elementos que permiten el movimiento a lo largo de las vigas deapoyo.Elmotorlograsuavidadenlaaceleracinyelfrenadomediantela utilizacin de un variador de frecuencia estndar. Fig1.15: Motor.8 8 Internet, http // www.google.com, (montacargas mecnicos)29/10/06 16 Los engranajes se encuentran encerrados y han sido diseados especialmente paraaplicacionesenpuentesgraafindegarantizarmuchosaosde operacin sin problemas. El motor consta defrenosconstruidos con materiales resistentes a la friccin. Los frenos se encuentran normalmente encerrados, si se produce una falla en la energa, los frenos detendrn el desplazamiento. 1.3.4Mandos del puente gra. Lossistemasdecontrolhansidodiseadosparaunagranvariedadde aplicaciones con gras.Ofrecen mayor productividad y seguridad porque permiten que el operador de lagramantengaelcontroldelequipodesdecualquierubicacinyentodo momento. Fig.1.16: Controles de Puente Gra Sonutilizadosparaelmanejodelpuenteestnconstituidosporunaseriede botones los cuales permiten el traslado adecuado de carga ya sea horizontal o vertical. El polipasto, el carro y el puente se pueden mover a velocidad ptima, en lugar de estar limitados por el ritmo del operador. El operador puede trabajar desde la ubicacin ms segura en lugar de seguir a la gra en movimiento. 17 1.3.4.1Desplazable a lo largo del puente Una de las ventajas de este mando es desplazarse a lo largo del puente gra. Permiteguiarlacargamanualmenteymantenerunadistanciadeseguridad entreelconductorylacarga.Serecomiendaparavelocidadesmximasde traslacin de 63m/min. Fig.1.17: Mando desplazable a lo largo del puente. 1.3.4.2Mando suspendido de un punto fijo del puente Esutilizadoenpuentesgradeluzreducida.Presentaunaseriede restricciones al utilizarse en velocidades de traslacin superiores a 63m/min. Fig.1.18: Mando suspendido de un punto fijo del puente. 18 1.3.5Ganchos Instrumentocurvoypuntiagudoquesirveparaprender,agarrarocolgarun objeto. Losganchosparapuentesgrasonconstruidosconmaterialesqueresistan grandes esfuerzos al momento de su utilizacin9. Fig.1.19: Gancho para Puente Gra 1.3.6Lneas de suministro de energa Se encarga de suministrar energa al polipasto, se mueven de manera conjunta brindando corriente en cualquier ubicacin que se encuentre el polipasto. 1.3.7Soportes o ancladores Estossoportessonlosencargadosdefijarlasvigaslongitudinaleshacialas paredes a fin de que la estructura del puente sea rgida. 1.3.8Trole o carro Estecomponenteeselquesujetaelpolipastoypermiteelmovimientodel mismo a travs de la viga transversal, el carro puede ser manualo elctrico. 9 Internet: www.vinca.net/puentes.htm 19 1.3.9Lneas de alimentacin elctrica. Hay que tomar en cuenta que la alimentacin elctrica debe realizarse tanto al puentegra(losmotoresqueproducenmovimientoalostesteros)comoal polipasto, para ello se han visto en la necesidad de utilizar sistemas adecuados para ambos. Fig.1.20: Lneas de alimentacin elctrica10 Uno de los sistemas de alimentacin de electricidad al puentegra es el que selorealizapormediodealambresdesnudos,loscualesseencuentran ubicados en la parte superior a lo largo del recorrido del puente, que tomara la energa mediante colectores de ruedas, que al hacer contacto proporcionan la energa al puente. Estaalimentacinconalambresdesnudosespeligrosaparaelpersonalque esta laborando, es por ello que actualmente es poco utilizado ya que presenta riesgos al realizar el mantenimiento en el puente gra. Otro sistema de alimentacin muy usado en la actualidad, para polipasto, es el cable flexible plano aislado, el cual cuelga de barras ubicadas a lo largo de la vigapuente,recorriendoconlaayudadecarritosporelrielensentidode izquierda a derecha y viceversa los cuales al recogerse forman bucles. 10 Internet: www.inamar.cl/paginas/e_levante.html 20 CAPTULO II ANLISIS DE ALTERNATIVAS, SELECCIN Y PARAMETROS DE DISEO 2.1Introduccin. Elobjetivo deestecaptulo esdefinir eltipodepuentegraaconstruir, para estoprimerosedescribirelpropsito,elfuncionamiento,ascomoelsitiodonde prestar sus servicios. Luegosepresentartresposiblesalternativaslasquepormediodecriterios definidosseevaluarnyfinalmenteseelegiraquellaquetengamejores caractersticasy cumpla con los requerimientos de diseo establecidos. Con eldiseo de este puente gra se solucionar el trasporte de maquinaria y carga,utilizandoundiseolosuficientementerobustoparaquesoportelas condicionesdetrabajoalserexpuesto,conmaterialesqueexistanenel mercado nacional. Se considerartresalternativas con similares caractersticas, esto ayudar a unabuenaeleccinrealizandounanlisispreviodelostiposdecargaa levantarse as como el espacio dondetrabajar. 2.2PROPSITO Y FUNCIONES DEL PUENTE GRA. Elpropsitoesconstruirunpuentegradeacuerdoalasnecesidades requeridasdelaFacultaddeIngenieraMecnica,ascomotambintalleres automotrices,el cual permitirel traslado de cargas comomotores, cajas de cambio,diferencialesentreotroscomponentesdevehculosaserreparados cuyospesosnosobrepasenlos1000kg,aplicandomovimientosverticalesy horizontalesdesdeyhacialugaresdemontajeydesmontajeenelinteriordelasinstalacionesdeltallerautomotrizdeestamaneraseevitaraesfuerzos humanos excesivos. 21 El taller automotriz cuenta con un espacio fsico aproximado de 70m, en esta rea se encuentra ubicada una estructura la cual ocupa un espacio de 32m y unaltura4m,conunsueloadecuadoparaqueelpuentegranopresente dificultad al momento de su traslado (suelo adoquinado y pavimentado).Posteriormenteestascaractersticascambiarn,yaquelostalleresse encuentran en proceso de remodelacin y ampliacin. El puente gra se desplazar portoda el rea de trabajo disponible en el tallerynicamenteestarlimitadoporsualturatotal(3.50m),conestaalturael puente gra podr ser transportado al exterior e interior del taller automotriz, ya que la puerta de ingreso tiene dimensiones de4m de altura y un ancho de 3m y cuenta con una rampa de cemento que permite su fcil acceso. 2.3Sitio de trabajo. Enlafig.2.1sepuedeapreciarellugardetrabajoconsusdimensiones actuales, donde el puente gra prestar su servicio. Fig.2.1: Sitio de trabajo del taller de la Facultad de Ingeniera Mecnica. 22 1.Estructura. 2.Cubierta del puente gra prtico3.Puertas de ingreso al taller. 4.Rampa de ingreso. 5.Puente gra prtico. 6.rea de desplazamiento. 2.4AlternativasDespus de un breve anlisis, se ha seleccionado tres alternativas acorde a las necesidades. Puente gra monorriel. Puente gra prtico Gras pluma. 2.5CRITERIOSDE SELECCIN. Unavezquesehanrevisadolasalternativasdeconstruccinserealizaun estudiocomparativodelosdiferentesfactoresqueinfluirneneldesempeo del PUENTE GRA.

2.5.1Tamao Segnlasdimensionesreducidasdelreadeltalleresconvenientequeel puentegraseadaptealespaciodisponibleensustresdimensiones(ancho, largo y alto). La puntuacin ser: Muy Grande: 1, Mediano: 2, Normal: 3. 2.5.2Costo El tipo de puente y su disponibilidaden el mercado tienen mucho que ver con el costo de fabricacin, materiales utilizados, ensamblajey avance tecnolgico, con los cuales se construye el puente gra. La puntuacin ser: Muy costosa: 1, Costosa: 2, Econmica: 3. 23 2.5.3Facilidad de operacin. Que el operario tenga para trabajar un equipo que se muestre amigable y que no le parezca muy complicado influir decididamente en la produccin que se desee obtener y en la calidad del transporte.La puntuacin ser: Complejo: 1, Difcil: 2, Fcil: 3. 2.5.4Facilidad de adaptacin El puente gradebe ser de fcil adaptacin ya que los talleresse encuentran enprocesoderemodelacinyampliacin,debidoaesto el puentegradebe ser de fcil montaje y desmontaje. Lapuntuacinser:Adaptacincomplicada:1,Difciladaptacin:2,Fcil adaptacin: 3. 2.5.5Criterio personal de los usuarios cotidianos En este aspecto se destaca las diferentes opiniones de los usuarios de puentes gra segn las necesidades a satisfacer. Lapuntuacinser:Pocautilizacin:1,Medianautilizacin:2,Mayor utilizacin: 3. 2.6Alternativa 1: Puente gra monorriel. El puente gra monorriel est formado por un solo riel de donde se suspende el polipasto, vienen equipados con un polipasto de altura reducida.Es una solucin eficaz para mover cargas cuando resulta necesario aprovechar toda la altura disponibley el edificio no es extremadamente ancho.Partes del puente gra monorriel: 1.Reductor coaxial de ataque directo. 2.Rieles de apoyo. 3.Riel principal. 24 4.Polipasto. 5.Cable de elevacin. 6.Gancho. 7.Control manual. Fig.2.2: Puente Gra Monorriel.11 Enlafig.2.3sepuedeobservarelreadelaestructurade32menlaque podra funcionar el puente gra monorriel. Fig.2.3: Ubicacin en el taller del puente gra monorriel. 11 Internet, www.portaldelaindustria.com/buscador/G/gruaspuentes.asp 25 1.Vigas de apoyo. 2.Movimiento transversal sobre las vigas de apoyo. 3.Estructura4.Columnas de la estructura 5.Movimiento del polipasto. 6.Viga soporte del polipasto. 7.Polipasto 2.6.1Caractersticasdel puente gra monorriel. Capacidades de carga hasta1000 kgf. Final de carrera en todos los movimientos.Mando de control de bajo voltaje (48V).Velocidades de traslacin del puente de 8 a 10 m/min. Velocidades de traslacin del carro de 5 a 10 m/min.Alimentacin a 380 Vtrifsico50 Hz. 2.6.2Ventajas: Facilidad de montaje. Vienen equipados con un polipasto de altura reducida Puede ser operado mediante una botonera de mando. 2.6.3Desventaja: Solo cubre el rea en la que se encuentre instalado. Altura limitada. El espacio que ocupa la viga mvil en su recorrido debe ser libre. Unavezrealizadoelmontajedelpuentegramonorriel,estenopodrser trasladado a otro lugar. 26 En la tabla 5, se describe los valores de los elementos que componen el puente gra monorriel. Tabla 5: Valores de puentes gra monorriel COSTO APROXIMADO ( Puente gra) monorrielMATERIALESCANTIDAD PRECIO UNITARIO $ PRECIO TOTAL $ Vigas IPN 2003250.00750.00 Polipasto y trole elctrico por cadena CAP 1TON13500.003500.00 Motores de desplazamiento 21200.002400.00 Perfiles C 7x9.8635.00210.00 Rueda de acero 6 pulg.830.00240.00 Libras de Electrodos E7018 85.0040.00 Galn de Pintura330.0090.00 Galn anticorrosivo260.00120.00 Refuerzos para columnas de la estructura 45002000.00 TOTAL$ 9350.0 2.7Alternativa 2: Puente gra prtico Elpuentegraprticopuedesermonorrielobirriel,transportndosesobre ruedas, rieles o fijo, para interior o exterior de locales. Permitentrabajarsinestructurasoporte,bastandolassimplesvigasde rodaduras y un sistema de alimentacin variable diseado en funcin del lugar de trabajo del puente gra prtico.Eslasolucinmseconmicacuandonosedisponedeunaestructura metlica 27 Partes del puente gra prtico: 1.Riel principal. 2.Cable de alimentacin elctrica. 3.Polipasto elctrico. 4.Cadena de elevacin. 5.Columnas de apoyo. 6.Gancho. 7.Control manual. 8.Swich de encendido. 9.Tomacorriente. 10. Ruedas de trasporte Fig.2.4: Puente Gra Prtico.12 En el rea de mantenimiento existe una estructura pero esta fue diseada sola como una cubierta, en este caso el puente gra se desplazar por toda el rea de trabajo lo que hace que el puente gra prtico sea una solucin optima. 12 http://www.abus-kransysteme.com 28 Fig.2.5: Ubicacin en el taller del puente gra prtico. rea total del taller automotriz (70m) reade la estructura existente. Columnas de la estructura. Columnas del puente gra prtico. Viga delpuente gra. Polipasto. 2.7.1Caractersticasdel puente prticoCapacidades de carga hasta 1000kgf Final de carrera en todos los movimientos.Mando de control de bajo voltaje (48V).Velocidades de traslacin del puente de 8 a 10 m/min. Velocidades de traslacin del carro de 5 a 10 m/min.Alimentacin a 380 Vtrifsico50 Hz. 2.7.2Ventajas: Facilidad de montaje y desmontaje. Tienen un polipasto de altura reducida y que puede ser operado mediante una botonera de mando. Trabaja sin estructura soporte. 29 Se lo puede trasladar a diferentes sitios internos o externos por su facilidad de transporte. 2.7.3Desventajas. Altura limitada. Su riel no tiene movimiento. Su traslado es de forma manual. En la tabla 6, se describe los valores de los elementos que componen el puente gra prtico. Tabla 6: Valores de puentes gra prtico con polipasto elctrico. MATERIALES PRECIO UNITARIO $ PRECIO TOTAL $ Viga del puente graIPN 200 1250.00250.00 Tubos cuadrados para estructura.5 x5 x 3150.00450.00 Polipasto y trole elctrico de cadena CAP1TON 13800.003800.00 Pernos y tuercas de seguridad202.0040.00 Placas de unin 815.00120.00 Tapas laterales45.0020.00 Ruedas 6pulg450.00200.00 Libras de Electrodos E7018 35.0015.00 Galn de Pintura335.0090.00 Galn anticorrosivo260.00120.00 Otros 1250.00250.00 TOTAL$ 5355.00 30 2.8Alternativas 3: Gras pluma Las plumas son la solucin ms eficaz cuando se desea alimentar un puesto de trabajo,oserequiererealizarmovimientosdepiezasen unmismolugaryen zonas ms reducidas.Lasplumaspuedensermotorizadasosimplementemovidasporempuje manualdependiendodelacapacidaddecarga,lafrecuenciadeusoydela altura de elevacin requerida.Partes del puente gra pluma: 1.Eje pivote. 2.Cable de alimentacin elctrica. 3.Viga principal. 4.Polipasto. 5.Gancho. 6.Cable elctrico de mando. 7.Columna base. 8.Control manual Fig.2.6: Gras pluma13 13 http://www.spanco.com/images/barney_lg.jpg 31 En lafig. 2.7 se puede observar la ubicacin que podra tener el puente gra pluma en las instalaciones del taller. Fig.2.7: Ubicacin en el taller del puente gra pluma. 1.Vigasoporte de la pluma en voladizo. 2.Columna principal de la pluma. 3.Movimiento de la viga (180)4.Columnasde la estructura. 5.Polipasto. 6.Movimiento del polipasto. 2.8.1Caractersticas del puente gra PlumaCapacidades de carga de 500 a 800 kg Mando de control de bajo voltaje (48V).Velocidades de giro del puente de 5 a 8 m/min. Velocidades de traslacin del carro de 5 a 8 m/min. Alimentacin a 380 Vtrifsico50 Hz. 32 Alimentacin elctrica fija. 2.8.2Ventajas: Tiene un montaje rpido y sencillo. La viga tiene un movimiento giratorio. Su columna principal ocupa poco espacio fsico. 2.8.3Desventajas. El alcance mximo es de aproximadamente 3m. El radio de giro alcanza un ngulo de 180. No es desmontable y su ubicacin es fija. En la tabla 7, se describe los valores de los elementos que componen el puente gra prtico. Tabla 7: Valores de puentes gra pluma. COSTO APROXIMADO (Puente gra) pluma.MATERIALESCANTIDAD PRECIO UNITARIO $ PRECIO TOTAL $ Viga del puente gra IPN 200 1250.00250.00 Columna para el puente gra, tubo redondo 12pulg. 1700.00700.00 Polipasto y trole elctrico CAP 1TON 13800.003800.00 Libras de Electrodos E7018 35.0015.00 Galn de Pintura335.0090.00 Galn anticorrosivo260.00120.00 Otros 1250.00250.00 TOTAL$ 5225.00 33 2.9SELECCIN Se estudia y analiza un PUENTE GRA que cumpla con todas las exigencias y necesidades delconsumidorteniendotresalternativascuyosparmetrosson valorados entre 1 a 3 siendo uno la opcin menos favorable y 3 la mejor opcin dediseo,tomandoencuentasuniveldeimportanciaconlossiguientes valores de ponderacin. Tabla 8: Estudiode Alternativas Alternativa 1 Puente gra monorriel Alternativa 2 Puente gra prtico Alternativa 3Gra Pluma ParmetrosFactor de ponderacin calificacin Valor ponderado calificacin Valor ponderado calificacin Valor ponderado CRITERIO DE USUARIOS0.3 10.33 0.9 2 0.6 COSTO 0.25 10.253 0.75 3 0.75 FACILIDAD DE OPERACIN 0.2 30.63 0.6 3 0.6 FACILIDAD DE ADAPTACION0.15 10.32 0.3 3 0.45 TAMAO 0.1 10.22 0.2 2 0.2 CALIFICACION TOTAL 17 / 151.6513 / 152.7512 / 152.6 2.10CONCLUSIN Enbasealasconsideracionesycriteriosexpuestossehallegadoala conclusindequelaalternativadoseslamsadecuada,ycumpleconlos requerimientos expuestos anteriormente. 34 2.10.1 PARMETROSDEL PUENTE GRA ELEGIDO Elpuentegraquesehaelegidoestaprovistodelassiguientes caractersticas: Ancho (L) L=4m Altura total (HT) HT=3.50m Altura mxima del gancho (HG) HG=3m Velocidad del polipasto: 4m/min.a7 m/min. Fig.2.8: Parmetros Puente Gra Prtico. LaestructuraserdiseadayconstruidausandounperfilIparalaviga principalytuberacuadradaparalasbasesycolumnasexistentesenel mercado ecuatoriano. Ademsseadquirirunpolipastoelctricoporcadenaelmismoqueest diseadoparasoportarcargashasta1000kgfcuyascaractersticasse adjuntan en la tabla 9. Cabe indicarque lavigaprincipalcolumnasysoportesserndesmontables, lo que har ms fcil su traslado. 35 Fig.2.9: Polipasto elctrico por cadena.14 Tabla 9: Caractersticas de polipastos SWF15 Tabla 10: Elementos del puente graELEMENTOSDISEADOCONSTRUIDOCOMPRADO Viga principal IPN200XX Polipasto elctrico porcadena CAP 1TON X ColumnasTuboscuadrados para estructura.5 x5 x XXX Soportes Tubos cuadrados para estructura.5 x5 x XX Placas de uninXXX Tapas lateralesXX Ruedas de transporte 6pulgX 14 http://www.swfkrantechnik.com 15 Ibd. 36 CAPTULO III DISEO DEL PUENTE GRA 3.1 Introduccin. Unavezquesehadefinidoeltipodepuentegra,sehadeterminadolas dimensionesgeneralesycargaqueseelevar,enestecaptuloprimerose realizareldiseodelavigaprincipalcomosimplementeapoyada, considerandolascargasvivas,paralocualseubicarnlacargadistribuida, cargapuntualycargamvil,conlocualseobtendrelperfiladecuado, posteriormente se realiza el clculo como un prtico hiperesttico el mismo que estbasadoenelsegundoteoremadeCASTIGLIANO,elcualconsiderael prticocomodoblementearticulado,ademsserealizaelclculodelos ngulosdegiroenlasunionesdelavigaconlacolumna,conelmomento mximo encontrado en los clculos del prtico se procede a realizar el diseo y seleccindelacolumnaaflexocompresin,consecutivamenteserealizael diseodeplacabase,soportes,seleccindepernos,seleccinderuedasy finalmente el diseo de soldadura. Acontinuacinenbasealdiseodelpuentegraprtico,medianteel programa de clculo y diseo SAP 2000 se ingresa el perfil de la viga, as como tambineltubocuadradoparalascolumnasylossoportes,seaplicarla cargayposteriormentesepodrcompararconlosvaloresdemomentosy fuerza axial calculados adems de apreciar cual puede ser su deformacin en la vida real si hay exceso de carga. 37 3.2Geometra y capacidad del puente gra.El puente gra tendr las medidas y capacidad de carga ilustradasen la figura (3.1). Fig.3.1: Geometra y capacidad del puente gra. L= Longitud del puente gra 4m. H= Altura total del puente gra 3.50m. h= Altura mxima del gancho 3m.1.- Columna 2.- Viga 3.- Peso a elevar 1000 Kgf. Lospuntoscrticosvannumeradosconsecutivamenteenelsentidodel movimientodelasmanecillasdelrelojpartiendodelsoporteizquierdoque recibeelnmero1hastaelnmero5encolorrojocomoseobservaenla fig.3.2. 38 Fig.3.2: Numeracin de juntas de la estructura a= Apoyob= Conexiones empernadas. 3.2.1Cargas. Semuestra la carga y ubicacin respectiva en el diagrama de la figura 3.3, si unacargaseaplicaenladireccinopuestaalaquesemuestra,deber anteponerse el signo negativo al valor de la carga. Fig.3.3: Ubicacin y direccinde la carga. 3.2.1.1Cargas vivas Las cargas vivas son aquellas que pueden cambiar de lugar y magnitud. Peso a elevar N Kgf 9810 1000 = = 39 Polipasto16N Kgf 49 . 181 5 . 18 = = 3.2.1.1.1Carga de impacto ParalaAISCcomoparalaAASHO,parapuentestipoprticosrequierenun porcentaje de carga de impactocon relacin a la longitud del tramo L sobre el que se coloca la carga viva, lo cual se calcula mediante la siguiente frmula: 12550+=LImp(3.1)17 Donde: =mpI Carga de impacto. = L Luz de la viga en pies.% 36 36 . 0125 1 . 135012550= =+=+=mpmpmpIILI La carga de impacto equivale al 36% de la carga viva Carga de impacto N Kgf 8 . 3596 65 . 366 = =TOTAL CARGAS VIVAS N Kgf 32 . 13588 15 . 1385 = = 3.2.1.2Cargas MuertasLascargasmuertassoncargasdemagnitudconstantequepermanecenfijas enunmismolugarsiendoenestecasoelpesopropiodelacolumna,vigayconexiones. Viga Se toma del catalogo AISC una viga tipo I W6x918 cuyas caractersticas son: 16 Anexo 2: F:\specs_dimensions.lasso.htm. 17 Maccormac Jack, Pginas escogidas, p-477. 18 Anexo 1: Manual American Institute of Steel Construction AISC, Pginas escogidas, p-42, 43. 40 . 12 . 13 4. 9. lg 56 . 5. lg 4 . 16. lg 68 . 29 6343 22pies m LongitudpielbfPesopu Spu I Ipu Ax Wvigaxx= ==== == Peso de la viga( ) N lbf piespielbf3 . 525 1 . 118 12 . 13 9 = = =3.2.1.3Carga a soportar Enestecasosesumanlascargasqueactanenlaestructuradelprtico como: el peso de la viga, 36% de carga de impacto, el peso del tcle y el peso a elevarN Kgf 32 . 13588 15 . 1385 = = 3.2.2Convencin de signos de las fuerzas internas. Paraelclculoseasumelasiguienteconvencindesignosmostradosenla figura 3.4. Fig.3.4: Aplicacin de momentos. 3.2.2.1Momentos. Seconsideraque unmomentodeflexinespositivo,cuandoprovocatensin en la parte interior de una estructura y compresin sobre la parte exterior. 3.2.2.2Fuerzas cortantes. Elsignodelafuerzacortanteestdeterminadodeacuerdoalaconvencin normal, as la fuerza cortante de una viga horizontal es positiva, si en cualquier seccinconsiderada,lacomponenteverticaldelaresultantedetodaslas 41 cargasy reaccionesa la izquierda de la seccin estdirigida hacia arriba, la fuerza opuesta se considera negativa. 3.2.2.3Fuerzas axiales. El signo de la fuerza axial ser positivo en cualquier parte de la seccin en la que se considere una fuerza de traccin, y signo negativo en cualquier parte en la que se considere una fuerza de compresin. 3.3 CLCULO PRELIMINAR DE LA VIGA. 3.3.1Clculodeunavigasimplementeapoyada,concarga uniformemente repartida. Datos kgpielbfqpies cm m L68 . 53 912 . 13 400 4= == = = Fig.3.5: Representacingrfica de una viga simplemente apoyada con carga uniformemente repartida. ( )( )2l qR RB A= = (3.2)19

( )( ) l q C =(3.3)20 19 Robert Nonnast: Pginas escogidas, p-28. 20 Ibd. 42 Reacciones Fig.3.6: Representacingrfica de las reacciones. Utilizando la ecuacin (3.2) se realizar el clculo de las reacciones. Donde: = =B AR RReacciones en los puntos A y B respectivamente. = CCarga por centmetro lineal. ( ). 84 . 26268 . 53kg R RKgR RB AB A= == = Momentos flectores Para el clculo del momento flector es necesario ubicar la distancia total Fig.3.7: Representacingrfica de las distancias para el clculo de momentos. 43 ( )()|.|

\| =Ll l RMfx x xx122(3.4)21 Utilizandolaecuacin(3.4)serealizarelclculodelosdiferentesmomentos flectores cada uno con su respectiva distancia. Donde: =xl Distancias para clculo demomentos = L Longitud total de la viga. ( )( )( )( ). 040 . 4120 . 4 2. 84 . 2640 . 2122 2 84 . 26. 084kgmRMfkgm Mfkgm MfxxxA= |.|

\| == |.|

\| == Fig.3.8: Representacingrfica del momento flector. ( )Nm Kgm MKgML CM263 84 . 2684 . 68 . 538.maxmaxmax= === 21 Robert Nonnast: Pginas escogidas, p-29 44 Fuerzas cortantes ( ) ( ) ( )1l q R QA x = (3.5)22 Utilizando laecuacin(3.5)serealizarelclculode losdiferentesesfuerzos cortantes cada uno con su respectiva distancia. mkgfftlbfq 42 . 139= =( )( ) ( ) ( )( ) ( ) ( ) kg Qkg Qkg R QA A84 . 26 4 42 . 13 84 . 260 2 42 . 13 84 . 26. 84 . 2684 = == == = Fig.3.9: Representacingrfica de fuerzas cortante. Elmomentoresistentenecesariodelperfilpararesistirlacargadelavigase calculaconlasiguientefrmuladondetensindeltrabajoseeligede latabla 11 debido al tipo de carga: trabajo del Tensin mximo flectorMomento=xR (3.6) 23

22 Robert Nonnast: Pginas escogidas, p-29 23 Robert Nonnast: Pginas escogidas, p-30. 45 3 325 . 19 91 . 11100cmKg140026.84Kgmcm cm RmcmRxx~ =|.|

\|= Caso de carga 1 (Fuerzas Principales): efecto desfavorable simultaneo de la carga permanente y de la mvil incluso la de nieve, sin la del viento. Caso de carga 2 (Fuerzas Principales y suplementarias): efecto simultaneo de las cargas del caso 1 junto con las del viento efectos trmicos y las fuerzas frenantes y laterales procedentes de las gras. Para el clculo de estructuras el valor del mdulo de elasticidad. 24 ( )2/ 2100000 cm Kg E =Tabla 11: Tensiones de trabajo recomendables en 2/ cm Kgsacadas de las normas DIN1050.25 Forma de utilizacin en obra Forma de trabajoCaso de carga 1 2 Piezas de construccin Compresin. Traccin. Flexin. Cortadura. Tensin transversal. 1.200 1.200 1.200 960 960 1.400 1.400 1.400 1.120 1.120 Uniones de remaches Cortadura. Comprensin contra las paredes. 1.200 2.400 1.400 2.800 Uniones de tornillos (ajustados). Cortadura. Comprensin contra las paredes. Traccin. 960 2.400 850 1.120 2.800 1.000 Uniones de tornillos (noajustados). Cortadura. Comprensin contra las paredes. Traccin. 700 1.600 600 800 1.800 700 Tornillos y barras de anclaje. Traccin.8501.000 24 Robert Nonnast: Pginas escogidas, p-7 25 Anexo: Robert Nonnast: Pginas escogidas, p-5-6. 46 Con este valor se verifica en el anexo 2 donde se encuentran los perfiles IPN y se tomar el valor ms prximo, en este caso se aproxima por exceso es la IPN 8, que tiene un momento resistente 19.5 cm. Elsiguientepasoescomprobarsiconesteperfilseconsiguelaflecha admisible. La frmula para hallar la flecha es la siguiente: ( )( )()( ) I El384C 5mxima Flecha3= (3.7) 26

( )( )( )( ). 273 . 0 mxima Flecha8 . 77 2100000 384400 53.68 5mxima Flecha3cm == Laflechamximaadmisiblesegnlafrmulaanteriorparagrasmovidas elctricamente. 1000Lmax = f(3.8) 27 . 4 . 01000400maxmaxcm ff== Lacondicinparaestetipodevigasedetallaenlasiguienteecuacindada por: mxima Flecha f _max >(3.9) 28

cm cm 273 . 0 4 . 0 > Elsiguientepasoesrealizarelclculoalatensincortantedadaporla siguiente frmula: SQcortante Tensin = (3.10) 29

26 Robert Nonnast: Pginas escogidas, p-29. 27 Ibd. 28 Ibd.29 Robert Nonnast: Pginas escogidas, p-30. 47 2 221120 54 . 3 cortante Tensin58 . 726.84Kgcortante TensincmKgcmKgcm< == ransversal Tensint cortante Tensin s (3.11)30 |.|

\|s |.|

\|2 2cmkg1120cmkg3.54 3.3.2Clculodeunavigasimplementeapoyada,concargaconcentrada en el centro de la viga. Datos L=4m P= Peso a elevar + Peso del polipasto P=1385.15kg 21400cmKgTadm = Reacciones Fig.3.10: Representacingrfica de las reacciones. ()2PR RB A= = (3.12)31 30Robert Nonnast: Pginas escogidas, p-30 31 Ibd. 48 Kg R RKgR RB AB A575 . 692215 . 1385= == = Momento flector2LR Mfx x = (3.13)32 Fig.3.11: Representacingrfica del momento flector. 0 =AMf( )Kgcm MfMfLR MfppA p15 . 13852400375 . 6922=|.|

\|== 0 =BMf Fuerzascortantes P R Qx x = (3.14)33 Kg R QA A575 . 692 = = 32 Robert Nonnast: Pginas escogidas, p-30. 33 Ibd. 49 Kg QQP R QAAA A575 . 69215 . 1385 575 . 692 = = = Kg Q 575 . 692 =B Fig.3.12: Representacingrfica de fuerza cortante. Utilizando la ecuacin (3.6) se calcula el momento resistente necesario del perfil para resistir la carga concentrada P. 3 3117 94 . 98140015 . 1385 trabajo del Tensin mximo flectorMomentocm cm RRRxxx~ === Se verifica en el anexo 2 donde se tomar la ms aproximada por exceso que es la IPN160, que tiene de momento resistente 117 cm. Secomprobarsiconesteperfilseconsiguelaflechaadmisiblelacualse calcula con la siguiente ecuacin. ( )()( ) I EL48Pmxima Flecha3= (3.15)34 ( )( )( ). 94 . 0 mxima Flecha935 2100000 48400 1385.15mxima Flecha3cm == 34 Robert Nonnast: Pginas escogidas, p-31 50 Utilizandolaecuacin(3.9)secompararlaflechaadmisibleconlaflecha mxima. mxima Flecha f _max >cm cm 94 . 0 4 . 0 > Comosepuedeobservarquelaflechamximaadmisibleesmenorquela flecha mxima se procede a seleccionar el siguiente perfil.Severificaelanexo2,dondesetomarotroperfilporexcesoqueesla IPN200, que tiene de momento resistente 214 cm y 42140 : cm I ( )( )( )4 . 0 mxima Flecha2140 2100000 48400 1385.15mxima Flecha3== Utilizandolaecuacin(3.9)secompararlaflechaadmisibleconlaflecha mxima. mxima Flecha f _max >cm cm 4 . 0 4 . 0 > Con este perfil se cumple la condicin, la flecha es admisible, y por tanto vale la IPN 200. Elsiguientepasoeshallarelmomentoresistentenecesario,parasoportarla carga uniformemente repartida del peso propio de la viga, y, sumrselo al de la carga concentrada. IPN 200 tiene un peso 26.3 Kg. /m ( ) . 2 . 105 4 3 . 26 C kg mmKg= =()( )8L CMf =(3.16)35 35 Robert Nonnast: Pginas escogidas, p-31. 51 ()( )( )( )cm kg MfMfL CMf. 52608400 2 . 1058=== TadmMfRx = (3.17)36 Donde la tensin de trabajo Tadmse escoge de la tabla 11: 3 3 369 . 102 94 . 98 75 . 3 cm cm cm RX= + = Como la IPN 200 tiene un momento resistente de 214cm, ahora se procede a comprobar la flecha con el aumento del peso del perfil. Se suman las flechas usando as la ecuacin (3.15) y la ecuacin (3.7). ( )()( )()( )()( )( )( )( )( )( )( )( ). 41 . 0 mxima Flecha01 . 0 4 . 0 mxima Flecha2140 2100000 384400 2 . 105 52140 2100000 48400 1385.15mxima Flecha384548Pmxima Flecha3 33 3cmI EL CI EL=+ =+ =+ = Se puede observar que cumple con la condicin por lo tanto IPN 200. Utilizando la ecuacin (3.10) se procede al clculo de la tensin cortante. SQcortante Tensin = 36 Robert Nonnast: Pginas escogidas, p-31.375 . 314005260cm RRTadmMfRXxx=== 52 2 221120 67 . 20 cortante Tensin5 . 33692.575kgcortante Tensincmkgcmkgcms == Se verifica la condicin con la ecuacin. ransversal Tensint cortante Tensin s (3.11) |.|

\|s |.|

\|2 2cmkg1120cmkg20.67 3.3.3Clculodeunavigasimplementeapoyada,concarga uniformemente repartida y carga concentrada. Fig.3.13: Representacingrfica de una viga simplemente apoyada, con carga uniformemente repartida y carga concentrada. Enestecasosehallarlosmomentosflectoresdelacargaconcentraday uniformemente repartida. Kgm MKgm Kgm MM M MTTT99 . 141115 . 1385 84 . 262 1=+ =+ = Se calcular el momento resistente necesario del perfil con la ecuacin (3.6). 53 ( )( )3285 . 1001 . 1400100 . 99 . 1411 trabajo del Tensin mximo flectorMomentocm RmcmKgcm KgmRRxxx=== Se procede a buscar en las tablas el perfil con unmomento resistente igual o mayor,dondeelmsprximoes IPN200quetienelassiguientes caractersticas. ( )42140. 2 . 105 4 3 . 26 Ccm Ikg mmKg== = ( )()( )()( )()( )( )( )( )( )( )( )( ). 41 . 0 mxima Flecha01 . 0 4 . 0 mxima Flecha2140 2100000 384400 2 . 105 52140 2100000 48400 1385.15mxima Flecha384548Pmxima Flecha3 33 3cmI EL CI EL=+ =+ =+ = Hallarlaflechamximaadmisibleycomprobarsiesteperfilcumpleconlas especificaciones anteriores. 1000Lmax = f(3.18)37 37 Robert Nonnast: Pginas escogidas, p-28 54 Tabla 12: Flechas admisibles para tipos de vigas a.-Vigas de edificiosy correasde cubierta. L=longitud en m.Viga libresViga metida en el piso > 5L/300L/200 > 7L/500L/300 Siendo l 5 metros no hace falta comprobar su flecha en vigas IPN 14. En los perfiles menores la flecha mxima ser L/200 b.- Vigas en voladizo. Flechas en el extremo voladoL/250 c.- Vigas para gras puente y carrileras. Gras movidas elctricamente L/1000 Gras movidas a mano.L/500 cm fff4 . 010004001000Lmaxmaxmax=== Lacondicinparaestetipodevigasedetallaenlasiguienteecuacin(3.9) dada por: mxima Flecha f _max > cm cm 41 . 0 4 . 0 > Severificarlatensincortanteysecomprobarsiesadmisibleconla ecuacin (3.9). ransversal Tensint cortante Tensin s|.|

\|s |.|

\||.|

\|s |.|

\|+ |.|

\|2 22 2 2cmkg1120cmkg24.21cmkg1120cmkg20.67cmkg3.54 55 3.3.4Cargas mviles iguales. Enlasgrasprtico,normalmentesondoscargasmvilesiguales,yporlo tanto se hallar el momento flector mximo situando las cargas mviles en los sitios ms desfavorables para la viga. Enestecasoelsitiomsdesfavorableparalaviga,escuando 1l tienela medida dada por la ecuacin (3.19). Siendo 2l la medida entre centros de las ruedas del polipasto especificado por el fabricante. ( ) L l 586 . 02 < (3.19)38 ( )( )cm cmcmL l4 . 234 4 . 14400 586 . 0 4 . 14586 . 02dq q 3.12Seleccin de ruedas. Para la seleccin de las ruedas se toma encuentra los parmetros de peso y de traslacindelpuentegra,paralocualsehaelegido4ruedasquesoportan pesoshasta400kgrespectivamente,deundimetrode6pulgadas; recubiertasdeunmaterialdeduraln,constadeungraserolocualayudaa que se encuentre siempre lubricada, estas presentan un movimiento de rueda loca lo cual lo evita un esfuerzo fsico excesivo. 91 Fig.3.33: Rueda de 6. 3.13PROGRAMA DE ESTRUCTURAS SAP 2000. Luego del diseo que establece los elementos que conformaran el puente gra prticoseprocedeautilizarelprogramadeestructurasSAP2000paraobservar su funcionamiento en el mismo. LaprincipalcaractersticadeSAP2000essuinterfazgrfica,herramienta potenteyamigable.Disponetambindeherramientasparavisualizacinen 3D.SepuedeafirmarqueSAP2000esunprogramamuyintuitivoysencillo, fcil de manejar. Fig.3.34: Ambiente de trabajo SAP2000. 92 Una de las ventajas de SAP2000 es la facilidad con la que se pueden introducir mallassencillas.Paraellolomejoresdefinirunnuevomodeloenelquese designardetalmodoquetodos losnodos de lamallase encuentren ensus intersecciones.OtracaractersticapropiadelSAP2000,quenotienenotros programasdeelementosfinitosavanzados,eslacapacidadparadisear secciones; para ello dispone de varias normas, entre ellas AISC. SAP2000 es una herramienta adecuada para problemas sencillos, lineales, en los que el modelo se pueda mallar con una discretizacin con pocos nodos. 3.13.1 Pasos bsicos para el uso del programa de estructuras SAP2000 1. AlingresarenelreadetrabajodelprogramaSAP2000,se selecciona las unidades en este caso kg.m. 2. Se elige un nuevo modelo de estructura. 3.Seguidamenteapareceunaventanaenlacualseseleccionarlas distancias de la cuadricula enel sistema de coordenadas a utilizarse. 4.Acontinuacinapareceunaventanaconunacuadriculacondos vistasenlamismapantallaenlacualseapreciarlascoordenadas (x,y,z). 5. Utilizando el icono (Draw frame element) tomado de la barra de dibujo se procede a trazar las lneas que representaran a la viga, columnas y bases. Fig.3.35: Trazado de elementos del prtico. Draw frame element 93 6. Se procede a la ubicacin de las restricciones en este caso las ruedas lascualesayudaranaltraslado,enlabarradeherramientasse encuentra el icono (Assign joint restraints). (a) (b) Fig.3.36: Seleccin y ubicacin de restricciones (ruedas). 7. Luego deserdibujadoelprticose procedeaasignareltipo deperfil, para lo cual se ingresa al catalogo del AISC del programa.

(a) (b) Fig.3.37: Ubicacin del catalogo del AISC. 8.Se selecciona el tipo de perfil en este caso W6x15 y aparece un detalle de este tipo de viga visto en la siguiente figura. 94 (a) (b) Fig.3.38: Seleccin del perfil de la viga. 9. El mismo proceso se repite para las columnas y las bases con la nica diferencia que en este caso se seleccionara tubos cuadrados. (a) (b) Fig.3.39: Seleccin del tubo cuadrado de la columna. 10.Enelsiguientegrficosepuedeapreciarlascaractersticasdeltubo cuadrado de 5x5x1/4. (a) (b) Fig.3.40: Caractersticas de la columna. 95 11.El siguiente paso es determinar el material12. A continuacin se procede a ubicar los puntos donde va a ser aplicada la carga. Fig.3.41: Ubicacin de la carga. 13.Con el material y la carga aplicada en una distancia definida se procede al anlisis de cada uno de los elementos luegoaparecer una ventana la cual nos informar si el diseo es o no estable. Fig.3.42: Detalle de elementos analizados. 14.Unavezqueelprogramaindica laestabilidaddelprticoseobtienen los diagramas de momentos y cortantes como se indica a continuacin. Fig.3.43: Diagrama de momentos de la viga con carga distribuida. 96 Fig.3.44: Diagrama de fuerzas cortantes de la viga con carga distribuida. Fig.3.45: Diagrama de momentos de la viga con carga puntual. Fig.3.46: Diagrama de fuerzas cortantes de la viga con carga puntual. 97 Fig.3.47: Diagrama de momentosde los soportes. Fig.3.48: Diagrama de momentosen el prtico con carga puntual. Fig.3.49: Diagrama de momentosen el prtico con carga distribuida. 98 Comosepuedeapreciarenlosgrficosanteriormenteexpuestossepuede verificar que los valores obtenidos en este programa son similares a los que se obtuvo en los clculos. Tabla 15: Comparacin de valores entre clculos y SAP 2000 VALORES CALCULADOS SAP 2000 CARGA DISTRIBUIDA MOMENTOFLECTORMXIMO ENLAVIGADEL PRTICO. 52.60 kgm. 51,91 kgm FUERZACORTANTE MXIMAENLA COLUMNADEL PRTICO 15.74kgm. 15.18kg CARGA PUNTUAL MOMENTO FLECTOR MXIMOENLAVIGA DEL PRTICO 1437.3kgm 1380.86kgm FUERZACORTANTE MXIMAEN COLUMNADEL PRTICO 311.3kgm 310.06 kgm 99 CAPTULO IV CONSTRUCCIN, MONTAJE Y PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO 4.1 Construccin. La construccin del puente gra se llev a cabo en un taller mecnico ubicado en la parroquia de Tambillo,llamado PRO GRA. Unavezqueseelaborlosplanosdecadaunodeloselementosque constituyenelpuentegraprtico,seadquirilosmateriales,basadosalas normas de construccin ecuatoriana se pudo encontrar, una viga IPN 200, las columnasascomolossoportestuboscuadradosde5x5xdetalladas en el catalogo del AISC, en el mercado ecuatoriano se encontr tubos cuadrados de (5x5x) los ms prximos a los indicados en el catlogo. Astambinseadquirilasplacasdeunintantoparalaviga,columnasy soportes,eltrabajodecorteyperforacinsellevacaboenlaempresa CLAVEC. S.A.,ubicada va al Tingo. Corte de columnas a una medida de 3.30m.eliminando aristas vivas Fig.4.1: Columnas en proceso de corte. 100 Proceso de corte, esmerilado de aristas vivas y recubrimiento con anticorrosivo de la viga principal. Fig.4.2: Corte de viga. Perforacin de placas superiores e inferioresen Empresa CLAVEC.

Fig.4.3: Corte y perforacin de placas. Luego de haber realizado el corte y la perforacin se procede al esmerilado de aristas vivas. Fig.4.4: Esmerilado de placas. 101 Fig.4.5: Placas superior e inferior. Se procede a soldar las placas a la viga, columnas y soportes. Fig.4.6: Placas superior e inferior. Se procede al posicionamientode pernos, rodela y tuercas de seguridad en la unin de placas. Fig.4.7: Posicin de pernos. 102 Luegodeperforarlossoportesseprocedealaubicacindelasruedascon sus respectivas tapas laterales las mismas que sern desmontables. Fig.4.8: Perforacin y ubicacinde tapas laterales. Adquisicindepolipastodecadena,carrodetraslacinybotonerademando elctrico. Fig.4.9: Polipasto elctrico. Fig.4.10: Caractersticas del Polipasto elctrico. 103 4.2 Montaje. Conelobjetodeevitarriesgosdelesionesgraveseinclusoaccidentes mortales, es necesario seguir los siguientes pasos. 1.- Ubicar todas las partes del puente gra en un espacio fsico y nivelado. 2.- Colocar las columnas en posicin vertical a una distancia de 4m entre ellas, con el apoyo de andamios en los costados. 3.-Utilizarlosandamiosparacolocarlavigaenlapartesuperiordelas columnas con sus respectivos pernos de sujecin.4.-Una vez armado el prtico se procede a su elevacin mediante la ayuda de gatashidrulicasubicadasalosextremos,parafacilitarelmontajedelos soporteseinmediatamentecolocarlospernos,rodelaytuercadeseguridad respectivamente. 5.-Proceder a ubicar el carro testero en la viga con el pasador de seguridad. 6.- Realizar conexiones elctricas y verificar el funcionamiento del puente gra. 4.3 Gua de mantenimiento. 1.- Verificar si en el polipasto la cadena est exento de suciedad, limpiarlo si es necesario.2.- Comprobar el apriete correcto de todos los pernos, tornillos; y, dado el caso, asegurarlos de forma adecuada. 3.- Lubricar la cadena conforme a las indicaciones del plan de mantenimiento. 4.-Controlardemodoespecialelcumplimientodetodas lasdisposicionesde seguridad general y especfica.5.-Las piezas de desgaste se debern controlar de forma rigurosa.6.-Elservicioconelequiposlosepodrautorizarsiestenperfectas condiciones tcnicas. 7.-Lostrabajosdemantenimientosedebernefectuarnicamenteestando descargadoelpolipastodecadenaydespusdehaberdesconectadoel interruptor seccionador o el de conexin a la red. 104 4.3.1.Plan de mantenimiento. Primera vezA continuacin Antesde lapuesta en servicio Despus de50-200 horasde servicio Trabajos de mantenimientoCada 200 horasde servicio AnualX Comprobarelfuncionamientocorrecto de los frenos Aliniciar la jornada X Comprobarelfuncionamientocorrecto del acoplamiento de friccin Comprobarsiexistedeterioroenlos elementoscontralatraccin,cablesy piezasdelacarcasadelabotonerade mando Aliniciar la jornada X Comprobarlaspiezasypartesdel equipo elctrico y su cableado XInspeccionar la suspensin (argolla)X X Lubricar la cadena Enserviciointensosedeberlubricar con mayor frecuencia como mnimo una vez cada 3 meses X XX Lubricarloscojinetesdelaruedade cadenacomprobarlacorrectafijacin de los tornillosX X Verificarelestadodelacadenaysus fijaciones X X Medirelrecorridodelfreno,sies preciso ajustarlo o renovar el forro X Comprobar el nivel de aceiteX Cambiar el aceiteCada4 aos Inspeccionarelganchoconrespectoa las grietas, deformacin y desgaste X X Inspeccionarlacadenarespectoalas deformaciones,fisuras,sealesde corrosin,reduccindegrosordelos eslabones,ensanchamientodelpaso, alargamiento por deformacin plstica. X X Comprobarellubricantedelospuntos de apoyo de la argolla, re engrasar si es necesario X Controlarlaproteccincontrala corrosinysiesnecesariorepasarlao mejorarla X Inspeccionarloselementosdefijacin grapas y tornillos y posible oxidacin X 105 4.4Pruebas de funcionamiento. Luego de verificar el ajuste de los pernos de sujecin ymontaje del polipasto seprocedearealizarlaspruebasdefuncionamiento,elevandodiferentes cargas. Las mismas que tienen los siguientes pesos: ELEMENTO DE CARGAPESO(Kg.) 2 block115 1 caja de cambios40 2 puntas de eje60 2m de viga70 1 Tcle mecnico 100 Total385 kg. Fig.4.11: Elementos para elevacin. En primera instancia se ubican cada uno de estos elementos individualmente, comprobando que la velocidad de elevacin es la misma con diferentes pesos. Al estar elevada la carga la estructura es estable lo cual permite el fcil traslado de la misma por toda el rea del taller.Lamanipulacindelacargatantotransversalcomoverticalmenteesmuy segura siempre que la carga esta debidamente asegurada al gancho. Tambin se pudo comprobar que el torque que se aplico a los pernos no vari despus de haber realizado las pruebas. Como prueba final se ubico todos los pesos para comprobar la resistencia de la estructura y su fcil manipulacin. 106 Fig.4.12: Polipasto elevando elementos. 107 CONCLUSIONES Enelprocesodeinvestigacin,diseo,construccinypruebasde funcionamiento,delproyectoprofesionaldegrado,sehallegadoalas siguientes conclusiones. -ElPuenteGrasedesempeaconlosparmetrosyrequerimientos funcionales propuestos en el diseo. -Laeleccindelavigaytubocuadradoparalaconstruccindela estructura,esacertadayaqueningunodeestoselementoshafallado por deformacin o rotura, y son de fcil adquisicin en el mercado local. -En el proceso de construccin y montaje de la estructura, no se detecto ninguna dificultad en la manipulacin de sus elementos para su correcto funcionamiento. -Lasdimensionesdelpuentegrafacilitanentalleresautomotricesla necesidad de trasladar cargas elevadas sin producir un trabajo excesivo en el personal. -Si no se cuenta con un polipasto elctrico el diseo de la estructura del PuenteGrapermitesucorrectofuncionamientoconunpolipasto manual. -Elpolipastoelctricoytrolecumpleconlasespecificacionestcnicas queindicaelcatalogotantoenlavelocidaddetraslacincomoenla velocidad de elevacin de la carga. -Se pudo comprobar que no se debe reutilizar los pernos para garantizar la seguridad del operario. -Paraquelacargaseasujetaalganchodelpolipastosepuedeutilizar cadenas o cuerdas dependiendo del peso de la carga a ser elevada. -Paraunfuturodiseodeestructuras,setienelaexperienciadelas medidas y de los materiales lo que constituye un avance considerable en el proceso de diseo y construccin. -Se cumpli con el objetivo general planteado: construccin de un puente gra para taller de mantenimiento. 108 -La robustez de los perfiles que conforman la estructura, hace de esta un elementoindeformableencondicionesdetrabajo,loquegarantizauna buena utilidad al poner en funcionamiento al equipo. 109 RECOMENDACIONES -Aplicar las normas de seguridad bsicas para el armado de la estructura delPuenteGracomolautilizacindeguantes,casco,gafas,botas, overol, cinturn etc.- Marcarelpermetroenelqueelpuentegravahacerarmadopara evitar que personas no equipadas con los elementos de seguridad estn alrededor y evitar un accidente.-Utilizarpersonalnecesarioenelarmadodelaestructuraparaevitarel exceso de fuerza que puede causar lesiones. -Para evitar la reduccin de la vida til del puente gra se debe realizar el respectivo mantenimiento preventivo en cada uno sus elementos. -Laestructurametlicadelpuentegradebeserprotegidacontrala corrosinmediantecapasdepinturaanticorrosivaperidicas(cada6 meses).-Loscontactoselctricosdebenpermanecerlibredeimpurezascomo polvo, aceite, limallas, que puedan ocasionar un mal funcionamiento. -Lascuerdasocadenasutilizadasparalafijacindelacargaconel gancho no se deben encontrar deterioradas de preferencia nuevas. -Por ningn motivo utilizar la cadena del polipasto para la sujecin de la carga. -Elcontroldelpolipastoelctricodebesermanipuladoconprecaucin paraquenosufragolpesquepuedenocasionardaosensucorrecto funcionamiento. -Paratrasladarunacargaprimeroseladebeelevarlapara posteriormentemoverlayaseaenelperfilprincipalocontodala estructura del puente. -Tener cuidado cuanto la carga se mueve en el perfil principal para evitar que golpee contra las columnas.-Una vez que la carga sea elevada tomar en cuenta que dicha carga no represente peligro para el personal. -Elfuncionamientodelpuentegranoimplicariesgosmayorescon excepcin de la elevada carga elctrica. 110 -Elcabledealimentacindebeestarlosuficientementeaisladoporque transporta gran cantidad de corriente elctrica y en caso de falla puede constituirse en un factor muy peligroso. 111 ANEXOS 112 ANEXOS 1: Propiedades del perfil 6x9 y 6x15. 113 ANEXOS 1: Propiedades del perfil 6x9 y 6x15. 114 ANEXOS 2: Caractersticas de perfiles IPN. 69 69 Robert Nonnast: Paginas escogidas , p13 115 ANEXOS 3: Caractersticas de polipasto elctrico.70 70 F:\specs_dimensions.lasso.htm 116 ANEXOS 4: Propiedades del cuadrado tubular 5x5x1/4. 117 ANEXOS 5: Tabla de especificaciones de Kl. /r a compresin. 118 ANEXOS 6: Tabla de especificaciones del factor (K) para columnas. 119 ANEXOS 7: Tabla de especificaciones de dimetros y rea de roscas unificadas de tornillos UNC Y UNF. 120 ANEXOS 8: Tabla de especificaciones SAE para pernos de acero. 121 ANEXOS 9: Tabla de especificaciones del electrodo 7011. 122 ANEXOS 10: Propiedades a la flexin de soldaduras de filete 123 ANEXOS 11: Tamao mnimo del filete de soldadura 124 ANEXOS 12: Factor de seguridad del cordn de soldadura 125 BIBLIOGRAFA -ANDREW Pytel, Resistncia de Materiales, 4ta edicin, Harla, Mxico. -Biblioteca de consulta Microsoft encarta 2003. 1993-2002 Microsoft corporation. -C. 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