Memoria PFC Puente Grua

Estudio y aplicacin mediante un programa informtico de una metodologa de estimacin de los costes para puentes gras utilizados en el desmantelamiento de centrales nucleares

1

1 ResumenEl desmantelamiento de las centrales nucleares requiere desplazar mediante puentes gra paquetes de residuos que pueden ser radioactivos o no. Las operaciones pueden ser realizadas mediante un puente gra ya existente calificado para cumplir los requisitos

necesarios, o bien mediante un puente gra renovado o finalmente mediante un nuevo aparato en las instalaciones. El mbito nuclear y la necesidad de minimizar el riesgo de cada de carga influyen en el diseo nico de cada aparato y en su coste. En el presente proyecto, se estudian puentes gra de dos vigas que desplazan paquetes de 8 hasta 300 toneladas. La metodologa asocia un precio de fabricacin y de puesta en marcha a los parmetros de diseo (exigencias tcnicas clsicas: frecuencias, cargas...; exigencias EDF: nivel de calidad...; normas de seguridad: riesgo de cada; riesgo de sesmo...). Se realiza una base de datos, para hacer el anlisis analtico-estadstico y validar la metodologa, con datos tcnicos y econmicos pertinentes, recopilados en EDF (realizaciones pasadas) y en las industrias francesas. La forma final de la metodologa es un programa que pide los parmetros pertinentes del diseo de un puente gra y que estima directamente el coste a 20%. La metodologa es acorde a los estndares ISO 9000. As mismo, se analiza tambin el impacto ambiental de la utilizacin de puentes gra en el desmantelamiento de centrales nucleares.

2



3

2 ndice1 2 3 4 Resumen.............................................................................................................................1 ndice ..................................................................................................................................3 Glosario ..............................................................................................................................7 Prefacio ..............................................................................................................................9 4.1 4.2 4.3 4.4 5 Los aparatos de elevacin ........................................................................................ 9 Los puentes gra ....................................................................................................... 9 Los puentes gra en desmantelamiento de centrales nucleares......................... 10 Motivacin del proyecto......................................................................................... 11

Introduccin ....................................................................................................................13 5.1 mbito del proyecto ............................................................................................... 13 La DIN en EDF ................................................................................................. 13 El CIDEN .......................................................................................................... 15 El grupo de Materiales y Funcionamiento ........................................................ 16

5.1.1 5.1.2 5.1.3 5.2 5.3 5.4 6 7

Objetivo del proyecto ............................................................................................. 17 Alcance del proyecto .............................................................................................. 17 Confidencialidad..................................................................................................... 18

Etapas del proyecto .........................................................................................................19 Doctrina de los puentes gra ..........................................................................................23 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 Definiciones tcnicas .............................................................................................. 23 Carro de elevacin.................................................................................................. 26 Cadena cine mtica ................................................................................................. 27 Estudio de comportamiento en caso de sesmo .................................................... 28 Reglamentacin y Normas de la Federacin Europea de Manutencin ........... 30 Prescripciones tcnicas EDF: CST / Guides CIDEN .......................................... 31 Los CST del Parque .......................................................................................... 31

7.6.1

4 7.6.2 7.7 8 9


Las guas del CIDEN ........................................................................................ 32

La fiabilidad de una unidad de elevacin ............................................................ 33

Determinacin de los parmetros ..................................................................................35 Antecedentes: Recopilacin de datos histricos ...........................................................37 9.1 Base de datos ........................................................................................................... 37 Los industriales ................................................................................................. 37 La cotizacin de puentes gra realizada a EDF ................................................ 37 Los presupuestos ............................................................................................... 38

9.1.1 9.1.2 9.1.3 9.2 9.3 10

Extrapolacin de los datos que faltan................................................................... 39 Actualizacin de los costes ..................................................................................... 39

Anlisis de la base de datos ............................................................................................41 10.1 10.1.1 Determinacin de los costes ligados a las prestaciones opcionales................. 42 Especificaciones EDF ....................................................................................... 42 Eleccin del referencial........................................................................... 42 Estudio de los costes de los referenciales ............................................... 44

10.1.1.1 10.1.1.2 10.1.2

Sesmo ............................................................................................................... 45 Eleccin de los parmetros ..................................................................... 45 Estudio del coste del diseo al sesmo .................................................... 46

10.1.2.1 10.1.2.2 10.1.3

Va de rodadura ................................................................................................. 47 Caso de realizacin ................................................................................. 47 Parmetros seleccionados y coste ........................................................... 48

10.1.3.1 10.1.3.2 10.2 10.2.1

Determinacin de los costes ligados a los parmetros estndares.................. 51 Estructura .......................................................................................................... 51 Parmetros elegidos ................................................................................ 51 Calculo del momento flector................................................................... 53 Calculo del momento cuadrtico............................................................. 55 Calculo de la masa de las vigas............................................................... 56 Anlisis de la ecuacin de la masa de la estructura ................................ 57 Coste de la estructura .............................................................................. 60

10.2.1.1 10.2.1.2 10.2.1.3 10.2.1.4 10.2.1.5 10.2.1.6 10.2.2

Carro de elevacin ............................................................................................ 61 Determinacin de la cadena cinemtica.................................................. 62

10.2.2.1


5

10.2.2.2

Determinacin de las dimensiones de los componentes de la cadena

cinemtica de elevacin .............................................................................................. 63 10.2.2.3 10.2.3 11 Coste del carro ........................................................................................ 64

Clculo recurrente ............................................................................................. 66

Realizacin y utilizacin de la herramienta de ayuda para el diseo conceptual de

puentes gra .............................................................................................................................71 11.1 11.2 12 Realizacin........................................................................................................... 71 Manual de utilizacin ......................................................................................... 72

Test de usabilidad ...........................................................................................................79 12.1 12.2 12.3 12.3.1 12.3.2 Metodologa de los test ....................................................................................... 79 Los resultados...................................................................................................... 79 Las mejoras ......................................................................................................... 79 Programa Excel ................................................................................................. 79 Manual de utilizacin........................................................................................ 80

13

Calificacin a la norma ISO 9001:2008 ........................................................................81 13.1 13.2 13.3 13.4 13.5 13.5.1 13.5.2 13.5.3 13.6 13.7 Objetivo ............................................................................................................... 81 mbito de aplicacin .......................................................................................... 81 Responsabilidades............................................................................................... 81 Definiciones ......................................................................................................... 81 Procedimiento ..................................................................................................... 81 Descripcin ....................................................................................................... 81 Diagrama de flujo.............................................................................................. 83 Instruccin de ejecucin de clculo: ................................................................. 84 Documentos ......................................................................................................... 85 Registros .............................................................................................................. 85

14

Anlisis econmico ..........................................................................................................87 14.1 Comparacin del puente gra con la carretilla elevadora para un caso

particular ........................................................................................................................... 87

6 14.2 15


Inters del proyecto ............................................................................................ 87

Estudio del impacto medioambiental ............................................................................89 15.1 15.1.1 15.1.2 15.2 15.2.1 15.2.2 Interaccin con el medio ambiente.................................................................... 89 Impacto visual ................................................................................................... 89 Contaminacin acstica .................................................................................... 89 Residuos ............................................................................................................... 89 Funcionamiento................................................................................................. 89 Desmantelamiento............................................................................................. 89

16 17 18

Conclusiones ....................................................................................................................91 Agradecimientos ..............................................................................................................93 Bibliografa ......................................................................................................................95


7

3 GlosarioANDRA: Agencia Nacional para la gestin de los Residuos radioactivos CIDEN: Centro de Ingeniera de Deconstruccin y Medio ambiente Nuclear CIH: Centro de ingeniera de la Hidrulica CIPN: Centro de Ingeniera del Parque Nuclear en explotacin CIT: Centro de Ingeniera Trmico CMU: Carga Mxima de Utilizacin CNEN: Centro Nacional de Equipamiento Nuclear CNEPE: Centro Nacional de Equipamiento de Produccin de Electricidad CPA: Condiciones Particulares de Compra CRT: Pliegue de las Normas Tcnicas CST: Pliegue de las Prescripciones Tcnicas DIE: Departamento de Ingeniera y Estudios del CIDEN DIN: Divisin Ingeniera Nuclear DTE: Departamento Trabajos Explotacin EDF: Electricidad de Francia EPR: European Pressurised Reactor FAMA: Residuos nucleares de baja actividad de media actividad FEM: Federacin Europea de la Manutencin GV: Gran Velocidad ICEDA: Instalacin de Acondicionamiento y Almacenamiento de los Residuos Activados

8


IDT: Instalacin de Desacoplamiento y Trnsito de los paquetes de residuos IPS: Importante Para la Seguridad PV: Pequea Velocidad RDM: Resistencia De Materiales REP: Reactor de agua a presin REX: Recopilacin de Resultados de la Experiencia TFA: Muy baja Actividad


9

4 Prefacio4.1 Los aparatos de elevacinDebido a la diversidad de la industria moderna, existe una multitud de aplicaciones que requieren procesos y mquinas especficos. Sin embargo, debido a su naturaleza existen mquinas que se utilizan en todos los mbitos de la industria. Es el caso de los elevadores que responden a la necesidad de mover cargas pesadas en poco tiempo. Se encuentran en esta categora el puente gra, la gra, el prtico (ver figura 4.1), la horca, el monorral y la carretilla elevadora. A parte los puentes gra estndares destinados a la industria ligera, la diversidad de las necesidades y las dificultades son tan diferentes que no es viable fabricar en serie estos aparatos. Por esta razn cada aplicacin pasa por un estudio detallado y un proyecto a medida.

Figura 4.1: Prtico de manutencin en el puerto de Gennevilliers al lado de Paris [Fuente: Wikipedia]

4.2 Los puentes graGeneralmente instalados dentro de las empresas con una extensin al aire libre, los puentes gra son la nica solucin viable para el desplazamiento de carga en todo el espacio de las naves industriales. Estn formados por un puente que circula en altura, sobre rales fijados sobre vigas de rodadura en acero u hormign, de un carro que circula a lo largo del puente y que garantiza la funcin de elevacin. La combinacin de los movimientos permite el

10


desplazamiento de las cargas sobre toda la superficie de la fbrica. Para las manutenciones especficas, se equipan de pinzas, cucharas, ganchos, electroimanes, balancines especficos. Funcionan mediante energa elctrica. Para las industrias pesadas y nucleares (ver figura 4.2), se conciben grandsimos modelos capaces de mover cargas de centenares de toneladas. Por ejemplo los cuencos de fundicin o acero lquido en las aceras o los componentes de las centrales nucleares.

Figura 4.2: Puente Gra de 100 T en Bugey 1 [Fuente: CIDEN]

4.3 Los puentes gra en desmantelamiento de centrales nuclearesEn el contexto de los proyectos de desmantelamiento de las centrales nucleares, es necesario prever, para evacuar los residuos producidos, las unidades de manutenciones y sus solicitaciones. Esto se concretiza por un desplazamiento, de paquetes radioactivos o no, con puentes gra. Los puentes en cuestin son O ya existentes y cualificados para las futuras tensiones, O ya existentes pero que requieren una renovacin o una sustitucin por un nuevo modelo para ser calificado a estas mismas tensiones, O debiendo ser construidos por completo en las nuevas instalaciones de desacoplamiento y trnsito de los paquetes de residuos. La recopilacin de Resultados de la Experiencia de EDF sobre los incidentes de los puentes gra se tradujo en el ao 1989 en unas especificaciones tcnicas (CST) ms exigentes que la reglamentacin en vigor (DE 98/37/CE del 22/06/98, Decreto n98-1084 de 02/12/98, Decreto de 01/03/2004). Estas especificaciones destinadas al parque de centrales nucleares en funcionamiento (dicho parque EDF) han sido reducidas para adaptarse al contexto del desmantelamiento nuclear (GUA CIDEN). Los puentes gra, cuya fiabilidad de


11

mantenimiento de la carga es requerida, se conciben con la reglamentacin en vigor y las guas CIDEN.

4.4 Motivacin del proyectoEl contexto nuclear y la necesidad de minimizar el riesgo de cada de carga s influyen sobre la concepcin de cada aparato, y en consecuencia sobre su coste de adquisicin. EDF pide la aplicacin de una lista de especificaciones en la realizaci n de los puentes gra. Estas especificaciones son ms exigentes que la reglamentacin y las normas marcadas por la FEM. Generan costes mayores que stas, que actualmente no estn estimados. Adems las especificaciones pedidas para los puentes gra utilizados en desmantelamiento solamente son prescritas y conocidas por la unidad del CIDEN. La situacin de partida es que no existe una base de datos que, en funcin de los parmetros de diseo de la mquina, d los costes y las cantidades de los componentes. Los empleados de EDF, por lo tanto quedan sin argumentos durante los anteproyectos y la cotizacin para los aparatos de elevacin. Esta memoria constituye la sntesis del trabajo efectuado personalmente en el CIDEN. La primera parte se dedica a la presentacin de la empresa y el contexto en el cual se desarroll este Proyecto de Fin de Carrera. A continuacin, se desarrolla la misin confiada, presentando la problemtica, las especificaciones vinculadas a los puentes gra, el planteamiento adoptado, el progr ama final, las etapas de validacin y mejora, el anlisis econmico, el impacto ambiental y las conclusiones.

12



13

5 Introduccin5.1 mbito del proyecto5.1.1 La DIN en EDFEl grupo EDF produce ms de 600 TWh de electricidad en el mundo, para un volumen de negocios de 64,3 mil millones de euros al ao. La principal empresa de produccin y distribucin de electricidad en Francia est tambin establecida slidamente en Gran Bretaa con EDF Energy, en Alemania con EnBW y en Italia con Edison. En Francia, el parque nuclear administrado por EDF est constituido por 58 unidades de producciones sobre 19 sitios. Estas unidades proporcionan un 85,9% de la energa francesa ante las unidades trmicas (8,1%), las unidades hidrulicas (5%) y las otras unidades vinculadas a las energas renovables (1%). La Direccin de Produccin e Ingeniera explota y desarrolla el parque de produccin de electricidad, con una potencia instalada de 96,6 GW en Francia continental. Cuenta con cerca de 33 000 colaboradores, distribuidos en seis divisio nes (ver esquema 5.1): La Divisin Combustible Nuclear (DCN) est constituida por 4 polos: Montaje Combustibles, Uranio Conversin Enriquecimiento, Explotacin y Logstica y Abajo del Ciclo y Gestin de los residuos. Las actividades del DCN van de la negociacin de contratos de suministro de uranio a la aplicacin de la estrategia de la empresa en los mbitos del transporte, el almacenamiento, el tratamiento, el reciclaje y el almacenamiento de los residuos. La Divisin Produccin Nuclear (DPN): agrupa los 19 Centros Nucleares de Produccin de Electricidad (CNPE) construidos sobre el modelo REP (reactor de agua baja presin) y dos unidades nacionales de apoyo (UTO - Unidad Tcnica Operativa y UNIDA - Unidad Nacional de Ingeniera en Explotacin). Su misin es subministrar a los clientes de EDF la electricidad en cualquier momento del ao y en las condiciones adecuadas.

14


La Divisin Ingeniera Nuclear (DIN): est formada por 6 unidades encargadas de la concepcin/construccin de las centrales nucleares, del apoyo a la explotacin y a la modernizacin del parque nuclear en Francia, y de la deconstruccin de sus instalaciones. Las seis unidades de la DIN son las siguientes: SEPTEN: Servicio Estudios y Proyectos Trmicos y Nucleares CIPN: Centro de Ingeniera Produccin Nuclear CEIDRE: Centro de Peritaje e Inspeccin en los mbitos de la Realizacin y la Explotacin CNEPE: Centro Nacional de Equipamiento de Produccin de Electricidad CIDEN: Centro de Ingeniera de Deconstruccin y Medio ambiente Nuclear. CNEN: Centro Nacional de Equipamiento Nuclear

La Divisin Produccin e Ingeniera Hidrulica (DPIH) se dedica a la gestin y la modernizacin de 220 barreras y 447 centrales hidrulicas. La Divisin Produccin e Ingeniera Trmica (DPIS) se dedica a la explotacin y el desarrollo de las centrales trmicas de ciclo combinado y de turbinas de combustin. La Divisin de los servicios (DS) que ayuda las otras divisiones al nivel informtico.

Esquema 5.1: Organizacin general de EDF [Fuente: EDF]


15

5.1.2 El CIDENLa poltica de EDF en materia de desmantelamiento fue hasta 2001, realizar (para las centrales puestas al paro) el desmantelamiento parcial y diferir el desmantelamiento completo de 30 40 aos. Ms ofensiva, la estrategia adoptada en 2001 prev la secuencia en 25 aos de las etapas de deconstruccin para llevar a cabo un desmantelamiento completo de aqu al 2027. Se refiere solamente a las centrales de primera generacin (Brennilis, Chooz A, Bugey1, St Laurent A, Chinon A), al reactor de Creys-Malville y al reactor REP de Chooz (ver esquema 5.1). Para establecer esta nueva estrategia, EDF cre en 2001 el Centro de Ingeniera Deconstruccin y de Medio ambiente (CIDEN), con el objetivo de aplicar el programa de deconstruccin y hacer el presupuesto de los costes para su provisin.

- Reactor de agua Pesada: Brennilis - Reactores Uranio Natural Grafito-Gas: Chinon A, Saint Laurent A y Bugey 1 - Reactor de agua Presurizada: Chooz A - Reactor a Neutrn Rpido: Creys Malville

Esquema 5.1: Mapa de las centrales nucleares administradas por el CIDEN. [Fuente: CIDEN]

540 personas trabajan en el CIDEN, su mayora en Lyon y el resto en los lugares de desmantelamiento. El CIDEN se divide en dos departamentos: estudios (DIE) y trabajos (DTE) (ver esquema 5.2). Es responsable de la deconstruccin y el saneamiento de las 9 unidades del parque en paro, propone la estrategia de tratamiento de los residuos procedente de las centrales en desmantelamiento, concibe y realiza instalaciones especficas a su tratamiento. Realiza tambin los estudios de impacto y los informes reglamentarios en materia de medio ambiente para el parque en explotacin y el EPR.

16


Esquema 5.2: Organizacin del CIDEN [Fuente: Intranet CIDEN]

5.1.3 El grupo de Materiales y FuncionamientoEl departamento de ingeniera y estudios se organizan de forma matricial, por una parte el desmantelamiento de cada central se define como un proyecto, por otra parte en apoyo a los proyectos se definen especialidades dominadas por cada divisin de oficios. El grupo Materiales y Funcionamiento pertenece a la divisin Dominio de los riesgos y Funcionamiento. Agrupa las cuatro espacialidades siguientes: manutencin, ventilacin / confinamiento, mando y pruebas. Los encargados de estudios de la manutencin tienen como misin: el peritaje y los estudios de concepcin, de renovacin o de mantenimiento en explotacin de las unidades de ma nutencin/elevacin de las centrales en desmantelamiento, de instalaciones de nuevas maquinas, as como la definicin y la aplicacin de la especialidad correspondiente. Es en este equipo que se desarroll este proyecto de final de carrera. Los encargados de estudios de la ventilacin /confinamiento: definen la doctrina de concepcin de los sistemas de ventilacin y las cmaras de confinamiento,


17

aconsejan a las otras entidades de los DIE y DTE (sede y lugares) y pilotan las modificaciones de sistemas existentes y la aplicacin de nuevas instalaciones de ventilacin e instrumentacin de extraccin y de medida de actividad de los rechazos gaseosos. Los encargados de estudios de mando: definen la doctrina de concepcin de los sistemas de mando y de supervisin, administra el protocolo mando entre el CIH y el CIDEN, aconsejan a las otras entidades del DIE y a DTE y pilotan las modificaciones de sistemas existentes y la aplicacin de nuevas instalaciones en interfaz o no con el CIH. Los encargados de estudios de las pruebas definen la doctrina pruebas del CIDEN, aconsejan a las otras entidades del DIE y a DTE y analizan en segundo nivel las actas de pruebas.

5.2 Objetivo del proyectoEl objetivo fundamental de este PFC consiste en realizar una herramient a de presupuesto de los puentes gra que sea capaz de estimar el coste de compra con un intervalo de tolerancia de entre ms o menos 20%. Esta herramienta se utilizar en anteproyecto para determinar el presupuesto necesario para la compra de un puente gr a (y en consecuencia la eleccin de los procedimientos de compra) y dar una base de informaciones durante las negociaciones con los fabricantes. Ser utilizado por los jefes de proyectos para determinar el presupuesto y los encargados de estudios de la manutencin harn evolucionar esta herramienta.

5.3 Alcance del proyectoEste proyecto estudia los puentes gra dos vigas cuya carga mxima de utilizacin se incluye entre 8 y 300 toneladas, cuya luz se incluye entre 4 y 55 metros, y cuya altura de elevacin se incluye entre 3 y 50 metros. La metodologa asocia un precio de fabricacin y de puesta en marcha, a realizar por un proveedor de puente gra, segn los parmetros de diseo. La forma final es un programa informtico que pide los parmetros pertinentes de diseo de un puente gra y que da directamente su coste al ms o menos 20% con ecuaciones determinadas por un anlisis estadstico tcnico.

18


5.4 ConfidencialidadEste proyecto contiene informaciones sensibles como precios segn los diferentes proveedores. Por eso los nombres de los proveedores han sido ocultados a lo largo del mismo. Los datos econmicos especficos contenidos en los ficheros expuestos han sido modificados para no comprometer a ningn proveedor ni entidad vinculada a la actividad.


19

6 Etapas del proyectoPara responder al pliegue de condiciones de este proyecto, se estableci una metodologa. Permite revisar el mbito de las maquinas de elevacin en EDF y comprender la gnesis de la herramienta de presupuesto.

Conocimiento: -De la reglamentacin -De la norma de la Federacin Europea de Manutencin (FEM) -De los referenciales EDF

Determinacin de los parmetros pertinentes

Realizacin de una base de datos

Anlisis tcnicoestadstico de la base de datos

Realizacin de la herramienta de presupuesto (programa Excel)

Validacin del programa

Esquema 6.1: Etapas del proyecto

Est compuesto de las siguientes etapas: El conocimiento de la doctrina de las maquinas de elevacin (puentes gra) - El conocimiento de la reglamentacin europea y francesa de las maquinas de elevacin (ver apartado 7.5) - El conocimiento de las normas FEM y ms concretamente la determinacin de las clasificaciones FEM de la estructura y el mecanismo de elevacin, del clculo de las dificultades en la estructura y el clculo de elementos particulares como los rodillos y las vas de rodaduras - El conocimiento de las especificaciones y siguientes notas de EDF: CST 60 C 007 03: Maquinas de elevacin y manutencin alta seguridad

20


CST 60 C 009 02: Maquinas de elevacin y manutencin no clasificadas alta seguridad ELIFP0400287: Gua CIDEN Puentes Seguridad Reforzada ELIFP0400282: Gua CIDEN Puentes Seguridad no Reforzada ELIFP0800441: Maquinas de elevacin: concepcin y fiabilidad ELIFP0700062: Reglamentacin de las maquinas de elevacin y los ascensores: Aplicacin para las actividades de desmantelamiento al CIDEN ELIMF0800242: Estudio de fiabilidad referente a la utilizacin de puentes gra normales CRT 60 C 010 01: Complementos a los clculos mecnicos de las maquinas de elevacin alta seguridad CRT 60 C 011 01: Reductores de las maquinas de elevacin alta seguridad CRT 60 C 015 01: Normas para la eleccin de la categora de las funciones de seguridad: Frenado y vigilancia de los movimientos verticales CST 74 C 014 03: Motores asincrnicos BT para centrales nucleares La determinacin de los parmetros que dimensionan el diseo de un puente gra. Puesta en ecuaciones, permitirn calcular el coste del puente. Se definirn dos tipos de parmetros: los parmetros estndares y los parmetros opcionales. La realizacin de una base de datos que reanuda los ltimos asuntos estos ltimos aos a EDF y los presupuestos recibidos. Los datos que faltan de algunos parmetros, se extrapolarn por analoga entre los distintos asuntos. Los datos econmicos se actualizarn para obtener un anlisis justo entre asuntos realizados entre 2002 y 2010. El anlisis tcnico-estadstico de la base de datos: Inicialmente se analizan los costes vinculados a las prestaciones opcionales. Este anlisis terminado, se suprimirn estos costes para armonizar los costes totales y obtener costes dichos armonizados ya que solamente dependiente de las prestaciones normales.


21

-

A continuacin se analizarn los costes armonizados en funcin de dos grupos de parmetros: los conectados a la estructura y los otros conectados al carro.

-

A cada etapa de anlisis se validarn las modelizaciones y los costes obtenidos. La ltima validacin comprobar si el coste total de los asuntos de la base de datos se incluye en el intervalo obtenido con el coste modelado a 20%.

La realizacin de la herramienta de presupuesto a travs de un programa Excel. La validez del programa se probar gracias a la realizacin de pruebas de usuario y a la preparacin y revisin de la documentacin necesaria para la certificacin segn la norma ISO 9001:2008.

22



23

7 Doctrina de los puentes gra7.1 Definiciones tcnicas

1 Testeros 2 Vigas 3 Rodillos 4 Cabrestante o polipasto 5 Carro 6 Polea 2 2 3 Direccin x 6 3 Elevacin z Translacin yEsquema 7.1: Puente gra [Fuente: Documentacin tcnica del proveedor 4]

1 3

5

4

1

Un puente gra dos vigas est constituido por Un cuadriltero, estructura constituida de testeros (n1 en el esquema 7.1) equipados de rodillos (n3 en el esquema 7.1), permitiendo el desplazamiento sobre las dos vas de rodadura y de dos vigas (n2 en el esquema 7.1) que conectan los testeros y que soportan el carro, Un carro (n5 en el esquema 7.1) que se desplaza sobre las vigas del cuadriltero y que lleva el cabrestante o el polipasto (n4 en el esquema 7.1), Una polea (n6 en el esquema 7.1) tomando los accesorios de elevacin a la extremidad baja de los cables.

24


Los puentes gra circulan sobre rales fijados en vigas de rodadura en acero u hormign o que se basan en soportes. La translacin (y) corresponde al desplazamiento del conjunto del puente en las vas de rodadura (mayor distancia). La direccin (x) corresponde al desplazamiento del carro (eje transversal). La elevacin (z) corresponde a la elevacin o a la bajada de la carga debido a un movimiento del cabrestante y en consecuencia de los cables (eje vertical). La luz de un puente es la distancia entre los rales sea la longitud de las vigas. El carga mxima de utilizacin se menciona en kN (10kN = 1 tonelada). La altura de elevacin corresponde a la mxima distancia que podr recorrer la carga manutencionada. El polipasto es un mecanismo constituido de 2 grupos (o polea), uno fija, el otro mvil, conteniendo cada uno un nmero arbitrario de poleas, y de una cuerda (o cable) que los conecta. Sirve para desmultiplicar el esfuerzo necesario para a cercar los dos grupos de poleas. Se mide el tipo de desmultiplicacin al nmero de ramal, es decir, el nmero de pasos que hace la cuerda entre los dos grupos de poleas. El esfuerzo necesario al final es dividido por el nmero de ramal, mientras que la longitud de cuerda que debe extraerse para acercar a los grupos de poleas es multiplicada del mismo nmero. El aumento del nmero de ramal permite aumentar la capacidad de elevacin. Por prctica, en EDF, se habla de un polipasto para un material comprado sobre catlogo (material estndar) y de un cabrestante (o unidad de elevacin) para un material especfico (ver esquema 7.2).


25

Esquema 7.2: Chooz A: Cabrestante de 80 T parte mvil 4 poleas 8 ramales 2 cables [Fuente EDF]

El polipasto corresponde al conjunto de poleas necesarias para realizar la tasa de desmultiplicacin necesaria. Por ejemplo, se habla de un polipasto modelo 8/1 para 8 ramales y 1 cable. Por ejemplo, se habla de un polipasto modelo 8/2 para 8 ramales y 1 cable cuando ste est vinculado al tambor a cada extremidad. Esta concepcin presenta la ventaja de efectuar una elevacin simtrica y de evitar todo desplazamiento lateral del gancho. Estndar o especfico: El trmino estndar significa que el puente completo, el polipasto o el carro-cabrestante son equipamientos vendidos sobre catlogo y no construidos bajo pedido. Se concibe una unidad estndar en funcin de la reglamentacin y las normas FEM vigentes. Una unidad de elevaci n es especfica para cada aplicacin: se fabrica a la unidad y a medida. En EDF, el cabrestante se concibe en funcin del nivel de fiabilidad requerido para realizar las operaciones a las cuales se destina.

26


7.2 Carro de elevacin

1 - Apoyo metlico 2 - Cadena cinemtica de la direccin 3 - Rodillos de la direccin 4 - Cadena cinemtica de elevacin 4-a - Motor y freno de servicio 4-b - Reductor (y freno de ayuda) 4-c - Tambor (y freno de seguridad) 4-d - Aparejo (cable, poleas, gancho) 4-d 2 1 4 4-c 4-b 4-a

3Esquema 7.3: Carro de un polipasto [Fuente: Documentacin tcnica del proveedor 4]

El carro de elevacin est constituido por: un apoyo constituido de perfiles metlicas (n1 en el esquema 7.3), dos cadenas cinemticas (n2 en el esquema 7.3) que garantizan el movimiento de direccin (movimiento sobre las vigas de la estructura): los componentes son un motor, un freno de servicio, un reductor, los acoplamientos, y el eje sobre el cual hay un rodillo mvil (n3 en el esquema 7.3)rodando sobre el ral de la direccin, la cadena cinemtica de elevacin (n4 en el esquema 7.3) (ver apartado 7.2); est formada principalmente por un motor(n4-a en el esquema 7.3), de un reductor(n4-b en el esquema 7.3), de frenos (ver apartado 7.2), de un tambor(n4-c en el esquema 7.3), de cable y gancho(n4-d en el esquema 7.3), de dispositivos de seguridad como un alto detector de sobrecarga, los interruptores de fin de carrera altos y bajos, de los detectores de desgaste de las guarniciones de los frenos un sistema de mando que administra todos los elementos electromecnicos (motrices, frenos, detectores)


27

7.3 Cadena cinemticaCualquiera que sea la unidad de elevacin (gra, prtico, horca o puente rodando), la funcin de elevacin de las cargas est garantizada por una cadena cinemtica de elevacin. Esta cadena cinemtica est formada principalmente por los siguientes elementos: m otor, reductor, freno, tambor, cable y gancho. Pueden ser abiertas o cerradas (ver esquema 7.4).

Freno de seguridad

S Tambor

S

Tambor

Freno de Freno de ayuda servicio

Freno ayuda

de

Freno de servicio

Freno de servicio

Freno ayuda

de

Cadena cinemtica abierta

Cadena cinemtica cerrada Leyenda: A: acoplamiento M: motor R: reductor S: soporte

Esquema 7.4: Cadenas cinemtica abierta y cerrada [Fuente: ELIFP0800441: Unidades de elevacin: concepcin y fiabilidad]

El sistema de frenado puede componerse de 3 tipos de frenos: El freno de servicio que puede ser un freno elctrico incorporado al motor de la cadena cinemtica o un freno a disco colocado sobre el rbol gran velocidad (GV). El freno auxiliar que es un freno generalmente a disco colocado sobre el rbol GV (entre el motor y el reductor o del otro lado del reductor) El freno de seguridad que se coloca sobre el rbol pequea velocidad (PV). Est generalmente a disco sobre las unidades especficas y puede ser a muescas sobre algunos polipastos estndares. La eleccin de un tipo de cadena cinemtica y los distintos elementos formndola depende de las funciones que a unidad de elevacin debe garantizar y las distintas exigencias en l trminos de fiabilidad, de disponibilidad, de precisin de localizacin, de explotacin, etc

28


La cadena cinemtica cerrada se recomienda cuando un nivel de fiabilidad muy elevado es requerido. En el CIDEN, no es o es poco utilizada ya que este nivel de fiabilidad no es casi nunca requerido. Los dispositivos de seguridad pueden tambin instalarse sobre la cadena cinemtica: deteccin de sobrecarga, deteccin de sobrevelocidad, interruptores de fin de carrera altos y bajos, sobredesplazamiento, proteccin contra las superintensidades, deteccin de recubrimiento del cable, deteccin de desgaste de las guarniciones del freno de servicio, etc

7.4 Estudio de comportamiento en caso de sesmoEl comportamiento en caso de sesmo puede ser exigido para algunos puentes, en general los sometidos a las especificaciones EDF, o pedido validarse para los puentes no dimensionados al sesmo. La exigencia de comportamiento al sesmo para los puentes gra consiste en: tener en cuenta el caso de carga sesmo en los clculos de diseo: asegurarse que las deformaciones de la estructura (vigas) y del carro no son demasiado importantes con el fin de mantener el puente existente, asegurarse del buen mantenimiento de los equipamientos sobre las vigas y el carro: buen diseo de la tornillera y de las soldaduras, garantizar el comportamiento de los frenos si se exige el mantenimiento de la carga. instalar garras antidespegue entre los rodillos y los rales de la direccin y entre los rodillos y los rales de la va de rodadura para evitar todo descarrilamiento o despegue posible del carro y del puente. Estos 2 puntos permiten responder a la exigencia de mantenimiento de la carga y no cada del puente en caso de sesmo. Si se requirieran ms funcionalidades del puente despus de sesmo como el arriamiento de la carga, se estudiaran otros puntos de diseo. EDF preconiza tres mtodos de clculos para el diseo al sesmo: El mtodo esttico equivalente El mtodo dinmico de respuesta espectral


29

El mtodo dinmico Time-History Los mtodos dinmicos son obligatorios para todos los puentes gra clasificados IPS (Importante para la Seguridad) y sujetos a los referenciales CST 07 y GUA CIDEN Seguridad Reforzada. Para los otros puentes EDF elije el mtodo el ms adaptado. En el mtodo esttico equivalente, la estructura en vaco se modeliza mediante el mtodo de los elementos finitos. Este mtodo consiste en aplicar una aceleracin ssmica aumentada por un coeficiente constante. Se comprueba que las solicitaciones en la estructura (estructura y va de rodadura) y en los rganos de fijaciones no superan el lmite de elasticidad del material, y que no hay riesgo de alabeo o pandeo en la estructura. Este mtodo es mucho ms conservativo que los mtodos dinmicos e implica importantes modificaciones en las secciones utilizadas y el diseo. En los estudios, el tiempo de clculo de este mtodo es escaso. El mtodo de respuesta espectral consiste en aplicarse a una estructura modelada por elementos finitos, una excitacin ssmica - un acelerogramo f(t). Se realiza a continuacin un anlisis modal del sistema que se integra para obtener la respuesta temporal y determinar los esfuerzos y las solicitaciones. Este mtodo determina con precisin la respuesta de sistemas con comportamientos lineales (juegos escasos, pocos choques). El tiempo de clculo de este mtodo es mayor que el del mtodo esttico equivalente, pero las modificaciones de concepto que se derivan son menos importantes. El mtodo Time-History es un mtodo dinmico para los comportamientos no-lineares (presencia de juegos importantes, fricciones, choques). La estructura tambin es modelada por elementos terminados. Pero la excitacin ssmica vara en el tiempo. La curva del acelerogramo representa la evolucin de la aceleracin comunicada al puente en funcin del tiempo, durante la duracin del sesmo (alrededor de 20 segundos). Para cada intervalo de tiempo se estudian los modos propios, las reacciones de los apoyos, la respuesta de la estructura en trmino de esfuerzos, solicitaciones y desplazamientos en las tres direcciones (x, y, z) y las aceleraciones obtenidas. Este mtodo se realiza a travs de largos clculos. Los resultados obtenidos se acercan mucho a la realidad, las modificaciones que deben realizarse son menos importantes que otros dos mtodos.

30


7.5 Reglamentacin y Normas de la Federacin Europea de ManutencinLa reglamentacin tiene por objetivo garantizar el mejor nivel posible de seguridad en el trabajo. Determina y define: La lista de los equipamientos de trabajo y medios de proteccin sujetos a las obligaciones. Las normas tcnicas a las cuales deben satisfacer los materiales en cuestin: normas generales, normas tcnicas de prevencin de los riesgos, normas tcnicas para los accesorios de elevacin. Los procedimientos de conformidad aplicables a los equipamientos de trabajo y el tipo de certificados de conformidad en funcin del equipamiento de trabajo. Las medidas de organizacin para la utilizacin de los equipamientos de trabajo. Los 3 principales textos legislativos son los siguientes: DE 98/37/CE del 22/06/98 que se aplica a las mquinas y que establece las exigencias esenciales de seguridad y de salud concernientes. Decreto n98-1084 de 02/12/98 imponente de nuevas condiciones tcnicas para los elevadores y mquinas mviles sin marcado CE, as como de las medidas complementarias para la utilizacin de estos equipamientos. Decreto de 01/03/2004 que fija las condiciones de comprobacin de los equipamientos de trabajo utilizados para la elevacin de carga, la subida de puestos de trabajo o el transporte en subida de personas. La Comisin Tcnica de la Federacin Europea de Manutencin (FEM) public normas de clculos para los aparatos de elevacin (seccin I y seccin IX). Para el material de elevacin dicho de serie tal como los polipastos, los accesorios de elevacin y las plataformas elevadoras, se utiliza la seccin IX.


31

La seccin I est consagrada a los aparatos pesados de elevacin y de manutencin. La tercera edicin se revis en 1998, est formada por 8 cuadernos: Cuaderno 1: objeto y mbito de aplicacin. Cuaderno 2: clasificacin y solicitaciones de las estructuras y de los mecanismos. Cuaderno 3: clculo de las tensiones en la estructura. Cuaderno 4: clculo y eleccin de los elementos de mecanismos. Cuaderno 5: equipo elctrico. Cuaderno 7: normas de seguridad. Cuaderno 8: cargas de pruebas y tolerancias. Cuaderno 9: suplementos y comentarios a los cuadernos 1 a 8 (incluye tambin el cuaderno 6 estabilidad y seguridad contra la impulsin por el viento que se suprimi.)

7.6 Prescripciones tcnicas EDF: CST / Guides CIDEN7.6.1 Los CST del ParqueLos Cuadernos de las Prescripciones Tcnicas de EDF constituyen la base tcnica de las clusulas generales de un m ercado. Estas especificaciones se refieren a los estudios, a la construccin y al montaje en el sitio. Los CST integran la vuelta de experiencia de EDF. Son ms exigentes que la FEM o la reglamentacin (coeficientes de seguridad superiores) e imponen clculos suplementarios para obtener una vida til superior a 25 aos. Para las unidades de explotacin relativos a la disponibilidad o la seguridad del tramo, existe dos CST: CST 60.C.007.03: Maquinas de elevacin y manutencin clasificadas Alta Seguridad CST 60.C.009.02: Maquinas de elevacin y manutencin no clasificadas Alta Seguridad El CST alta seguridad (60.C.007) introduce el concepto de clasificacin: El aparato se clasifica en nivel 1 para el ms alto nivel de seguridad (ejemplo sobre el Parque: puente polar del edificio reactor).

32


El aparato se clasifica en nivel 2 por razones de seguridad o para razones econmicas (alto valor econmico de la carga, daos potenciales importantes, consecuencias sobre la disponibilidad del tramo, utilizacin intens iva o exigencias imperativas sobre la posicin de la carga). Las especificidades introducidas por este CST son principalmente diseos de la cadena cinemtica, coeficientes suplementarios en los casos sesmos y accidente, concepciones al nivel de la estructura, prescripciones ms precisas para las soldaduras y los rales El CST no alta seguridad (60.C.009) se aplica a las unidades que no responden a los criterios definidos antes y que no son puentes normales. Este CST especifica entre otras cosas un grupo mnimo A2, coeficientes suplementarios para los mecanismos, clculos a la fatiga, distintas modalidades de diseo y complementos a la FEM para los esfuerzos.

7.6.2 Las guas del CIDENEl mbito de la deconstruccin es muy diferente del Parque en explotacin. El combustible que emite 95% de la radioactividad de una central en explotacin se ha quitado. Cuando se desmantela edificios, estn contaminados y por eso los niveles de seguridad en juego son menores. Adems la vida til de los equipamientos es menor. Los CST del Parque se reanudaron a fin de reducrselos para dar las guas del CIDEN. Para las unidades de elevacin, se redactaron dos guas: ELIFP/04 00287: puentes clasificados Seguridad Reforzada ELIFP/04 00282: puentes clasificados Seguridad no Refo rzada Estas guas limitaron la especificacin con relacin a las normas FEM. Eliminan los clculos a la fatiga (durada de vida inferior a 25 aos), las especificaciones para el suministro de los materiales, etc. Las especificidades de cada sector, de cada situacin de desmantelamiento y el estado dudoso de las maquinas de elevacin existentes impiden una clasificacin por tipo de aparatos. Pues la nota ELIFP/04 00295 (Deconstruccin, Gua de utilizacin de las especificaciones) define la eleccin de las especificaciones en funcin del nivel de riesgo requerido para las operaciones de desmantelamiento.


33

7.7 La fiabilidad de una unidad de elevacinLa fiabilidad se expresa por la tasa de fallo a la cada de carga, expresada en nmero de cadas por tiempo de funcionamiento (por ejemplo: 10-7 cadas/hora). Es resultante de los estudios de seguridad que postulan una frecuencia mxima de ocurrencia de accidentes (nivel aceptable de riesgo por ao). Esta fiabilidad a la cada de carga es el resultado de un clculo probabilstico en las tasas de fallos de los componentes que ayudan a mantener la carga. El nivel de fiabilidad determina el diseo del equipamiento, la calidad de fabricacin de los componentes y del mando. A continuacin, se le aade el factor humano. Si el puente que circula se disea siguiendo todas las condiciones de los CST y guas CIDEN, se puede asociar un nivel de fiabilidad a las distintas concepciones de cadena de elevacin (ver tabla 7.1). Fiabilidad asociada al aparato

Concepcin tipoCadena cinemtica cerrada con 4 frenos o abierta con 3 frenos (con un freno de seguridad en el tambor) 2 cables independientes (si hay una rotura de un cable, el otro retiene la carga)

10-9 /h

deteccin de sobrecarga, deteccin de sobrevelocidadCadena cinemtic a abierta con 2 frenos (con un freno de seguridad en el tambor) 10-7 /h

deteccin de sobrecarga, deteccin de sobrevelocidadCadena cinemtica abierta con 2 frenos en el rbol GV 10-6 /h

deteccin de sobrecarga, deteccin de sobrevelocidadCadena cinemtica abierta con 2 frenos (con el freno elctrico del motor y un freno en el rbol GV) 10-5 /h de 10-3 /h hasta 10-4 /h

deteccin de sobrecarga, deteccin de sobrevelocidadCadena cinemtica abierta con 1 freno soloTabla 7.1: Concepcin modelo de la cadena de elevacin en funcin de la fiabilidad de la unidad [Fuente: ELIFP0800441: Unidades de elevacin: concepcin y fiabilidad]

34



35

8 Determinacin de los parmetrosLa cotizacin de puente gra dar una estimacin de coste de rango 20% que incluir caso como la sustitucin en totalidad de un puente gra en edificios existentes, o la instalacin de un nuevo puente gra en instalaciones nuevas. En ambos casos se trata de la realizacin e instalacin de sistemas mecnicos, elctricos y de mando de un puente gra (ver apartado 7.1, 7.2, 7.3). Despus de leer las normas FEM, los parmetros relacionados con las dimensiones del aparato son retenidos: la luz, la altura de elevacin, la longitud de las pistas, y los ligados a las solicitaciones del puente: la CMU, la clasificacin FEM del aparato, la clasificacin FEM del mecanismo de elevacin y el diseo al sesmo. Gracias al estudio de las generalidades de los puentes gra y ms especialmente de la nota ELIFP0800441 (Unidades de elevacin: Concepcin y fiabilidad), se tienen en cuenta los parmetros vida til y nivel de riesgo para definir el referencial que debe aplicarse y un tipo de diseo de la cadena de elevacin, y el tiempo de utilizacin en configuracin de riesgo que, con el nivel de riesgo, da tambin un tipo de concepcin de la cadena de elevacin. Los parmetros estndares elegidos son: La carga mxima de utilizacin (CMU), La luz, La altura de elevacin, La clasificacin FEM de la unidad, La clasificacin FEM del mecanismo de elevacin, El tiempo de utilizacin en configuracin de riesgo. La vida til,

36


El nivel de riesgo, (riesgo anual de cada de carga tolerado por el anlisis de seguridad) El referencial, La dimensin al sesmo, La longitud de va de rodadura.


37

9 Antecedentes: Recopilacin de datos histricos9.1 Base de datos9.1.1 Los industrialesLa cotizacin para la realizacin de un puente gra puede hacerse directamente con el constructor de puente gra (la cotizacin concierne solamente el puente) o con empresas de BTP1 que subcontratan los puentes gra a los industriales calificados (la cotizacin comprende otras prestaciones como la realizacin de un edificio). Los industriales de la manutencin trabajan segn sus conocimientos tcnicos para los distintos tipos de asuntos de puentes gra.

9.1.2 La cotizacin de puentes gra realizada a EDFLa base de datos se constituye a partir de las ltimas realizaciones en distintas unidades de EDF y presupuestos pedidos a los industriales franceses del sector. Los puentes gra afectados por este estudio son diseados solamente para las actividades de EDF, y pueden responder a las exigencias de uno de los distintos referenciales. En EDF los datos son recopilados por las siguientes unidades: el CIDEN, el CIT, el CNEN y el CNEPE. Para cada negocio, los datos tcnicos proceden del pliego de condiciones escrito por el encargado de estudios de EDF y las ofertas tcnicas de los industriales consultados, los datos econmicos se sacan de las ofertas comerciales y del anlisis de las ofertas por el comprador de EDF. En CIDEN la cotizacin para puentes gra se realiza para nuevas instalaciones como: ICEDA: esta instalacin fue concebida y construida para condicionar y almacenar residuos activados junto a la central de Bugey. Los distintos competidores para este mercado deban concebir esta instalacin en su totalidad (Edificios, desglose, dominio pedido, manutencin). Las ofertas comerciales para la manutencin ligadas a los cuatro puentes gra especificados (con los referenciales EDF) son poco detalladas. Adems las especificaciones tcnicas que haban cambiado despus de la1: Las empresas de BTP son las empresas constructoras encargadas de la construccin de obra pblica y edificios.

38


notificacin, (de Guas CIDEN a los CST SEPTEN), la documentacin sobre las negociaciones y la clusula adicional final para los puentes gra ha sido recuperadas. IDT de San Lorenzo: Esta instalacin fue concebida y reparada para almacenar los residuos TFA y FA-MA de la central de Saint Laurent. La parte manutencin est constituida por 2 puentes normales. IDT de Chooz: este asunto se refiere a la ordenacin de un edificio existente situado en zona dominioada de la central de Chooz A en IDT equipndolo de un nuevo puente de manutencin. IDT de Creys-Malville: Este asunto se refiere a la ordenacin del edificio de la sala de las mquinas de la central de Creys-Malville en IDT de residuos FAMA equipndolo de un nuevo puente de manutencin. En el CIT la cotizacin se realiza para las centrales trmicas. Son puentes estndares para pesadas cargas realizados para las centrales de Vaires sobre Marne, de Montereau y Blenod. En el CNEN la cotizacin se prescribe para los puentes situados en la zona no convencional de las centrales en construccin (el edificio combustible del EPR de Flamanville), sea el puente polar. En el CNEPE la cotizacin prescrita se refiere a los puentes situados en la zona convencional de las centrales en construccin (el EPR de Flamanville). Esta cotizacin concierne seis puentes gra especificados con los CST SEPTEN. Al final, la cotizacin citada arriba, reagrupa las compras de 21 puentes gra diferentes y la realizacin de presupuestos para 8 puentes gra.

9.1.3 Los presupuestosPor lo que se refiere a los industriales franceses del sector, ya existan presupuestos presentados al CIDEN durante los anteproyectos de anteriores negocios. Para completar la base de datos han sido enviados otros pedidos de presupuesto durante el estudio. Estas solicitudes de presupuesto se redactaron a partir de la base de datos de la cotizacin EDF para intentar completar la informacin sobre cada parmetro.


39

Los presupuestos archivados fueron hechos entre septiembre de 2002 y marzo de 2005 para el CIDEN. Las respuestas a los pedidos de presupuesto han sido redactados haciendo variar 1 o 2 parmetros con respecto a la cotizacin ya existentes. Los parmetros que variaron son el CMU, la clasificacin FEM de la unidad, especificados los referenciales, y la luz. Al final, los presupuestos conciernen 18 puentes gra.

9.2 Extrapolacin de los datos que faltanLa base de datos est constituida por 47 puentes gra, algunos de ellos, con parmetros no totalmente definidos. Para obtener un anlisis estadstico el ms pertinente, estos datos son extrapolados por analoga con otros asuntos similares tanto des del punto de vista tcnico como des del punto de vista comercial. Para la cotizacin realizada en el CIDEN, esta extrapolacin se hace para las ofertas competidoras tcnicas.

9.3 Actualizacin de los costesLa cotizacin compilada ha sido realizada entre 2002 y 2010. Durante estos ocho aos los costes de la materia prima y de la mano de obra variaron. Por eso es necesario actualizar estos costes para poder a continuacin compararlos con una misma base de valor. En EDF, la direccin de las compras pone a disposicin una base de valores de ndices calculados o recogidos ante organismos f ables como el INSEE ndice pro, LMP, CNR, i LME. Para los puentes gra, existe un ndice dado por el INSEE ndice pro, (ver Anexo A) definido mensualmente. Para el estudio, se traern todos los costes al valor del mes de marzo de 2010. Ejemplo de clculo para la cotizacin A/R/09/07/30: Coste en septiembre de 2007: 260 000 ndice INSEE ndice pro de septiembre de 2007: 103,1 ndice INSEE ndice pro de marzo de 2010: 97,7

40


Coste actualizado a marzo de 2010:Cot 09 / 07 * Indice 03 / 10 97,7 = 260000 * 246382 Indice 09 / 07 103,1

El coste de marzo de 2010 sufre una disminucin de 5,2% con relacin al coste de septiembre de 2007.


41

10 Anlisis de la base de datosEl coste de un puente en EDF se calcula segn el esquema 10.1.

Coste de la estructura Coste del carro

Coste de un puente estndar = coste armonizado Coeficiente multiplicador de coste para la aplicacin de un referencial EDF Coste de un puente no estndar

Coste de la realizacin de la va de rodadura Coste de un dimensionamiento al sesmo

Leyenda: Violeta: prestacin estndar Naranja: prestacin opcional Verde: Coste de un puente

Esquema 10.1: Composicin del coste de un puente estndar o no

La base de datos constituida no est completa, faltan datos econmicos detallados para las diferentes prestaciones del esquema 10.1. Ha sido necesario tener una base completa en cada apartado. Haba que reconstruir toda la base de datos con extrapolaciones, relaciones a partir de costes de puentes no estndares y de otros datos. Por eso se analiza aguas arriba el clculo del coste de un puente.

42


10.1

Determinacin de los costes ligados a las prestaciones opcionales

A continuacin se analiza las prestaciones opcionales segn los parmetros definidos en el apartado 8. La tabla 10.1 da el nmero del apartado para cada anlisis de prestaciones. Parmetros utilizados para determinar el coste de la prestacinVida til Nivel de riesgo Anlisis del prescriptor Luz CMU Longitud de la va de rodadura CMU

Prestaciones opcionales

Apartado

Aplicacin de un referencial EDF Dimensionamiento al sesmo Realizacin de la va de rodadura Resumen de las modelizaciones de costes de las prestaciones opcionales

10.1.1 10.1.2 10.1.3 10.1.4

Tabla 10.1: Lista de las prestaciones opcionales posibles y de los parmetros utilizados para definir sus costes

10.1.110.1.1.1

Especificaciones EDFEleccin del referencial

Un referencial se constituye del mbito legislativo y de las especificaciones tcnicas que debe aplicar el aparato de elevacin. Para un aparato de elevacin, su referencial aplicado se escoge dentro de los posibles referenciales: el referencial estndar (sea la aplicacin de la reglamentacin y des las normas FEM), los referenciales SEPTEN (un CST SEPTEN completa las exigencias del referencial estndar), los referenciales CIDEN (un Gua CIDEN completa las exigencias del referencial estndar).


43

Para todos los puentes sometidos a las exigencias de seguridad, la aplicacin de un referencial no es opcional. La eleccin del referencial, a aplicarse o no, se hace en un primer tiempo con ayuda de los parmetros vida til y nivel de riesgo (ver esquema 10.2). Si el prescriptor considera que el referencial elegido est especificado demasiado alto o bajo con respecto a la necesidad real, el mismo prescriptor tiene la posibilidad de aplicar otro referencial. No

Nivel de riesgo requerido Si Especificaciones EDF a retener

Material estndar

Vida til > 25 aos

Vida til < 25 aos

CST SEPTEN

Guas CIDEN

Nivel de riesgo < 10-3 /ao

Nivel de riesgo = 10-3 /ao

Nivel de riesgo < 10-3 /ao


CST 07: Aparatos clasificados Alta Seguridad

CST 09: Aparatos no clasificados Alta Seguridad

Seguridad Reforzada

Seguridad No Reforzada




Nivel 1

Nivel 2: razones de seguridad nuclear

Nivel 2: razones econmicas

Esquema 10.2: Eleccin de un referencial

44 10.1.1.2


Estudio de los costes de los referenciales

Cada referencial con relacin al referencial normal genera costes suplementarios en los estudios, los componentes, la fabricacin y el control de la calidad. Un estudio interno realizado por el SEPTEN permiti determinar coeficientes multiplicadores de costes (ver Tabla 10.2) entre un puente que circulaba normal y un puente conforme al CST. Referencial Coste Estndar 1 Comentarios ESTUDIOS: entre 15 y 25% del coste total MATERIAL/FABRICACION/CALIDAD: entre 50 y 70% del coste total TRANSPORTE/MONTAJE/PRUEBAS: entre 15 y 25% del coste total CST 009 1,5 Con relacin a un puente estndar: MATERIAL un +25% sobre el coste para un puente de baja capacidad (se pasa de una solucin polipasto para un puente estndar a una solucin cabrestante) un +15% sobre el coste para un puente de grande capacidad (se tiene una solucin cabrestante en los 2 casos) ESTUDIOS Aumento muy significativo de la parte estudios (+100%?) SEGUIMIENTO CALIDAD aumento significativo del seguimiento calidad 1,8 (razones Con relacin a un puente CST 009: econmicas) MATERIAL 2,2 (razones un +10% sobre el coste si razones econmicas ya que el freno de seguridad) de seguridad no son necesarios un +20% sobre el coste suministro si razones de seguridad + aumento del coste del mando (el CRT 016 es aplicable) ESTUDIOS aumento de 20 al 30% de la parte estudios SEGUIMIENTO CALIDAD aumento significativo del seguimiento calidadTabla 10.2: Estimacin de los sobrecostes inducidos por la aplicacin de los CST [Fuente: Estudio interno EDF SEPTEN]

CST 007

La estimacin de la parte Estudios/Material-Fabricacin-Calidad/Transporta-MontajePruebas de un puente estndar viene de los datos econmicos de la base para los puentes estndares.


45

La gua del CIDEN seguridad no reforzada est muy cerca del CST 009, en trminos de dimensionamiento. Las algunas disminuciones de la gua CIDEN se refieren a coeficientes de dimensionamiento, lo que no pone en cuestin el nivel de los estudios que deben realizarse para hay un impacto en el coste del material (variacin de 5 %). Las principales diferencias se refieren al seguimiento de calidad (disminucin de 10% con respecto al CST 009). La gua del CIDEN seguridad reforzada propone disminuciones muy importantes con relacin al CST 007. Al nivel de los estudios, las exigencias de dimensionamiento son menos importantes que para los principales componentes de la cadena cinemtica y el sistema electrnico. Estas exigencias influyen en el coste del material (disminucin de 13% con respecto al CST 007 nivel 2 razones de seguridad). El seguimiento de calidad exigido es tambin menos importante (disminucin de 13% respecto al CST 007 nivel 2 razones de seguridad). Los coeficientes multiplicadores se recogen en la tabla 10.3. Referencial Estndar Gua CIDEN seguridad no reforzada CST 009 Gua CIDEN seguridad reforzada CST 007 Coste 1 1,3 1,5 1,6 1,8 (eco) 2,2 (seguridad)

Tabla 10.3: Lista de los coeficientes multiplicadores de coste entre los referenciales

10.1.210.1.2.1

SesmoEleccin de los parmetros

El coste total de la inversin del mtodo esttico es muy elevado en casi todos los casos con relacin a otros mtodos. Las modificaciones impuestas con el mtodo del espectro de repuesta son menos importantes que con el mtodo esttico. Es una buena relacin tiempo de estudio / coste de fabricacin. El mtodo Time-History es utilizado para calificar, al dimensionamiento al sesmo, los puentes gra ya existentes, para no tener que cambiarles. Para los puentes de este estudio (nuevos puentes con exigencias de seguridad) el dimensionamiento al sesmo ptimo que debe considerarse es el mtodo del espectro de respuesta (ver apartado 7.4).

46


Los parmetros principales son la aceleracin de las solicitaciones, la luz y el CMU. La aceleracin de las solicitaciones es definida por la localizacin del aparato (lugar, edificio, nivel). Las frecuencias que hacen vibrar el puente son obtenidas con las solicitaciones. Se calculan las frecuencias propias de la estructura, dependientes de la luz y la CMU. Si las dos frecuencias son iguales, el puente entra en resonancia. Por este motivo el caso sesmo constit uye un caso real de dimensionado. En caso contrario, no es necesario ningn diseo especfico. 10.1.2.2 Estudio del coste del diseo al sesmo

El coste de los estudios se compone del coste horario de un ingeniero multiplicado por el tiempo de realizacin de un an lisis modal. La evaluacin de tiempo de modelizacin y de explotacin de los resultados se detalla en el anexo B. El dimensionado teniendo en cuenta el caso de sesmo se traduce en cuanto a concepcin en ms componentes: garras antidespegue que retengan la estructura y impidan descarrilar y caer, por concepciones diferentes que absorben las tensiones en los interfaces estructura-va de rodadura y carro-estructura. sobredimensionamiento de algunas piezas en las concentraciones de tensiones. puentes no estndares, se requieren algunas funcionalidades despus de un sesmo como el descenso de la carga, lo que implica concepciones diferentes. Segn los proveedores de puentes gra, el coste considerado vara linealmente en funcin de la CMU y la luz con una parte fija para los componentes bsicos. La determinacin de las ecuaciones es desarrollada en el anexo B. Las ecuaciones de coste al dimensionamiento al sesmo son: Para un puente estndar: y=100*CMU+250*Luz+23300 (Ec. 10.1)


47

Para un puente no estndar: y= 200*CMU+500*Luz+46600 (Ec 10.2)

10.1.310.1.3.1

Va de rodaduraCaso de realizacin

Un puente rueda sobre dos vas de rodadura. Son compuestas de un ral de translacin fijado por anclajes de fijacin en un soporte de acero (viga) o de hormign. Un ral de translacin puede ser de tipo abombado, cuadrado o Burbach (ver figura 10.1).

Figura 10.1: Perfiles de rales te tipo superficie abombada, cuadrado, Burbach

En el caso de la sustitucin total del puente, despus del peritaje de la va de rodadura, se determina si debe o no ser sustituida. Eso depende principalmente de las solicitaciones a la s cuales se someter, es decir, la masa que se desplazar sobre los rales. Esta masa incluye la CMU y la masa del puente. Si la masa total es mayor que la del puente sustituido, es necesario comprobar que los rales y la estructura pueden soportar los esfuerzos (bueno diseo con relacin a los esfuerzos) y estar conservadas. En la mayora de los casos, las nuevas solicitaciones son determinadas durante el anteproyecto para evitar la sustitucin del soporte de los rales, pues la estructura se conserva y solamente los rales de las vas de rodadura son sustituidos. En una menor medida, depende del estado de la va de rodadura al nivel de los rales y de las fijaciones. En ese caso se conserva tambin la estructura y si necesario se sustituyen los rales. En el caso de la instalacin de un puente nuevo, la concepcin del edificio tiene en cuenta el suporte de los rales de translacin. En la construccin del edificio, la empresa de ingeniera civil hace la realizacin de este suporte. La instalacin de los rales de translacin o se deja a cargo de la empresa de BTP, o del fabricante de puente gra.

48


En los dos casos, la instalacin de un nuevo puente incluye la alimentacin elctrica de la cadena cinemtica de translacin. Eso se traduce en una guirnalda elctrica sobre toda la longitud de la va de rodadura a cargo del fabricante de puente. En los 2 casos, el suporte en acero o en hormign es realizado por una empresa de BTP y nunca por el constructor de puente gra. Las prestaciones posibles del constructor de puentes son: La instalacin de los rales de va de rodadura si fuera necesario, En todos los casos, la alimentacin elctrica de la translacin. 10.1.3.2 Parmetros seleccionados y coste El coste del suministro de los rales de translacin y las fijaciones va ra en funcin del perfil del ral y de la longitud a instalar. El coste de la alimentacin elctrica vara en funcin de la longitud de cable elctrica que debe instalarse. El coste de montaje depende del nmero de metros lineales que deben instalarse. El parmetro longitud de va de rodadura influye directamente y linealmente sobre estos tres costes. Los parmetros que influyen en el perfil del ral deben ser determinados. La ecuacin C.1 presente en el anexo C permite de determinar los valores de anchura del ral con la carga mxima en un rodillo y su dimetro. Estos valores son dados en la tabla 10.4.


49

Tabla 10.4: Cargas admisibles sobre los rodillos [Fuente: Cuadro III - Recomendaciones para el clculo y la realizacin de los caminos de rodadura de puentes gra - 3 e Parte]

Con la tabla 10.4, el dimetro de los rodillos y su anchura til del ral aumentan cuando la carga aumenta.

Grafico 10.1: Evolucin de la masa de la estructura segn la luz para diferentes CMU con una clasificacin FEM del aparato A1, la metodologa para obtener este grafico es descrita en el apartado 10.2

Segn el grafico 10.1, para una luz constante, la CMU determina la masa de la estructura y pues la carga suportada por los rales. La CMU influye directamente en el perfil del ral. Multiplicando la altura del ral con su anchura til, la superficie del perfil es estimada. La

50


evolucin de esta superficie en funcin de la carga mxima en los rodillos es estudiada en el grafico 10.2.

Grafico 10.2: Influencia de la masa a mover sobre la superficie del ral de translacin

Segn el grafico 10.2, el coeficiente de correlacin R de la recta es superior a 0,95 y puede aceptarse que los dos parmetros son dependientes. La CMU influye directamente y de manera linear en la superficie del perfil. La ecuacin de la recta del grafico 2 es utilizada2 para obtener la superficie estimada del perfil. Esta superficie debe ser expresada en m y

multiplicada por la longitud de la va de rodadura para determinar la masa. En el anexo C, son determinadas dos ecuaciones de coste segn los datos comerciales de los fabricantes. Estas ecuaciones son las que se presentan a continuacin:cos te = 36050* (0,000187* CMU + 0,0021)* L + ( 526 + 50)* L

(Ec. 10.3) (Ec. 10.4)

cos te = 50 * L

El coste de la prestacin instalacin de los rales de la va de rodadura y la alimentacin elctrica se define mediante la ecuacin 10.3. El coste de la prestacin instalacin de la alimentacin elctrica se define mediante la ecuacin 10.4. La sntesis de los costes de las prestaciones opcionales es presente en el anexo D.


51

10.2

Determinacin de los costes ligados a la prestacin estndar

Se concibe un puente gra considerando dos sistemas: el carro y la estructura viga-testeros. Los parmetros son asociados en funcin de su influencia en el diseo de los dos sistemas. Sus asociaciones permiten de definir el coste de cada uno de los dos sistemas, la estructura y el carro.

10.2.110.2.1.1

EstructuraParmetros elegidos

La estructura principalmente est formada por dos testeros y de dos vigas de acero que forman un cuadriltero (ver apartado 7.1, esquema 7.1). Construido en la mayora de los casos con acero S355, las vigas y testeros son realizados o con perfiles estndares del comercio, o reconstituidas con chapas para formar vigas cajones, o en enrejado con perfiles estndares. La estructura enrejado no se estudia en nuestro caso ya que est prohibida para los puentes que respetan los referenciales EDF. Para los pequeos puentes, se utilizan secciones normales rectangulares huecos o laminadas en I, cuyo coste es proporcional a la masa de acero comprada. Para los puentes ms grandes, se realizan las vigas en cajn con las operaciones siguientes de fabricaciones: puesta en forma, recorte, preparacin de las superficies, montaje, soldadura, fabricacin, enderezamiento, pintura. El coste de estas operaciones es proporcional a las dimensiones de las piezas (Por ejemplo, para la soldadura, el coste es proporcional al metro lineal de soldaduras que deben realizarse que son ellos proporcionales al perfil del cajn y en consecuencia a su masa). El coste de los suministros es l proporcional a la masa de chapas utilizadas. En los dos casos, los componentes que garantizan la translacin (motores, reductores, frenos, rodillos) son diseados en funcin de la masa total que debe desplazarse sea la carga mas el peso total del puente. El coste de estos componentes es por eso proporcional a la masa desplazada del puente y en consecuencia a la masa de las vigas de la estructura. Esta masa debe ser determinada.

52


La ecuacin de la masa de una viga de seccin tubular rectangular (ver esquema 10.3) se puede calcular como:M 1 poutre L * ( 2 * e * ( H + B ) 4 * e 2 ) * ,

(Ec. 10.5)

-

L: la longitud de la viga ie la luz [m], B, H y e: las dimensiones de una seccin rectangular hueca [m].

-

A = Area perfil = H * B ( H 2 * e) * ( B 2 * e) A = 2 * e * ( H + B) 4 * e 2(Ec. 10.6)

-

?: la masa volumtrica del acero S355 [7850kg/m3].

Esquema 10.3: Secciones rectangulares plenos y huecos

Para determinar la ecuacin 10.5, las dimensiones del perfil deben ser definidas. Las dimensiones del perfil son una consecuencia directa del diseo del pue nte para resistir a los cargamentos. Utilizando una modelizacin dbil (viga apoyo-pivote), las formulas de resistencia de los materiales (solicitacin a flexin) la ecuacin 10.7 es utilizada para ligar las dimensiones del perfil a los esfuerzo presentes en la viga.


53

xx =

Mf z *y= I Gz

Mf z I Gz 2 * H

,

(Ec. 10.7)

Con

xx la solicitacin a la flexin [N.m-2 ]

Mf z el momento flector segn el eje z [N.m]I Gz el momento cuadrtico segn el eje z [m4 ] H la altura de la seccin del perfil [m]

Mf z se determina con la CMU, la luz y el coeficiente en la carga definido por las normasFEM (clasificacin FEM del aparato). La resolucin de la inecuacin xx < a ( a es la solicitacin mxima admisible) conduce a la inercia mnima necesaria y despus a las dimensiones necesarias del perfil. La masa es ahora conocida. Como conclusin, se puede decir que la determinacin de la masa depende de tres parmetros: La carga mxima de utilizacin La luz El coeficiente de aumento de las tensiones determinado por la clasificacin FEM del aparato Los prrafos siguientes describen los clculos de cada termo de la ecuacin 10.7 para obtener e, H y B en la ecuacin 10.5. 10.2.1.2 Calculo del momento flector

Eleccin del caso de solicitacin para obtener las solicitaciones que existen en las vigas de la estructura: Segn al cuaderno 2 de las normas FEM, apartado 2.3, Existen tres casos de solicitaciones sometidos por los puentes gra:

54


El caso del servicio normal sin viento, El caso del servicio normal con viento lmite de servicio, El caso de las tensiones excepcionales. Todos los puentes-gra estudiados, y los que estarn instalados, son o estarn presentes en instalaciones cerradas y en consecuencia no son sometidos a la fuerza del viento. Por eso, el caso de solicitaciones en cuestin en los clculos es el primer caso: el caso del servicio normal sin viento. Segn el cuaderno 2 de las normas FEM, apartado 2.3.1, La ecuacin de las solicitaciones es: ST = c * ( S G + * S L ) . Con ST (N): las solicitaciones totales. ?c : el coeficiente de sobreestimacin de la clasificacin FEM del aparato 8vease tabla 10.7). (Ec. 10.8)

Grupo del aparato

A1

A2

A3

A4

A5

A6

A7

A8

?c

1

1,02 1,05 1,08 1,11 1,14 1,17 1,2

Tabla 10.5: Valores del coeficiente de aumento ?c

Segn la tabla 10.7, ?c es considerado lineal, la ecuacin de la regresin lineal de esta tabla es c = 0,0292 * groupe FEM + 0,965 . SG (N): El peso propio de la estructura. SG es proporcional al peso de las dos vigas: (Ec. 10.9)

S G = 2 * M1 poutre * 9,81

(Ec. 10.10)

SL (N): la carga de servicio sea la CMU + el peso de los balancines + el peso del carro. ? : el coeficiente dinmico.


55

= 1 + 0,6 *V L

(Ec. 10.11)

con VL, la velocidad de elevacin superior o igual a 1 m/s. Segn el apartado 2.2.2.1 .1. del cuaderno 2 de las normas FEM = 1,6 . Calculo del momento flector para una viga modelizada en el esquema 10.4: SL : Fuerza puntual modelizando la carga de servicio SG : Fuerza linear modelizando la masa de la estructura L : Luz

y

r SG

r SL

x

L L/2Esquema 10.4: Modelizacin de una viga y los esfuerzos que actan sobre ella

Gracias a la simetra, el comportamiento al RDM de una viga queda determinado. El momento flector en L/2 para una viga es definido por: SL 2 )dx Mf x = 0 c 9,81(( 2 * e * ( H + B) 4 * e 2 ) * *x + 2 x2 *SL Mf x = c * 9,81 * ([( 2 * e * ( H + B) 4 * e 2 ) * * ] L / 2 + * [ x]L / 2 ) 0 0 2 4 1 1 Mf x = c * 9,81 * ( ( e * ( H + B ) 2 * e 2 ) * * L2 + * * S L * L) 2 4L/ 2

*

(Ec. 10.12)

10.2.1.3

Calculo del momento cuadrtico

El momento cuadrtico IGz de una seccin de seccin rectangular hueco del esquema 10.3 es:

56


I Gz =

B * H 3 ( B 2 * e) * ( H 2 * e) 3 12 12 Calculo de la masa de las vigas

(Ec. 10.13)

10.2.1.4

La ecuacin 10.7 se expresa ahora de la manera siguiente:

xx

1 1 c * 9,81* ( (e * ( H + B) 2 * e 2 ) * * L2 + * * S L * L) 2 4 = = 3 3 2 B* H ( B 2 * e ) * ( H 2 * e) 2 I Gz * ( )* H 12 12 H Mf z

(Ec. 10.14)

Segn el apartado 3.2. del cuaderno 3 de las normas FEM, la viga debe sufrir una dificultad inferior a s a. Para el caso I de las tensiones, a = e 355 = = 237 MPa . 1,5 1,5

Los tres parmetros (CMU, luz y clasificacin FEM) son fijados alrededor de valores reducidas, y el perfil y la solicitacin asociada son determinados tal que a xx todo siendo bastante cercanos, y que las dimensiones del perfil sean nmeros enteros. La solicitacin s xx obtenida ahora queda fijada. Las dimensiones de los perfiles y los parmetros luz y CMU utilizados anteriormente son considerados como datos de base. Unos coeficientes multiplicadores son asociados a estos parmetros para estudiar su influencia sobre la masa final de la viga. x: coeficiente multiplicador de las dimensiones del perfil Las dimensiones del perfil varan proporcionalmente (ejemplo: cuando el grosor es multiplicado por x, la base y la altura lo son tambin:H nuevo perfil = H base * x ).

y: coeficiente multiplicador de la luz , y =

nueva luz luz base

(Ec. 10.15)

f: coeficiente multiplicador de la carga de servicio f =

nueva c arg a de servicio c arg a de servicio de base(Ec. 10.16)


57

El parmetro de la clasificacin FEM del aparato queda definido por la ecuacin 10.9. Por fin, la masa estimada de ninguna estructura se extrae con los datos de base y los coeficientes multiplicadores x e y gracias a la ecuacin siguiente:2 M 2 poutres = 2 * Lbase * ( 2 * ebase * ( H base + Bbase ) 4 * ebase ) * * x 2 * y ,

(Ec. 10.17)

El coeficiente x debe determinarse en funcin de todos los dems parmetros a partir de la solicitacin siguiendo los clculos del Anexo E.2(b * y 2 * c ) 3 d * y * c * f 2(b * y 2 * c ) 3 d * y * c * f 2 4 (b * y 2 * c ) 2 3 + )+ ( + ) + ( ) 27 * a 2 a 27 * a 2 a 27 3* a2 )1/ 3 2

x=(

(

2(b * y 2 * c ) 3 d * y * c * f 2(b * y 2 * c ) 3 d * y * c * f 2 4 (b * y 2 * c ) 2 3 + ) ( + ) + ( ) 27 * a 2 a 27 * a 2 a 27 3* a 2 +( )1 / 3 2 b * y2 * c (Ec. 10.17) 3*a 2 a = I Gz base * * xx H base (

con b =

9,81 * M poutrede base * Lbase 2 9,81 d = * * S L base * Lbase 4

(Ec. 10.18)

10.2.1.5

Anlisis de la ecuacin de la masa de la estructura

La influencia de los parmetros luz, CMU y clasificacin FEM sobre el coeficiente x y sobre la masa de la estructura es analizada en los grficos 10.3, 10.4 y 10.5. El grafico 10.3 estudia la influencia de la CMU sobre la masa de la estructura, la ecuacin 10.17 es trazada con el parmetro clasificacin FEM del aparato c =1. La CMU en toneladas es trazada en el intervalo [8; 250] para diferentes valores de luz [6; 11,5; 19; 30; 45] en metros.

58


Grafico 10.3: Evolucin de l

Documents

Memoria PFC Puente Grua