Rack 04 5 Niveles

RACK 04 Pgina 1 de 15

MEMORIA DE CLCULO Fecha: 17/Abril/2014

INFORME 11 Rev: 0

RACK 04

MEMORIA DE CLCULO

Documento No.

INFORME-11-14

0 1704/2014 PARA INFORMACIN A.T.D. B.G.C. B. GONZALEZ REV FECHA DESCRIPCION REALIZADO REVISADO APROBADO



INFORME 11 Rev: 0

ndice

1. OBJETIVO ....................................................................... 3

2. ALCANCE ....................................................................... 3

3. NORMAS DE REFERENCIA ................................................ 3

4. ESQUEMA DE LA ESTRUCTURA ......................................... 3

5. DATOS DE ENTRADA PARA EL ANLISIS............................. 4

6. ESFUERZOS DE LOS MATERIALES PARTE DEL ANLISIS. ..... 5

7. APLICACIN DE CARGAS A LA ESTRUCTURA ...................... 5

8. RESULTADOS DEL ANLISIS DE LA ESTRUCTURA.............. 10

9. RESULTADOS DE DEFLEXIN MXIMA.............................. 11

10. CLCULO DE ESFUERZO EN PUNTOS DE IZAJE (OREJAS DE IZAJE) ........................................................................ 12

11. CONCLUSIONES ............................................................ 14



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1. OBJETIVO

El presente documento tiene por objeto presentar los resultados de la

verificacin de la estructura para soporte de carga RACK 04 e identificar el peso

mximo por nivel que puede soportar la misma.

2. ALCANCE

Determinar la carga mxima de trabajo por nivel de la estructura RACK 04.

3. NORMAS DE REFERENCIA

Las normas utilizadas para el desarrollo de la verificacin de diseo se mencionan a continuacin:

AISC Allowable Stress Design ASD. Novena Edicin.

ASCE Minimum Design Loads for buildings and other Structures 2.

4. ESQUEMA DE LA ESTRUCTURA



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Fig. 1. Esquema RACK 04.

Fig. 2. Vistas y Dimensiones RACK 04.

5. DATOS DE ENTRADA PARA EL ANLISIS

La estructura exterior consiste en un armazn de tubos cuadrados de 150 mm x

100 mm con un espesor de 4 mm. En el centro de la estructura se disponen 4

perfiles verticales de 150 x 100 x 4 mm donde se empotran en cantiliver los

brazos de cada nivel. Cada uno de estos perfiles contiene 5 brazos, formando

un Rack de 5 niveles. Los brazos son tubos cuadrados de 100 x 50 x 3 mm

soldados en un extremo con los verticales y reforzados en la esquina con cartelas

de 6 mm de espesor excepto en el nivel inferior. En la parte posterior se disponen 4 perfiles C de 100 x 60 x 3 mm y tubos cuadrados de 40 x 40 x 3 mm.

La carga que se considera para la verificacin de la estructura puede ser distinta

para los diferentes niveles. Estas cargas en el anlisis se aplican como cargas distribuidas a lo largo de la longitud de las vigas.



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La deflexin permitida no ser mayor que L/240, para evitar deformaciones excesivas durante la simulacin del modelo.

El factor de seguridad ser superior a 1.5.

Las cargas parte del anlisis son:

Carga muerta: peso propio de la estructura.

Carga Viva: peso a ser soportado por la estructura en cada nivel del rack.

La combinacin de carga se aplica de acuerdo a la que se indica en la norma ASCE 7.

6. ESFUERZOS DE LOS MATERIALES PARTE DEL ANLISIS.

A continuacin se muestran las propiedades mecnicas de los materiales con

los cuales se verifica el diseo.

Acero Estructural ASTM A-36

Esfuerzo de fluencia Sy36= 250 MPa

Esfuerzo a la rotura Su36= 400 MPa

7. APLICACIN DE CARGAS A LA ESTRUCTURA

En primer lugar se realiza la aplicacin de carga a uno de los brazos para analizar

su comportamiento y determinar su carga mxima de trabajo. En la figuras 3, 4 y 5 se observa el comportamiento de perfil de tubo cuadrado.



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Fig. 3. Carga Aplicada sobre Brazo de Nivel 1.

Con una carga de 400 kg, distribuida a lo largo de la viga, se puede observar que el esfuerzo de Von Mises en el brazo es de 159.9 MPa, el cual conlleva un factor de seguridad de 2.19 como muestra la figura 4.

Fig. 4. Factor de Seguridad en Brazo de Nivel 1.

La deflexin mxima se presenta en el extremo del cantilver con un valor de 2.22 mm < 2.75 mm (L/240). Estos resultados demuestran que los perfiles son capaces de soportar una carga de 400 kg individualmente.



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Fig. 5. Deflexin Mxima en Brazo de Nivel 1.

Una vez analizados los brazos de manera individual, se examina la capacidad de carga por nivel. Para esto se considera la accin de dos puntos de apoyo. El estudio se lo realiza en el nivel ms crtico que es el inferior (nivel 1), ya que no posee cartelas que compartan el esfuerzo.

Fig. 6. Cargas Aplicadas en Nivel 1.

Con una carga de 800 kg, distribuida a lo largo de las vigas, se puede observar que el esfuerzo de Von Mises en el Nivel 1 es de 161.3 MPa, el cual conlleva un factor de seguridad de 2.17 como muestra la figura 7.



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Fig. 7. Factor de Seguridad en Nivel 1.

La deflexin mxima se presenta en el extremo de los cantilver con un valor de 2.6 mm < 2.75 mm (L/240). Estos resultados demuestran que el nivel ms crtico es capaz de soportar una carga de 800 kg.

Fig. 8. Deflexin Mxima en Nivel 1.

Para anlizar el comportamiento de la estructura en general se aplicarn cargas distribuidas en todos los niveles del RACK 04, y los perfiles C y tubos cuadrados de la parte posterior como se observa a continuacin en la figura 9. Las cargas en el Rack se asignaron segn el nivel como se indica a continuacin: Nivel1 = 800 Kg; Nivel2 = 900 Kg; Nivel3 = 900 Kg; Nivel4 = 900 Kg; Nivel5 = 800 Kg; perfil C = 200 Kg; tubos cuadrados 40x40x3mm = 400Kg. (Los niveles han sido numerados de abajo hacia arriba).



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Fig. 9. Cargas Aplicadas en RACK 04. De la simulacin realizada con las cargas aplicadas en todos los niveles de la estructura, se obtiene un Esfuerzo de Von Mises de 127.4 MPa, presentandose este esfuerzo mximo en las cartelas del nivel 5 (de los soportes centrales) , y un esfuerzo importante en las orejas de izaje debido al peso conjunto distribuido en toda la estructura.

Fig. 10. Esfuerzo Mximo en RACK 04.



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8. RESULTADOS DEL ANLISIS DE LA ESTRUCTURA.

Del anlisis anterior se encuentra que el sector ms crtico de la estructura se

presenta en la parte central, por lo que para obtener los resultados se examina

direccionando las cargas a sta rea. El esfuerzo mximo de Von Mises obtenido

es de 179.8 MPa.

Fig. 11. Esfuerzo mximo en RACK 04. Bajo la accin de este esfuerzo se obtiene un factor de seguridad de 1.95, el cual es mayor a 1.5 considerado para el diseo.



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Fig. 12. Factor de Seguridad en RACK 04.

9. RESULTADOS DE DEFLEXIN MXIMA

Fig. 13. Desplazamiento mximo en RACK 04.

El desplazamiento mximo se presenta en los brazos del nivel 1 con un valor de

5.3 mm, pero cabe mencionar que es el resultado de la suma de los



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desplazamientos de toda la estructura en conjunto. Por esta razn, el valor de

deflexin mxima es el presentado en la figura 8 con un valor de 2.6 mm.

10. CLCULO DE ESFUERZOS EN PUNTOS DE IZAJE (OREJAS DE IZAJE)

Figura 14.- Dimensiones Oreja de Izaje.

e = 28.0 mm Espesor de la oreja de izaje.

L = 23.5 mm Longitud de corte.

Ao = e*L = 658.00 mm2

rea transversal de la oreja de izaje.

Sy = 250 MPa Esfuerzo de fluencia del material.

Ssy = 0.5 Sy = 125 MPa Esfuerzo de corte de la oreja de izaje

Carga = 6000 kgf = 60000KN

Carga Total.

No = 3

Nmero de orejas que soportan la carga.

Vo = = 20 KN

Carga sobre una oreja de izaje.



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y = = 30.77 MPa

Esfuerzo de corte sobre la oreja de izaje

fsy = = 4.06 Factor de seguridad de la oreja de izaje.

En el clculo de las orejas de izaje bajo esfuerzo de corte, se obtiene un factor de seguridad de 4.06, lo que garantiza que son capaces de soportar la carga aplicada de 6000 kg (6 T.) que es la suma de la carga muerta y la carga viva. Finalmente, durante la simulacin de uno de los puntos de izaje, se obtiene que el punto crtico se presenta en la placa base de la oreja, donde se presenta un esfuerzo mximo de 95.71 MPa.

Figura 15.- Simulacin de Esfuerzo y Desplazamiento en Oreja de Izaje.



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Figura 16.- Factor de Seguridad en Oreja de Izaje.

Como se puede observar el factor de seguridad obtenido del anlisis es

de 3.66, garantizando as que el punto de izaje soportar

satisfactoriamente. La carga aplicada para cada una de las orejas es igual

a 2000 Kg, que es el resultado de dividir la carga total de 6000 Kg, que a

su vez es la suma del peso propio de la estructura (500 kg) con la

capacidad de carga total (5500 kg), para el nmero de orejas que soportan

la carga suspendida (3).

11. CONCLUSIONES

De acuerdo a los resultados se obtiene que con la carga aplicada en el

anlisis el factor de seguridad es de 1.95 mayor que 1.5, mostrando que el diseo soporta la accin de las cargas aplicadas.

La deflexin mxima es de 2,6 mm, menor que 2.75 mm (L/240), y se presenta en los soportes en cantilver del Nivel 1.

La carga mxima de trabajo de la estructura por nivel se muestra en la

figura a continuacin.



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Fig. 17. Carga Mxima de Trabajo por Nivel en RACK 04 (Vista Frontal y Vista Posterior).

Nivel 1: 800 Kg.

Nivel 2: 900 Kg.

Nivel 3: 900 Kg.

Nivel 4: 900 Kg.

Nivel 5: 800 Kg.

400 Kg.

200 Kg.

400 Kg.

200 Kg.

400 Kg.

200 Kg.

400 Kg.

200 Kg.

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