MEMORIA DE CÁLCULO
CUERDAS DE VIDA Y SEGURIDAD
1. INTRODUCCIÓN Dadas las condiciones de trabajo en terreno y sobre todo para las maniobras, ya sea normal o críticas de montaje es necesario considerar siempre estándares básicos de seguridad, los cuales garanticen un trabajo óptimo sin accidentes. Específicamente para trabajos con condiciones críticas de seguridad, espacio y ergonomía de labor, es necesario asegurar las condiciones mínimas y básicas de seguridad. Es a partir de esto, que desde hace ya un par de años han sido considerados como variable trascendental, dentro de las etapas de fabricación y montaje, el concepto de diseño mecánico y estructural, y por sobre todo el cálculo estructural, que permita conjeturar globalmente y particularmente, que cargas y características son capaces de alcanzar el equipo o el elemento fabricado. En el caso de maniobras y trabajo con personas sobre y bajo estructuras, o que éstos se encuentren realizando labores en zona a gran altura o con grandes vanos con potencial caída bajo condiciones críticas de trabajo. Para la realización del presente trabajo, es necesario considerar la evaluación de los denominados “pinzas”, además de la resistencia del cable y del sistema de empotramiento. En el presente trabajo, será desarrollado empíricamente un estudio por medio de una Memoria de Cálculo, para una soportación provisoria realizada en la zona específica de Espesadores de Relaves y Concentrado.
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2. ALCANCE El análisis de los sistemas de cables de vida, bajo las condiciones de trabajo, es necesario de ser evaluadas previamente bajo condiciones utilizadas actualmente, para luego verificar la capacidad máxima de labor de cada uno de los sistemas en forma independiente. Cada uno de los sistemas ha sido analizado por medio de especificación entregada por cada uno de los proveedores particulares de la Constructora DSDEIMISA.
Figura.1. Sistema de seguridad “Cable de Vida”.
Figura.2. Detalle de sistema de Pie derecho.
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ANÁLISIS DE LA SITUACIÓN La figura 1 muestra el alcance bajo el cual se encuentran instalados los cables de vida, y además bajo que condiciones se encuentran éstos trabajando. En primera instancia, ha de ser evaluado, la carga que es generada por la caída de dos personas, y que condición generan sobre los cables de seguridad y cables de vida, para luego verificar cada una de las condiciones. 2.1. CAÍDA DE PERSONAS Se diseñó un cable de seguridad para soportar la caída de dos personas, con Factor de Seguridad dos (2) según NEO 07 Según la teoría de conservación de la energía y la conservación de la cantidad de movimiento se pueden hacer las siguientes conjeturas:
F
m *V ; donde t V = 2 * g * h (velocidad) t = tiempo
El peso de ambas personas, es considerado como de 200 [kg], además evaluando la posibilidad de una condición dinámica de 10%, equivalente a 20 [kg], quedando un total de 220 [kg]. 2.2. CÁLCULO DE LA FLECHA DE CABLE (½´´) De acuerdo a antecedentes visualizados, dentro de un conjunto de documentación referente a cálculo de catenarias, refiere a un 4% del vano. Lo que en el caso particular equivale a 240 [mm] 2.3. CÁLCULO DE CARGA Para un cable de acero, es decir un estrobo, se estimó un t = 1 s y una disminución en la altura de no mayor a 1,2m +0,24m, incluyendo la caída libre y el estiramiento de estrobo. m 220 [kg] * 2 * 9.81 2 *1,44m s F= 0,1s F= F=
11.693.74 [N] 1.192,02 [kg] ~ 1.200 [kg]
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Se considera un cable de mínimo 13 [mm] = 1 ´´ 2
En condición de utilización de cable de 1 ´´ , es necesario una carga de 2.500 2 [kgf] (24.545 [N]), por lo que para esto, se considera una carga máxima de 461,78 [kg], equivalente a 4 personas.
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PINZAS. En el caso de las pinzas y dada la complejidad del sistema, han de cumplir ciertos requerimientos básicos de trabajo, los cuales entregan condiciones íntegras de seguridad y garantía diseño. En el caso de los sistemas de pinzas, Crosby Inc Group, entregan ciertas recomendaciones como las implementadas en la tabla.1.
Tabla.1. Especificaciones Pinzas Crosby G-450
En la presente tabla, configura que el número específico de pinzas necesarias para que éste trabajo sea desarrollado en forma correcta , es de 3 y deben requerir un torque mínimo de 65 [lb*pie] = 88,13 [Nm]. Número de Pinzas
=
3
Torque Requerido
=
65 [lb*pie] = 88,13 [Nm].
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2.4. DETERMINACIÓN DE TENSIONES SOBRE EL CABLE: Previo a cualquier tipo de análisis es necesario considerar y evaluar las cargas sobre el cable, evaluando como maximo 2 personas+10% de carga dinámica, y un ángulo máximo de 15º, entre horizontal y cable.
440 TY= 113,88 [kg]
;
TX= 425[kg]
2.5. SOLDADURA: Electrodo Utilizado
=
E 7018 AWS
Dimensión nominal de soldadura (f) =
10 [mm]
Perímetro de Soldadura
=
152,4 [mm]
Esfuerzo Admisible (SAV)
=
1,05 [ton/cm]
=
2*15,24*1,05 = 31,53 [ton]
Por lo tanto
=
TA
=
2* L*SAV
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2.6. COMPRESIÓN SOBRE PERFIL (PANDEO): De acuerdo a lo estudiado, el tubo corresponde a un tubo de 1½´´ con 4 mm de espesor, la condición de pandeo es la siguiente:
I => Ix-x = Iy-y = 12,93 cm4
W => Sx-x = Sy-y = 5,35 cm3
A
5,16 cm2
=
I X X I = Y Y = 1,58 [cm] A A
i=
;k=1
Pandeo λ=
k * L 1 * 85 = = 53,79 [-] i 1,58
FY 1 * 1 FS 2 CC
2
0 < λ < CC
Pcrit=
12 2 * E 23 2
CC =
1* 2 * E FY
;
CC < λ <
FS =
5 3 1 3 8 CC 8 CC 3
Por tanto, los resultados son los siguientes: CC =
1* 2 * E = 90,49 [ - ] FY
(A-36 => E = 2,1*106 [kg/cm2]) Fy = 2.531 [kg/cm2]
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FS =
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5 3 1 = 1,89 [ - ] 3 8 CC 8 CC 3
F 1 PCrit = Y * 1 FS 2 CC
2
= 1.102,56 [kg/cm2]
Carga Crítica = 5.689,21[kg] F.S. = 6,76 [-]
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2.7. CÁLCULO FLEXIÓN: MOMENTO FLECTANTE MÁXIMO De acuerdo al estudio de carga realizado al cable, entrega que la capacidad de trabajo máxima corresponde a 440 [kg], de los cuales sólo la componente horizontal, es la que asume la carga de flexión, corresponde a lo siguiente: F = 440 * cos 15º
F
l = 0,85 [m]
MMAX =
= 425 [kg]
F* l = 53,13 [kg*m] = 5.312,5 [kg*cm] 8
De acuerdo a lo estudiado, el tubo corresponde a un tubo de 1½´´ con 4 mm de espesor, la condición de pandeo es la siguiente:
σ=
I => Ix-x = Iy-y = 12,93 cm4
W => Sx-x = Sy-y = 5,35 cm3
A
=
5,16 cm2
M MAX = 993 [kg/cm2]. w
Se verifica Flexo-Compresión al perfil. 3.0 CONCLUSIONES. En base al análisis anterior podemos verificar y confirmar que de acuerdo a los parámetros considerados para la confección de este sistema de CUERDA DE VIDA y esta memoria de cálculo, cumple con el objeto de resistir la eventual caída de una persona.
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