trabajo final de mecanica y resistencia

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ANÁLISIS DE LA CARGA MAXIMA Y FUERZAS APLICADAS EN UNA GRÚA INTEGRANTES Caceres Figueroa, Yhon Henry Durand Abrigo, Maicol López Proleon, Fredy Docente: Durand Porras, Juan Carlos Curso: Mecánica y Resistencia de Materiales. Carrera: Ingeniería Industrial

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Page 1: Trabajo final de mecanica y resistencia

“ANÁLISIS DE LA CARGA MAXIMA Y FUERZAS APLICADAS EN UNA GRÚA TORRE”

INTEGRANTES

Caceres Figueroa, Yhon Henry

Durand Abrigo, Maicol

López Proleon, Fredy

Docente: Durand Porras,

Juan CarlosCurso:

Mecánica y Resistencia de Materiales.

Carrera: Ingeniería Industrial

Page 2: Trabajo final de mecanica y resistencia

DEDICATORIA:

Este trabajo está dedicado a nuestras familias

y a Dios por su apoyo incondicional. Gracias

a ellos seremos excelentes profesionales.

Page 3: Trabajo final de mecanica y resistencia

ÍNDICE

ÍNDICE............................................................................................................................................3

INTRODUCCIÓN...............................................................................................................................4

OBJETIVOS.......................................................................................................................................5

DEFINICIÓN......................................................................................................................................6

PARTES DE LA GRÚA TORRE.............................................................................................................8

Mástil:..........................................................................................................................................8

Flecha:..........................................................................................................................................9

Contraflecha:.............................................................................................................................10

Contrapeso:...............................................................................................................................10

Lastre:........................................................................................................................................11

Carro:.........................................................................................................................................11

Cables y gancho:........................................................................................................................12

Motores:....................................................................................................................................13

CLASIFICACIÓN...............................................................................................................................14

FUERZAS.........................................................................................................................................17

PROBLEMÁTICA..............................................................................................................................22

MECANICA Y RESISTENCIA DE MATERIALES3

Page 4: Trabajo final de mecanica y resistencia

INTRODUCCIÓN

La empresa GALIGRU un grupo consolidado y en constante expansión, dedicados

a la instalación, mantenimiento, alquiler y venta de todo tipo de maquinaria para la

industria y construcción, esta presente en países como Chile, Colombia, España,

Marruecos, Perú, Portugal y Túnez, dando servicio a lo largo de todo el territorio de

cada país.

Su especialidad es la maquinaria para elevación. En esta oportunidad nos concen-

traremos en la Grúa torre, la cual es utilizada principalmente en la construcción de

edificios.

MECANICA Y RESISTENCIA DE MATERIALES4

Page 5: Trabajo final de mecanica y resistencia

OBJETIVOS

Objetivo general:

Usar lo aprendido en Mecánica y Resistencia

para hallar la carga máxima en los puntos C, D y

E, fuerzas aplicadas en la Grúa torre. Además,

hallar la tensión en los cables.

Objetivo específico :

Resolver el ejercicio propuesto sobre la Grúa torre.

MECANICA Y RESISTENCIA DE MATERIALES5

Page 6: Trabajo final de mecanica y resistencia

DEFINICIÓN

La torre grúa es un aparato de elevación de funcionamiento discontinuo, destinado

a elevar y distribuir las cargas mediante un gancho suspendido de un cable,

desplazándose por un carro a lo largo de una pluma.

La grúa es orientable y su soporte giratorio se monta sobre la parte superior de una

torre vertical, cuya parte inferior se une a la base de la grúa. La grúa torre suele ser

de instalación temporal, y está concebida para soportar frecuentes montajes y

desmontajes, así como traslados entre distintos emplazamientos. Se utiliza sobre

todo en las obras de construcción.

Está constituida esencialmente por una torre metálica, con un brazo horizontal

giratorio, y los motores de orientación, elevación y distribución o traslación de la

carga.MECANICA Y RESISTENCIA DE MATERIALES

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Page 7: Trabajo final de mecanica y resistencia

La torre de la grúa puede empotrarse en el suelo, inmovilizada sin ruedas o bien

desplazarse sobre vías rectas o curvas. Las operaciones de montaje deben ser

realizadas por personal especializado. Asimismo las operaciones de mantenimiento

y conservación se realizarán de acuerdo con las normas dadas por el fabricante.

La grúa se compone de tres partes

cabeza con brazos, torre

desmontable y base. La primera,

cabeza con brazos, esta

dimensionada de acuerdo a la

influencia de las características de

cargas y alcances. La segunda,

torre desmontable, esta

dimensionada principalmente por

la influencia de la característica de

altura. La tercera está afectada

por la influencia de las dos

anteriores y tiene como misión principal la estabilidad tanto durante la carga como

cuando no está funcionando la grúa.

Para este punto también habrá que tener en cuenta la posibilidad de movilidad de

la grúa.

PARTES DE LA GRÚA TORRE

MECANICA Y RESISTENCIA DE MATERIALES7

Page 8: Trabajo final de mecanica y resistencia

Mástil:Consiste en una estructura de celosía metálica de sección normalmente cuadrada,

cuya principal misión es dotar a la grúa de altura suficiente. Normalmente está

formada por módulos de celosía que facilitan el transporte de la grúa.

Para el montaje se unirán estos módulos, mediante tornillos, llegando todos unidos

a la altura proyectada. Su forma y dimensión varía según las características

necesarias de peso y altura.

En la parte superior del mástil se

sitúa la zona giratoria que aporta a la

grúa un movimiento de 360º

horizontales. También según el

modelo puede disponer de una

cabina para su manejo por parte de

un operario.

Para el acceso de operarios

dispondrá de una escala metálica

fijada a la estructura.

MECANICA Y RESISTENCIA DE MATERIALES8

Page 9: Trabajo final de mecanica y resistencia

Flecha:

Es una estructura de celosía metálica de sección normalmente triangular, cuya

principal misión es dotar a la grúa del radio o alcance necesario.

Su forma y dimensión varía según las características necesarias de peso y

longitud. También se le suele llamar pluma.

Al igual que el mástil suele tener una estructura modular para facilitar su transporte.

Para desplazarse el personal especializado durante los trabajos de montaje,

revisión y mantenimiento a lo largo de la flecha dispondrá de un elemento

longitudinal, cable fiador, al que se pueda sujetar el mosquetón del cinturón de

seguridad.

MECANICA Y RESISTENCIA DE MATERIALES9

Page 10: Trabajo final de mecanica y resistencia

Contraflecha:La longitud de la contraflecha oscila entre el 30 y el 35 % de la longitud de la

pluma. Al final de la contraflecha se colocan los contrapesos. Esta unido al mástil

en la zona opuesta a la unión con la flecha.

Está formada una base

robusta formada por varios

perfiles metálicos, formando

encima de ellos una especie

de pasarela para facilitar el

paso del personal desde el

mástil hasta los contrapesos.

Las secciones de los perfiles

dependerán de los

contrapesos que se van a

colocar.

Contrapeso:Son estructuras de hormigón prefabricado que se colocar para estabilizar el peso y

la inercia que se produce en la flecha grúa. Deben estabilizar la grúa tanto en

reposo como en funcionamiento.

Tanto estos bloques como los que forman el lastre deben de llevar identificado su

peso de forma legible e indeleble.

MECANICA Y RESISTENCIA DE MATERIALES10

Page 11: Trabajo final de mecanica y resistencia

Lastre:Puede estar formada por una zapata enterrada o bien por varias piezas de

hormigón prefabricado en la base de la grúa.

Su misión es estabilizar la grúa frente al peso

propio, al peso que pueda trasladar y a las

condiciones ambientales adversas (viento).

Carro:Consiste en un carro que se mueve a lo largo de la

flecha a través de unos carriles. Este movimiento da la

maniobrabilidad necesaria en la grúa. Es metálico de

forma que soporte el peso a levantar.

Cables y gancho:

MECANICA Y RESISTENCIA DE MATERIALES11

Page 12: Trabajo final de mecanica y resistencia

El cable de elevación es una de las partes más delicadas de la grúa y, para que dé

un rendimiento adecuado, es preciso que sea usado y mantenido correctamente.

Debe estar perfectamente tensado y se hará un seguimiento periódico para que,

durante su enrollamiento en el tambor no se entrecruce, ya que daría lugar a

aplastamientos.

El gancho irá provisto de un dispositivo que

permite la fácil entrada de cables de las

eslingas y estrobos, y de forma automática los

retenga impidiendo su salida si no se actúa

manualmente.

Motores:

MECANICA Y RESISTENCIA DE MATERIALES12

Page 13: Trabajo final de mecanica y resistencia

La grúa más genérica está formada por cuatro motores eléctricos:

Motor de elevación: permite el movimiento vertical de la carga.

Motor de distribución: da el movimiento del carro a lo largo de la pluma.

Motor de orientación: permite el giro de 360º, en el plano horizontal, de la

estructura superior de la grúa.

Motor de translación: desplazamiento de la grúa, en su conjunto, sobre

carriles. Para realizar este movimiento es necesario que la grúa este en

reposo.

CLASIFICACIÓN

MECANICA Y RESISTENCIA DE MATERIALES13

Page 14: Trabajo final de mecanica y resistencia

Dentro de los tipos aquí descritos puede hacerse nueva divisiones dependiendo de

la capacidad de carga, la altura o la longitud de alcance de la flecha.

1. Grúa torre fija o estacionaria:

Grúa torre cuya base no posee medios de translación o que poseyéndolos

no son utilizables en el emplazamiento, o aquellas en que la base es una

fundación o cualquier otro conjunto fijo.

2. Grúa torre desplazable en servicio:

Es aquella cuya base está dotada de medios propios de traslación sobre

carriles u otros medios y cuya altura máxima de montaje es tal que sin

ningún medio de anclaje adicional sea estable tanto en servicio, como fuera

de servicio, para las solicitaciones a las que vaya a estar sometida.

3. Grúa torre desmontable:

Grúa torre, concebida para su utilización en las obras de construcción u

otras aplicaciones, diseñada para soportar frecuentes montajes y

desmontajes, así como traslados entre distintos emplazamientos.

4. Grúa torre autodesplegable:

MECANICA Y RESISTENCIA DE MATERIALES14

Page 15: Trabajo final de mecanica y resistencia

Grúa pluma orientable en la que la pluma se monta sobre la parte superior

de una torre vertical orientable, donde su parte inferior se une a la base de la

grúa a través de un soporte giratorio y que está provista de los accesorios

necesarios para permitir un rápido plegado y desplegado de la torre y pluma.

5. Grúa torre autodesplegable monobloc:

Grúa torre autodesplegable cuya torre está constituida por un solo bloque y

que no requiere elementos estructurales adicionales para su instalación, que

puede ir provista de ruedas para facilitar su desplazamiento.

6. Grúa torre trepadora:

MECANICA Y RESISTENCIA DE MATERIALES15

Page 16: Trabajo final de mecanica y resistencia

Grúa torre instalada sobre la estructura de una obra en curso de

construcción y que se desplaza de abajo hacia arriba por sus propios medios

al ritmo y medida que la construcción progresa

FUERZAS

MECANICA Y RESISTENCIA DE MATERIALES16

Page 17: Trabajo final de mecanica y resistencia

Fuerza de tensión

La fuerza es una acción que puede modificar el estado de reposo o de movimiento

de un cuerpo; por lo tanto, puede acelerar o modificar la velocidad, la dirección o el

sentido del movimiento de un cuerpo dado. La tensión, por su parte, es el estado

de un cuerpo sometido a la acción de fuerzas opuestas que lo atraen.

Se conoce como fuerza de tensión a la fuerza que, aplicada a un cuerpo elástico,

tiende a producirle una tensión; este último concepto posee diversas definiciones,

que dependen de la rama del conocimiento desde la cual se analice.

Las cuerdas, por ejemplo, permiten transmitir fuerzas de un cuerpo a otro. Cuando

en los extremos de una cuerda se aplican dos fuerzas iguales y contrarias, la

cuerda se pone tensa. Las fuerzas de tensión son, en definitiva, cada una de estas

fuerzas que soporta la cuerda sin romperse.

La ingeniería habla de tensión mecánica para referirse a la fuerza por unidad de

área en el entorno de un punto material sobre la superficie de un cuerpo. La tensión

mecánica puede expresarse en unidades de fuerza divididas por unidades de área.

MECANICA Y RESISTENCIA DE MATERIALES17

Page 18: Trabajo final de mecanica y resistencia

La tensión también es una magnitud física que impulsa a los electrones a través de

un conductor en un circuito eléctrico cerrado, lo que provoca el flujo de una

corriente eléctrica. En este caso, la tensión puede recibir el nombre de voltaje o

diferencia de potencial.

La tensión superficial de un líquido, por otra parte, es la cantidad de energía que se

necesita para disminuir su superficie por unidad de área. El líquido, por lo tanto,

ejerce una resistencia para aumentar su superficie.

Concepto de Masa

El concepto de masa es la cantidad de materia que se encuentra en un

determinado cuerpo.

Su unidad de medida es el

kilogramo, representado como “kg.”. MECANICA Y RESISTENCIA DE MATERIALES

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Page 19: Trabajo final de mecanica y resistencia

Se encuentra clasificado dentro de las magnitudes escalaras, entendiendo éstas

como aquellas que son invariables, independientemente de la persona que lo esté

observando y en cualquier lugar del mundo. Así, un objeto tiene la misma cantidad

de masa en cualquier lugar y bajo cualquier unidad que quiera ser representado, es

de carácter invariable. La representación de una magnitud escalar se hace con tan

sólo un número, por ejemplo 45 kilogramos.

Por su parte, Albert Einsten hizo importantes diferencias para lo que se denomina

masa gravitacional, aunque en esta ocasión no ampliaremos sobre esto, ya que

sería alejarnos de nuestro objetivo principal. Sin embargo, es importante diferenciar

la masa del peso, ya que la masa no se encuentra relacionada o afectada

directamente con la gravedad, mientras que el peso sí lo está. Algo que contenga 5

kg. de masa en la Tierra, lo tendrá en Marte, mientras que su peso no va a ser el

mismo.

Fuerza:

Una fuerza es algo que cuando actúa sobre un cuerpo, de cierta masa, le provoca

un efecto. Por ejemplo, al levantar pesas, al golpear una pelota con la cabeza o con

el pie, al empujar algún cuerpo sólido, al tirar una locomotora de los vagones, al

realizar un esfuerzo muscular al empujar algo, etcétera siempre hay un efecto.

El efecto de la aplicación de una fuerza sobre un objeto puede ser:

Modificación del estado de movimiento en que se encuentra el objeto que la recibe.

Modificación de su aspecto físico

MECANICA Y RESISTENCIA DE MATERIALES19

Page 20: Trabajo final de mecanica y resistencia

También pueden ocurrir los dos efectos en forma simultánea. Como sucede, por

ejemplo, cuando alguien patea una lata de bebida: la lata puede adquirir

movimiento y también puede deformarse.

De todos los ejemplos citados podemos concluir que:

La fuerza es un tipo de acción que un objeto ejerce sobre otro objeto (se dice

que hay una interacción). Esto puede apreciarse en los siguientes ejemplos:

Un objeto empuja a otro: un hombre levanta pesas sobre su cabeza

Un objeto atrae a otro: el Sol atrae a la Tierra

Un objeto repele a otro: un imán con carga positiva repele a otro imán con la

misma carga

Un objeto impulsa a otro: un jugador de fútbol impulsa la pelota con un

cabezazo.

Un objeto frena a otro: un ancla impide que un barco se aleje.

Debe haber dos cuerpos: de acuerdo a lo anterior, para poder hablar de la

existencia de una fuerza, se debe suponer la presencia de dos cuerpos, ya que

debe haber un cuerpo que atrae y otro que es atraído, uno que impulsa y otro

que es impulsado, uno que empuja y otro que es empujado, etc.

Dicho de otra manera, si se observa que sobre un cuerpo actúa una fuerza,

entonces se puede decir que, en algún lugar, hay otro u otros cuerpos que

constituyen el origen de esa fuerza.

MECANICA Y RESISTENCIA DE MATERIALES20

Page 21: Trabajo final de mecanica y resistencia

Un cuerpo no puede ejercer fuerza sobre sí mismo. Si se necesita que actúe

una fuerza sobre mi persona, tendré que buscar algún otro cuerpo que ejerza

una fuerza, porque no existe ninguna forma de que un objeto ejerza fuerza

sobre sí mismo (yo no puedo empujarme, una pelota no puede "patearse" a sí

misma).

La fuerza siempre es ejercida en una determinada dirección: puede ser hacia

arriba o hacia abajo, hacia adelante, hacia la izquierda, formando un ángulo

dado con la horizontal, etc.

MECANICA Y RESISTENCIA DE MATERIALES21

Page 22: Trabajo final de mecanica y resistencia

PROBLEMÁTICA

A continuación resolveremos veremos unos ejercicios aplicados en la Grúa torre.

Datos

Se tiene una grúa torre que va ser usada para elevar cargas en la construcción de

un edificio.

El contrapeso es de 5 tonelada.

MECANICA Y RESISTENCIA DE MATERIALES22

Page 23: Trabajo final de mecanica y resistencia

Se desea saber cuánto es el máximo peso que se puede levantar con a la grúa

torre si:

a) Se coloca en una primera posición, punto C, a 1.80 m de la torre.

b) Se coloca en una segunda posición, punto D, a 4.10 m de la torre.

c) Se coloca en una tercera posición, punto E, a 5.30 m de la torre.

¿Cuánto es la carga máxima que puede soportar la grúa torre en cada una de

las 3 posiciones?

MECANICA Y RESISTENCIA DE MATERIALES23

Page 24: Trabajo final de mecanica y resistencia

DATOS :

Bloque A : 5000 NW0 = 175W1 = 450

Hallar :

a) F1 y F2.

b) F3, F4 y F5.c) Fuerzas.

Solución:

MECANICA Y RESISTENCIA DE MATERIALES24

Page 25: Trabajo final de mecanica y resistencia

F1 = Área = b x h = 2 x 175

F1 = 350 N

F2 = Área = b x h = 5.3 x 450

F2 = 2385 N

∑ M para F3 en B (P . C)5000 (2) + 350 (1) = F3 (1.8) + 2385 (2.65)10350 = F3 (1.8) + 6320.3F3 = 2238.7 N

∑ M para F4 en B (F. C)5000 (2) + 350 (1) = F4 (4.1) + 2385 (2.65)10350 = F4 (4.1) + 6320.25F4 = 982.87

∑ M para F5 en B (P.C.)5000 (2) + 350 (1) = F5 (5.3) + 2385 (2.65)10350 = F5 (5.3) + 6320.25F5 = 760.33

∑ F = 0 Para C En X = 0 En Y = F0 + F1 + F3 + F3 + FR

Ry = 5000 + 350 + 2238.7 + 2385 + 400Ry = 10373.7 N

∑ F = 0 Para D Ry = 5000 + 350 + 982.87 + 2385 + 400

Ry = 9117.87

∑ F = 0 Para E Ry = 5000 + 350 + 760.33 + 2385 + 400

Ry = 8895.33

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