MEMORIADE CALCULO DE OREJA DE IZAJE Y DEL

YUGO DE LEVANTE PARA EL MONTAJE Y

DESMONTAJE DE UN TANQUE DE 20 TON

Elaborado por GEOCONSTRUCTORES Proyectos:

proyectos@geoconstructores.com
 Ing. Luis Fernández

28 de marzo de 2.019

INDICE

1. OBJETIVO 3
2. ALCANCE 3
3. DOCUMENTOS DE REFERENCIA 4
4. DESCRIPCION DEL CÁLCULO 4
4.1. Análisis de Yugo de Levante 4
4.2. Análisis de Orejas de Izaje y Soldadura de Sujeción 14
4.3. Propuesta de Eslinga de Cadena 16
5. RESULTADOS 17

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1. OBJETIVO

La presente descripción define el diseño y la comprobación de la resistencia del Yugo de

Levante, la Oreja de Izaje y la Soldadura de Sujeción de los elementos, para la Maniobra
de Montaje y Desmontaje de un Tanque de 20 toneladas.

2. ALCANCE

Esta memoria sustenta la resistencia del Yugo de Levante, la Oreja de Izaje y la

Soldadura de Sujeción, así como la propuesta de las Eslingas de Cadena, los cuales
estarán sometidos a la acción de la Fuerza de Tensión generada en las cadenas por el
Peso propio del Tanque. El análisis de los elementos se realizará al encontrarse el tanque
en posición vertical, debido a que en esta posición va a llevarse a cabo la maniobra de
levante para el montaje y posterior desmontaje del tanque. Se utilizó como instrumento
de cálculo el programa SAP2000 v20.2.0.

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 Figura Nº1. Yugo de Levante con Tanque en suspensión.
3. DOCUMENTOS DE REFERENCIA
- Especificaciones ANSI/AISC 360-10 para Construcciones de Acero.

- Reglamento del Instituto Americano del Concreto, ACI 318-14, que rige el análisis,
diseño y detallado para la seguridad de anclajes.
- Especificaciones AWS (American Welding Society) para soldaduras
- Referencias gráficas del elemento a calcular

4. DESCRIPCIÓN DEL CÁLCULO

El diseño del Yugo de Levante consiste en el armado de varias secciones de vigas

tipo IPN de modo radial, concéntricas y distribuidas de un modo angular balanceado, con
una plancha de acero en los bordes para la estabilización del sistema; en los extremos

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de las vigas en el borde inferior se fijarán las orejas de izaje, una en cada extremo inferior
de las vigas y en la cara superior se soldará directamente a la lámina sujeta a unas
cartelas formadas por ángulos, a la distancia que respeta el ángulo necesario para el
tiraje del elemento del modo más óptimo. El tanque cuenta con ocho orejas de izaje, para
el enganche con el yugo. El yugo se conectará con el tanque y con el mecanismo de
levante por medio de eslingas de cadena. El sistema de sujeción diseñado es por medio
de soldadura con electrodos para soldadura por arco.

4.1. ANÁLISIS DE YUGO DE LEVANTE

La primera propuesta de diseño responde al predimensionamiento suministrado

por el solicitante, donde se consideran 8 secciones o brazos concéntricos con vigas IPN
250, dicha viga equivale a la denominada internacionalmente, W 12 x 16 x 8 utilizada por
el programa de cálculo (ver Figura Nº2). El modelado de ese diseño se puede apreciar
en la Figura Nº3 y los resultados de la comprobación de las cargas a las que están
sometidos los elementos se visualizan en las figuras Nº4, Nº5, Nº6 y Nº7 que se
presentan a continuación.

Figura Nº2. Tabla de Equivalencias para perfiles de acero

(fuente: Aceros Ferrasa)
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Figura Nº3. Modelado de Yugo de levante con 8 vigas IPN 240 (W 12x100x8)

Figura Nº4. Análisis de deformación del eje 3 – 7

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Figura Nº5. Análisis de deformación del eje 28 – 29

Figura Nº6. Análisis de deformación del eje 35 – 34

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 Figura Nº7. Análisis de deformación del eje 32 – 33

Gráficamente se puede comprobar que las deformaciones entran en el rango

color rojo, que muestra el programa de cálculo, indicando esto las deformaciones por
medio de las cuales los elementos propuestos están fallando o incumpliendo con las
solicitaciones de carga. A continuación, los resultados numéricos de estos análisis.

AISC 360-10 STEEL SECTION CHECK (Summary for Combo and Station)
Units : Kgf, m, C

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Frame : 14 X Mid: 0,000 Combo: DSTL1 Design Type: Beam
Length: 12,000 Y Mid: 0,000 Shape: W12x16 Frame Type: SMF
Loc : 1,500 Z Mid: 1,000 Class: Compact Princpl Rot: 0,000 degrees

Provision: LRFD Analysis: Direct Analysis

D/C Limit=0,950 2nd Order: General 2nd Order Reduction: Tau-b Fixed
AlphaPr/Py=0,024 AlphaPr/Pe=1,592 Tau_b=1,000 EA factor=0,800 EI factor=0,800

PhiB=0,900 PhiC=0,900 PhiTY=0,900 PhiTF=0,750

PhiS=0,900 PhiS-RI=1,000 PhiST=0,900

A=0,003 I33=4,287E-05 r33=0,119 S33=2,815E-04 Av3=0,001

J=0,000 I22=1,174E-06 r22=0,020 S22=2,316E-05 Av2=0,002
E=2,039E+10 fy=35153481,3 Ry=1,100 z33=3,294E-04 Cw=0,000
RLLF=1,000 Fu=45699525,7 z22=3,703E-05

DESIGN MESSAGES
Error: Section overstressed
Warning: kl/r > 200 (AISC E2)

STRESS CHECK FORCES & MOMENTS (Combo DSTL1)

Location Pu Mu33 Mu22 Vu2 Vu3 Tu
1,500 -2611,251 -11468,800 -1721,094 -2867,200 1318,320 -235,966

PMM DEMAND/CAPACITY RATIO (H1-1a)

D/C Ratio: 12,690 = 2,017 + 9,367 + 1,306
= (Pr/Pc) + (8/9)(Mr33/Mc33) + (8/9)(Mr22/Mc22)

AXIAL FORCE & BIAXIAL MOMENT DESIGN (H1-1a)

Factor L K1 K2 B1 B2 Cm
Major Bending 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000
Minor Bending 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000

Lltb Kltb Cb
LTB 1,000 1,000 1,567

Pu phi*Pnc phi*Pnt
Force Capacity Capacity
Axial -2611,251 1294,672 96138,910

Mu phi*Mn phi*Mn phi*Mn

Moment Capacity No LTB Cb=1
Major Moment -11468,800 1088,339 10420,968 694,501
Minor Moment -1721,094 1171,711

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SHEAR CHECK
Vu phi*Vn Stress Status
Force Capacity Ratio Check
Major Shear 2867,200 35894,580 0,080 OK
Minor Shear 1318,320 25898,719 0,051 OK

CONNECTION SHEAR FORCES FOR BEAMS

VMajor VMajor
Left Right
Major (V2) 5734,400 50,087

Los cálculos presentados, corroboran la falla de los elementos del diseño por
tensión, por lo tanto, se propone el siguiente diseño basado en un cambio de sección de
la viga, para una IPN 360 equivalente a W 16 x 50 x 8 (según Figura Nº8). Esta nueva
propuesta se modeló (Figura Nº9) y los resultados se muestran en las Figuras Nº10 y
Nº11. La plancha utilizada para el centro del yugo es A36 de ¾” de grosor.

Figura Nº8. Tabla de Equivalencias para perfiles de acero

(fuente: Aceros Ferrasa)

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Figura Nº9. Modelado de diseño con viga IPN 360 (W 16x50x8) y la lámina de borde A-
36 de ¾” de espesor.

Figura Nº10. Análisis de Deformaciones en las Vigas IPN 360 (W 16x50x8)

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 Figura Nº11. Análisis de Deformaciones en lámina A36 espesor ¾”

En esta propuesta de diseño, los elementos SÍ CUMPLEN con las solicitaciones

de carga aplicadas. Se puede notar que tanto las deformaciones en las vigas (Figura
Nº10), como en la plancha (Figura Nº11) las deformaciones se encuentran dentro del
rango permisible.

A continuación, el análisis de las vigas en el caso menos favorable y el más

favorable, respectivamente.

Caso Menos Favorable

AISC 360-10 STEEL SECTION CHECK (Summary for Combo and Station)
Units : Kgf, m, C

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Frame : 197 X Mid: 2,652 Combo: DSTL1 Design Type: Beam
Length: 7,500 Y Mid: -2,652 Shape: W16x50 Frame Type: SMF
Loc : 0,000 Z Mid: 1,000 Class: Compact Princpl Rot: 0,000 degrees

Provision: LRFD Analysis: Direct Analysis

D/C Limit=0,950 2nd Order: General 2nd Order Reduction: Tau-b Fixed
AlphaPr/Py=0,010 AlphaPr/Pe=0,062 Tau_b=1,000 EA factor=0,800 EI factor=0,800

PhiB=0,900 PhiC=0,900 PhiTY=0,900 PhiTF=0,750

PhiS=0,900 PhiS-RI=1,000 PhiST=0,900

A=0,009 I33=2,743E-04 r33=0,170 S33=0,001 Av3=0,005

J=0,000 I22=1,548E-05 r22=0,040 S22=1,724E-04 Av2=0,004
E=2,039E+10 fy=35153481,3 Ry=1,100 z33=0,002 Cw=0,000
RLLF=1,000 Fu=45699525,7 z22=2,671E-04

STRESS CHECK FORCES & MOMENTS (Combo DSTL1)

Location Pu Mu33 Mu22 Vu2 Vu3 Tu
0,000 3430,171 17920,000 -1,199 0,000 -0,725 -36,267

PMM DEMAND/CAPACITY RATIO (H1.2,H1-1b)

D/C Ratio: 0,896 = 0,006 + 0,890 + 0,000
= (1/2)(Pr/Pc) + (Mr33/Mc33) + (Mr22/Mc22)

AXIAL FORCE & BIAXIAL MOMENT DESIGN (H1.2,H1-1b)

Factor L K1 K2 B1 B2 Cm
Major Bending 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000
Minor Bending 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000

Lltb Kltb Cb
LTB 1,000 1,000 1,125

Pu phi*Pnc phi*Pnt
Force Capacity Capacity
Axial 3430,171 43721,341 300051,369

Mu phi*Mn phi*Mn phi*Mn

Moment Capacity No LTB Cb=1
Major Moment 17920,000 20142,690 47697,962 17908,352
Minor Moment -1,199 8450,834

SHEAR CHECK
Vu phi*Vn Stress Status
Force Capacity Ratio Check
Major Shear 0,000 84079,702 0,000 OK
Minor Shear 0,725 109098,681 6,647E-06 OK

CONNECTION SHEAR FORCES FOR BEAMS

VMajor VMajor

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 Left Right
Major (V2) 0,000 3231,952

Caso Más Favorable

AISC 360-10 STEEL SECTION CHECK (Summary for Combo and Station)
Units : Kgf, m, C

Frame : 196 X Mid: 0,000 Combo: DSTL1 Design Type: Beam

Length: 7,500 Y Mid: -3,750 Shape: W16x50 Frame Type: SMF
Loc : 3,500 Z Mid: 1,000 Class: Compact Princpl Rot: 0,000 degrees

Provision: LRFD Analysis: Direct Analysis

D/C Limit=0,950 2nd Order: General 2nd Order Reduction: Tau-b Fixed
AlphaPr/Py=0,000 AlphaPr/Pe=0,001 Tau_b=1,000 EA factor=0,800 EI factor=0,800

PhiB=0,900 PhiC=0,900 PhiTY=0,900 PhiTF=0,750

PhiS=0,900 PhiS-RI=1,000 PhiST=0,900

A=0,009 I33=2,743E-04 r33=0,170 S33=0,001 Av3=0,005

J=0,000 I22=1,548E-05 r22=0,040 S22=1,724E-04 Av2=0,004
E=2,039E+10 fy=35153481,3 Ry=1,100 z33=0,002 Cw=0,000
RLLF=1,000 Fu=45699525,7 z22=2,671E-04

STRESS CHECK FORCES & MOMENTS (Combo DSTL1)

Location Pu Mu33 Mu22 Vu2 Vu3 Tu
3,500 -66,682 4379,284 1,292 -1068,848 -0,622 11,692

PMM DEMAND/CAPACITY RATIO (H1.3b,H1-2,M)

D/C Ratio: 0,219 = 0,219
= (Mr33/(Cb*Mc33))

AXIAL FORCE & BIAXIAL MOMENT DESIGN (H1.3b,H1-2,M)

Factor L K1 K2 B1 B2 Cm
Major Bending 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000
Minor Bending 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000

Lltb Kltb Cb
LTB 1,000 1,000 1,114

Pu phi*Pnc phi*Pnt
Force Capacity Capacity
Axial -66,682 43721,341 300051,369

Mu phi*Mn phi*Mn phi*Mn

Moment Capacity No LTB Cb=1
Major Moment 4379,284 19951,383 47697,962 17908,352
Minor Moment 1,292 8450,834

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SHEAR CHECK
Vu phi*Vn Stress Status
Force Capacity Ratio Check
Major Shear 1068,848 84079,702 0,013 OK
Minor Shear 0,622 109098,681 5,699E-06 OK

CONNECTION SHEAR FORCES FOR BEAMS

VMajor VMajor
Left Right
Major (V2) 1433,600 416,860

4.2. ANÁLISIS DE OREJA DE IZAJE Y SOLDADURA DE SUJECIÓN

El cálculo del diseño de la Oreja de Izaje para ser instalada tanto en el Tanque
como en los bordes inferiores y superiores de las vigas del Yugo de Levante que va a ser
maniobrado, se realizó de acuerdo a las especificaciones de la AISC – 2005 y
considerando una Plancha A36 sometidas a una carga de 24 Toneladas más 10
Toneladas correspondientes al peso propio del Yugo, tomando una carga total de 34
Toneladas, distribuidas entre 4 orejas, que es la condición más desfavorable, ver Figura
Nº12. Del mismo modo se procedió al cálculo de la soldadura para estas orejas de izaje,
ver Figura Nº13.

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Figura Nº12. Cálculo de Oreja de Izaje

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 Figura Nº13. Cálculo de Soldadura de Sujeción

La soldadura debe ser con electrodo E70XX y deber ser inspeccionada mediante
tintas penetrantes. Para los efectos de este diseño se considera la soldadura tipo filete
con electrodos E 7018.

Por solicitud realizada a fines de garantizar la seguridad de la soldadura de las

orejas de izaje, en la cara superior de las vigas, sobre la plancha, se incorporarán unas
cartelas con ángulos de 65x65x5 mm, soldados por ambas caras de la oreja y la superficie
de la plancha.
4.3. PROPUESTA DE ESLINGAS DE CADENA

De acuerdo a la disponibilidad comercial de las eslingas de cadena para el izaje,

se sugieren para la carga de levante de 34 toneladas, el uso de la Cadena de Aleación
½” Grado 100 marca Crosby, ya que esta cumple con las solicitaciones, según ficha
técnica (ver Figura Nº14).

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 Figura Nº14. Ficha Técnica de Cadenas de Aleación, Grado 100 marca Crosby

5. RESULTADOS

Tras la comprobación y el análisis de los diferentes elementos que componen el

diseño del Yugo de Levante, Orejas de Izaje, Soldadura de Sujeción y Eslingas de Izaje,
sometido a Peso de 24 Toneladas, los resultados obtenidos fueron los siguientes:

- Vigas de Yugo de Levante: IPN 360 (W 16x50x8)

- Plancha de Yugo de Levante: Plancha A36 de ¾” de espesor
- Orejas de Izaje: Plancha A36 de 9,50 mm de grosor (dimensiones en plano
de detalle)
- Cartela para Oreja de Izaje: Ángulo 65x65x5 (en los casos indicados en los
planos de detalle)
- Soldadura de Sujeción: Tipo Filete con Electrodos E7018
- Eslinga de Cadena: Crosby Grado 100 de ½”

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