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TRABAJO ESPECIAL DE GRADO
DISEÑO DE UN SISTEMA DE ANCLAJE PARA LA SUJECIÓN DE LA LÍNEA DE VIDA PARA LOS TRABAJOS
EN ALTURAS EN EL SECTOR ELÉCTRICO
Presentado ante la Ilustre Universidad Central de Venezuela
Por el Br. Salcedo R. Rubén F. Para optar al título de Ingeniero Mecánico
Caracas, 2009
TRABAJO ESPECIAL DE GRADO
DISEÑO DE UN SISTEMA DE ANCLAJE PARA LA SUJECIÓN DE LA LÍNEA DE VIDA PARA LOS TRABAJOS
EN ALTURAS EN EL SECTOR ELÉCTRICO
Tutor Académico: Prof. Fausto Carpentiero Tutor Industrial: Lic. Fátima Tavares
Presentado ante la Ilustre Universidad Central de Venezuela
Por el Br. Salcedo R. Rubén F. Para optar al título de Ingeniero Mecánico
Caracas, 2009
Dedicatoria
Dedicatoria
Dedico este trabajo a un par de personas que hoy viven;
ellos representan el principio activo necesario
para la formación
del ser que hoy represento;
para mí son ejemplo y estimulo;
son simplemente seres especiales que nunca
me han defraudado, y sé que no esperan nada a cambio
de mi en contra de todo su amor entregado.
Para mi madre María R. de Salcedo y mi padre Fidolo Salcedo.
Mil gracias…
17/05/2.009
Agradecimientos
Agradecimientos
Agradezco a mi grupo familiar por prestarme apoyo a lo largo de mi vida; madre, padre y hermanas (Marcela y Almara); su compañía fue determinante para lograr el nivel académico y personal con el que hoy me ubico.
Existe un grupo de personas que han aparecido en mi vida incluso antes de iniciar este TEG, los cuales se ganaron mi aprecio y agradecimiento (Feldriana T., Rafael M., Emilio A., Eduardo M., Julio E., Félix L., Mónica B.) muchas, muchas gracias por su apoyo oportuno…
Agradezco a mi prof. Fausto Carpentiero por aceptarme como su tutoreado, y por su disposición de de guiarme en todo momento con mucha paciencia.
Gracias Fátima Tavares, por brindarme la oportunidad de hacer mi TEG, en SHA-EDC, y prestarme toda la colaboración que necesite para terminar de buena forma mi TEG; además de presentarme un grupo maravilloso de trabajo que supo colaborarme en todo momento para atender mis necesidades. Fátima gracias por tu paciencia…
Agradezco también a mis buenos compañeros de trabajo por su disposición de ayuda, paciencia y demostración de amistad sincera (Rommy Arvelo, Reinaldo Díaz, Willian Silva, Vidal Jiménez). Gracias Ximena Carrasco (menilla).
Gracias UCV por permitirme formarme en tus inolvidables espacios, y bajo tan agradable ambiente que te caracteriza; hoy conforme y orgulloso agradezco a mi UUUCV.
Resumen
Salcedo R. Rubén F. DISEÑO DE UN SISTEMA DE ANCLAJE PARA LA SUJECIÓN DE LA LÍNEA DE VIDA PARA LOS TRABAJOS EN ALTURAS
EN EL SECTOR ELÉCTRICO
Tutor Académico: Prof. Fausto Carpentiero. Tutor Industrial: Lic. Fátima Tavares. Tesis. Caracas, U.C.V. Facultad de Ingeniería. Escuela de Ingeniería Mecánica. 2009, 211 págs.
Palabras claves: LOPCYMAT, SISTEMA DE ANCLAJE, SISTEMA ANTICAIDAS, LÍNEA DE VIDA, ESCALADA DE POSTES, LINIEROS, SEGURIDAD INDUSTRIAL, ENERGIA MECANICA, IMPACTO.
Resumen. El presente TEG es el diseño de un sistema de seguridad útil para mitigar el riesgo de caídas en la ejecución de actividades de escalada de postes a nivel de distribución aérea de energía eléctrica. Su marco legal se basa en los artículos 53 y 56 de la LOPCYMAT. Los objetivos que guiaron este trabajo se refieren al diseño de un sistema de anclaje para la línea de vida de los trabajadores que realizan actividades en alturas de la Electricidad de Caracas, e investigar los actuales dispositivos utilizados en los trabajos de altura, revisión de las nomas vigentes y sus características técnicas; así como también ubicar el punto adecuado para el sistema de anclaje, seleccionar el material y diseñar los planos correspondientes. Los elementos mecánicos se estudiaron bajo teorías de impacto y energía de deformación, en donde unos de sus principales componentes que es la línea de vida se le practicó un ensayo destructivo a carga axial, con el que se determinó sus características técnicas, tales como capacidad de absorber energía debido a su deformación, carga de rotura y adecuadas características físicas y mecánicas, normadas a nivel internacional para la ejecución de dicha actividad. El diseño obtenido consta de un conjunto de elementos mecánicos, instrucciones de uso e instalación que han sido estudiados bajo diversas teorías de fallas y aplicación de herramientas de sondeo; cuyo producto del diseño lo representa un “gancho de vida” el cual presenta una geometría, que se recomienda elaborar con un material apropiado a su aplicación especifica, los tramos del mencionado gancho se modelaron matemáticamente como una viga en voladizo y un recipiente a presión; con el objetivo de conocer sus relaciones de esfuerzos-deformación, y así garantizar bajo las teorías de máximo esfuerzo cortante octaedral (Von Misses), máximo esfuerzo flexionante y un respectivo factor de seguridad y esfuerzo de fluencia propio del material seleccionado, que dicho elemento no fallará bajo las cargas aplicadas. Adicionalmente se presenta las instrucciones de instalación y de uso.
Resumen
Salcedo R. Rubén F. DESIGN OF A SYSTEM ANCHORAGE FOR THE SUBJECT
OF THE LIFE´S LINE FOR THE HEIGHTS IN THE ELECTRICITY SECTOR
Academic Tutor: Prof. Fausto Carpentiero. Industrial Tutor: Ms.
Fátima Tavares. Thesis. Caracas, U.C.V. Faculty of Engineering. School of Mechanical Engineering. 2009, 211 pp.
Keywords: LOPCYMAT, ANCHORING SYSTEMS, FALL OUT SYSTEM, LIFE LINE, CLIMBING TUBE LINEMEN, SAFETY, MECHANICAL ENERGY, IMPACT. Abstract. This TEG are legal where Articles 53 and 56 of the LOPCYMAT presents a design of a useful security system to mitigate the risk of falls in activities climbing poles at the aerial distribution of electricity. The design obtained is a set of mechanical elements, and installation instructions for use that have been studied in various failure theories and application of survey tools. Studied the mechanical impact and low energy theories of deformation, where one of its components that is the line of life is a destructive test performed on axial load, which determined their technical characteristics, such as capacity absorb energy due to its deformation, breaking load and good mechanical characteristics and physical standards for the execution of that activity. Another element of the mechanical product design represents a "hook is life," said hook has a geometry and material to fit your specific application, the hook portions of that has been modeled mathematically as a cantilever beam and a pressure vessel; with the aim of their efforts-strain relations, and under the guarantee of maximum shear theories octaedral (Von Misses), maximum effort and a respective bellding, safety factor and effort creep proper material selection, not that that element fail under the loads applied. Additionally provides installation instructions and instructions for use.
Índice General
vii
Indice General
Capítulo I ............................................................................................................. 1
1.1 Introducción ................................................................................................ 1
1.2 Motivación ................................................................................................ .. 2
1.3 Antecedentes ............................................................................................... 4
1.4 Planteamiento del problema........................................................................ 8
1.5 Objetivo General ....................................................................................... 10
1.6 Objetivos Específicos................................................................................ 10
1.7 Alcances .................................................................................................... 11
Capítulo II.......................................................................................................... 13
Marco Teórico ................................................................................................ ... 13
2.1 - Seguridad Industrial y Condiciones de Trabajo...................................... 14
2.1.1 - Seguridad Industrial......................................................................... 15
Generalidades y Entes Reguladores de la Seguridad Industrial.............. 17
Inpsasel.................................................................................................... 18
Funciones de Inpsasel (tomado de la página oficial de Inpsasel
10/09/2008) ............................................................................................. 18
Entes Normalizadores (Fondonorma – COVENIN) ............................... 19
2.1.2 La Empresa (La Electricidad de Caracas) .......................................... 20
Gerencia Funcional de Seguridad Higiene y Ambiente (SHA) .............. 22
Índice General
viii
Términos de Interés Relacionados con Seguridad Industrial según La
Electricidad de Caracas ........................................................................... 23
Equipos de Protección Personal (EPP) y Equipos de Protección Colectiva
(EPC)....................................................................................................... 28
2.1.3 Gerencia y Análisis de Riesgos.......................................................... 29
Actividades Recomendadas para la Administración Efectiva de Riesgos
................................................................................................................. 29
Administración de Peligros ..................................................................... 32
Identificación de Peligros........................................................................ 32
Análisis de Frecuencia ............................................................................ 33
Clasificación de Riesgos ......................................................................... 33
El Factor Humano ................................................................................... 35
2.2 Equipos, Instrumentos y Fundamentos Asociados a la Actividad de los
Linieros ........................................................................................................... 35
2.2.1 Los Linieros y su Formación ............................................................. 36
2.2.2 Postes y Unidades Electro-Mecánicas ............................................... 37
Postes de Sección Tubular ...................................................................... 38
Elementos Estructurales de Montajes Aéreas de Líneas de Distribución 40
Rango de Tensión de Trabajo Utilizados por La Empresa La Electricidad
de Caracas en la Fase de Distribución de Energía Eléctrica ................... 42
Clasificación de las Estructuras Electro-Mecánicas Según Configuración
Geométrica Espacial de las Fases que la Conforman.............................. 45
Configuración Tipo (Q) de Líneas Aéreas de Distribución de Energía
Eléctrica................................................................................................... 46
Configuración Tipo (U) de Líneas Aéreas de Distribución de Energía
Eléctrica................................................................................................... 48
Índice General
ix
Configuración Tipo (R) de Líneas Aéreas de Distribución de Energía
Eléctrica................................................................................................... 50
Configuraciones y Montajes no Estándar ............................................... 53
2.2.3 Definiciones y Términos Asociados al Trabajo de los Linieros ........ 54
2.3 El Proceso de Diseño ................................................................................ 64
2.3.1 Directrices y Recomendaciones para Concretar un Proceso de Diseño
Efectivo ....................................................................................................... 64
Aspectos del Proceso de Diseño ............................................................. 65
Encuestas y Entrevistas ........................................................................... 67
Método de Generación y Selección de Soluciones ................................ . 67
Selección de Materiales........................................................................... 69
Criterios y Herramientas para la Selección de Materiales………….. .... 69
Capítulo III………………………………………………………..…………...72
Metodología Experimental y Cálculo..………….…………………………....72
3.1 Recolección de Información Bibliográfica y Material de Apoyo……….73
3.2 Desarrollo del Sistema de Anclaje………………………………………76
3.2.1 Criterios de Diseño…………………………………………………..85
3.2.2 Matriz de Selección………………………………………………….86
3.2.3 Descripción del Modelo de Diseño…………………………………..93
3.2.4 Carga Estática Equivalente debido al Impacto………………………93
Energía Mecánica del Sistema (U)……………………………………...94
Gráficos de los tramos de curva reconstruidas (Carga -Deformación
axial) de Líneas de Vida Ensayadas…………………………………...110
3.2.5 Ubicación del Sistema de Anclaje…………………………………113
3.2.6 Selección del Material……………………………………………..114
Índice General
x
3.2.7 Calculo de Fuerza de Tornillo (FT ) y Fuerza de Roce (Fr
3.2.8 Análisis de Esfuerzos……………………………………………….122
) para
movimiento inminente del sistema de anclaje……………………………116
Modelo Físico “Recipiente a Presión”………………………………...124
Teoría de Falla de Von Misses para un Estado Triaxial de Esfuerzos...127
Modelo Físico “Viga en Voladizo…………………………………….128
Estudio de la “Viga con Resistencia Constante”……………………...132
Superposición de Efectos……………………………………………...133
Estudio de Resistencia de la Superficie del Poste……………………..136
Capítulo IV……...……………………………………………………………138
Análisis y Resultados……………………...…………………………………138
4.1 Normas, Estándares de Seguridad y Construcción de unidades Electro-
Mecánicas-……..………………………………………………………......138
4.2 Respecto al Procedimiento actual de Escalada y Subida de Postes…....144
4.3 Sistemas de Anclajes para uso Industrial…...…………………………148
4.4 Estudio de Usuario Aplicado a Personal de la EDC………....……......154
4.5 Ubicación adecuada del Sistema de Anclaje sobre el Poste………...…162
4.6 Material seleccionado para la Construcción del Sistema de Anclaje.....162
4.7 El Diseño Propuesto……………………………………………………163
4.8 La Carga Estática Equivalente……………………………………..….164
4.9 Relación de Carga Estática Equivalente respecto al Trabajo realizado para
deformar el Sistema de Anclaje con sus elementos………………………..164
4.10 Ensayos de Tracción aplicados a las Líneas de Vida………………...165
4.11 Factor de Caída……………………………………………………....168
4.12 Determinación de Límites de Contacto (Sistema de Anclaje-Poste)...168
Índice General
xi
4.13 Estudio de contacto Poste, “Gancho de Vida” y Abrazadera…….....169
4.14 Estudio de Fuerza de Roce, Fuerza de los Pernos y Condición de
Movimiento Inminente del Sistema de Anclaje……………………………170
4.15 Análisis de Esfuerzo Sección Circular del Sistema de Anclaje
(Recipientes a Presión)……………………………………………………..170
4.16 Análisis de Esfuerzo Sección rectangular del Sistema de Anclaje (Viga
en Voladizo)………………………………………………………………..171
4.17 Deformación de la “Viga en Voladizo”……………….…………..…174
4.18 Resistencia del la Superficie del Poste ante la Instalación del Sistema de
Anclaje……………………………………………….…………………….174
Capítulo V……………………………………………..………………..….…176
Conclusión y Recomendaciones…………………………………………..…176
5.1 Conclusiones………………………………………………………..…….176
5.2 Recomendaciones………………………………………………………...180
Apéndices……………………………………………………………………..181
Referencias Bibliográficas…………………………………………………...189
Anexos………………………………………………………………………...196
Lista de Tablas
xii
Lista de Tablas
Tabla 2-1 (Capacidad instalada del sistema por compañías filiales) ................. 21
Tabla 2-2 (Reglas de ORO de Seguridad – EDC; tomado de tríptico Conceptos
Básicos de Seguridad SHA-EDC).................................................................... 27
Tabla 2-3 (Diagrama de clasificación de riesgos; Matriz de Riesgos)…...….... 34
Tabla 2-4 (Características físicas, postes de sección tubular)............................ 39
Tabla 2-5 (Características de herrajes ferrosos usados en sistemas eléctricos de
distribución) ........................................................................................................ 41
Tabla 2-6 (Clasificacion de rangos de tension, manejados en el sector electrico
nacional).............................................................................................................. 42
Tabla 2-7 (Tabla resumen de montajes electro-mecánicos tipo (Q)) ................. 48
Tabla 2-8 (Tabla resumen de montajes electro-mecánicos tipo (U)) ................. 50
Tabla 2-9 (Tabla resumen de montajes electro-mecánicos tipo (R)) ................. 52
Tabla 2-10 (Propiedades más comunes en la selección de materiales)............. 70
Tabla 3-1 (Resumen de agrupación de propuestas solución según su principio de
funcionamiento)…...……………………………………………………………84
Lista de Tablas
xiii
Tabla 3-2 (Criterios de diseño ordenados según su valor importancia)………..85
Tabla 3-3 (Matriz de selección de ideas)………...…………………………….86
Tabla 3-4 (Máquina de Ensayos Universales Losenhausen, y algunos ensayos
practicados a líneas de vida respetando la norma ASTM A 931-96 y NFPA
70E)……………………………………………………………………………100
Tabla 3-5 (Información correspondiente al método iterativo aplicado sobre la
gráfica obtenida durante el ensayo de tracción 1 de la línea de vida)…………102
Tabla 3-6 (Información correspondiente al método iterativo aplicado sobre la
gráfica obtenida durante el ensayo de tracción 2 de la línea de vida).………...102
Tabla 3-7(Información correspondiente al método iterativo aplicado sobre la
gráfica obtenida durante el ensayo de tracción 3 de la línea de vida)……........103
Tabla 3-8 (Información correspondiente al método iterativo aplicado sobre la
gráfica obtenida durante el ensayo de tracción 4 de la línea de vida).………...103
Tabla 3-9 (Resumen de método iterativo usado para determinar la carga estática
equivalente)…….…….………………………………………………………..104
Tabla 3-10 (Tabla resumen del método de pendientes de la recta, usado para
hallar valores de 𝑃𝑃𝑚𝑚 sobre las curvas de carga deformación de la línea de vida)
………………………………………………………………………………...108
Lista de Tablas
xiv
Tabla 3-11 (Pares coordenados correspondientes a las curvas carga deformación
en los tramos de curva a estudiar)……………………………….…………….109
Tabla 3-12 (Polinomios de aproximación obtenidos con el ajuste polinominal
aplicado a las tabla de datos (tabla 3-9) antes indicada)…….......…………….110
Tabla 3-13 (Resumen de valores de 𝑘𝑘𝑛𝑛 obtenidos por medio de la derivada del
polinomio de aproximación, evaluada en el punto de interés)………..………112
Tabla 3-14 (Resultado de carga estática equivalente usando el parámetro kn
determinado a partir de la derivada de los polinomios)……………………….112
Tabla 3-15 (Tabla resumen limites de integración para determinar la fuerza de
roce entre poste y gancho-abrazadera)………………………….......................119
Tabla 3-16 (Comparación de propiedades mecánicas de pernos sugeridos para el
diseño propuesto, y cargas máxima de tracción y corte aplicadas al perno).....121
Tabla 4-1 (Equipos de seguridad usados para realizar trabajos en alturas por
personal de La Electricidad de Caracas)………………………………………140
Tabla 4-2 (Normativa que aplica al Diseño del Sistema de Anclaje)……...…143
Tabla 4-3 (Detalles de rango de ubicación del sistema de anclaje sobre en
poste)…… ……………………………………………………………………162
Lista de Tablas
xv
Tabla 4-4 (Resumen del método de tanteo iterativo empleado bajo las curvas
carga vs. Deformación axial)……………………………………………….....166
Tabla 4-5 (Resumen del valores obtenidos de carga estática equivalente
mediante el método de aproximación lineal simple de las curva obtenida de los
ensayos)……………………………………………………………………….166
Tabla 4-6 (Comparación de valores de carga estática equivalente obtenidos
usando constante de elasticidad por el método de aproximación lineal simple y
evaluando la derivada del polinomio en el punto de interés)…………………167
Tabla 4-7 (Tabla resumen limites de integración para determinar la fuerza de
roce entre poste y gancho- abrazadera)………………………………………..168
Lista de Figuras
xvi
Lista de Figuras
Figura 1-1 (Diferentes posiciones de trabajo empleadas por linieros de la EDC;
y se observan equipos de protección empleados en la actualidad junto a el riesgo
de una potencial caída)........................................................................................ 12
Figura 2-1 (Estructura del Marco Teórico) ........................................................ 13
Figura 2-2 (Principales daños derivados del trabajo; tomado de Cortes 2001. p
30) ....................................................................................................................... 15
Figura 2-3 (Seguridad Industrial y sus Áreas del Saber) ................................ ... 17
Figura 2-4 (Area servida en el negocio de distribución de La Electricidad de
Caracas y sus empresas filiales).......................................................................... 21
Figura 2-5 (Organigrama estructural jerárquico de La Electricidad de Caracas)
............................................................................................................................. 22
Figura 2-7 (Distancias mínimas entre las líneas de Alta tensión y Baja tensión;
poste con banco de trasformadores)…………………………………………….44
Figura 2-8 (Tipos de configuración en líneas aéreas de distribución de energía
eléctrica).............................................................................................................. 45
Figura 2-9 (Abrazadera universal diseño en Angulo)........................................ 55
Lista de Figuras
xvii
Figura2-10 (Arnes de Protección 5 anillos usado por los Linieros de la EDC) . 56
Figura 2-11 (Imágenes de cinchas usadas por linieros de la EDC al momento
de escalar postres) ............................................................................................... 58
Figura 2-12 (Vistas dimensionadas de cruceta usadas para instalaciones
electro-mecánicas)............................................................................................... 59
Figura 2-13 (Imagen de eslinga de protección usadas por los linieros de la
EDC ) .................................................................................................................. 60
Figura 2-14 (Pértiga telescópica de 12 m. usados por linieros de la EDC;
terminal universal ) ............................................................................................. 62
Figura 2-15 (Esquema estructural de un proceso de diseño recomendado)....... 66
Figura 3-1 (Esquema de la metodología experimental)………...……………...72
Figura 3-2 (Imagen representativa de la propuesta (11); ubicada en el grupo
III)………………………………………………………………………………78
Figura 3-3 (Imagen representativa de la propuesta (5); ubicada en el grupo
I)…………………………………………………………………………..……79
Figura 3-4 (Imagen representativa de las propuestas (7) y (29); ubicada en el
grupo I)………………………………………………………………..………..79
Lista de Figuras
xviii
Figura 3-5 (Imagen representativa de la propuestas (13) y (16); ubicada en el
grupo)………...…………………………………………………………………80
Figura 3-6 (Imagen representativa de la propuesta (19); ubicada en el grupo
III)……...……………………………………………………………………….80
Figura 3-7 (Imagen representativa de la propuesta (23); ubicada en el grupo III)
………………………………………………………………………………….81
Figura 3-8 (Imagen representativa de la propuesta (28); ubicada en el grupo
III)...…………………………………………………………………………….81
Figura 3-9 (Imagen representativa de las propuestas (15) y (24); ubicada en el
grupo III)..……………………………………………………………………...82
Figura 3-10 (Imagen representativa de la propuesta (30); ubicada en el grupo
IV)...…………………………………….………………………………………82
Figura 3-11 (Imagen representativa de la propuesta (31) (descartada por no ser
técnicamente factible) ………………………………………………………….83
Figura 3-12 (Solución conceptual)……..……………………………………...88
Figura 3-13 (En la imagen superior se observa un modelo de gancho armable
ensamblado con tornillos en las abrazaderas) ………………………………….89
Lista de Figuras
xix
Figura 3-14 (Sistema de anclaje armable abrazadera gancho con ángulo)……90
Figura 3-15 (Sistema de anclaje mostrado en la figura anterior ensamblado)...90
Figura 3-16 (Sistema de anclaje hibrido, de una abrazdera)……………...…...91
Figura 3-17 (Se muestra una vista oblicua y de planta del sistema de anclaje
instalado en el poste)…………………………..……………………………......92
Figura 3-18 (Carta Ashby Esfuerzo de fluencia – Tenacidad)……………....115
Figura 3-19 (Diagrama de cuerpo libre en tres dimensiones de la sección curva
del gancho de vida)……………………………………………..……………..116
Figura 3-20 (Ilustración de estructura planteada como diseño y modelos físicos
visibles; viga en voladizo y recipiente a presión con estado de esfuerzo triaxial;
cuasiplano)…………………………………………………………………….123
Figura 3-21 (Estado de Esfuerzo triaxial sobre la superficie del poste).......…136
Figura 4-1 (Esquema resumen que identifica el procedimiento actual de
escalada y subida de postes por parte de los linieros de La Electricidad de
Caracas)…………………………………………………………….…………144
Figura 4-2 (Distribución de presiones de forma sinusoidal entre el contacto
gancho de vida –poste y abrazadera- poste)…………..………………………169
Abreviaturas y Símbolos
xx
Abreviaturas y Símbolos ∆𝑥𝑥 Diferencia de longitud; Deformación en dirección de la carga
𝛿𝛿 Deformación axial
𝜃𝜃 Angulo que forma la carga estática equivalente con la vertical
𝜃𝜃𝑔𝑔 Angulo mayor que define el arco asociado a la fuerza de roce critica
𝜃𝜃𝑝𝑝 Angulo menor que define el arco asociado a la fuerza de roce critica
𝜇𝜇𝑠𝑠 Coeficiente de roce estático
𝜎𝜎1,2,3 Esfuerzos principales
𝜎𝜎𝑎𝑎𝑥𝑥𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 Esfuerzo axial por superposición
𝜎𝜎𝑓𝑓𝑎𝑎𝑓𝑓𝑥𝑥 Esfuerzo flexionante por superposición
𝜎𝜎𝑚𝑚𝑎𝑎𝑥𝑥 Esfuerzo máximo debido al momento flector máximo
𝜎𝜎𝑛𝑛𝑚𝑚𝑎𝑎𝑥𝑥 Esfuerzo normal máximo por superposición de efectos
𝜎𝜎𝑟𝑟 Esfuerzo radial
𝜎𝜎𝜃𝜃 Esfuerzo tangencial
𝜌𝜌 Densidad del material
𝜏𝜏𝑥𝑥𝑥𝑥 Esfuerzo cortante en el plano xy
𝐴𝐴 Área de la sección transversal de la viga
𝑎𝑎 Diámetro de agujero para el perno ubicado en el “Gancho de Vida”
𝑏𝑏 Base de la sección transversal de la viga
BWR Blue Water Ropes (marca de línea de vida)
𝑐𝑐 Distancia del eje neutro a la fibra más alejada de la viga
𝑑𝑑 Diámetro del perno
𝐸𝐸𝐴𝐴 Modulo de elasticidad del acero AISI S1
𝐹𝐹𝐹𝐹 Factor de caída
𝐹𝐹. 𝑆𝑆. Factor de seguridad
Abreviaturas y Símbolos
xxi
𝐹𝐹. 𝑆𝑆.𝑐𝑐 Factor de seguridad corregido
𝐹𝐹. 𝑆𝑆.𝑇𝑇 Factor de seguridad para la fuerza del tornillo
𝐹𝐹𝑇𝑇 Fuerza del tornillo
𝐹𝐹𝑇𝑇1 Fuerza del tornillo para el poste de diámetro (𝜑𝜑 = 8,89 𝑐𝑐𝑚𝑚)
𝐹𝐹𝑇𝑇1𝐹𝐹 Fuerza del tornillo para el poste de diámetro (𝜑𝜑 = 11,43 𝑐𝑐𝑚𝑚), corregida
𝐹𝐹𝑇𝑇2 Fuerza del tornillo para el poste de diámetro (𝜑𝜑 = 11,43 𝑐𝑐𝑚𝑚)
𝐹𝐹𝑇𝑇2𝐹𝐹 Fuerza del tornillo para el poste de diámetro (𝜑𝜑 = 11,43 𝑐𝑐𝑚𝑚),
corregida
𝐹𝐹𝑇𝑇𝑐𝑐 Fuerza del tornillo corregida
𝐹𝐹𝑟𝑟 Fuerza de roce
𝐹𝐹𝑟𝑟𝑐𝑐 Fuerza de roce corregida
𝑔𝑔 Aceleración de gravedad
ℎ Altura de la sección transversal de la viga
ℎ′ Altura de caída
ℎ𝐵𝐵 Altura de la sección transversal de la viga en la sección (B)
ℎ𝑥𝑥 Altura de la sección transversal de viga en función de (x)
𝐼𝐼𝑥𝑥 Momento de inercia de la sección rectangular de la viga
𝑘𝑘 Constante de elasticidad del material
𝑘𝑘𝑛𝑛 Concentrador de esfuerzo teórico
𝑘𝑘𝑛𝑛𝑎𝑎 Concentrador de esfuerzo teorico para maximo esfuerzo axial
𝑘𝑘𝑛𝑛𝑝𝑝 Pendientes de tramo de rectas ubicadas en graficas de ensayos.
𝑘𝑘𝑇𝑇 Factor de torsión del perno según su acabado superficial
𝐿𝐿 Longitud de la viga
𝐿𝐿′ Ancho que define la superficie de contacto poste abrazadera-gancho
𝑚𝑚 Masa media de un liniero
Abreviaturas y Símbolos
xxii
𝑀𝑀𝑚𝑚𝑎𝑎𝑥𝑥 Momento flector máximo
𝑁𝑁 Fuerza normal
𝑁𝑁𝑎𝑎 Fuerza normal respecto a las abrazaderas
𝑁𝑁𝑐𝑐𝑟𝑟𝑎𝑎𝑐𝑐 Fuerza normal asociada a la fuerza de roce critica
NE New England (marca de línea de vida)
NFPA National Fire Protection Association
𝑁𝑁𝑔𝑔 Fuerza normal respecto al “gancho de vida”
𝑃𝑃𝑎𝑎 Presión interna del recipiente a presión
𝑃𝑃𝑚𝑚 Carga equivalente de impacto
𝑃𝑃𝑜𝑜 Presión externa del recipiente a presión
𝑟𝑟𝑎𝑎 Radio interno del recipiente a presión
𝑟𝑟𝑜𝑜 Radio externo del recipiente a presión
𝑆𝑆 Modulo de sección
𝑆𝑆𝑥𝑥 Esfuerzo de fluencia
𝑈𝑈 Energía mecánica del sistema
𝑈𝑈𝑐𝑐 Energía cinética del sistema
𝑈𝑈𝑑𝑑 Energía de deformación de la viga
𝑈𝑈𝑎𝑎 Energía de deformación de la línea de vida
𝑈𝑈𝑝𝑝 Energía potencial del sistema
𝑣𝑣 Velocidad
𝑣𝑣𝑓𝑓 Velocidad final
𝑣𝑣0 Velocidad inicial
𝑤𝑤 Altura de sección rectangular usada para hallar el valor de concentrador de esfuerzos.
𝑥𝑥1 Deflexión máxima de la viga
Capítulo I - Introducción
1
Capítulo I
1.1 Introducción
La actividad de escalada y subida de postes es considerada de alto riesgo
según teorías usadas para la administración de riesgos a nivel industrial (Matriz
de Aceptación de Riesgos); cuyos principales parámetros de evaluación son la
frecuencia con la que se ejecuta la actividad considerada riesgosa, y la magnitud
del daño que se generaría en caso de concretarse un accidente. La Electricidad de
Caracas mediante la Gerencia Funcional de Seguridad Higiene y Ambiente y
conforme a la LOPCYMAT ha planteado la actualización y mejora de tal
procedimiento, a fin de mitigar el riesgo antes descrito. En el presente se
propone un diseño de un sistema de anclaje con el que se reducen los riesgos de
dicha actividad.
El diseño planteado ha evolucionado pasando por investigación
referencial, estudio de usuarios, salidas de campo, aplicación de sesiones de
generación de ideas solución; para luego seleccionar una idea considerada más
apropiada según los criterios de diseño que se han propuesto en un principio, y
otros que han surgido durante el desarrollo del trabajo.
Finalmente el diseño planteado ha sido validado mediante la aplicación
de métodos y modelos matemáticos que describen el comportamiento de los
materiales y por ende su capacidad de resistir a las cargas y estados de esfuerzos
característicos del sistema.
Capítulo I - Introducción
2
1.2 Motivación
En cualquier empresa responsable se unen esfuerzos para mantener un
ambiente y condiciones de trabajo adecuadas para llevar a cabo el normal
ejercicio de los oficios que desarrollan los empleados de dichas empresas. La
Electricidad de Caracas como empresa responsable ha asumido el compromiso
de velar porque se mantengan unas buenas condiciones de trabajo en sus
diversos ambientes de trabajo y actualizar de manera continua estas condiciones
de trabajo; y es así como esta empresa mantiene un grupo de profesionales
destacados en una Gerencia Funcional de Seguridad Higiene y Ambiente (SHA),
que velan por mantener y elevar las condiciones de confort, seguridad y
asistencia básica a los empleados de dicha empresa; de esta manera La
Electricidad de Caracas cumple además con los compromisos legales y jurídicos
que plantean las leyes vigentes que regulan las condiciones de trabajo mínimas
adecuadas de los trabajadores venezolanos.
Luego de una revisión de la Ley Orgánica de Prevención, Condiciones y
Medio Ambiente de Trabajo (LOPCYMAT), se pueden destacar los artículos 53
y 56, los cuales están referidos a los derechos del empleado y deberes del
empleador respectivamente; el articulo 56 numeral 1 contempla el deber que
mantiene el empleador de organizar y planificar el trabajo de los empleados en
conformidad con los avances tecnológicos que permitan la ejecución del trabajo
en condiciones adecuadas a la capacidad física de los trabajadores y
trabajadoras, y además su dignidad como personas humanas; por otro lado el
artículo 53 de la mencionada ley contempla aspectos relacionados con los
derechos de los empleados, en donde se pueden notar específicamente en el
numeral 4, que los trabajadores y trabajadoras tienen derecho a no ser sometidos
a condiciones de trabajo peligrosas o insalubres que de acuerdo a los avances
Capítulo I - Introducción
3
técnicos y científicos existan, y puedan ser eliminadas o atenuadas con
modificaciones al proceso productivo, a las instalaciones, puestos de trabajo o
mediante protecciones colectivas. Los dos (2) artículos mencionados
anteriormente justifican por completo el presente proyecto de Trabajo Especial
de Grado (TEG) desde el punto de vista de una necesidad legal e industrial.
Teniendo en cuenta que los trabajadores y trabajadoras representan un
activo incalculable para La Electricidad de Caracas, la directiva de esta empresa
decidió invertir en el desarrollo de una serie de proyectos con los cuales se
pretende reducir al mínimo los riesgos de trabajo, además mitigar y eliminar de
ser posible los peligros latentes que pudieran afectar a los trabajadores de esta
empresa, y por que no de cualquier otro sector industrial o laboral que resulte
beneficiado con los trabajos de investigación que promueve La Electricidad de
Caracas; es por esta razón que la empresa propone el presente proyecto como
Trabajo Especial de Grado en el área de Ingeniería Mecánica, ya que es
conocido que un futuro profesional de esta área está en la capacidad de englobar
una serie de conocimientos técnicos adquiridos durante su lapso de formación,
entre los cuales se destaca la metodología recomendada para aplicar en un
adecuado proceso de diseño, y así culminar de forma exitosa el presente
proyecto agotando el extenso proceso de diseño y además materializar los
conocimientos académicos adquiridos en el respectivo lapso de formación de un
profesional de la Ingeniería Mecánica en la elaboración de un proyecto que
genera beneficios industriales, nacionales y sociales.
Se pretende con la ejecución de este proyecto poner en práctica
conocimientos técnicos específicos adquiridos, con el fin de contribuir con el
Capítulo I - Introducción
4
desarrollo del país; ya que este es uno de los principales objetivos del estudio e
investigación.
1.3 Antecedentes
Los oficios que involucran trabajos en alturas no son exclusivos de las
empresas nacionales del sector eléctrico como lo es La Electricidad de Caracas,
existen otros sectores industriales que afrontan diariamente trabajos en alturas,
sin dejar atrás las prácticas deportivas en donde la actividad medular radica en
maniobras en alturas; por lo cual resulta natural plantearse las siguientes
preguntas: se habrá propuesto anteriormente un problema parecido al que se
pretende resolver con este TEG? cómo se han resuelto anteriormente situaciones
parecidas? ha surgido una necesidad similar en el pasado? existirá ya un diseño
que se ajuste como solución a la necesidad principal planteada en este TEG?
podría aplicarse ajustes a algún diseño existente para adaptarlo como una
solución a la necesidad que plantea La Electricidad de Caracas para proponer
este TEG? Para intentar responder algunas o todas las preguntas anteriormente
planteadas fue justo iniciar una investigación documental y de campo con la que
se podría obtener una buena aproximación al diseño inicialmente solicitado y
también despejar las cuestiones planteadas anteriormente.
En la Biblioteca de la Escuela de Ingeniería Mecánica de la UCV se
encontraron tres (3) Trabajos Especiales de Grado que representan una
referencia para la elaboración de este TEG, a pesar de que no están relacionados
con el sector eléctrico, trabajos en alturas ni tópicos de seguridad industrial,
estos TEG están relacionados con diseños de sistemas y dispositivos de sujeción
para diversas aplicaciones. A continuación se presenta un resumen de estos.
Capítulo I - Introducción
5
♦ Goncalves O., Jose A.; Martinez F., David (2007). “Diseño de un
sistema de sujeción de segmentos prefabricados en una máquina
tuneladora”. En este Trabajo Especial de Grado se planteó como objetivo
diseñar un sistema de sujeción de segmentos prefabricados que opere en el
erector y en la grúa de segmentos de una máquina tuneladora tipo escudo de
balance de presión de tierra modelados S-186 y S-187 marca Herrenknecht.
Para lograr esto se crearon propuestas solución por métodos de generación
de ideas y se seleccionó la que obtuvo mayor puntuación tras evaluarlas de
acuerdo a requisitos fijados previamente. Se desarrolló la idea seleccionada,
optimizando la forma y función de cada componente hasta obtener un
modelo que consta de un elastómero cónico con un cono de metal colocado
en su interior, y dos bases, una enroscada en la parte superior y otra en la
inferior del cono metálico. Entre ambos conos se introduce fluido a presión
para expandir el elastómero hasta que hace contacto con las paredes de un
agujero en los segmentos del túnel. El sistema deberá instalase por
duplicado, repartiendo el peso del segmento y el resto de las cargas en dos
grupos; sin embargo, se diseñaron para si uno falla, el otro pueda soportar
toda la carga. La ubicación de este sistema conlleva la sustitución de los tres
agujeros de los segmentos por dos con distintas ubicación y geometría,
aunque esto no afecta la funcionalidad del sistema de sujeción por vacío, el
cual se mantiene como sistema de respaldo. Luego se diseño un circuito
hidráulico estudiando la ubicación de sus componentes y la lógica de control
que lo acciona, por ultimo se analizaron los esfuerzos a los que se somete la
probeta elaborada empleando el método de los elementos finitos.
♦ Bustamantes M., Maria M. (2007). “Diseño de un dispositivo para la
sujeción de rieles y elementos de vía en Lorrys para una empresa
Capítulo I - Introducción
6
ferroviaria”. En este Trabajo Especial de Grado se evaluó el procedimiento
de mantenimiento para las líneas principales de la Compañía Anónima
Metro de Caracas (Línea I, II y III) diseñándose un dispositivos que permita
la sujeción eficaz y segura de las mencionadas piezas en los carretones de
transporte (Lorrys) disponibles en la empresa. Para esto se hizo una
evaluación visual del procedimiento y se aplicó el protocolo de diseño
generando la solución mas apropiada; posteriormente se desarrolló y
perfeccionó la propuesta garantizando así su buen funcionamiento. El
dispositivo se constituye por dos conjuntos fundamentales: un juego de
sincha con cabrestante y una grapa para la fijación. La sincha y el
cabrestante se seleccionó según las necesidades de agarre y la disponibilidad
en el mercado; la grapa se diseño en base a la sujeción tipo Nabla y se
conforma por un cuerpo principal de poliuretano y por un toque de acero,
ajustado ambos al Lorry a través de un perno.
♦ Celso R., Fortul M. (2005). “Diseño de un sistema de filtros de partículas
sólidas de agua salada para una Planta de Generación Eléctrica”. En la
Planta de Generación Ricardo Zuloaga, Tacoa, de La Electricidad de
Caracas, ubicada en la Guaira, se utiliza como fluido de enfriamiento agua
proveniente del mar. Para evitar el paso de materias sólidas y fauna marina,
utiliza un sistema de filtrado antes de las bombas de circulación, evitando
que los tubos del condensador se tapen. Estos equipos están fuera de
servicio, produciendo pérdidas para la empresa ya que baja la producción
por mantenimiento a los condensadores. En este trabajo especial de grado se
ha diseñado un sistema de filtros de partículas sólidas para Planta Tacoa,
donde a través de una metodología de diseño que comprende un estudio de
usuarios, técnicas comerciales existentes, espacio disponible, cargas
Capítulo I - Introducción
7
externas, estudio de corrosión en materiales, entre otros, se obtuvieron las
especificaciones de diseño, y por medio de la aplicación de tormentas de
ideas se definió una solución, la cual fue desarrollada hasta llegar a un
producto final. El diseño se caracteriza por su resistencia a la corrosión en
ambiente marino, aplicaciones de materiales anticorrosivos y de
disponibilidad en el mercado, bajo costo en mantenimiento, fácil operación
y construcción nacional.
Capítulo I - Introducción
8
1.4 Planteamiento del problema
Muchos esfuerzos se han dedicado para lograr la protección de los
trabajadores a través de controles orientados a evitar daños a su integridad física.
Por tal motivo y con la finalidad de mantener adecuadas condiciones de
seguridad, en La Electricidad de Caracas se han llevado a cabo acciones
dirigidas a elaborar normas, procedimientos e instruir al personal respecto a las
adecuadas prácticas de trabajo, que facilitan el desarrollo y control de maniobras
y rutinas de las diferentes actividades operativas. A través de la Gerencia
Funcional de Seguridad Higiene y Ambiente (SHA) y específicamente la Unidad
de Evaluación y Desarrollo, se desarrollan una serie de proyectos, enmarcados
en el cumplimiento de criterios nacionales e internacionales, tomando como
referencia el marco legal vigente, como lo es la Ley Orgánica de Prevención,
Condiciones y Medio Ambiente de Trabajo (LOPCYMAT), del 26 de julio del
año 2005, que tiene por objetivo, garantizar a los trabajadores y trabajadoras
condiciones de seguridad, salud y bienestar, en un ambiente de trabajo adecuado
y propicio para el ejercicio pleno de sus facultades físicas y mentales.
Actualmente, los trabajadores de La Electricidad de Caracas, al momento
de cumplir con sus actividades operativas en campo específicamente en el área
de distribución de energía eléctrica, las cuales contemplan trabajos de
mantenimiento, inspección e instalación en postes con alturas superiores a los 7
metros; cuentan únicamente con un sistema de soporte para posición de trabajo
(ver cuadro de fotos al final del capítulo, figura 1).
Esta actividad requiere de un sistema adicional de sujeción, que permita
evitar una caída accidental de los trabajadores, y garantizar la correcta sujeción
en caso de que ocurra un incidente como lo puede ser: la falla de los
Capítulo I - Introducción
9
dispositivos de protección en uso, el operador sufra un contacto con corriente
eléctrica o aplique una inadecuada maniobra al momento de intentar superar
tramos del postes, en los cuales es necesario liberarse por completo de los
dispositivos de sujeción; ya que puede presentarse dificultad de ascenso del
tramo y poca maniobrabilidad debido a los actuales dispositivos de escalada;
además de que por alguna razón los trabajadores pueden perder la conciencia, y
al ocurrir una situación de esta naturaleza el dispositivo que se pretende diseñar
permita resguardar la integridad del operador. Estos eventuales accidentes al
ocurrir sin un sistema de anclaje y línea de vida adecuada causarían daños
severos al trabajador generándoles lesiones y otros daños a la salud.
De acuerdo al texto anterior, La Electricidad de Caracas, cumpliendo con
su responsabilidad industrial y legal, enmarcada en el artículo 56 de la
LOPCYMAT, en cuanto a adoptar las medidas necesarias para garantizar a los
trabajadores y trabajadoras condiciones de seguridad y salud en el trabajo, unido
a promover la prevención de accidentes y enfermedades ocupacionales, se
plantea la necesidad de diseñar un sistema de anclaje para la sujeción de la línea
de vida que debe conectar al trabajador mientras ejecuta sus actividades con un
punto estratégico del entorno de trabajo, y con el que se pueda reducir al mínimo
una eventual caída de altura, logrando la suspensión del trabajador mediante esa
línea de vida.
Dada la importancia que tiene la seguridad del trabajador, la Gerencia
Funcional de Seguridad, Higiene y Ambiente tiene entre sus proyectos el diseño
de un sistema de anclaje para la sujeción de la línea de vida a un punto de
anclaje estratégico con respecto al trabajador. Este proyecto resulta de gran
Capítulo I - Introducción
10
interés para la elaboración de un Trabajo Especial de Grado para optar al título
de Ingeniero Mecánico.
1.5 Objetivo General
Diseñar un sistema de anclaje para la línea de vida de los trabajadores
que realizan actividades en altura de La Electricidad de Caracas.
1.6 Objetivos Específicos
1. Investigar los actuales dispositivos de seguridad utilizados por los
trabajadores de La Electricidad de Caracas al momento de realizar
trabajos en alturas.
2. Revisar las normas vigentes que aplican en el diseño del sistema de
anclaje y sus componentes.
3. Analizar el procedimiento actual de escalada y subida de postes.
4. Investigar las características técnicas de las estructuras de trabajo en uso
y de los dispositivos que la componen.
5. Estudiar diferentes tecnologías de anclajes utilizadas en el área de
seguridad laboral.
6. Realizar un estudio de usuario en el personal involucrado en los trabajos
de altura de La Electricidad de Caracas.
7. Determinar el punto adecuado sobre la estructura para ubicar el sistema
de anclaje.
8. Seleccionar el material adecuado para la construcción del sistema de
anclaje.
9. Diseñar el sistema de anclaje y sus componentes.
10. Dibujar los planos necesarios para la construcción del sistema de anclaje
y sus componentes.
Capítulo I - Introducción
11
11. Diseñar un nuevo procedimiento de escalada y subida de postes para el
trabajador donde se incluya el uso del sistema de anclaje.
1.7 Alcances
Para diseñar el sistema de anclaje, se estudiarán los aspectos
ergonómicos, técnicos y de usuarios que permitan seleccionar el
material adecuado de acuerdo a las condiciones de trabajo, carga
y medio ambiente. Se analizarán las características de los actuales dispositivos de
seguridad utilizados por los trabajadores, tomando en cuenta las
debilidades, necesidades, fortalezas y los requerimientos. Los planos del diseño propuesto se dibujarán con el apoyo de un
software de dibujo (CAD Diseño Asistido por Computadoras).
En la elaboración de este proyecto se desarrollaran todos los aspectos
relacionados con la ingeniería conceptual asociada a la concepción de una
propuesta de diseño, es decir, el producto “entregable” para este proyecto
representa un documento escrito, por lo que se entiende como un proyecto
factible, en el que se indica de manera detallada el procedimiento seguido para la
elaboración del mismo, además de la justificación documental y analítica del
resultado obtenido, así como los detalles y cálculos necesarios para la posterior
construcción y validación de la propuesta de diseño obtenida.
Capítulo I - Introducción
12
Figura 1 (Diferentes posiciones de trabajo empleadas por linieros de la EDC; y se observan equipos de protección empleados en la actualidad junto a el riesgo de una potencial caída)
Capítulo II - Marco Teórico
13
Capítulo II
Marco Teórico
En este capítulo se incorpora la información necesaria para sustentar
teóricamente el procedimiento asociado con las fases de ejecución del presente
proyecto, además de ilustrar de una forma clara las condiciones, conceptos y
características propias de esta investigación.
Se plantea a continuación se desarrollan tres títulos principales:
Seguridad Industrial y Condiciones de Trabajo; Equipos, Instrumentos y
Fundamentos Asociados a la Actividad de los Linieros; y Proceso de Diseño.
La figura 2-1 muestra cómo se desarrolla el marco teórico.
Figura 2-1 (Estructura del Marco Teórico)
Capítulo II
Marco Teórico
Seguridad Industrial y Condiciones de
Trabajo
Equipos, Instrumentos y Fundamentos Asociados a la
Actividad de los Linieros
Proceso de Diseño
Capítulo II - Marco Teórico
14
2.1 - Seguridad Industrial y Condiciones de Trabajo
Resulta natural observar que junto a la evolución de la sociedad existe
una constante búsqueda por parte de los individuos que la conforman dedicada
a mejorar las condiciones de vida en cualquier sentido que implique una
situación de confort, seguridad a la integridad física y adecuada salud mental
del individuo; mientras que por otro lado también se observa que al transcurrir
del tiempo junto al progreso tecnológico e industrial de cualquier país, se
reporta un incremento en los indicadores de la vulnerabilidad física y mental de
individuos relacionados con algunos sectores sociales cuyas condiciones de
vida les mantiene propensos a prácticas de actividades particularmente
peligrosas, bien sea de carácter laboral, domestica o recreativas según sea el
caso.
Las principales actividades de riesgo que reportan organismos
internacionales de cooperación como la Organización Mundial de la Salud
(OMS), Organización Panamericana de la Salud (OPS), Organización
Internacional del Trabajo (OIT) están relacionadas con actividades laborales;
esto representa una situación de alerta, pues las actividades laborales son
fundamentales para el progreso de cualquier sociedad. En la figura 2-2 se
muestra un esquema en donde se indican los principales daños derivados del
trabajo.
Capítulo II - Marco Teórico
15
Figura 2-2 (Principales daños derivados del trabajo; tomado de Cortes 2001. p 30)
Resulta inaceptable que en una sociedad moderna en la que existe
notable efervescencia en la producción y competencia industrial, no se
garanticen excelentes y actualizadas condiciones de trabajo en cuanto a
Seguridad Industrial se refiere. Se sabe además que el progreso industrial se
obtiene mediante jornadas industriales eficientes, las cuales solo pueden ser
logradas con una adecuada supervisión y estimulo a los protagonistas de dichas
actividades; dichos protagonistas son los trabajadores de campo y planta.
2.1.1 - Seguridad Industrial
Según (Cortes 2005 p 84) se entiende por Seguridad Industrial “la que
tiene por objeto la prevención y limitación de riesgos, así como la protección
contra accidentes y siniestros capaces de producir daños o perjuicios a las
personas, flora, fauna, bienes o al medio ambiente, derivados de la actividad
industrial o de la utilización, funcionamiento y mantenimiento de las
instalaciones o equipos y de la producción, uso o consumo, almacenamiento o
desecho de los productos industriales” mientras que según la American
Industrial Higienist Association (AIHA) la Higiene Industrial es la “ciencia y
arte dedicados al reconocimiento, evaluación y control de aquellos factores
Capítulo II - Marco Teórico
16
ambientales o tensiones emanadas o provocadas por el lugar de trabajo y que
pueden ocasionar enfermedades, destruir la salud y el bienestar o crear algún
malestar significativo entre los trabajadores o los ciudadanos de una
comunidad”; mientras que otra definición reza así “Técnica no medica de
prevención de las enfermedades profesionales, que actúa sobre el ambiente y las
condiciones de trabajo” (Citado por Cortés 2005 p 41).
De acuerdo a las definiciones anteriores si se intenta definir Seguridad
Industria como un término resulta intuitivo asociar que esta frase compuesta
indica todo hecho, actividad y medidas que se puedan tomar y llevar a cabo con
el objetivo de resguardar a una población bien sea interna, o externa al sector de
producción industrial, así como a la estructura, edificación, maquinarias,
herramientas y materiales propiedad de la industria.
Asumiendo que la Seguridad Industria es una disciplina se debe conocer
que esta comprende dos grandes ramas (ver figura 2-3), una que se relaciona
con todos los aspectos que se pueden asociar a la preservación y cuidado
adecuado del medio ambiente, sistemas ecológicos, flora y fauna que podrían
resultar afectados de manera directa o indirecta por actividades industriales; y la
otra rama que trata directamente con aspectos que atañen a la salud
ocupacional en donde se toman en cuenta detalles de seguridad del trabajador,
buenas práctica y adecuado empleo de la instrumentación y maquinarias de
trabajo.
Capítulo II - Marco Teórico
17
Seguridad Industrial
Figura 2-3 (Seguridad Industrial y sus Áreas del Saber)
Generalidades y Entes Reguladores de la Seguridad Industrial
Existen entes reguladores nacionales e internacionales encargados de
velar por que se ejecuten en forma correcta cada uno de los aspectos
relacionados con la seguridad e higiene industrial, dentro de estos entes
reguladores tenemos a Inpsasel (Instituto Nacional de Prevención Salud y
Seguridad Laboral) en el caso de nacional, y la ONU (Organización de
Naciones Unidas) en el caso internacional.
También existen entes encargados de mantener una normalización
ajustada a las necesidades de la industrial para así proveer y garantizar una
gestión industrial competitiva; para el caso nacional existe Fondonorma –
COVENIN (Comisión Venezolana de Normalización Industrial), y como
referencia internacionales son conocidas ISO (International Organization for
Standardization), ASTM (American Section of the International Association for
Testing Materials), DIN (Deutsches Institut für Normung), ASME (American
Salud e Higiene del trabajador junto a la preservación de la
estructura y bienes de la industria
Preservación, cuidado del medio
ambiente y control del impacto ambiental
Capítulo II - Marco Teórico
18
Society of Mechanical Engineers), AISI (American Iron and Steel Institute
)
entre otras.
Inpsasel
El Instituto Nacional de Prevención, Salud y Seguridad Laborales
(Inpsasel), fue creado por la Ley Orgánica de Prevención, Condiciones y Medio
Ambiente de Trabajo, según Gaceta Oficial Número 3.850 de fecha 18 de julio
de 1986. Inpsasel es una institución comprometida con el diseño y la ejecución
de las políticas nacionales en materia de promoción, prevención y atención de
la salud y la seguridad laboral, garantizando el cumplimiento de la normativa
legal en el área, así como, óptimas condiciones de trabajo a todos los
trabajadores y trabajadoras de la República Bolivariana de Venezuela.
Funciones de Inpsasel (tomado de la página oficial de Inpsasel
10/09/2008)
Vigilar y fiscalizar el cumplimiento de las normas.
Prestar asistencia técnica a empleadores y trabajadores.
Substanciar informes técnicos.
Promoción, educación e investigación en materia de salud ocupacional.
Ejecutar la Política Nacional en materia de Prevención, Salud y
Seguridad en el Trabajo.
Asesorar a empleadores y trabajadores en el área de la salud
ocupacional.
Dictar las Normas Técnicas que regulan la materia.
Capítulo II - Marco Teórico
19
Aplicar las sanciones a los que violen la Ley en esta materia.
Gestionar el nuevo régimen de Seguridad y Salud en el Trabajo.
De la misma manera que Inpsasel ejecuta labores como las antes
descritas, existen organismos que cumplen funciones similares en cada país. En
la Union Europea existe La Agencia Europea para la Seguridad y la Salud en el
Trabajo, por su parte en Estados Unidos se encuentra
The Occupational Safety
and Health Administration (OSHA). Existen otros institutos que poseen un
marco legal basado en protocolos internacionales, como por ejemplo la
Organización Mundial de la Salud (OMS), la Organización Panamericana de la
Salud (OPS), y la Organización Internacional del Trabajo (OIT).
Entes Normalizadores (Fondonorma – COVENIN)
De forma similar que existen organismos de la naturaleza de Inpsasel
en diferentes países, también existes organismos encargados de
promover las
actividades de normalización y certificación de la calidad con la intención de
estimular la competitividad del sector productivo. En Venezuela es
FONDONORMA el organismo normalizador nacional; y se encarga de
elaborar documentos técnicos con la participación de los sectores público y
privado para luego presentarlos al Ejecutivo y concretar así su consideración
como Normas Nacionales.
En FONDONORMA existen diferentes comisiones que realizan tareas
de revisión, discusión, desincorporación y actualización de normas de carácter
industrial; y a su vez diferentes comités conformados por expertos en un área
Capítulo II - Marco Teórico
20
industrial que concentran su atención a las discusiones que se asocian a su área
de conocimiento. La Comisión Venezolana de Normalización Industrial es
conocida por sus siglas como COVENIN.
La principal referencia para estas organizaciones y comisiones
dedicadas a la normalización de cualquier sector, la representa “International
Organization for Standardization (ISO)”
2.1.2 La Empresa (La Electricidad de Caracas)
La Electricidad de Caracas con 112 años de experiencia es una empresa
del estado venezolano dedicada a proveer servicio eléctrico, fue la industria
eléctrica pionera en Venezuela, que propició de manera irrefutable el desarrollo
industrial de un país rural cuya economía se fundamentaba básicamente en la
agricultura, contribuyendo así a elevar la calidad de vida de la sociedad
venezolana.
La Electricidad de Caracas (EDC) provee de servicio eléctrico a más de
un millón de clientes y cuatro millones y medio de usuarios; ejecuta las áreas de
Generación, Transmisión, Distribución y Comercialización. Posee una
capacidad instalada de 2.316 Megavatios, cubriendo una extensión de 5200
km2
, distribuidos entre la Gran Caracas (Vargas, Guatire, Guarenas, Los
Teques) y San Felipe en el Estado Yaracuy.
El 100% de la energía que se distribuye en el área servida de el negocio
de distribución de La Electricidad de Caracas y sus empresas filiales, es
Capítulo II - Marco Teórico
21
generada en cinco plantas termoeléctricas, que utilizan como combustible gas y
fuel oil; (ver figura 2-4).(tomado de http://www.edc-ven.com.ve/ 23/10/2008).
En la tabla 2-1se refleja la capacidad instalada del sistema por compañía
filiales
(tomado de http://www.edc-ven.com.ve/ 23/10/2008).
Figura 2-4 (Area servida en el negocio de distribución de La Electricidad de Caracas y sus empresas filiales
)
Compañía
Área
Electrificada
(Km2)
Kms de Línea
de B.T.
Kms de
Línea de
M.T.
Demanda
Máxima (Kva)
Potencia
Instalada
(Kva)
EDC 1.76
9
12.24
5
4.68
7
1.905.40
6 4.460.062
Eleggua 241 2.120 553 153.584 513.322
Caley 773 1.693 748 53.274 141.803
Calev 484 3.075 830 158.032 429.568
Tabla 2-1 (Capacidad instalada del sistema por compañías filiales)
Capítulo II - Marco Teórico
22
Gerencia Funcional de Seguridad Higiene y Ambiente (SHA)
La Gerencia Funcional de Seguridad Higiene y Ambiente (SHA) está
conformada por un personal destacado en el área de Seguridad Industrial que
coordina, administra y ejecuta tareas especificas orientadas a mantener las
condiciones adecuadas de salud ocupacional y preservación ambiental al
momento de que algún equipo o grupo personal de la empresa realiza una
tarea.
El alcance de esta Gerencia Funcional se extiende por cada uno de los
departamentos de la empresa y sedes existentes, gracias a la presencia de
personal capacitado en todas las sedes y centros de servicio de la empresa. En la
siguiente figura 2-5 se ilustra el organigrama jerárquico de la empresa y los
departamentos que atiende SHA (tomado de http://www.edc-ven.com.ve/
23/10/2008).
Figura 2-5 (Organigrama estructural jerárquico de La Electricidad de Caracas)
Capítulo II - Marco Teórico
23
Términos de Interés Relacionados con Seguridad Industrial según
La Electricidad de Caracas
Cualquier empresa desarrolla una estrategia particular en el ámbito de
Seguridad Industrial de acuerdo con sus necesidades; es por esto que los
procedimientos desarrollados y documentos pertinentes a esta área en La
Electricidad de Caracas son procesados con una terminología propia
desarrollada en la Gerencia Funcional de Seguridad Higiene y Ambiente;
algunos de estos términos se citan a continuación:
CONCEPTOS BASICOS DE SEGURIDAD
Accidente: es un acontecimiento que causa lesiones a las personas,
daño a la propiedad o pérdidas en el proceso (tomado de tríptico
Conceptos Básicos de Seguridad SHA-EDC).
Acto Fuera de Norma: comportamientos que pueden dar paso a la
ocurrencia de un accidente. Ejemplos: operar equipos sin autorización,
no señalar o advertir, falla en asegurar adecuadamente, eliminar los
dispositivos de seguridad, usar los equipos de manera incorrecta, no
usar el equipo de protección personal, levantar objetos en forma
incorrecta (tomado de tríptico Conceptos Básicos de Seguridad SHA-
EDC).
Análisis de Riesgos: metodología rigurosa que utiliza técnicas
altamente especializada para evaluar el riesgo (tomado de guía de
Capítulo II - Marco Teórico
24
trabajo administración de riesgos. La Electricidad de Trabajo 1.999
Det Norske Veritas).
Causas Básicas: son las razones por las cuales ocurren los actos y
condiciones fuera de normas. Las causas básicas ayudan a explicar
porqué la gente comete actos fuera de normas y porqué existen
condiciones fuera de normas. Se clasifican en Factores Personales y
Factores de Trabajo (tomado de tríptico Conceptos Básicos de
Seguridad SHA-EDC).
Causas Inmediatas: aquellas causas que son evidentes productos del
accidente. Por lo general se presentan justamente antes del contacto. Se
dividen en: actos y condiciones fuera de norma (tomado de tríptico
Conceptos Básicos de Seguridad SHA-EDC).
Condición Fuera de Norma: circunstancia o condiciones que pueden
dar paso a la ocurrencia de un accidente. Ejemplos: protecciones y
resguardos inadecuados, herramientas, equipos o materiales
defectuosos, sistemas de advertencia insuficientes, orden y limpieza
deficientes en el lugar de trabajo (tomado de tríptico Conceptos Básicos
de Seguridad SHA-EDC).
Controles de Riesgos: medidas que reducen o controlan riesgos que han
sido identificados en la evaluación de riesgos (tomado de guía de
trabajo administración de riesgos. La Electricidad de Trabajo 1.999
Det Norske Veritas).
Capítulo II - Marco Teórico
25
Enfermedad Ocupacional: Se denomina enfermedad profesional a una
enfermedad adquirida en el puesto de trabajo en un trabajador por
cuenta ajena (http://es.wikipedia.org/wiki/Enfermedad_ocupacional).
Ergonomía:
ciencia que estudia las características, necesidades,
capacidades y habilidades de los seres humanos, analizando aquellos
aspectos que afectan al entorno artificial construido por el hombre
relacionado directamente con los actos y gestos involucrados en toda
actividad de éste (tomado de http://es.wikipedia.org/wiki/Ergonomia ).
Evaluación de Riesgos: cualquier proceso utilizado para identificar,
cuantificar o clasificar riesgos
(tomado de guía de trabajo
administración de riesgos. La Electricidad de Trabajo 1.999 Det
Norske Veritas).
Impacto: medida de la magnitud de una perdida (tomado de guía de
trabajo administración de riesgos. La Electricidad de Trabajo 1.999
Det Norske Veritas)
.
Incidente: es un acontecimiento que, “casi” ocasiona una pérdida.
También se le conoce como casi-accidente (tomado de tríptico
Conceptos Básicos de Seguridad SHA-EDC).
Inspección: es una técnica que permite analizar las condiciones de
trabajo, estado de los equipos, orden en las áreas, clasificación de los
materiales, detección de desviaciones para tomar medidas preventivas-
Capítulo II - Marco Teórico
26
correctivas y hacer seguimiento a las mismas (tomado de tríptico
Conceptos Básicos de Seguridad SHA-EDC).
Peligro: es un riesgo inminente con alta probabilidad de ocurrencia de
una perdida (en cualquier momento se puede salir de control) (tomado
de tríptico Conceptos Básicos de Seguridad SHA-EDC).
Perdida: daño a personas, ambiente, imagen, operaciones, patrimonio
y/o terceros (tomado de guía de trabajo administración de riesgos. La
Electricidad de Trabajo 1.999 Det Norske Veritas).
Probabilidad: es la frecuencia esperada de ocurrencia de un evento que
puede originar una perdida (tomado de guía de trabajo administración
de riesgos. La Electricidad de Trabajo 1.999 Det Norske Veritas).
Procedimiento: es una descripción paso-a-paso sobre cómo proceder,
desde el comienzo hasta el final, para desempeñar correctamente una
tarea (tomado de tríptico Conceptos Básicos de Seguridad SHA-EDC).
Riesgo: condición inherente o inesperada a una actividad que puede
dar origen a una pérdida (tomado de tríptico Conceptos Básicos de
Seguridad SHA-EDC).
Tarea: es una sección del trabajo, una asignación especifica del
trabajo, un conjunto de acciones necesarias para completar el objetivo
específico de trabajo (tomado de tríptico Conceptos Básicos de
Seguridad SHA-EDC).
Capítulo II - Marco Teórico
27
En la misma empresa mediante la iniciativa de la Gerencia Funcional de
Seguridad Higiene y Ambiente se maneja una estrategia particular de
concientización al personal que allí labora, en la cual se relaciona la
importancia del aspecto de seguridad en todos los niveles. Esta campaña es
promovida mediante la publicidad activa de las llamadas “REGLAS DE ORO
DE SEGURIDAD” que se muestran en la tabla 2-2
REGLAS DE ORO DE SEGURIDAD
Mantenga en todo momento una actitud de prevención.
Si usted no sabe,... pregunte.
Mantenga en buenas condiciones sus herramientas de trabajo.
Reporte cualquier condición o acto fuera de normas.
Obtenga ayuda para las cargas pesadas.
En la ejecución de algún trabajo, evite el distraer a otros.
Tu siempre puedes cambiar, aprender crecer.
Recuerda,...somos los arquitectos de nuestro propio éxito.
Al querernos,...queremos a los demás.
Tabla 2-2 (Reglas de ORO de Seguridad – EDC; tomado de tríptico Conceptos Básicos de Seguridad SHA-EDC)
Capítulo II - Marco Teórico
28
Para cualquier actividad industrial existen equipos de protección de uso
general y especifico propios de la actividad a desarrollar, los cuales se adaptan a
los diferentes requerimientos de seguridad industrial con el fin de brindar
protección a sus usuarios de manera personal y/o colectiva; dichos equipos
representan instrumentos de uso obligatorio para el trabajador en gran número
de casos, y su uso es administrado por las políticas de seguridad industrial
dictadas por el respectivo departamento de seguridad industrial de la empresa.
Equipos de Protección Personal (EPP) y Equipos de Protección
Colectiva (EPC)
El uso y regulación de calidad de estos equipos para el caso de
industrias venezolanas viene dado por normas internas de las empresas
ajustadas a la norma COVENIN 2237-89 (Ropa, equipos y dispositivos de
protección personal. Selección de acuerdo al riesgo ocupacional).
Los equipos de protección personal se pueden establecer según las
siguientes clasificaciones: los EEPs (Según Cortés 2001)
Según el grado de protección que ofrecen
Según al tipo de riesgo a que se destinan
Según la técnica que la aplica
Según la zona del cuerpo a proteger
Según su categorización (criterio de clasificación
contemplado en el NOM-017-STPS)
Capítulo II - Marco Teórico
29
2.1.3 Gerencia y Análisis de Riesgos
En cualquier empresa en donde exista una política bien fundamentada
de administración y análisis de riesgos se debe seguir en líneas generales un
patrón recomendado y ya probado de forma exitosa, en el cual se sugiere un
cierto proceder con el cual se garantiza una administración efectiva de riesgos;
reduciendo de esta forma las posibilidades de ocurrencia de accidentes que debe
asumir la empresa producto de las actividades riesgosas que desarrollan sus
empleados, bien sean riesgos de negocio, riesgos financieros o riesgos de
operación; la metodología a proceder recomendada se describe a continuación.
En donde las principales actividades a tomar en cuenta se mencionan y
desarrollan como se detalla en los siguientes sub-títulos.
Actividades Recomendadas para la Administración Efectiva de
Riesgos
Para la administración efectiva de riesgos se recomienda llevar a cabo
una serie de actividades. Entre las cuales se tienen:
a)
b)
Establecer contexto
c)
Identificar los riesgos
i.
Analizar los riesgos:
ii.
Cuál es la probabilidad de que el evento ocurra.
Cuál es la consecuencia potencial y su magnitud.
Capítulo II - Marco Teórico
30
La probabilidad y consecuencia de que ocurran eventos y la
magnitud de sus consecuencias son evaluados y/o combinados
para producir el nivel del riesgo. Fuentes de información y
técnicas para identificar el nivel de riesgos incluye las
siguientes:
i.
ii.
Registros pasados
iii.
Experiencia relevante
iv.
Práctica y experiencia de la industria
v.
Publicaciones literarias relevantes
vi.
Pruebas de mercadeo e investigación del mercado
vii.
Experimentos y prototipos
viii.
Modelos económicos, de ingeniería, otros
Opiniones de especialistas y expertos
d)
e)
Evaluar los riesgos
i.
Tratamiento de riesgos
ii.
Evitar el riesgo
iii.
Aceptar el riesgo
iv.
Reducir la probabilidad del riesgo
v.
Reducir las consecuencias
vi.
Transferir
Retener el riesgo residual
f) Monitoreo y revisión
En líneas generales se recomienda seguir el esquema mostrado en la
figura 2-6 para activar procesos de administración de riesgos
Capítulo II - Marco Teórico
31
Figura 2-6 (Proceso de administración de riesgos; tomado de Management Consulting)
Cualquier organización que aplique una administración de riesgos bien
planificada, ordenada y ajustada a su realidad; tendrá como resultado una buena
posibilidad de éxitos en la actividad comercial que desempeña; y es por eso que
las gerencias de las empresas insisten en la actualización constante de planes de
administración de riesgos; ya que conocen que para tomar decisiones acertadas
sobre cualquier situación de riesgo que afecta la seguridad ocupacional, salud o
medio ambiente; es necesario considerar tres factores fundamentales que
podrían cambiar con el tiempo, es decir, resultan ser factores de toma de
decisión dinámicos, estos son: consecuencias del riesgo, probabilidad y los
Capítulo II - Marco Teórico
32
criterios de aceptabilidad del riesgo que debe poseer el ente o agente
administrador del riesgo.
Administración de Peligros
Una vez agotado el procedimiento que incluye identificar, analizar,
evaluar los riesgos, es necesario continuar con la actividad tratando el riesgo;
según las características y condiciones del riesgo se canalizara la operación de
alguna forma que ya ha sido previamente estudiada por la gerencia de la
empresa; y para tal actividad existes varias técnicas, herramientas y modelos
que conducen a un adecuado tratamiento del riesgo.
Identificación de Peligros
El método más común y sencillo usado para la identificación de peligros
es el (hazard identificación - HAZID) según Management Consulting; el cual
implica la elaboración de informes de accidentes para su empresa o industria y,
mediante el análisis, tratar de sacar conclusiones acerca de las causas de
perdidas por accidentes que se desprendan de los informes. Si luego de un
análisis de los resultados de los informes obtenidos se determina que la
consecuencia es indeseable, el peligro debe abordarse mediante acciones de
eliminar el peligro, mitigar o controlar el peligro.
Capítulo II - Marco Teórico
33
Análisis de Frecuencia
En el área de gerencia de riesgos la frecuencia y el análisis de frecuencia
de ocurrencia de un evento tiene suma importancia para la toma de decisiones
adecuadas en el proceso de administración de riesgos; según MANAGEMENT
CONSULTING la frecuencia se expresa como el número de sucesos por unidad
de tiempo.
Clasificación de Riesgo
Una forma práctica de clasificar un riesgo según su potencial impacto
consiste en multiplicar la frecuencia de sucesos peligrosos a estudiar, por las
consecuencias para producir medidas de riesgo; las cuales se podrían expresar
en términos de promedio, como un índice esperado, para el nivel de lesión o
daño que se considera.
s
Una forma sencilla y grafica de ilustrar y comparar riesgos según los
parámetros de frecuencia de sucesos y severidad de los mismos, es mediante el
uso de una matriz de riesgos (ver tabla 2-3) la cual consiste en un área sub-
dividida en (n) cuadrantes, donde el valor de (n) es definido según la cantidad
de parámetros disponibles y la profundidad de estudio que se desea hacer.
Dicha matriz se conforman colocando dos ejes octogonales entre si y en donde
cada eje representa la severidad del peligro (creciente vertical para abajo) y la
probabilidad de peligro (creciente horizontal a la derecha); estos ejes se ajustan
a una escala determinada donde se le asignan valores de severidad a los
potenciales accidentes según criterios fijos de la empresa.
Capítulo II - Marco Teórico
34
Pr
obab
ilida
d Alta (1) M A A A
Media (2) B M A A
Baja (3) B M M A
Muy baja (4)
B B B M
Leve (D) Moderado (C) Mayor
(B) Catastrófico (A)
Consecuencias
Tabla 2-3 (Diagrama de clasificación de riesgos; Matriz d e riesgos; tomado de Management Consulting, Loss Control Management)
Para el uso de esta herramienta de calcificación de riesgos resulta útil
identificar algunos términos que se introducen a continuación:
A
Riesgo Inaceptable: Alto: implantar los controles necesarios para bajar el nivel
M
Riesgo intermedio: Medio: trabajar con Costo-Beneficio
B
Riesgo Aceptable: Bajo: administrar a través de control de pérdidas
Capítulo II - Marco Teórico
35
El Factor Humano
El factor humano es un elemento importante a evaluar en cualquier plan
de gerencia de riesgos, por lo cual con cierta frecuencia se estimula a los
trabajadores a realizar una evaluación simple de riesgos, u otra técnicas
similares que constan en una inspección personal e individual de puestos de
trabajo para reportar condiciones inseguras que se pueden haber introducido al
sistema al transcurrir del tiempo, con el fin de controlar los riesgos mayores que
los humanos, por naturaleza, introducen en cualquier situación.
“El potencial de error humano existe siempre que exista opciones de
selección por parte del individuo” (Fátima Tavares).
2.2 Equipos, Instrumentos y Fundamentos Asociados a la Actividad
de los Linieros
En el trabajo de mantenimiento y reparación de estructuras
electromecánicas de líneas aéreas de distribución existe cierto personal y
equipos de trabajo que resultan propios de la actividad. En los siguientes títulos
se introduce fundamentos teóricos y términos específicos que resultan
necesarios para la comprensión del procedimiento seguido para la elaboración
del presente Trabajo Especial de Grado.
Capítulo II - Marco Teórico
36
2.2.1 Los Linieros1
Las empresas que se dedican al comercio de energía eléctrica en las
etapas de generación, transmisión, distribución y comercialización; deben
poseer un personal calificado y entrenado en el área de electricidad a nivel
técnico y profesional. En La Electricidad de Caracas el personal que cumple
funciones en el área operativa de reparación, instalación y/o mantenimiento a
nivel técnico de equipos electromecánicos, utilizados en la etapa de distribución
de energía eléctrica, es formado en la “Escuela de Capacitación Chacao”
ubicada en la sede del centro de servicio de La Electricidad de Caracas de
Chacao; a la cual ingresan jóvenes periódicamente para recibir instrucciones
técnicas teórica-practica durante un periodo de un año y cinco meses; para
luego ser asignado a un centro de servicio de la empresa para realizar pasantías
y culminar así su instrucción como técnicos electricistas, a este personal se le
conoce comúnmente en la empresa como Linieros, identificándolos con
personal de la empresa que realiza labores en líneas aéreas de distribución de
energía eléctrica; por lo cual la escalada de postes es una tarea exclusiva de su
preparación. Las actividades de reparación y mantenimiento de líneas aéreas
son normalmente ejecutadas por cuadrillas formadas por un liniero, un caporal
y un supervisor; teniendo en cuenta que los linieros son supervisados
inmediatamente por el Caporal
y su Formación
2
1 Linieros: personal calificado en el área de instalaciones eléctricas formado en la
Escuela de Capacitación de Chacao de La Electricidad de Caracas, el cual realiza labores de reparación, mantenimiento e instalación en unidades electro-mecánicas de distribución de energía eléctrica.
quien alguna vez realizo actividades de liniero,
lo cual implica que posee suficiente experiencia en la labor; mientras que el
2 Caporal: personal formado en la Escuela de Capacitación de Chacao de la Electricidad de Caracas como electricista liniero; y con suficiente experiencia en el área como para asignarle la responsabilidad de las labores que realizan los linieros; además de ser responsable del vehículo e instrumentos que manejan la cuadrilla.
Capítulo II - Marco Teórico
37
supervisor con mas experiencia aun que el caporal coordinara las actividades de
el caporal como también las de el liniero.
2.2.2 Postes y Unidades Electro-Mecánicas
La Electricidad de Caracas mantiene una nomenclatura y terminología
con la que identifica la mayoría de los equipos, materiales y estructura de uso
regular asociadas a las tareas técnicas de instalación mantenimiento y
reparación de sus unidades electro-mecánicas; con una correcta identificación y
caracterización de equipos y estructuras se ha demostrado un incremento en la
efectividad de la comunicación de los trabajadores en la empresa al momento
de ejecutar operaciones de trabajo (según testimonios del Ing. Gerardo
Figueira), aspecto que resulta necesario hoy en día que el área de impacto de la
empresa se ha expandido y existen trabajadores de La Electricidad de Caracas
en diversas regiones de la Gran Caracas y de el territorio nacional, de manera
que es justificado por completo las medidas a tomar en vías de la
estandarización de la nomenclatura y terminología de los instrumentos y
equipos de uso diario ya que esto representa una ventaja operativa que incide en
el rendimiento productivo de la empresa.
Resuelta importante destacar que mucha de la nomenclatura de uso
asociada a los equipos e instrumentos de la empresa esta ajustada a estándares
internacionales con los que se maneja el sector eléctrico a nivel internacional.
En los títulos siguientes son incorporado algunos fundamentos teóricos útiles
para comprender el desarrollo del presente Trabajo Especial de Grado, también
se presentan ilustraciones de unidades electro-mecánicas de uso diario con una
Capítulo II - Marco Teórico
38
respectiva nomenclatura propia del montaje ilustrado asociadas con trabajos en
alturas; trabajo particular de los linieros de “La Electricidad de Caracas”.
Postes de Sección Tubular
Las estructuras aéreas destinadas al servicio de distribución de la
energía eléctrica en La Electricidad de Caracas son sostenidas sobre estructuras
eminentemente verticales, las cuales son ensambladas según la necesidad del
servicio a prestar, los requerimientos de la comunidad a beneficiar y la
disposición de el área a intervenir con tales estructuras. El principal elemento
estructural utilizado en montajes aéreos de distribución de energía eléctrica lo
representan los postes de sección tubular, los cuales poseen dimensiones,
geometría, material, modo de ensamblado, recubrimiento y acabados
estandarizados y ajustados al uso que se le pretende dar según normas
nacionales e internacionales como ASTM A-123, ASTM A-153, COVENIN
565, COVENIN 1212, COVENIN 3133-1, COVENIN 2606 entre otras normas
(ver sección 2.1.1.1.3).
A continuación se presenta una tabla con los principales postes de
sección tubular usados por La electricidad de Caracas en el negocio de
distribución de energía eléctrica, detallando sus características físicas, químicas
y mecánicas.
Capítulo II - Marco Teórico
39
Características de postes de sección tubular usados por La Electricidad de
Caracas en el negocio de distribución de energía eléctrica
Código EDC Material Largo
(m) Masa (kg) Uso Acabado Sec.
Poste serie 13541 A 13,25 315
Construcción de líneas aéreas de distribución
en zona de Litoral Central
Según la especificación E-
123-D-1208 Galvanizado en
caliente
3
Poste serie 13542
C
8,20 114 Construcción de líneas aéreas de distribución
Según la especificación E-
128-D-1208 2
Poste serie 13512 E 10,04 235 Construcción de líneas
aéreas de distribución
Según la especificación E-
128-D-2208 y E-128-D-1208; COVENIN
1212 y 565
3
Poste Serie 13514 R 12,20 294
Construcción de líneas aéreas de distribución
en zona de Litoral Central
Según la especificación E-
128-D-2208 y E-128-D-1208; COVENIN
1212 y 565
3
Poste Serie 13606 O 6,50 70,20
Colocación de retenidas en la construcción de
líneas aéreas de distribución en casos en que un poste sometido a
tensión de los conductores tenga
tendencia a perder su posición normal
Según la especificación E-
128-D-2208 1
Poste Serie 13562 8,10 290 Construcción de líneas
aéreas de distribución
Según la especificación E-
128-D-1208 2
Tabla 2-4 (Características físicas, postes de sección tubular)
Capítulo II - Marco Teórico
40
Elementos Estructurales de Montajes Aéreas de Líneas de
Distribución
Existen variedades de elementos estructurales con los que finalmente se
ensamblan las diversas configuraciones estructurales estandarizadas por La
Electricidad de Caracas en lo que respecta a las líneas aéreas de distribución; y
de la misma manera que existen para los postes de sección tubular una estricta
normalización nacional e internacional y características físicas, químicas y
mecánicas; existen otros elementos estructurales con características ajustadas a
su uso y con los cuales se pretende dar forma a las configuraciones
electromecánicas útiles para desarrollar el negocio de la distribución de energía
eléctrica.
Algunos elementos estructurales de uso en líneas aéreas de distribución
se ilustraran en la siguiente tabla resumen.
Capítulo II - Marco Teórico
41
Tabla resumen de elemento estructurales en montajes de líneas aéreas de distribución (datos tomados de http://www.edc-ven.com.ve/ 14/10/2008)
Elemento de Construcción Material Uso y
Funcionamiento Detalles
Cruceta Acero laminado en caliente
Montaje o soporte en postes, de equipos y dispositivos así
como para la sujeción de conductores.
Soportara como mínimo una fuerza de 750 kg sin que se produzca doblez en la misma.
Será recubierta mediante galvanizado en caliente según la norma COVENIN 1212 y 565.
Abrazadera
Acero al carbono laminado en caliente SAE
1010
Sujeción de elementos de construcción al poste
mediante el uso de tornillos tuercas y arandelas
Galvanizadas por inmersión en caliente según la norma COVENIN 1212 y 565
Para abrazaderas de ¼ pulg. y 3/8 pulg. de espesores; tienen resistencia mínima a la tracción de 3500 kg. y 5500 kg. respectivamente
Perno de carruaje
Acero de bajo y medio carbono,
templado y revenido, aleado
Elemento de fijación formado por un cuerpo
cilíndrico roscado exteriormente
Resistencia a la tracción desde 413,617 hasta 1034,042 MPa como min.
Dureza del núcleo desde B70 hasta C 33 min. Rockwell.
Parales Acero Laminado Pieza que se emplea para arriostrar las crucetas en
banderas
Pieza con perfil L de alas iguales Acero laminado en caliente
Tuerca de ojo Acero Forjado
Se emplea para anclar guayas o aisladores, cuando
se coloca en el tornillo central de la abrazadera
universal.
Forjada en forma de anillo con rosca en su base
Tabla 2-5 (Características de herrajes ferrosos usados en sistemas eléctricos de distribución; tomadas de COVENIN 2523; 2410; 2015)
Capítulo II - Marco Teórico
42
Rango de Tensión de Trabajo Utilizados por La Empresa La
Electricidad de Caracas en la Fase de Distribución de Energía Eléctrica
Con el fin de unificar criterios de diseño, construcción y montajes de
instalaciones eléctricas en la fase de distribución de energía eléctrica a nivel
nacional, se ha propuesto las Normas de Calidad del Servicio de Distribución
de Electricidad, derivadas de la Ley Orgánica del Servicio Eléctrico en
conformidad con el articulo 102 y 17 numeral 14 de la mencionada ley. Las
normas de calidad del servicio de distribución de electricidad se han
formalizado al momento de su publicación en Gaceta Oficial de la Republica
Bolivariana de Venezuela numero 38.006 año CXXXI---mes XI (23/08/2004).
Entre otros datos importantes vale la pena resaltar algunos términos de
uso establecidos en el mencionado texto, como también es importante indicar
los rangos de tensión estandarizados para el uso nacional como se indica en el
cuadro siguiente.
Categoría de tensión Rango de tensión dado en kV
Alta Tensión Tensión ≥ 69
Media Tensión 1 < Tensión < 69
Baja Tensión Tensión ≤ 1 Tabla 2-6 (Datos tomado de gaceta oficial 334 agosto 2004)
Capítulo II - Marco Teórico
43
Ya conocido los tres principales rangos de tensión que se manejan en el
territorio nacional de forma estándar, y sabiendo que los servicios de
distribución de energía eléctrica en La Electricidad de Caracas por poseer un
rango de tensión que va desde 120 V a 12.47 kV, el cual esta comprendidos
entre los rangos principales como media y baja tensión.
A continuación se muestra un esquema ilustrativo de una estructura
electro-mecánica de uso común dado por la empresa La Electricidad de
Caracas, con un banco de equipos transformadores para líneas aéreas de
distribución de energía eléctrica. Se observa en el mismo las longitudes de los
equipos y distanciamiento recomendado y normado para su correcta ubicación
con alguno de los respectivos accesorios necesarios para la construcción de la
estructura.
Capítulo II - Marco Teórico
44
Figura 2-7 (Distancias mínimas entre las líneas de Alta tensión y Baja tensión; poste con banco de trasformadores; tomado de http://srw2kamfm/normas/UCS/C.PDF )
Capítulo II - Marco Teórico
45
Clasificación de las Estructuras Electro-Mecánicas Según
Configuración Geométrica Espacial de las Fases que la Conforman
Las líneas aéreas sostenidas por los elementos estructurales de
distribución son ordenadas espacialmente siguiendo una geometría
recomendada y estandarizada por La Electricidad de Caracas y normativas
internacionales; tales geometrías son justificadas debido a las ventajas
operativas que traen en sus respectivas etapas de instalación, mantenimiento y
medidas de seguridad que brindan a operadores que las manipulan y comunidad
beneficiada del servicio eléctrico (Según testimonio de Ing. Gerardo Figueira,
Departamento de Normas de Ingeniería EDC).
Las geometrías más comunes observadas y recomendadas de uso en
instalaciones de distribución de energía eléctrica para líneas aéreas
corresponden a tres tipos principales como los son: triangulares (tipo Q),
horizontales (tipo U) y verticales (tipo R) como se ilustra en la figura 2-10;
estas geometrías junto a los montajes electro-mecánicos que la sostienen serán
ilustradas y explicadas con mayor detalles en los próximos sub-títulos.
Capítulo II - Marco Teórico
46
Figura 2-8 (Tipos de configuración en líneas aéreas de distribución de energía
eléctrica).Tomado de Norma de Diseño (I) 4-2006: Propiedades y Constantes de Conductores en Líneas de Distribución. M. Ereú/G. Figueira/A. Rizzo
Configuración Tipo (Q) de Líneas Aéreas de Distribución de
Energía Eléctrica
Las configuraciones aéreas usadas para sostener los conductores
identificadas o simbolizadas con la letra (Q) corresponden a arreglos donde los
conductores se encuentran apoyados en la estructura de la “posteadura”
formando un triangulo entre sus puntos de apoyo con la estructura; este tipo de
estructura es usada principalmente entre otros casos cuando existe conducción
de energía eléctrica mediante tres fases, es decir, tres conductores energizados
los cuales debido a sus especificaciones técnicas de distribución y normativa
interna de la empresa conviene colocarle de la manera más compacta posible
pero respetando sus distancias mínimas de separación para evitar una posible
interferencia y posible contacto con alguna planta física adyacente (Según
testimonio de Ing. Gerardo Figeira, Departamento de Normas de Ingeniería
EDC).
Capítulo II - Marco Teórico
47
En los siguientes gráficos se ilustraran algunas de las configuraciones
más usadas tipo (Q) y se colocaran detalles de las mismas, para facilitar su
comprensión.
Capítulo II - Marco Teórico
48
Tabla 2-7 (Tabla resumen de montajes electro-mecánicos tipo (Q), tomado de www.edc-
ven.com.ve)
Configuración Tipo (U) de Líneas Aéreas de Distribución de
Energía Eléctrica
Existen configuraciones en instalaciones de distribución aérea de
energía eléctrica en donde los conductores energizados están dispuestos sobre
las estructuras que les sostienen alineados de manera horizontal respecto a los
puntos de apoyo existentes entre los conductores y las estructuras que les
sostiene; a estos montajes se les conoce como configuración tipo (U), en donde
los conductores energizados presentes pueden ser tres o dos según
correspondan a un circuito trifásico o bifásico respectivamente.
Son el tipo de configuraciones mas recomendadas a instalar por la
practicidad que ofrecen al momento de instalar, reparar y manipular desde la
parte superior de la estructura o la parte baja de la misma; se suelen usar
configuraciones de este tipo cuando la disposición del terreno permite un
prudente distanciamiento horizontal entre fases y a su vez con cualquier
Capítulo II - Marco Teórico
49
estructura adyacente bien sea industrial, domestico o natural (Según testimonio
de Ing. Gerardo Figueira, Departamento de Normas de Ingeniería EDC).
En los siguientes gráficos se ilustraran algunas de la configuraciones
más usadas tipo (U) y se colocaran detalles de las mismas, para facilitar su
comprensión.
Capítulo II - Marco Teórico
50
Tabla 2-8 (Tabla resumen de montajes electro-mecánicos tipo (U), tomado de www.edc-
ven.com.ve)
Configuración Tipo (R) de Líneas Aéreas de Distribución de
Energía Eléctrica
En las configuraciones tipo (R) usadas por la empresa La Electricidad de
Caracas en las estructuras de distribución de energía eléctrica se observan los
conductores energizados alineados de forma vertical, generalmente apoyados
sobre aisladores sostenidos por abrazaderas colocadas a una altura prudente del
Capítulo II - Marco Teórico
51
poste. La principal aplicación de estas configuraciones se reportan en casos
donde existen líneas energizadas con bajo nivel de tensión y/o en sectores
donde no es factible mantener líneas distanciadas horizontalmente por la
existencia de espacios reducidos; lo que generalmente ocurre en comunidades
urbanas y residenciales improvisadas.
Sin embargo existen montajes en donde por necesidad la colocación
vertical de los elementos de sujeción de líneas en las estructuras de
construcción electro-mecánicas se encuentran desplazadas respecto al poste,
manteniendo la verticalidad característica de la configuración tipo (R), y
formando una vertical entre los elementos que sostienen los conductores con
sus respectivos apoyos que a su vez se hallan acoplados al poste sobre
elementos de construcción electro-mecánicos, que de alguna forma se
ensamblan para garantizar la verticalidad de las fases y manteniendo las
correctas normas de seguridad útiles para la adecuada construcción de los
montajes mencionados; la anterior descripción corresponde a configuraciones
que comúnmente son llamadas “emperchadas” (Según testimonio de Ing.
Gerardo Figueira, Departamento de Normas de Ingeniería EDC).
En los siguientes gráficos se ilustraran algunas de la configuraciones
más usadas tipo (U) y se colocaran detalles de las mismas, para facilitar su
comprensión.
Capítulo II - Marco Teórico
52
Tabla 2-9 (Tabla resumen de montajes electro-mecánicos tipo (R), tomado de www.edc-ven.com.ve)
Capítulo II - Marco Teórico
53
Configuraciones y Montajes no Estándar
Al momento de instalar y actualizar estructuras electro-mecánicas de
distribución de energía eléctrica se presentan casos en los cuales las
configuraciones normadas por la empresa (tipo Q, U, R) resultan ser
imprácticas o inaplicable; bien sea por razones ambientales topográficas,
técnicas o estratégicas de la empresa. En estos casos llamados por los
trabajadores de la empresa como “casos o situaciones excepcionales” es
necesario improvisar un ensamble que se adapte a los requerimientos técnicos
del préstamo de servicio y además mantenga estrictas normas de seguridad con
las cuales se deben manejar los montajes aéreos de líneas aéreas de
distribución. De manera que en varias ocasiones será necesario instalar
ensambles que de alguna manera son considerados fuera de norma.
Existen unidades electro-mecánicas de distribución aérea de energía
eléctrica que resultan ser singulares por sus características físicas y
geométricas; la singularidad de estas estructuras generalmente se debe a su
antiguedad o ubicación remota, en donde por alguna razón no ha sido necesario
actualizar la misma por su buen estado general o difícil acceso al lugar de
ubicación.
Las principales características que se salen de los parámetros comunes
en estas estructuras se enlistan a continuación:
Dimensiones
Material de Construcción (cemento y madera)
Geometría (postes con “perchas”)
Capítulo II - Marco Teórico
54
Forma de ensamble
Disposición de los bajantes a tierra (ver sección 2.2.3 definición
bajantes puesta a tierra)
Los postes que sostienen los conductores pueden clasificarse según su
ubicación en el terreno, ubicación en el trayecto del circuito, por la cantidad de
circuitos que se apoyen en su estructura y por la característica de poseer o no
bancos de trasformadores.
Los postes ubicados al final de un circuito se les conocen como postes
terminales, mientras que los postes que sostienen líneas de un circuito en lo
largo del trayecto del mismo son los llamados postes de paso. Los postes que
sostienen líneas energizadas correspondientes a más de un circuito se les
conoce como postes multi-circuitos, en caso contrario de que el poste sostenga
solo líneas pertenecientes un circuito serán postes mono-circuitos; y si un poste
sostiene algún banco de trasformadores se les llaman postes de transformación.
2.2.3 Definiciones y Términos Asociados al Trabajo de los Linieros
Existen fundamentos asociados a las estructuras electro-mecánicas; y es
por eso que algunos términos son necesarios definir de forma básica según los
criterios de uso de los mismo por la empresa La Electricidad de Caracas; a
continuación se listaran términos con una breve explicación de su significado y
uso por parte de los linieros en sus actividades diarias.
Abrazadera: es una pieza fabricada por dos pletinas de acero laminado
en caliente dobladas en forma arqueada, las cuales poseen
perforaciones para tres tornillos. Se emplean en la construcción de
Capítulo II - Marco Teórico
55
líneas aéreas de distribución de media tensión y baja tensión, para
sujetar y soportar otros herrajes que se fijan a los postes de
distribución de La Electricidad de Caracas (Normalización N°. N-123-
D-6108. Enero 2008. EDC). Ver figura 2-11
Figura 2-9 (Abrazadera universal diseño en Angulo)
Arnés de protección 5 anillos: dispositivo de sujeción del cuerpo
destinado a parar caídas, es decir, componente de un sistema
antiácidas. El arnés de protección puede estar construido por bandas,
elementos de ajustes, hebillas y otros elementos, dispuestos y ajustados
en forma adecuada sobre el cuerpo de una persona para sujetarla
durante una caída y después de la parada de ésta (tomado de
COVENIN 1042:2000 Arnés y Eslingas de protección Requisitos 2da
Revisión).
Capítulo II - Marco Teórico
56
Este arnés el cual es usado por lo linieros de La Electricidad de
Caracas posee 5 anillas de sujeción con uso especifico, las cuales
quedan repartidas de la siguiente manera, 2 anillas ubicadas en la
parte delantera del usuario a altura del pecho y abdomen, 2 anillas
ubicadas al lado derecho e izquierdo de la cintura y un anillo ubicado
en la parte posterior del usuario a altura de la cervical; este último
anillo es de uso exclusivo para el sistema antiácidas. Ver figura 2-12
Figura2-10 (Arnes de Protección 5 anillos usado por los Linieros de la EDC)
Aislamiento Eléctrico: es el efecto que se produce cuando se cubre un
elemento de una instalación eléctrica con un material que no es
Capítulo II - Marco Teórico
57
conductor de la electricidad, es decir, que resiste el paso de la corriente
a través del elemento que recubre y lo mantiene en su trayectoria a lo
largo del conductor, dicho material se denomina aislante eléctrico
(tomado de http://es.wikipedia.org/wiki/Aislamiento_electrico
23/10/2008).
Bajantes de Puesta a Tierra: dispositivos mecánicos utilizados para
canalizar el sistema de puesta a tierra de los postes de distribución de
energía eléctrica de una forma segura y ajustada a normas y
recomendaciones de instalaciones de unidades electro-mecánicas.
Caporal: personal formado en la Escuela de Capacitación de Chacao de
la Electricidad de Caracas como electricista liniero; y con suficiente
experiencia en el área como para asignarle la responsabilidad de las
labores que realizan los linieros; además de ser responsable del
vehículo e instrumentos que manejan la cuadrilla.
Cincha: equipo utilizado por los linieros para la escalada y subida de
postes para trabajos realizados en líneas aéreas de alta o baja tensión,
(ver figura 2-13).
Capítulo II - Marco Teórico
58
Figura 2-11 (Imágenes de cinchas usadas por linieros de la EDC al momento de escalar postres) Cruceta: es una pieza que se fabrica a partir de un perfil de acero
laminado en caliente, que está provista de perforaciones para su
fijación al poste y para el montaje de accesorios y equipos presentes en
una red de distribución (Normalización N°. N-126-D-1590. Febrero
2008. EDC; ver figura 2-14.
Capítulo II - Marco Teórico
59
Figura 2-12 (Vistas dimensionadas de cruceta usadas para instalaciones electro-mecánicas)
Cuadrillas: equipo de trabajo conformado por personal calificado de La
Electricidad de Caracas, en donde se encuentran incluidos un Caporal,
un Liniero y en casos especiales un supervisor de tareas. Este grupo de
trabajo generalmente manejan una o dos unidades móviles equipas con
material e instrumentos útiles para los trabajos específicos que se
deban realizar.
Eslinga de protección: es una línea flexible de longitud fija o variable
(cuerda, banda, cable metálico, cadenas, etc.) con elementos de
sujeción , que se utiliza para asegurar el arnés de protección a una
línea de vida o a un punto de anclaje fijo (tomado de COVENIN
1042:2000 Arnés y Eslingas de protección Requisitos 2da Revisión; ver
figura 2-15
Capítulo II - Marco Teórico
60
Figura 2-13 (Imagen de eslinga de protección usadas por los linieros de la EDC)
Fases: en distribución aérea de energía eléctrica el término fase
corresponde a una línea energizada por la cual existe un flujo de
corriente eléctrica generada mediante un sistema de generación
multifasico (trifásico).
Línea de vida: es una línea horizontal o vertical extendida entre dos
puntos de anclaje fijo, independientemente de la superficie de trabajo, y
a la cual se asegura la eslinga, bien sea enganchándola o por medio de
una conexión deslizante (tomado de COVENIN 1042:2000 Arnés y
Eslingas de protección Requisitos 2da Revisión).
Linieros: personal calificado en el área de instalaciones eléctricas
formado en la Escuela de Capacitación de Chacao de La Electricidad
de Caracas, el cual realiza labores de reparación, mantenimiento e
instalación en unidades electro-mecánicas de distribución de energía
eléctrica.
Capítulo II - Marco Teórico
61
Línea Abierta: se refiere a las líneas aéreas de conducción de energía
eléctrica, las que físicamente las fases se encuentran separadas
(Normas de Diseño (I) 4-2006. Propiedades y Constantes de
Conductores en Líneas de Distribución. M. Ereú/ G. Figueira/ A. Rizzo
y el Autor).
Neutro: están representados por conductores no energizados de
referencia para el circuito de uso que de alguna manera son conectados
a tierra y sirven como sistemas de protección al usuario del servicio
eléctrico al momento de que por alguna razón no planificada exista una
sobre tensión en las líneas y sobrecarga que no sería soportada por los
equipos de uso eléctrico domésticos.
Parales: pieza fabricada con un perfil (L) de alas iguales de acero
laminado en caliente, cuya función consiste en arriostrar las crucetas
en bandera (estructuras en triangulo) manteniéndolas en ángulo recto
con respecto al poste (tomado de COVENIN 2523:1995 Herrajes
Ferrosos Utilizados en Sistemas Eléctricos y Telefónicos de
Distribución. Definiciones 1ra
Revisión).
Perno de Carruaje: es un elemento de fijación formado por un cuerpo
cilíndrico roscado exteriormente, de cabeza redonda y cuello cuadrado,
para ser usado a través de un agujero pasante donde se acoplan piezas
conjuntamente con tuercas (tomado de COVENIN 2410:1994 Pernos de
Cabeza Redonda y Cuello Cuadrado (Perno Carruaje) 1ra
Revisión).
Capítulo II - Marco Teórico
62
Pértiga Telescópica: equipo utilizado para efectuar operaciones a
distancia, en alta, media o baja tensión (abrir o cerrar interruptores,
protectores de línea y de aisladores, seccionadores, cuchillas, etc); este
equipo es de forma cilíndrica y conocido como pértiga telescópica por
su carácter funcional, posee un terminar en forma de gancho universal
en el que se puede adaptar piezas para distintas aplicaciones (ver figura
2-16).
Figura 2-14 (Pértiga telescópica de 12 m. usados por linieros de la EDC; terminal universal )
Herrajes: es el conjunto de piezas o elementos metálicos, que se utilizan
para adaptar y fijar mecánicamente los accesorios y equipos, en los
sistemas electricos y telefonicos de distribución (tomado de COVENIN
2523:1995 Herrajes Ferrosos Utilizados en Sistemas Eléctricos y
Telefónicos de Distribución. Definiciones 1ra
Revisión).
Sistema de puesta a tierra: son los diferentes dispositivos y mecanismos
usados en instalaciones eléctricas industriales para hacer la correcta
referencia a tierra de los circuitos, y además funcionan como
mecanismos de bloqueo de circuitos para resguardar la seguridad de
Capítulo II - Marco Teórico
63
los usuarios finales del servicio eléctrico y personal encargado de
hacer mantenimiento y trabajos en instalaciones eléctricas. Existen los
llamados sistemas de puesta a tierra colectivo y sistemas de puesta a
tierra personal, los cuales cuando se trata de instalaciones de
distribución de energía eléctrica aérea se colocan acoplados a la
estructura de los postes de trabajo de forma puesta a tierra personal, y
también se colocan en los postres de inmediatos siguientes y anterior al
poste de trabajo como sistema de puesta a tierra colectivo.
Sistema de anclaje: un sistema de anclaje se interpreta como un
mecanismo y protocolo mediante al cual se asegura un objeto o
operario a un punto fijo ubicado en una zona estratégicamente segura;
en cual permite la reducción del riesgo de una caída o desprendimiento
del elemento que se desea asegurar (operario u objeto).
Sistema antiácidas: equipo de protección individual contra las caídas de
alturas que consta de un arnés de protección, un componente de
conexión y una línea de vida que evita las caídas contra el piso (tomado
de COVENIN 1042:2000 Arnés y Eslingas de protección Requisitos 2da
Revisión).
Transformadores: dispositivos que funcionan mediante el principio de
inducción mutua entre dos bobinas o devanados, en donde un cambio
de corrientes en una de ellas induce una tensión en la otra (tomado de
electricidad MILEAF, Harry Serie 3/7 Limusa Mexico 1997).
Capítulo II - Marco Teórico
64
Trabajos en alturas: se entienden como trabajo en alturas con riesgo de
caída a distinto nivel donde una o más personas realizan cualquier tipo
de actividad a un nivel cuya diferencia de cota sea aproximadamente
igual o mayor a dos metros (2 m) con respecto del plano horizontal. Es
también trabajo en alturas cualquier tipo de trabajo que se desarrolle
bajo nivel cero, como ser: pozos, ingresos a tanques enterrados,
excavaciones de profundidad mayor a 1.5 metros, y situaciones
similares (Seguridad en Trabajo de Altura. Ing. Néstor Adolfo Botta,
Red Proteger, Rosario, Septiembre 2.004)
2.3 El Proceso de Diseño
En la mayoría de los proyectos de ingeniería generalmente se ejecutan
mediante un previo o continuo proceso de diseño; por lo cual es natural
imaginar que existe suficiente experiencia heredada por parte de los
proyectistas en lo que respecta a las adecuadas y recomendadas fases de un
proceso de diseño efectivo.
2.3.1 Directrices y Recomendaciones para Concretar un Proceso de
Diseño Efectivo
Son tan amplias y variadas las definiciones de diseño como amplia es la
gama de autores que se han tomado la libertad de definir este término; por
ejemplo según Tablante 1988, el diseño es un proceso mediante el cual se
transforman recursos (Humanos y Materiales) en productos o sistemas con el
fin de satisfacer una necesidad.
Capítulo II - Marco Teórico
65
De una forma personal se entiende como diseño el resultado de un
proceso creativo que surge motivado a una necesidad humana; y en el cual es
necesario aplicar una serie de técnicas y recomendaciones que han servido
como elementos claves para la determinación de procesos exitosos de diseño;
adicionalmente que son elementos claves que se han determinado debido a
experiencia de equipos multidisciplinario abocados a resolver problemas y
plantear propuestas de diseño como posibles soluciones a estos.
Lo anterior escrito no implica un procedimiento, ya que este término es
asociado con una serie de instrucciones e indicaciones que llevan una estructura
fija, rígida e invariable; ya que situaciones así son precisamente las que se
desean evitar; pues estas castrarían de una forma contraproducente el libre y
creativo proceder de la investigación asociada el diseño.
Aspectos del Proceso de Diseño
Algunos elementos claves usados en el proceso de diseño son ilustrados
en la figura 2-17 de manera esquemática para lograr su mejor comprensión;
como se observa en la figura 2-17 cualquier proceso de diseño se inicia con una
pregunta clave necesaria para precisar las características del diseño que se
planteara una vez concluido el proyecto.
Todo diseñador que sea solicitado para resolver un problema que surge
de alguna necesidad humana debe preguntarse repetidas veces ¿Cual es el
problema?; es necesario identificar y definir el problema con la mayor cantidad
de detalle que sea posible, y acotarlo hasta donde los requerimientos de los
Capítulo II - Marco Teórico
66
usuarios e involucrados con el problema lo permitan; además de esto y por
tratarse de problemas que nacen debido a una necesidad humana es necesario
entender el problema con la ayuda de un equipo multidisciplinario,
manteniendo un contacto metódico y estratégico con los individuos afectados
por el problema de manera que se puedan conocer todas las aristas y
características del mismo; pero sin caer en el error de involucrarse
sentimentalmente con el problema o los afectados por el problema; ya que al
existir vínculos afectivo entre el diseñador y la situación problemática el
proceso de diseño degenerara en un problema personal; lo cual resulta
contraproducente para desarrollarse un proceso de diseño efectivo y objetivo.
Figura 2-15 (Esquema estructural de un proceso de diseño recomendado)
Identificación (Asunción)
Definición del problema
Análisis y Estudio de Usuario
(Conocer del problema)
Generación de alternativas de
solución (tormenta de ideas)
Fijación de criterios de selección
Selección de la solución
Especificación de la solución
Implementación
Funciona?
Si No
Capítulo II - Marco Teórico
67
Encuestas y Entrevistas
Al estudio del problema en el campo, y en contacto al personal afectado
por el mismo; se le conoce en proyectos de ingeniería entre otras formas como
estudio de usuario y análisis de tareas. Para lo cual existen estrategias,
procedimientos y herramientas bien estructurados como entrevistas, encuestas,
análisis de tareas, observación cualitativa entre otros que generalmente se
realizan junto al apoyo de profesionales de las ciencias sociales y humanidades.
Método de Generación y Selección de Soluciones
Entre las estrategias más usadas en el ejercicio de la ingeniería para
obtener una propuesta de diseño tentativa como solución; se suele emplear una
herramienta dinámica para la generación de soluciones conocida como
Tormenta de Ideas (Brainstorming); y posteriormente para especificar una o
unas propuestas de diseño definitivas como solución se suele aplicar una matriz
de selección. Es conveniente tomar en cuenta los mecanismos de generación de
ideas, a fin de desarrollar una dinámica de generación de ideas (tormenta de
ideas) de la forma más eficiente posible; entre los mecanismos de generación de
ideas más importantes se mencionan a continuación, los siguientes:
• Inversión: consiste en invertir el problema.
• Analogía: consiste en buscar analogías al problema enfrentado.
• Empatía: consiste en identificarse o ponerse en lugar de una
pieza o parte del sistema que se está diseñando.
• Descomposición Funcional: consiste en agrupar un grupo de
funciones o cualidades especificas de distintos elementos en un
elemente mas único o más simple.
Capítulo II - Marco Teórico
68
Tormenta de ideas (Brainstorming): este método fue ideado por Alex
Osborn y consiste en reunir un grupo multidisciplinario (4 a 12 personas) para
trabajar sobre un problema. El grupo debe trabajar sobre las siguientes
reglas:
• No se permite ningún a evaluación o juicio sobre las ideas.
• Tratar de que los participantes generen ideas y las expongan en
la forma más espontanea posible.
• Debe buscarse cantidad de ideas porque esto ayudara a evitar
evaluarlas internamente y porque cantidad, en este caso genera
calidad.
• Debe promoverse entre los miembros del grupo que construyan
(o modifiquen) sobre las ideas de otros, porque esto
generalmente desemboca en ideas superiores a las iníciales.
(Según Milani R. “Diseño para nuestra realidad”)
Matriz de selección o análisis morfológico: este método consiste en un
cuadro donde se colocan en una columna los criterios, estableciéndoles un valor
ponderado de acuerdo a su importancia, y en una fila las alternativas de
solución, de manera que se le va asignando una puntuación a cada uno y la
suma final debe ser la ponderación asignada. Las ponderaciones pueden variar
de acuerdo al usuario y a la cantidad de criterios a evaluar. La idea es no repetir
estas ponderaciones, de manera que los criterios más importantes resalten en la
selección.
Capítulo II - Marco Teórico
69
Selección de Materiales
Probablemente, la selección de materiales para el diseño de un
componente en particular sea una de las tareas o retos más importantes para el
ingeniero de hoy en día. Decisiones erradas o inapropiadas pueden ser
desastrosas tanto desde el punto de vista económico como en materia de
seguridad.
Criterios y Herramientas para la Selección de Materiales
Factores que intervienen en la selección de materiales
Restricciones relacionadas entre sí
• Factores Físicos
• Factores Mecánicos
• Procesamiento y Fabricabilidad
• Vida útil del material
• Costo y disponibilidad
• Códigos, factores estatuarios y otros
Criterios y Herramientas para la Selección de Materiales
• La selección basada en el perfil de propiedades: se
realiza cotejando los valores numéricos de las propiedades con las restricciones
o requerimientos de diseño. Las propiedades de uso más frecuente en el diseño
se encuentran reflejadas en la tabla 2-10.
Capítulo II - Marco Teórico
70
Insensibles a la microestructura Sensibles a la microestructura Densidad , ρ Resistencia, σ
Módulo de Elasticidad, E Ductilidad Conductividad térmica, κ Tenacidad de fractura KIc
Coeficiente de expansión térmica lineal, α Fatiga y propiedades cíclicas Punto de fusión, Tf Termofluencia
Corrosión uniforme mm/año Impacto Costo, $ Dureza
Tabla 2-10 (Propiedades más comunes en la selección de materiales; tomado de Diseño y selección de materiales I)
• La selección basada en el perfil de proceso busca identificar el
tratamiento adecuado que permita dar al material la forma requerida a un costo
mínimo, tarea que resulta ser muy compleja ya que existen numerosos métodos
de procesamiento tecnológicamente disponibles. Pero debe tomarse una
decisión en cuanto al proceso de fabricación que se vaya a utilizar para poder
optimizar el costo y rendimiento del o los materiales seleccionados.
• La selección basada en el perfil ambiental se relaciona con el
material, su manufactura, uso, reutilización y su eliminación del ambiente. Este
último aspecto siempre incrementa los costos pero deben tomarse en cuanta si
existen regulaciones legales.
Rendimiento y eficiencia de los materiales: la mejor opción
para un componente no se basa en sus propiedades específicas sino en una
combinación de propiedades en un esfuerzo por disminuir el peso y el costo. El
rendimiento de un material estructural se define como su eficiencia para
desempeñar una función en particular. En términos de cargas mecánicas
podemos definir esta eficiencia como la relación que existe entre la carga que
un material puede soportar entre el peso del material para una geometría
Capítulo II - Marco Teórico
71
estructural definida la cual puede ser expresada matemáticamente de acuerdo a
la siguiente relación.
𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸 =𝐶𝐶𝐸𝐸𝐶𝐶𝐶𝐶𝐸𝐸𝑃𝑃𝐸𝐸𝑃𝑃𝑃𝑃
=𝑃𝑃𝑚𝑚
P es la carga máxima que el material puede soportar de acuerdo al criterio de
falla que se ha elegido y en la modalidad de carga.
Diagrama de materiales: la recopilación de información de las
propiedades de los materiales para poder cumplir con las exigencias de diseño
es la tarea que más tiempo consume en la selección de materiales.
Afortunadamente, la mayoría de estos datos están disponibles en programas y
bases de datos lo cual facilita esta laboriosa tarea, al menos en la etapa de
diseño conceptual. Ashby elaboró una serie de diagramas de materiales basados
en la maximización de propiedades ideados exclusivamente para la etapa de
diseño conceptual.
Capítulo III - Metodología Experimental y Cálculos
72
Capítulo III
Metodología Experimental y Cálculos
Para cumplir con los objetivos propuestos en el presente trabajo especial
de grado, se han desarrollado cuatro fases, las cuales siguen una secuencia
cronológica ver Fig 3-1. Dichas fases son:
1. Fase I: esta fase comprende la recolección de información
bibliográfica y del todo el material que permita conocer con
detalle todos los aspectos que abarca el problema
2. Fase II: elaboración del diseño del sistema de anclaje
3. Fase III: elaboración de planos del sistema de anclaje propuesto
4. Fase IV: diseño de un procedimiento de escalada donde se utilice
el sistema de anclaje propuesto.
Fig. 3-1(Esquema de la metodología experimental)
Capítulo III
Metodología experimental y
cálculos de Diseño Mecánico
Recolección de informacion
bibliografica y material que permita conocer los aspectos
del problema
Desarrollo del sistema de anclaje
Elaboracion de planos del sistema
de anclaje propuesto
Diseño de un procedimiento de
escalada que incluya el uso del sistema de
anclaje propuesto
Capítulo III - Metodología Experimental y Cálculos
73
3.1 Recolección de Información Bibliográfica y Material de Apoyo
Para el desarrollo de la fase I que comprenden los objetivos 1 al 7, se
realizaron una serie de actividades como: salidas de campos a la Escuela de
Capacitación de Chacao ubicada en el centro de servicio de La Electricidad de
Caracas de Chacao, centro de servicio Santa Rosa, centro de servicio La
Yaguara, visitas a estaciones de trabajo ubicadas en San Agustín del Sur, La
Charneca, Parque Nacional El Ávila, Club de Sub-Oficiales (Las Mayas-
Coche), el Mercado Mayor de Coche, Las Brisas de Catia, Monte Piedad (23 de
Enero), Las Veredas de Coche, Barrio las Malvinas del Valle, Avenida
Casanova (Sabana Grande) y otras zonas de la ciudad de Caracas en donde las
cuadrillas de La Electricidad de Caracas realizaron trabajos de reparación,
instalación y mantenimiento de líneas aéreas de distribución. Durante estas
visitas además de observar minuciosamente las actividades realizadas se
procedió a la toma de fotografías, apuntes y aplicación de entrevistas
informales que permitiesen describir el procedimiento de escaladas y subida de
postes, los dispositivos de seguridad utilizados por el personal de La
Electricidad de Caracas y varios detalles de interés.
Se realizo la búsqueda de la normativa nacional legal vigente y de la
normativa interna de la empresa que rigen los procesos y definen los aspectos
que deben ser considerados en el momento de realizar procedimientos de
escalada y subida de postes; para lo cual se conto con la asesoría del personal
que labora en la Gerencia Funcional de Seguridad Higiene y Ambiente (SHA)
de La Electricidad de Caracas (personal especialista en el área de Seguridad e
Higiene Industrial aplicado al sector eléctrico: Fátima Tavares, Belkis Silvosa,
Dianora Farfán, Ricardo Márquez, Ramón Porras, Daniela Jara, Henrry Pérez,
Capítulo III - Metodología Experimental y Cálculos
74
David Duran), el Teniente de los Bomberos Metropolitanos Félix Carrillo,
Caporales, Supervisores, Linieros y coordinadores de cuadrillas (William
López, Darwin Montilla, Ramón Díaz, Luis Moreno, José Mendoza, Darwing
Machado, Henrry Mora, Carlos Calcurian, Oscar Rodríguez, Juan Pernia,
Andrés Sánchez.
Adicionalmente se procedió al estudio de las normas (nacionales e
internacionales) que se aplican al diseño de sistemas de anclaje y de las
características técnicas de las estructuras electro mecánicas (postes); apoyado
en las diferentes bases de datos con la que cuenta la empresa en su red de
intranet, varias consultas a bibliografía especifica ubicada de la biblioteca
central de la empresa, además de constantes visitas a los ingenieros José
Figuera y Nerio Mora destacados en el departamento de normalización y
procedimientos de la EDC y visitas a FONDONORMA y FERRUM ACEROS
C.A., en la primera visita se logro una entrevista con el Ing. Miguel A. Gómez,
Coordinador General de Normalización miembro de diferentes comités de
normalización para la seguridad industrial; mientras que en la segunda se
solicito información al personal de turno encargado ene ventas, con quien se
obtuvo información general relacionada con los materiales disponibles es su
stock y la aplicación indicada de algunos de estos con relación al que se
pretende dar.
A partir de la información recabada en las salidas de campo, se elaboro
una encuesta del tipo cerrada, donde se conto con la asesoría de expertos en el
área de las ciencias sociales como la líder de la Unidad de Evaluación y
Desarrollo subscrita a la Gerencia Funcional de Seguridad, Higiene y Ambiente
EDC (Fátima Tavares); y el Prof. de la Facultad de Ingeniería ubicado en el
Capítulo III - Metodología Experimental y Cálculos
75
Departamento de Enseñanzas Generales del Ciclo Básico (Carlos Zerpa), en la
cual se consideraron aspectos como el conocimiento de las normas básicas de
seguridad implantadas por la empresa para la ejecución del procedimiento de
escalada y subida de postes, los equipos que deben utilizar para la ejecución de
dicha actividad, y se deja abierta la posibilidad de aportar ideas por parte de los
usuarios del futuro sistema de anclaje que faciliten el proceso de diseño del
mismo.
La encuesta fue aplicada a una muestra representativa de 16% del
personal dedicado a atender los reportes de averías y practicar mantenimiento a
instalaciones de distribución aérea de energía eléctrica en los distintos centros
de servicios visitados, con un total de 22 (veinte y dos) personas, todas
miembros de las cuadrillas de la Electricidad de Caracas, encargadas de
realizar las reparaciones, mantenimiento e instalación en líneas aéreas de
distribución. Un modelo de dicha encuesta se muestra en el anexo 1.
Para agotar la investigación asociada a la primera fase del presente
trabajo, se reviso por diferentes medios dispositivos de anclajes usados a nivel
industrial existentes en el mercado, de manera que al comparar su forma,
aplicación y otras características usando algunos mecanismos para la
generación de ideas como lo es inversión, analogía, empatía y descomposición
funcional, sirvan de inspiración para diseñar un sistema de anclaje ajustado a la
función específica que se le quiere dar.
Capítulo III - Metodología Experimental y Cálculos
76
3.2 Desarrollo del Sistema de Anclaje
Una vez reunida la información necesaria para entender el problema y
sus aristas, se procede a plantear dicho problema a grupos multidisciplinarios
con el fin de realizar diferentes sesiones de generación de ideas (Tormentas de
Ideas); tales sesiones se ejecutaron con personal reunidos en los espacios de la
Gerencia Funcional de Seguridad Higiene y Ambiente de La Electricidad de
Caracas (San Bernardino), sala de reuniones de atención de averías del centro
de servicio Santa Rosa y La Yaguara, aulas de clases de la Escuela de
Ingeniería Mecánica de la UCV y otros espacios abiertos improvisados.
Las ideas solución que surgieron de las sesiones aplicadas se listan a
continuación:
1.
2.
Aprovechar los huecos de las crucetas para colocar un gancho y polea.
3. Disparar al poste un gancho chupón, tipo arpón y con línea de vida.
Sistemas de catapultas poleas y contra peso.
4.
5.
Usar una espuela invertida en los postes como apoyo a la línea de vida.
6.
Colocar escaleras soldadas al poste.
7.
Modificar al poste agregándole ganchos en diferentes alturas.
8.
Modificar al poste aplacándoles perforaciones al poste que sirvan de
punto de sujeción.
9. Forrar al liniero de goma.
Colocar un yoyo en el poste quita y pon o permanente con línea de vida
incluida.
10. Donar plantas diesel a cada sector.
11. Usar tuerca de ojo con abrazadera para insertar línea de vida.
Capítulo III - Metodología Experimental y Cálculos
77
12. No distribuir energía eléctrica.
13.
14. Que trabajen algunos robots en la parte alta de los postes.
Barra móvil vertical paralela al poste.
15.
16.
Usar un globo elevador dirigible.
Brazo inclinado quita y pon sujeto al pie de poste con corredera que
sostiene la línea de vida
17.
.
18.
Ganchos o sujetadores de pies y manos tipo parrillera de moto (1 par).
19.
Poste con costura y tallado helicoidal.
20. Hacer de las caídas de alturas un deporte nacional.
Colocar una cruceta nula en donde apoyar un gancho con la ayuda de la
pértiga.
21. Lograr inmunidad de los linieros.
22.
23.
Cama elástica al pie del poste.
24.
Un ula-ula en el poste.
25. Astronautas.
Globo dirigible que mantenga una fuerza vertical para arriba como el de
Barreto.
26. Evitar la gravedad.
27. Un ascensor o plataforma accionada con botones.
28.
29.
Usar gancho tipo manguera para colocar en cruceta.
30.
Perforar el poste a diferentes alturas, y usar perforaciones como puntos
de anclaje.
31. Que los postes bajen de forma telescópica.
Colocar una manta anti-resbalante de goma a cierta altura para usar
como sistema de anclaje.
32. Eliminar postes (usar solo distribución de energía eléctrica sub-
terranea).
Capítulo III - Metodología Experimental y Cálculos
78
33.
34.
Usar ropa imantada.
Usar guantes y botas imantadas.
A continuación se muestran algunas imágenes representativas de las
propuestas solución antes listada:
Fig 3-2 Imagen representativa de la propuesta
(11); ubicada en el grupo III
Capítulo III - Metodología Experimental y Cálculos
79
Fig 3-3 Imagen representativa de la propuesta (5); ubicada en el grupo I
Fig 3-4 Imagen representativa de las propuestas (7) y (29); ubicada en el grupo I
Capítulo III - Metodología Experimental y Cálculos
80
Fig 3-5 Imagen representativa de la propuestas (13) y (16); ubicada en el grupo IV
Fig 3-6 Imagen representativa de la propuesta (19); ubicada en el grupo III
Capítulo III - Metodología Experimental y Cálculos
81
Fig 3-7 Imagen representativa de la propuesta (23); ubicada en el grupo III
Fig 3-8 Imagen representativa de la propuesta (28); ubicada en el grupo III
Capítulo III - Metodología Experimental y Cálculos
82
Fig 3-9 Imagen representativa de las
propuestas (15) y (24); ubicada en el grupo IV Fig 3-10 Imagen representativa de la
propuesta (30); ubicada en el grupo IV
Capítulo III - Metodología Experimental y Cálculos
83
Fig 3-11 Imagen representativa de la propuesta (31) (descartada por no ser técnicamente factible)
Capítulo III - Metodología Experimental y Cálculos
84
Es conveniente eliminar algunas propuestas de la lista anterior por
razones como: repetirse las propuestas, no entenderse su funcionamiento, poca
factibilidad técnica y difícil implementación; bien sea por factores económicos
tecnológicos o estratégicos en su aplicación; mientras que se podrán agrupar
aquellas propuestas que de alguna forma compartan un principio de
funcionamiento, y de esta manera realizar una selección más cómoda de la
propuesta o propuestas que finalmente se evaluaran en la matriz de selección.
Grupo de
Propuestas Numero de Propuestas Principio de Funcionamiento
I 5,6,7,18 y 29 Modificar el poste.
II 1, 2 y 8 Uso de sistemas poleas-yoyo.
III 4, 11, 17,19,23 y 28 Colocar un herraje adicional en el poste
IV 13, 15, 16, 22, 24, 30 y 34 Uso de un sistema móvil de apoyo para sujeción externa.
Tabla 3-1 (Resumen de agrupación de propuestas solución según su principio de funcionamiento)
Luego de revisar, filtrar y agrupar la lista de resultado de propuesta
solución obtenida, se procede a determinar los parámetros de selección, que
determinaran la idea más apropiada según los criterios de diseño impuestos y
propuestos. Dichos parámetros se listan como sigue:
Seguro y confiable.
De fácil de instalación y operación.
De bajo mantenimiento.
De fácil construcción.
De fácil almacenamiento.
Bajo tiempo de construcción.
Capítulo III - Metodología Experimental y Cálculos
85
Con poco tiempo para su implementación total.
Ligero y ergonómico.
De fácil obtención de la materia prima.
Poco espacio requerido para su uso.
De bajo costo.
De largo tiempo de vida útil.
De fabricación nacional.
Represente innovación.
En la siguiente tabla se ponderan los anteriores criterios de selección
según la importancia que estos tengan en función de razones que el diseñador
considera justas, y las consideraciones del futuro uso que se le dará a dicho
diseño.
3.2.1 Criterios de Diseño
Nº Criterios a Evaluar Porcentaje (%) 1 Seguro y confiable. 18 2 De fabricación nacional. 15 3 De fácil de instalación y operación. 11 4 De largo tiempo de vida útil. 10 5 De bajo mantenimiento. 7 6 De bajo costo. 7 7 Ligero y ergonómico. 6 8 De fácil obtención de materia prima 6 9 De fácil construcción. 5 10 Represente innovación. 5 11 Poco espacio requerido para su uso. 4 12 De fácil almacenamiento. 2 13 De bajo tiempo de construcción. 2 14 Bajo tiempo para su implementación total. 2
Tabla 3-2 (Criterios de diseño ordenados según su valor importancia)
Capítulo III - Metodología Experimental y Cálculos
86
En consecuencia de las limitaciones de tipo técnica que la empresa
plantea en cuanto que no es permitido modificar la estructura del poste,
respetando normas técnicas; se desechan todas las propuestas clasificadas en el
grupo I, las cuales implican precisamente la modificación de la estructura del
poste. A continuación se presenta la matriz de selección de ideas con la
respectiva evaluación de las propuestas.
3.2.2 Matriz de Selección
Criterio de selección y su respectivo porcentaje ponderante Nº de
propuesta 1
18% 2
15% 3
11% 4
10% 5
7% 6
7% 7
6% 8
6% 9
5% 10
5% 11
4% 12
2% 13
2% 14
2% 100%
1 6 9 6 8 3 4 3 1 3 0 2 0,5 1,5 2 49 8 5 7 9 5 5 5 5 2 2 4 3 1 1 1 55 4 15 15 9 9 5 5 4 6 4,5 4,5 3,5 2 1,5 0 84 11 15 15 7 10 7 6 6 6 5 1 4 2 2 0 86 19 12 15 10 10 7 5 5 6 4,5 1 2 1 2 0 80,5 23 15 14 8 10 7 4 4 5 3,5 4,5 1 0,5 0,5 0 77 28 14 15 10 9 6,5 7 6 6 3,5 5 3,5 2 2 2 91,5 13 11 10 7 7 5 5 2 4 2 4,5 0 0,5 1 2 61 15 2 1 0 5 4 1 1 0 0 4,5 0 0 0 0,5 19 22 5 5 6 5 3 4 4 4 4,5 4 0 0 0,5 2 47 30 14 13 9 6 7 7 5,5 4 1 5 3 2 1 2 79,5 34 1 1 3 2 2,5 1 2 2 1 4,5 4 2 0 2 28
Tabla 3-3 (Matriz de selección de ideas)
De de la anterior tabla se destaca la ponderación de las propuestas que
resultaron reunir mayor puntaje. Se resalta el hecho de que las tres propuestas
seleccionadas como apropiadas según los criterios de selección, corresponden a
un mismo grupo (Grupo III), cuyo principio de funcionamiento consiste en
incluir un herraje adicional en el poste.
Capítulo III - Metodología Experimental y Cálculos
87
La propuesta ganadora según la matriz de selección resultan ser
impráctica como diseño solución, ya que su funcionamiento está basado en el
apoyo de un sistema de anclaje sobre una cruceta del poste; pero no en todos los
postes se hallan crucetas en donde sostener dicho sistema, es decir en una
estructura electromecánica tipo (Q) y (U) funcionaria tal sistema, pero por otro
lado en una estructura electromecánica tipo (R) resulta inaplicable tal sistema.
La propuesta (11) cuyo puntaje es elevado resulta ser impráctica para la
aplicación del sistema, ya que resultaría muy incomodo instalar una línea de
vida en el agujero que ofrece la tuerca y tornillo de ojo desde varios metros de
distancia, por otro lado la propuesta (4) ofrece ventajas respecto a las dos
propuestas antes cuestionadas pero representaría poca seguridad en las
actividades de escalada, ya que la mencionada “espuela invertida” daría mucha
libertad para liberarse la línea de vida producto de algún latigazo.
Se conviene realizar un diseño que funcione como un hibrido entre las
tres propuestas antes cuestionadas, y que además mantenga como principio de
funcionamiento el que se propone para el grupo de propuestas ubicadas en la
agrupación III de la tabla 3-1.
Luego de reflexionar sobre la necesidad planteada y las ideas solución
se propone como propuesta de diseño un gancho semi-cerrado, ensamblado a
cierta altura del poste mediante pernos, tuercas y abrazaderas. A continuación
se presenta una imagen de la idea.
Capítulo III - Metodología Experimental y Cálculos
88
Figura 3-12 (Diseño conceptual)
Capítulo III - Metodología Experimental y Cálculos
89
La propuesta final de diseño presenta una evolución con respecto al
diseño conceptual; a continuación se presenta una cronología de tal evolución.
Figura 3-13 (En la imagen superior se observa un modelo de gancho armable ensamblado con tornillos en las abrazaderas); en la imagen inferior se observa el mismo gancho mostrado en la con detalles adicionales como: una muesca al final de segmento largo para que repose la línea
de vida, un seguro que gira en un solo sentido de forma no espontanea y las aristas que corresponden a el tramo largo del están suavizadas gancho para evitar deteriorar la línea de
vida.
Capítulo III - Metodología Experimental y Cálculos
90
Figura 3.14 (Sistema de anclaje armable, abrazadera gancho con ángulo)
Figura 3-15 (Sistema de anclaje mostrado en la figura anterior ensamblado)
Capítulo III - Metodología Experimental y Cálculos
91
El modelo de sistema de anclaje mostrado anteriormente genera
inconvenientes debido a su geometría ya que en las áreas de contacto entre
abrazadera y gancho existe un cambio brusco de sección sin una curvatura
suave, de manera que se genera un concentrador de esfuerzos relativamente
alto, por lo cual el sistema amerita una cantidad importante de material en su
sección critica para evitar fallas debido al momento flector máximo que se
genera justamente en el cambio brusco de sección.
Luego de muchas reflexiones y varias consultas respecto a cómo sería
un mejor sistema de anclaje que siga el principio antes descrito, se determino el
modelo siguiente que definitivamente funciona como un hibrido ante todas los
modelos antes planteados.
Figura 3-16 ( Sistema de anclaje hibrido, de una abrazdera)
En la presente figura se muestra un sistema de anclaje que utiliza una
abrazadera contrapuesta a su longuitud.
En presente sistema contiene un presinto
(gatillo) de seguridad que permite giro inducido en
un solo sentido, y funciona por accion de la gravedad; detalle que es aprovechado para eviatar la fuga de la linea de vida en un supuesto latigazo.
Tambien posee un angulo respecto a la horizontal que facilita la ubicación de la linea de vida en el extremo seguro y mas
alejado del poste.
Capítulo III - Metodología Experimental y Cálculos
92
Figura 3-17 (Se muestra una vista oblicua y de planta del sistema de anclaje instalado en el
poste; tambien se observa el detalle del gatillo de seguridad en posicion de en reposo por accion de la gravedad es solidario a la superficie superior del gancho, tambien se observa que
totalmente abierto para dejar pasar la linea de vida, existe contacto perfecto entre una superficie plana del “gatillo” y el gancho en su superficie superior.)
Capítulo III - Metodología Experimental y Cálculos
93
3.2.3 Descripción del Modelo de Diseño
Antes de iniciar los cálculos respectivos para concretar el diseño de
sistema de anclaje; es justo recordar que mediante los procesos de generación y
selección de ideas solución; se ha obtenido una solución al problema propuesto
cuyo principio de funcionamiento consiste en la colocación de un gancho de
anclaje, ubicado en la parte superior del poste (cuerpo cilíndrico) y ensamblado
mediante uniones desmontables, que se usara junto a un grupo de elementos
mecánicos, con los cuales se concreta un sistema de anclaje para responder a las
necesidades planteadas inicialmente en el presente trabajo especial de grado.
En las próximas secciones se procede a detallar las características físicas
de los elementos mecánicos que conformaran el sistema de anclaje y además se
estudiaran las propiedades mecánicas y geométricas de tales elementos con el
objetivo de ajustar la forma final del diseño a un modelo estrictamente
estudiado que proporciona seguridad y practicidad en su uso e instalación.
3.2.4 Carga Estática Equivalente debido al Impacto
La eventual caída de un liniero que trabaja en alturas genera un impacto
a su sistema anticaidas; dicho impacto produce una máxima energía de
deformación que necesariamente es adsorbida por todos los elementos
materiales conectados al sistema anticaidas; e incluso al usuario de dicho
sistema; dicha energía de deformación de los elementos mecánicos, se
considera equivalente a la energía cinética que posee la masa del liniero en su
supuesta caída; suponiendo que no se disipa energía de ninguna forma (actúan
Capítulo III - Metodología Experimental y Cálculos
94
solo fuerzas conservativas) se obtendrá un diseño conservador para dicho
sistema anticaidas.
Energía Mecánica del Sistema (𝑼𝑼)
𝑈𝑈 = 𝑈𝑈𝑝𝑝 + 𝑈𝑈𝑐𝑐 Ec. 1
𝑈𝑈𝑝𝑝 = 𝑚𝑚 ∗ 𝑔𝑔 ∗ ℎ 𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝑔𝑔í𝑎𝑎 𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝐸𝐸𝐸𝐸𝑐𝑐𝑝𝑝𝑎𝑎𝑝𝑝 Ec. 2
𝑈𝑈𝑐𝑐 =12∗ 𝑚𝑚 ∗ 𝑣𝑣2 𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝑔𝑔í𝑎𝑎 𝑐𝑐𝑝𝑝𝐸𝐸é𝑝𝑝𝑝𝑝𝑐𝑐𝑎𝑎 Ec. 3
Ecuación de cinemática de la partícula, caída libre movimiento
uniformemente acelerado 𝑣𝑣𝑓𝑓2 = 𝑣𝑣0
2 + 2 ∗ 𝑔𝑔 ∗ ℎ Ec. 4
Usando la aceleración de gravedad 𝑔𝑔 =� 9,81 𝑚𝑚𝑠𝑠2 , una altura de caída de
un liniero es ℎ = 1 𝑚𝑚 y tomando en cuenta que la energía mecánica del sistema
en el instante inicial es igual que la energía potencial; se tiene que la velocidad
inicial es cero 𝑈𝑈𝑐𝑐 = 0 .⇒ 𝑣𝑣0 = 0
𝑣𝑣𝑓𝑓2 = 𝑣𝑣02 + 2 ∗ 𝑔𝑔 ∗ ℎ Ec. 4.1
𝑣𝑣𝑓𝑓 = �2 ∗ 𝑔𝑔 ∗ ℎ2 .⇒ 𝑣𝑣𝑓𝑓 = �2 ∗ 9,81
𝑚𝑚𝑠𝑠2 ∗ 1 𝑚𝑚
2
.⇒ 𝑣𝑣𝑓𝑓 = 4,43
𝑚𝑚𝑠𝑠
Energía cinética del sistema (𝑈𝑈𝑐𝑐):
𝑈𝑈𝑐𝑐 =12∗ 𝑚𝑚 ∗ 𝑣𝑣𝑓𝑓2 Ec. 3.1
Capítulo III - Metodología Experimental y Cálculos
95
En la ecuación 3.1 se toma en cuenta el parámetro (𝑚𝑚) como la masa
media de un liniero con un factor de seguridad (𝐹𝐹. 𝑆𝑆. = 1,25); lo que implica
una masa (𝑚𝑚 = 100 𝑘𝑘𝑔𝑔), mientras que el parámetro (𝑣𝑣𝑓𝑓) esta referido a la
velocidad final que logra el liniero al instante del impacto.
Usando la ecuación 3.1 se estima la magnitud de la energía cinética en
el instante del impacto:
𝑑𝑑𝐸𝐸 3.1 𝑈𝑈𝑐𝑐 =12∗ 𝑚𝑚 ∗ 𝑣𝑣𝑓𝑓2
.⇒ 𝑈𝑈𝑐𝑐 =
12∗ 100 𝑘𝑘𝑔𝑔 ∗ �4,43
𝑚𝑚𝑠𝑠�
2
𝑈𝑈𝑐𝑐 = 981 𝐽𝐽
Relación de la máxima energía de deformación aplicada a un elemento
solido bajo una carga estática equivalente (𝑃𝑃𝑚𝑚 )
𝑈𝑈𝑑𝑑 = � 𝑃𝑃𝑚𝑚𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑1
0 𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝑔𝑔í𝑎𝑎 𝑑𝑑𝐸𝐸 𝑑𝑑𝐸𝐸𝑓𝑓𝑝𝑝𝐸𝐸𝑚𝑚𝑎𝑎𝑐𝑐𝑝𝑝ó𝐸𝐸 Ec. 5
En el presente caso donde existe una deformación lineal y elástica, en
donde los esfuerzos de diseño no superan los esfuerzos de fluencia (𝑠𝑠𝑦𝑦) (diseño
dúctil); la porción del diagrama carga-deformación puede representarse por una
línea recta cuya ecuación es:
𝑃𝑃𝑚𝑚 = 𝑘𝑘 ∗ ∆𝑑𝑑 Ec. 6
Sustituyendo la expresión 6 en la ecuación 5, y simplificando se obtiene
una expresión para evaluar la energía de deformación del material (viga).
Capítulo III - Metodología Experimental y Cálculos
96
𝑈𝑈𝑑𝑑 = � 𝑃𝑃𝑚𝑚𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑1
0
.⇒ 𝑈𝑈𝑑𝑑 = � 𝑘𝑘 ∗ ∆𝑑𝑑
𝑑𝑑1
0 𝑑𝑑𝑑𝑑 =
12∗ 𝑘𝑘 ∗ ∆𝑑𝑑2
Cuya expresión es equivalente a la expresión general de energía de
deformación que se escribe a continuación.
𝑈𝑈𝑑𝑑 =12∗ 𝑃𝑃𝑚𝑚 ∗ 𝑑𝑑1 Ec. 7
Donde 𝑃𝑃𝑚𝑚 representa la carga
estática equivalente aplicada, y 𝑑𝑑1
representa la deformación del elemento
en dirección a la carga aplicada.
Tomando en cuenta las consideraciones iníciales e igualando las
ecuaciones 3.1 y 7 se obtiene la siguiente expresión.
𝑈𝑈𝑐𝑐 =12∗ 𝑚𝑚 ∗ 𝑣𝑣𝑓𝑓2 𝑈𝑈𝑑𝑑 =
12∗ 𝑃𝑃𝑚𝑚 ∗ 𝑑𝑑1
𝑈𝑈𝑐𝑐 = 𝑈𝑈𝑑𝑑 ⇒
12∗ 𝑚𝑚 ∗ 𝑣𝑣𝑓𝑓2 =
12∗ 𝑃𝑃𝑚𝑚 ∗ 𝑑𝑑1
𝑃𝑃𝑚𝑚 =𝑚𝑚 ∗ 𝑣𝑣𝑓𝑓2
𝑑𝑑1 Ec. 8
Considerando que la geometría en estudio se puede modelar como la de
una viga en voladizo con una carga puntual aplicada al extremo de la misma;
usando la tabla de deflexión y pendientes de vigas (Apendice D Beer; 3era
P P1
X1
𝑈𝑈𝑑𝑑 = 𝑃𝑃𝑚𝑚 ∗𝑑𝑑12
X 0
Capítulo III - Metodología Experimental y Cálculos
97
edición) se obtiene la relación de deflexión máxima del extremo de la viga
como sigue:
𝑑𝑑1 =𝑃𝑃𝑚𝑚 ∗ 𝐿𝐿3
3 ∗ 𝐸𝐸𝐴𝐴 ∗ 𝐼𝐼𝑑𝑑 𝐷𝐷𝐸𝐸𝑓𝑓𝑝𝑝𝐸𝐸𝑑𝑑𝑝𝑝𝑝𝑝𝐸𝐸 𝑑𝑑𝐸𝐸 𝑢𝑢𝐸𝐸𝑎𝑎 𝑣𝑣𝑝𝑝𝑔𝑔𝑎𝑎 𝐸𝐸𝐸𝐸 𝑣𝑣𝑝𝑝𝑝𝑝𝑎𝑎𝑑𝑑𝑝𝑝𝑣𝑣𝑝𝑝 Ec. 9
Sustituyendo la ecuación 9 en la ecuación 8 y despejando 𝑃𝑃𝑚𝑚 .
𝑃𝑃𝑚𝑚 =𝑚𝑚 ∗ 𝑣𝑣𝑓𝑓2
𝑑𝑑1
.⇒ 𝑃𝑃𝑚𝑚 =
3 ∗ 𝐸𝐸𝐴𝐴 ∗ 𝐼𝐼𝑑𝑑 ∗ 𝑚𝑚 ∗ 𝑣𝑣𝑓𝑓2
𝑃𝑃𝑚𝑚 ∗ 𝐿𝐿3
𝑃𝑃𝑚𝑚 = �3 ∗ 𝐸𝐸𝐴𝐴 ∗ 𝐼𝐼𝑑𝑑 ∗ 𝑚𝑚 ∗ 𝑣𝑣𝑓𝑓2
𝐿𝐿3
2 Ec. 10
La expresión 10 permite obtener un estimado de la carga estática
equivalente generada por una eventual caída donde los parámetros físicos y
geométricos de la caída son conocidos; la carga estimada produce una
deformación a un elemento mecánico con una geometría propuesta. Para dicha
expresión se usa una magnitud de momento de inercia de 𝐼𝐼𝑑𝑑 = 3,125 ∗
10−7 𝑚𝑚4, valor que se obtiene con el uso de la ecuación 11; con la que se
calcula el momento de inercia de una sección rectangular. Otro par de
parámetros que se usan en la ecuación 10 son la propiedad mecánica del
material seleccionado, modulo de elasticidad (𝐸𝐸𝐴𝐴 = 140 𝐺𝐺𝑃𝑃𝑎𝑎) correspondiente
a un acero AISI S1, mientras que la longitud de la viga estudiada corresponde
con una magnitud de (𝐿𝐿 = 0,35 𝑚𝑚).
Capítulo III - Metodología Experimental y Cálculos
98
𝑃𝑃𝑚𝑚 = �3 ∗ 𝐸𝐸𝐴𝐴 ∗ 𝐼𝐼𝑑𝑑 ∗ 𝑚𝑚 ∗ 𝑣𝑣𝑓𝑓2
𝐿𝐿3
2
Momento de Inercia Sección Rectangular (𝐼𝐼𝑑𝑑):
𝐼𝐼𝑑𝑑 =𝑏𝑏 ∗ ℎ3
12 Ec. 11
𝐼𝐼𝑑𝑑 =0,03 𝑚𝑚 ∗ (0,05 𝑚𝑚)3
12
.⇒ 𝐼𝐼𝑑𝑑 = 3,125 ∗ 10−7 𝑚𝑚4
Evaluando la expresión 10, se obtiene un valor de (𝑃𝑃𝑚𝑚).
𝑃𝑃𝑚𝑚 = ��3 ∗ 140 𝐺𝐺𝑃𝑃𝑎𝑎 ∗ 3,125 ∗ 10−7𝑚𝑚4 ∗ 100𝑘𝑘𝑔𝑔 ∗ �4,43𝑚𝑚𝑠𝑠 �2�
(0,35𝑚𝑚)3
2
.⇒ 𝑃𝑃𝑚𝑚 = 77.508,85 𝑁𝑁
Para obtener un resultado más certero de carga equivalente de impacto
es justo considerar que la energía cinética asociada al proceso se transforma en
energía de deformación relacionada a todos los elementos mecánicos que se
puedan evaluar y sean afectados por la carga de trabajo; pues se conoce que la
𝐸𝐸𝐴𝐴:𝑀𝑀𝑝𝑝𝑑𝑑𝑢𝑢𝑝𝑝𝑝𝑝 𝑑𝑑𝐸𝐸 𝐸𝐸𝑝𝑝𝑎𝑎𝑠𝑠𝑝𝑝𝑝𝑝𝑐𝑐𝑝𝑝𝑑𝑑𝑎𝑎𝑑𝑑 𝑑𝑑𝐸𝐸𝑝𝑝 𝑚𝑚𝑎𝑎𝑝𝑝𝐸𝐸𝐸𝐸𝑝𝑝𝑎𝑎𝑝𝑝 (140 𝐺𝐺𝑃𝑃𝑎𝑎)
𝐼𝐼𝑑𝑑 : 𝐼𝐼𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝑐𝑐𝑝𝑝𝑎𝑎 𝑠𝑠𝐸𝐸𝑐𝑐. 𝐸𝐸𝐸𝐸𝑐𝑐𝑝𝑝 (3,125 ∗ 10−7𝑚𝑚4)
𝑚𝑚:𝑚𝑚𝑎𝑎𝑠𝑠𝑎𝑎 𝑑𝑑𝐸𝐸𝑝𝑝 𝑝𝑝𝑝𝑝𝐸𝐸𝑝𝑝𝐸𝐸𝐸𝐸𝑝𝑝 (100 𝑘𝑘𝑔𝑔)
𝑣𝑣𝑓𝑓 :𝑉𝑉𝐸𝐸𝑝𝑝𝑝𝑝𝑐𝑐𝑝𝑝𝑑𝑑𝑎𝑎𝑑𝑑 𝑓𝑓𝑝𝑝𝐸𝐸𝑎𝑎𝑝𝑝 𝑑𝑑𝐸𝐸𝑝𝑝 𝑝𝑝𝑝𝑝𝐸𝐸𝐸𝐸𝑝𝑝𝐸𝐸𝑝𝑝 (4,43 𝑚𝑚 𝑠𝑠⁄ )
𝐿𝐿: 𝐿𝐿𝑝𝑝𝐸𝐸𝑔𝑔𝑢𝑢𝑝𝑝𝑝𝑝𝑢𝑢𝑑𝑑 𝑑𝑑𝐸𝐸 𝑝𝑝𝑎𝑎 𝑣𝑣𝑝𝑝𝑔𝑔𝑎𝑎 (0,3 5𝑚𝑚)
𝑃𝑃𝑚𝑚 :𝐶𝐶𝑎𝑎𝐸𝐸𝑔𝑔𝑎𝑎 𝐸𝐸𝑠𝑠𝑝𝑝𝑎𝑎𝑝𝑝𝑝𝑝𝑐𝑐𝑎𝑎 𝐸𝐸𝑒𝑒𝑢𝑢𝑝𝑝𝑣𝑣𝑎𝑎𝑝𝑝𝐸𝐸𝐸𝐸𝑝𝑝𝐸𝐸 (𝑁𝑁)
Capítulo III - Metodología Experimental y Cálculos
99
energía cinética será equivalente al trabajo asociado a la deformación de todos
los elementos afectados por la carga.
Tomando en cuenta la deformación de la línea de vida se obtiene una
expresión diferente para conocer la carga equivalente de estudio. Considerando
que la energía cinética se transforma en energía de deformación del elemento
mecánico y de la línea de vida; se tiene:
𝑈𝑈𝑐𝑐 = 𝑈𝑈𝑑𝑑 + 𝑈𝑈𝑝𝑝 Ec. 12
En donde la energía cinética (𝑈𝑈𝑐𝑐) del sistema se transformara en energía de
deformación del material de la viga (𝑈𝑈𝑑𝑑) y también de la línea de vida a utilizar
(𝑈𝑈𝑝𝑝). En consecuencia se tiene la siguiente expresión:
12∗ 𝑚𝑚 ∗ 𝑣𝑣𝑓𝑓2 =
12∗ 𝑃𝑃𝑚𝑚 ∗ 𝑑𝑑1 +
12∗ 𝑃𝑃𝑚𝑚 ∗ ∆𝑑𝑑 Ec. 13
Para conocer las relaciones de deformación contra carga aplicada en las
líneas de vida; se emplean diferentes gráficas de carga versus deformación axial
(ver apéndice 4) obtenidas mediante ensayos destructivos aplicados a algunos
modelos de líneas de vida bajo los parámetros de las normas ASTM A 931-96
Standard Test Method for Tension Testing of Wire Ropes and Strand, y
además son líneas de vida que cumplen con las especificaciones técnicas
necesarias para el uso que se le pretende dar según la norma NFPA 70E
National Fire Protection Association (cuerdas semi – estáticas de 11mm de
diámetro, con la aprobación de calidad de la NFPA); dichos ensayos se
practicaron con la Máquina de Ensayos Universales Losenhausen, ubicada en la
Escuela de Ingeniería Mecánica de la UCV. (Ver tabla 3-3)
Capítulo III - Metodología Experimental y Cálculos
100
Tabla 3-4 (Se ilustra la Máquina de Ensayos Universales Losenhausen, y algunos ensayos
practicados a líneas de vida respetando la norma ASTM A 931-96 y NFPA 70E)
Sustituyendo la ecuación 9 en la ecuación 13 y simplificando, se tiene:
12∗ 𝑚𝑚 ∗ 𝑣𝑣𝑓𝑓2 =
12∗ 𝑃𝑃𝑚𝑚 ∗ 𝑑𝑑1 +
12∗ 𝑃𝑃𝑚𝑚 ∗ ∆𝑑𝑑
.⇒ 𝑑𝑑1 =
𝑃𝑃𝑚𝑚 ∗ 𝐿𝐿3
3 ∗ 𝐸𝐸𝐴𝐴 ∗ 𝐼𝐼𝑑𝑑
12∗ 𝑚𝑚 ∗ 𝑣𝑣𝑓𝑓2 =
12∗ 𝑃𝑃𝑚𝑚 ∗ �
𝑃𝑃𝑚𝑚 ∗ 𝐿𝐿3
3 ∗ 𝐸𝐸𝐴𝐴 ∗ 𝐼𝐼𝑑𝑑� +
12∗ 𝑃𝑃𝑚𝑚 ∗ ∆𝑑𝑑
Capítulo III - Metodología Experimental y Cálculos
101
𝑃𝑃𝑚𝑚 2 ∗ 𝐿𝐿3
3 ∗ 𝐸𝐸𝐴𝐴 ∗ 𝐼𝐼𝑑𝑑+ 𝑃𝑃𝑚𝑚 ∗ ∆𝑑𝑑 −𝑚𝑚 ∗ 𝑣𝑣𝑓𝑓2 = 0 Ec. 14
Usando la ecuación anterior (14) de segundo de grado y variable
dependiente 𝑃𝑃𝑚𝑚 , junto con las gráficas de carga versus deformación (ver
apéndice 4) obtenida al ensayar las líneas de vida con la Máquina de Ensayo
Universal Losenhausen; y además aplicando un método iterativo sobre dichas
gráficas, se puede obtener valores más aproximados de la carga estática
equivalente.
𝑃𝑃𝑚𝑚 2∗𝐿𝐿3
3∗𝐸𝐸𝐴𝐴∗𝐼𝐼𝑑𝑑+ 𝑃𝑃𝑚𝑚 ∗ ∆𝑑𝑑 −𝑚𝑚 ∗ 𝑣𝑣𝑓𝑓2 = 0
La siguiente tabla contiene información del método iterativo usado, y
con el cual se apoyan los datos leídos de las graficas de carga deformación de
las cuerdas ensayadas, para obtener finalmente la carga estática equivalente.
𝑏𝑏 = ∆𝑑𝑑 = (𝐿𝐿𝐸𝐸𝑝𝑝𝑑𝑑𝑝𝑝 𝐸𝐸𝐸𝐸 𝑔𝑔𝐸𝐸á𝑓𝑓𝑝𝑝𝑐𝑐𝑎𝑎𝑠𝑠)
𝑐𝑐 = 𝑚𝑚 ∗ 𝑣𝑣𝑓𝑓2 = 1.960
𝑎𝑎 = 𝐿𝐿3
3∗𝐸𝐸𝐴𝐴∗𝐼𝐼𝑑𝑑 = 3,27 ∗ 10−7
Capítulo III - Metodología Experimental y Cálculos
102
Ensayo Línea de vida
∆x (m)
Carga (kgf)
Carga (N) Pm (N)
Error relativo
(%)
1 Blue
Water Ropes
0,15 397,96 3.903,95 -471.429,86 12.714,26 225,68
0,18 642,85 6.306,38 -561.140,33 10.681,61 69,38
0,22 1.071,42 10.510,63 -681.577,01 8.794,14 16,33
0,20 887,75 8.708,81 -621.298,61 9.647,81 10,78
0,21 928,56 9.109,21 -651.403,33
9.201,49 1,01
Tabla 3-5 (Información correspondiente al método iterativo aplicado sobre la gráfica obtenida durante el ensayo de tracción 1 de la línea de vida)
Ensayo Línea de vida
∆x (m)
Carga (kgf)
Carga (N) Pm (N)
Error relativo
(%)
2 Blue
Water Ropes
0,03 470 4.610,70 -135.860,91
44.117,79 856,86
0,045 940 9.221,40 -172.385,01
34.770,33 277,06 no converge
Tabla 3-6 (Información correspondiente al método iterativo aplicado sobre la gráfica obtenida
durante el ensayo de tracción 2 de la línea de vida)
Capítulo III - Metodología Experimental y Cálculos
103
Ensayo Línea de vida
∆x (m)
Carga (kgf)
Carga (N) Pm (N)
Error relativo
(%)
3 New England
0,131 207,69 2.037,46 -415.052,87
14.441,25 608,79
0,2 768,46 7.538,60 -621.268,61
9.647,81 27,98
0,25 1.038,46 10.187,29 -772.287,20
7.761,21 23,81
0,22 851,54 8.353,58 -681.577,01
8.794,14 5,27
0,225 872,31 8.557,33 -696.676,93
8.603,53 0,54
Tabla 3-7 (Información correspondiente al método iterativo aplicado sobre la gráfica obtenida durante el ensayo de tracción 3 de la línea de vida)
Ensayo Línea de vida
∆x (m)
Carga (kgf)
Carga (N) Pm (N)
Error relativo
(%)
4 Blue
Water Ropes
0,15 898,53 8.814,54 -471.429,86
12.714,26 44,24
0,18 1.429,47 14.023,14 -561.140,33
10.681,61 23,83
0,16 1.061,89 10.417,19 -501.254,40
11.957,77 14,79
0,165 1.164,00 11.418,83 -516.198,74
11.611,58 1,69
Tabla 3-8 (Información correspondiente al método iterativo aplicado sobre la gráfica obtenida durante el ensayo de tracción 4 de la línea de vida)
Capítulo III - Metodología Experimental y Cálculos
104
Carga estática equivalente 𝑷𝑷𝒎𝒎 (N) Modelo de línea de vida Ensayo 1 9.201,49 Blue Water Ropes Ensayo 3 8.603,53 New England Ensayo 4 11.611,58 Blue Wáter Ropes
Tabla 3-9 (Resumen de método iterativo usado para determinar la carga estática equivalente)
Ya concluido el procedimiento iterativo empleado para obtener el
primer estimado de carga estática equivalente (𝑃𝑃𝑚𝑚 ), y teniendo en cuenta que en
dicho método se toma en cuenta la energía que se disipa debido al trabajo
implicado en la deformación de una línea de vida que se emplea en el sistema
anti-caidas; se procede luego a hallar un segundo estimado de carga estática
equivalente mediante un método que permitirá comparar y obtener con mayor
exactitud y criterio la magnitud de tan importante parámetro de cálculo y diseño
como lo es la carga estática equivalente, método en el cual se considera también
la energía que se disipa por debido a la deformación de la línea de vida.
Retomando la ecuación 13 y usando las graficas obtenidas por los
ensayos de tracción de las cuerdas; en cada gráfica se identifican diferentes
tramos de curva, estos tramos se representan con una recta que mejor se ajusta a
dicho curva; y de esta manera se puede obtener la pendiente de las mismas
(𝐾𝐾𝐸𝐸𝑝𝑝 ); y cuyo valor numérico se sustituirá en la siguiente expresión que es
producto de sustituir la ecuación 15 y 9, en la ecuación 13, para luego
simplificar y hallar la expresión de carga estática equivalente.
𝑃𝑃𝑚𝑚 = 𝑘𝑘𝐸𝐸𝑝𝑝 ∗ ∆𝑑𝑑 .⇒ ∆𝑑𝑑 =
𝑃𝑃𝑚𝑚𝑘𝑘𝐸𝐸𝑝𝑝
Ec. 15
Capítulo III - Metodología Experimental y Cálculos
105
En la ecuación 15 se denota con (𝑘𝑘𝐸𝐸𝑝𝑝 ) la pendiente de cada tramo de
recta identificada en los diferentes trozos de curva estudiados, de las gráficas de
carga deformación de líneas de vida ensayadas a tracción.
12∗ 𝑚𝑚 ∗ 𝑣𝑣𝑓𝑓2 =
12∗ 𝑃𝑃𝑚𝑚 ∗ 𝑑𝑑1 +
12∗ 𝑃𝑃𝑚𝑚 ∗ ∆𝑑𝑑 ; ∆𝑑𝑑 =
𝑃𝑃𝑚𝑚𝑘𝑘𝐸𝐸𝑝𝑝
; 𝑑𝑑1 =𝑃𝑃𝑚𝑚 ∗ 𝐿𝐿3
3 ∗ 𝐸𝐸𝐴𝐴 ∗ 𝐼𝐼𝑑𝑑
𝑚𝑚 ∗ 𝑣𝑣𝑓𝑓2 = 𝑃𝑃𝑚𝑚 ∗ �𝑃𝑃𝑚𝑚 ∗ 𝐿𝐿3
3 ∗ 𝐸𝐸𝐴𝐴 ∗ 𝐼𝐼𝑑𝑑� + 𝑃𝑃𝑚𝑚 ∗ �
𝑃𝑃𝑚𝑚𝑘𝑘𝐸𝐸𝑝𝑝
�
𝑚𝑚 ∗ 𝑣𝑣𝑓𝑓2 =𝑃𝑃𝑚𝑚 2 ∗ 𝐿𝐿3
3 ∗ 𝐸𝐸𝐴𝐴 ∗ 𝐼𝐼𝑑𝑑+𝑃𝑃𝑚𝑚 2
𝑘𝑘𝐸𝐸𝑝𝑝
.⇒ 𝑚𝑚 ∗ 𝑣𝑣𝑓𝑓2 = 𝑃𝑃𝑚𝑚 2 �
𝐿𝐿3
3 ∗ 𝐸𝐸𝐴𝐴 ∗ 𝐼𝐼𝑑𝑑+
1𝑘𝑘𝐸𝐸𝑝𝑝
�
𝑃𝑃𝑚𝑚 = ��𝑚𝑚 ∗ 𝑣𝑣𝑓𝑓2�
� 𝐿𝐿3
3 ∗ 𝐸𝐸𝐴𝐴 ∗ 𝐼𝐼𝑑𝑑+ 1𝑘𝑘𝐸𝐸𝑝𝑝
�
2 .⇒ 𝑃𝑃𝑚𝑚 = �
(𝑚𝑚 ∗ 𝑣𝑣𝑓𝑓2)
�𝑘𝑘𝐸𝐸𝑝𝑝 ∗ 𝐿𝐿3 + 3 ∗ 𝐸𝐸𝐴𝐴 ∗ 𝐼𝐼𝑑𝑑
3 ∗ 𝐸𝐸𝐴𝐴 ∗ 𝐼𝐼𝑑𝑑 ∗ 𝑘𝑘𝐸𝐸𝑝𝑝�
2
𝑃𝑃𝑚𝑚 = ��3 ∗ 𝐸𝐸𝐴𝐴 ∗ 𝐼𝐼𝑑𝑑 ∗ 𝑘𝑘𝐸𝐸𝑝𝑝 ∗ 𝑚𝑚 ∗ 𝑣𝑣𝑓𝑓2
𝑘𝑘𝐸𝐸𝑝𝑝 ∗ 𝐿𝐿3 + 3 ∗ 𝐸𝐸𝐴𝐴 ∗ 𝐼𝐼𝑑𝑑�
2 Ec. 16
Usando la relación básica de pendiente de de una recta conocido dos
puntos de esta; se procede a continuación a determinar las diferentes pendientes
de los tramos de recta
Ensayo 1 (Blue Water Ropes)
Tramo I A (2,3 ; 192,34) B (4,3 ; 688,40)
Capítulo III - Metodología Experimental y Cálculos
106
𝑘𝑘𝐴𝐴𝐴𝐴 =(688,40 − 192,34)
(4,3 − 2,3)
.⇒ 𝑘𝑘𝐴𝐴𝐴𝐴 = 248,03
𝑘𝑘𝑔𝑔𝑓𝑓𝑐𝑐𝑚𝑚
Tramo II C (14 ; 334,07) D (18,8 ; 688,40)
𝑘𝑘𝐴𝐴𝐴𝐴 =(688,40 − 334,07)
(18,8 − 14)
.⇒ 𝑘𝑘𝐴𝐴𝐴𝐴 = 73,81
𝑘𝑘𝑔𝑔𝑓𝑓𝑐𝑐𝑚𝑚
Tramo III E (21 ; 921,24) F (24,5 ; 1.498,29)
𝑘𝑘𝐴𝐴𝐴𝐴 =(1.498,29 − 921,24)
(24,5 − 21)
.⇒ 𝑘𝑘𝐴𝐴𝐴𝐴 = 164,87
𝑘𝑘𝑔𝑔𝑓𝑓𝑐𝑐𝑚𝑚
Ensayo 2 (Blue Water Ropes)
Tramo I A (2,2 ; 283,95) B (4,1 ; 871,45)
𝑘𝑘𝐴𝐴𝐴𝐴 =(871,45 − 283,95)
(4,1 − 2,2)
.⇒ 𝑘𝑘𝐴𝐴𝐴𝐴 = 309,21
𝑘𝑘𝑔𝑔𝑓𝑓𝑐𝑐𝑚𝑚
Ensayo 3 (New England)
Tramo I A (2,3 ; 160) B (3,9 ; 480)
𝑘𝑘𝐴𝐴𝐴𝐴 =(480 − 160)(3,9 − 2,3)
.⇒ 𝑘𝑘𝐴𝐴𝐴𝐴 = 200
𝑘𝑘𝑔𝑔𝑓𝑓𝑐𝑐𝑚𝑚
Tramo II C (5,7 ; 440) D (8,7 ; 740)
Capítulo III - Metodología Experimental y Cálculos
107
𝑘𝑘𝐴𝐴𝐴𝐴 =(740 − 440)(8,7 − 5,7)
.⇒ 𝑘𝑘𝐴𝐴𝐴𝐴 = 100
𝑘𝑘𝑔𝑔𝑓𝑓𝑐𝑐𝑚𝑚
Tramo III E (13,2 ; 360) F (25,4 ; 1040)
𝑘𝑘𝐴𝐴𝐴𝐴 =(1040 − 360)(25,4 − 13,2)
.⇒ 𝑘𝑘𝐴𝐴𝐴𝐴 = 55,73
𝑘𝑘𝑔𝑔𝑓𝑓𝑐𝑐𝑚𝑚
Ensayo 4 (Blue Water Ropes)
Tramo I A (2,5 ; 265,47) B (6,6 ; 735,15)
𝑘𝑘𝐴𝐴𝐴𝐴 =(735,15 − 265,47)
(6,6 − 2,5)
.⇒ 𝑘𝑘𝐴𝐴𝐴𝐴 = 114,55
𝑘𝑘𝑔𝑔𝑓𝑓𝑐𝑐𝑚𝑚
Tramo II C (12 ; 551,36) D (19,9 ; 1.735,78)
𝑘𝑘𝐴𝐴𝐴𝐴 =(1.735,78 − 551,36)
(19,9 − 12)
.⇒ 𝑘𝑘𝐴𝐴𝐴𝐴 = 157,92
𝑘𝑘𝑔𝑔𝑓𝑓𝑐𝑐𝑚𝑚
Usando la ecuación 16 y los respectivos valores de 𝑘𝑘𝐸𝐸𝑝𝑝 hallados
anteriormente, junto con los mismos valores de 𝐸𝐸𝐴𝐴; 𝐼𝐼𝑑𝑑 ;𝑚𝑚; 𝑣𝑣𝑓𝑓 𝑦𝑦 𝐿𝐿 que se han
venido usando para los anteriores cálculos; se construye la siguiente tabla
resumen, en la que determina un valor de carga estática equivalente respectiva
para cada tramo de gráfica estudiada.
𝑃𝑃𝑚𝑚 = ��3 ∗ 𝐸𝐸𝐴𝐴 ∗ 𝐼𝐼𝑑𝑑 ∗ 𝑘𝑘𝐸𝐸 ∗ 𝑚𝑚 ∗ 𝑣𝑣𝑓𝑓2
𝑘𝑘𝐸𝐸𝑝𝑝 ∗ 𝐿𝐿3 + 3 ∗ 𝐸𝐸𝐴𝐴 ∗ 𝐼𝐼𝑑𝑑�
2
Capítulo III - Metodología Experimental y Cálculos
108
𝒌𝒌𝒏𝒏 �𝒌𝒌𝒌𝒌𝒌𝒌𝒄𝒄𝒎𝒎
� 𝒌𝒌𝒏𝒏 �𝑵𝑵𝒎𝒎� 𝑷𝑷𝒎𝒎(𝑵𝑵) 𝑬𝑬𝒄𝒄.𝟏𝟏𝟏𝟏
Ensayo 1 (BWR) Tramo 1 248,02 243.307,62 21.028,84 Tramo 2 73,81 72.407,61 11.780,41 Tramo 3 164,87 161.737,47 17.360,81
Ensayo 2 (BWR) Tramo 1 309,21 303.335,01 232669,63
Ensayo 3 (NE) Tramo 1 200 1196.200 19.019,75 Tramo 2 100 98.100 13.656,20 Tramo 3 55,73 54.671,13 10.265,49
Ensayo 4 (BWR) Tramo 1 114 112373,55 14583,05 Tramo 2 157,92 154922,46 17009,11
Tabla 3-10 (Tabla resumen del método de pendientes de la recta, usado para hallar valores de
𝑃𝑃𝑚𝑚 sobre las curvas de carga deformación de la línea de vida)
En la anterior tabla se reportan valores de carga estática equivalente
correspondientes a los distintos tramos de curva estudiados; de los cuales se
destacan los valores que corresponden a los tramos de rectas en los que se
incluyen los valores de ∆𝑑𝑑; para los cuales resulto converger el primer método
usado para determinar la magnitud de 𝑃𝑃𝑚𝑚 .
Una vez estimada la carga estática equivalente debido al impacto usando
como datos la constante de elasticidad 𝑘𝑘𝐸𝐸𝑝𝑝 que corresponde a la pendiente de la
curva (carga-deformación) de las líneas de vida ensayadas; y sabiendo que
dicha pendiente se ha aproximado con el uso de dos puntos correspondientes a
cada tramo, que no necesariamente se encuentran alineados y sobre el trazo de
dicha curva; es conveniente ahora hallar con mayor precisión los valores de
dicha pendiente en cada punto de su trayectoria; y aprovechando que mediante
el método anterior se han identificado los tramos de las curvas que incluyen la
pendiente necesaria para estimar la carga; entonces se procede a reconstruir un
tramo de 3 curvas diferentes, usando una tabla de pares ordenados (x,y) de
Capítulo III - Metodología Experimental y Cálculos
109
dichos tramos; con los cuales se puede obtener la ecuación de la curva con una
buena aproximación aplicando un ajuste polinominal.
Ensayo 1-Tramo III (BWR)
Ensayo 3- Tramo III (NE)
Ensayo 4-Tramo II (BWR)
Carga (𝒌𝒌𝒌𝒌𝒌𝒌) ∆𝒙𝒙 (𝒄𝒄𝒎𝒎) Carga
(𝒌𝒌𝒌𝒌𝒌𝒌) ∆𝒙𝒙 (𝒄𝒄𝒎𝒎) Carga (𝒌𝒌𝒌𝒌𝒌𝒌) ∆𝒙𝒙 (𝒄𝒄𝒎𝒎)
373,84 13,2 928,57 21 456,92 15,2 551,36 12,4
1.071,43 22 581,53 17,2 755,57 13,9 1.224,49 23 706,15 19,2 1.000,63 15,4 1.408,16 24 810 21,2 1.245,68 16,9 1.612,24 25 934,61 23,2 1.531,57 18,4 1.826,53 26 1.080 25,2 1.837,89 19,9
Tabla 3-11 (Pares coordenados correspondientes a las curvas carga deformación en los tramos
de curva a estudiar)
A continuación se presenta una tabla con los respectivos polinomios de
aproximación que se corresponden con cada tabla de datos reportadas
anteriormente. Vale la pena indicar que los polinomios han sido construidos en
base a los valores numéricos de carga (kgf) y ∆𝑑𝑑 (𝑐𝑐𝑚𝑚) reportados
anteriormente; pero se ha hecho la respetiva conversión de unidades para
trabajar estas magnitudes en sistema internacional de unidades (SI), es decir; las
magnitudes de carga en (kgf) y deformación en ∆𝑑𝑑 (𝑐𝑐𝑚𝑚) se han transformado
en (N) y (m) respectivamente. Otra consideración importante es que cada
polinomio será de grado (𝐸𝐸 − 1), siendo 𝐸𝐸 en número de pares coordenados
reportados en cada tabla; esta consideración está sostenida en el hecho de que
los polinomios intrepolantes de mayor precisión y más uso tienen esta forma.
Capítulo III - Metodología Experimental y Cálculos
110
Ensayo 1
Tramo III
(BWR)
𝑝𝑝(𝑑𝑑) = 25.025.510.188,3291 ∗ 𝑑𝑑5 − 30.030.612.226,0214 ∗ 𝑑𝑑4
+ 14.385.497.439,9271 ∗ 𝑑𝑑3 − 3.437.504.079,4609 ∗ 𝑑𝑑2
+ 409.810.414,025073 ∗ 𝑑𝑑 − 19.498.075,7017677
Ensayo 3
Tramo III
(NE)
𝑒𝑒(𝑑𝑑) = −30.951.021.387,5547 ∗ 𝑑𝑑6 + 34.859.693.225,4453 ∗ 𝑑𝑑5
− 16.129.549.985,3118 ∗ 𝑑𝑑4 + 3.921.888.458,01221 ∗ 𝑑𝑑3
− 528.162.128,465454 ∗ 𝑑𝑑2 + 37.382.656,0034446 ∗ 𝑑𝑑
− 1.084.764,33809449
Ensayo 4
Tramo II
(BWR)
𝑠𝑠(𝑑𝑑) = −15.388.901.890,1458 ∗ 𝑑𝑑5 + 12.508.978.822,17 ∗ 𝑑𝑑4
− 4.038.586.467,57221 ∗ 𝑑𝑑3 + 647.744.228,285622 ∗ 𝑑𝑑2
− 51.477.760,3374737 ∗ 𝑑𝑑 + 1.622.756,7562336
Tabla 3-12 (Polinomios de aproximación obtenidos con el ajuste polinominal aplicado a las
tabla de datos antes indicada)
Gráficos de los tramos de curva reconstruidas (Carga -Deformación
axial) de Líneas de Vida Ensayadas
8.000
10.000
12.000
14.000
16.000
18.000
20.000
0,2 0,21 0,22 0,23 0,24 0,25 0,26 0,27
Carga vs Deformación Axial(Ensayo 1- Tramo III)
Δx (m)
Pm (N)
Capítulo III - Metodología Experimental y Cálculos
111
3.000
4.000
5.000
6.000
7.000
8.000
9.000
10.000
11.000
0,125 0,145 0,165 0,185 0,205 0,225 0,245 0,265
Carga vs Deformación Axial(Ensayo 3 - Tramo III)
Δx (m)
Pm (N)
4.500
6.500
8.500
10.500
12.500
14.500
16.500
18.500
20.500
0,12 0,14 0,16 0,18 0,20Δx (m)
Pm (N)
Carga vs Deformacion Axial(Ensayo 4 - Tramo II)
Capítulo III - Metodología Experimental y Cálculos
112
Al derivar los respectivos polinomios que describen la trayectoria de la
curva en estudio en su tramo de convergencia; y evaluando dicha derivada en el
respectivo valor de convergencia incluido en el dominio de las curvas; se
obtiene un valor mejor ajustado de constante de elasticidad 𝑘𝑘𝐸𝐸 , cuya magnitud
será sustituida en la ecuación 17 para obtener nuevos valores de 𝑃𝑃𝑚𝑚 , y poder
determinar luego de previas comparaciones el valor definitivo de 𝑃𝑃𝑚𝑚 con una
buena precisión.
Polinomio Punto de evaluación Valor de la derivada (𝒌𝒌𝒏𝒏) 𝑝𝑝(𝑑𝑑) 𝑑𝑑 = 0.21 𝑚𝑚
𝑑𝑑 𝑑𝑑𝑑𝑑
𝑝𝑝(𝑑𝑑) = 155.324,99994
𝑒𝑒(𝑑𝑑) 𝑑𝑑 = 0.225 𝑚𝑚 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑
𝑒𝑒(𝑑𝑑) = 64.279,897918
𝑠𝑠(𝑑𝑑) 𝑑𝑑 = 0.165 𝑚𝑚 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑
𝑠𝑠(𝑑𝑑) = 162.552,728783
Tabla 3-13 (Resumen de valores de 𝑘𝑘𝐸𝐸 obtenidos por medio de la derivada del polinomio de aproximación, evaluada en el punto de interés)
En la siguiente tabla se indican los valores correspondientes de 𝑘𝑘𝐸𝐸𝑝𝑝
(obtenidos como se explico en el párrafo y tabla anterior); y su efecto en la
ecuación 17 sobre el parámetro 𝑃𝑃𝑚𝑚 .
𝑃𝑃𝑚𝑚 = ��3 ∗ 𝐸𝐸𝐴𝐴 ∗ 𝐼𝐼𝑑𝑑 ∗ 𝑘𝑘𝐸𝐸 ∗ 𝑚𝑚 ∗ 𝑣𝑣𝑓𝑓2
𝑘𝑘𝐸𝐸𝑝𝑝 ∗ 𝐿𝐿3 + 3 ∗ 𝐸𝐸𝐴𝐴 ∗ 𝐼𝐼𝑑𝑑�
2
Tramo Polinomio evaluado 𝒌𝒌𝒏𝒏 (𝑵𝑵 𝒎𝒎⁄ ) 𝑷𝑷𝒎𝒎 (𝑵𝑵) Ensayo 1 (BWR) Tramo III 𝑝𝑝(𝑑𝑑) 𝐸𝐸𝐸𝐸 𝑑𝑑 = 0,21 155.324,99994 17.032,44 Ensayo 3 (NE) Tramo III 𝑒𝑒(𝑑𝑑) 𝐸𝐸𝐸𝐸 𝑑𝑑 = 0,225 64.279,897918 17.278,73
Ensayo 4 (BWR) Tramo II 𝑠𝑠(𝑑𝑑) 𝐸𝐸𝐸𝐸 𝑑𝑑 = 0,165 162.552,728783 17.013,33
Tabla 3-14 (Resultado de carga estática equivalente usando el parámetro 𝑘𝑘𝐸𝐸 determinado a partir de la derivada de los polinomios)
Capítulo III - Metodología Experimental y Cálculos
113
Finalmente ya agotados todos los métodos usados para determinar la
carga estática equivalente, y luego de una comparación entre los resultados
obtenidos; se tomara como carga estáticamente equivalente un valor de
𝑃𝑃𝑚𝑚 = 17.500 𝑁𝑁 y para fines parcticos se denotara la misma carga como
𝑃𝑃𝑚𝑚 = 17,5 𝑘𝑘𝑁𝑁.
3.2.5 Ubicación del Sistema de Anclaje
Para determinar la ubicación ideal en donde colocar el sistema de
anclaje diseñado se consulto una cantidad de normas internas en las que se
revisa la posibilidad de proximidad de un herraje respecto a conductores
eléctricos de con rango de tensión inferiores a 12,47 kV, también se sabe que
debe existir un compromiso entre la posibilidad de colocar el sistema de anclaje
en la parte más alta posible de manera que la altura de una posible caída no
supere el tramo de línea que se activara para detener la caída, es decir conviene
que exista un factor de caída (𝐹𝐹𝐶𝐶) no mayor a 2 para evitar daños físico para
quien sufre la caída, según recomendaciones de (NFPA).
𝐹𝐹𝐶𝐶 =ℎ𝐿𝐿
ℎ:𝑎𝑎𝑝𝑝𝑝𝑝𝑢𝑢𝐸𝐸𝑎𝑎 𝑑𝑑𝐸𝐸 𝑐𝑐𝑎𝑎𝑝𝑝𝑑𝑑𝑎𝑎 𝑝𝑝𝑝𝑝𝑏𝑏𝐸𝐸𝐸𝐸 𝐿𝐿: 𝑝𝑝𝑝𝑝𝐸𝐸𝑔𝑔𝑢𝑢𝑝𝑝𝑝𝑝𝑢𝑢𝑑𝑑 𝑑𝑑𝐸𝐸 𝑐𝑐𝑢𝑢𝐸𝐸𝐸𝐸𝑑𝑑𝑎𝑎 𝑎𝑎𝑐𝑐𝑝𝑝𝑝𝑝𝑣𝑣𝑎𝑎𝑑𝑑𝑎𝑎
Por otro lado la empresa tiene una normativa estricta con respecto a la
proximidad mínima que deben respetar los lineros con respecto a líneas
energizadas o no; detalles de estas distancias mínimas se ubican en las tablas de
la sección 9.9 del Manual de Seguridad Capitulo IX; la anterior normativa está
basada en Electrical Hot Work Safety OSHA Electrical Work Rules. 1991.En el
anexo
Capítulo III - Metodología Experimental y Cálculos
114
3.2.6 Selección del Material
Se observa en la relación 10 que el valor de carga estática equivalente
guarda relación con la propiedad mecánica del material modulo de elasticidad
(𝐸𝐸𝐴𝐴); por lo cual un se concluye que un material que posea valores reducidos de
estas propiedades ofrece mayores ventajas para la aplicación que se pretende
dar, ya que genera una menor carga equivalente de impacto.
𝑃𝑃𝑚𝑚 = �3 ∗ 𝐸𝐸𝐴𝐴 ∗ 𝐼𝐼𝑑𝑑 ∗ 𝑚𝑚 ∗ 𝑣𝑣𝑓𝑓2
𝐿𝐿3
2
Por otro lado se conoce que cualquier material con una propiedad de
esfuerzo de fluencia (𝑆𝑆𝑦𝑦) alta también generara ventajas, ya para el presente
diseño dúctil conviene usar un material que ofrezca un rango importante de
deformación elástica. Gráficamente se identifica un material idóneo para la
presente aplicación observando su curva carga vs. Deformación; aquel material
que encierre la mayor área bajo la curva antes de superar el límite plástico, es
capaz de absorber mayor energía de deformación será el ideal para la presente
aplicación.
A continuación se muestra una carta Ashby en donde se comparan
propiedades de esfuerzo de fluencia (𝑆𝑆𝑦𝑦) versus tenacidad en muchos grupos de
materiales; por lo tanto de la grafica se identificara como ideal aquel grupo de
materiales que posean mayor (𝑆𝑆𝑦𝑦) y tenacidad, ya que también conviene un
material que sea capaz de absorber la mayor cantidad de energía de
deformación plástica antes de fracturar; a pesar que se está trabajando en base a
un diseño dúctil.
Capítulo III - Metodología Experimental y Cálculos
115
Fig 3-18 (Carta Ashby Esfuerzo de fluencia – Tenacidad; tomado de guía de estudio Prof.
María Prato)
Tomando en cuenta las acotaciones antes explicadas que debe tener el
material a seleccionar, y además aplicando la limitante de que debe ser un
material con existencia en el país. Se procede a ubicar un material contenido en
el catalogo de FERRUM ACEROS C.A. sabiendo que dicho material está
incluido en el grupo de materiales que indica la carta Ashby antes mostrada
como ideal; y además será un material que se consigue con facilidad en el país.
El material seleccionado resulto ser el AISI S1 conocido como
“BOHLER-MY EXTRA” recomendado por FERRUM específicamente como
resistente a impactos.
Capítulo III - Metodología Experimental y Cálculos
116
3.2.7 Calculo de Fuerza de Tornillo (𝑭𝑭𝑻𝑻) y Fuerza de Roce (𝑭𝑭𝒓𝒓)
para movimiento inminente del sistema de anclaje
Es necesario garantizar que el sistema de anclaje se mantenga en
equilibrio estático (no se desplace) bajo la solicitación externa a la que será
sometido; por lo tanto se debe verificar una condición de movimiento inminente
que se verifica con la fuerza de rose estática existente entre las superficies de
contacto (poste y gancho-abrazadera); la cual está estrechamente asociada a la
fuerza que se le aplique al sistema mediante la unión por tornillos.
Aplicando un DCL a la estructura en contacto con el poste, y haciendo
sumatorias de fuerzas en direcciones verticales y horizontales iguales a cero
para verificar la condición de estado estático, se tiene:
Fig 3-19 (Diagrama de cuerpo libre en tres dimensiones de la sección curva del gancho de vida)
Capítulo III - Metodología Experimental y Cálculos
117
La siguiente expresión muestra la forma de la distribución de presión a
lo largo del contacto poste gancho-abrazadera.
𝑝𝑝(𝜃𝜃) = 𝑃𝑃 ∗ 𝑆𝑆𝐸𝐸𝐸𝐸(𝜃𝜃) + ℎ Ec. 17
∑𝐹𝐹𝑦𝑦 = 0
2 ∗ 𝐹𝐹𝑇𝑇 − � � 𝑝𝑝(𝜃𝜃) ∗ 𝑆𝑆𝐸𝐸𝐸𝐸(𝜃𝜃) ∗ 𝐸𝐸 ∗ 𝑑𝑑𝜃𝜃 ∗ 𝑑𝑑𝐿𝐿 = 0𝜃𝜃2
𝜃𝜃1
𝐿𝐿
0 Ec. 18
∑𝐹𝐹𝑑𝑑 = 0
� � 𝑝𝑝(𝜃𝜃) ∗ Cos(𝜃𝜃) ∗ 𝐸𝐸 ∗ 𝑑𝑑𝜃𝜃 ∗ 𝑑𝑑𝐿𝐿 =𝜋𝜋/2
0
𝐿𝐿
0� � 𝑝𝑝(𝜃𝜃) ∗ Cos(𝜃𝜃) ∗ 𝐸𝐸 ∗ 𝑑𝑑𝜃𝜃 ∗ 𝑑𝑑𝐿𝐿
𝜋𝜋
𝜋𝜋/2
𝐿𝐿
0 Ec. 19
Se sustituye la expresión 17 en la ecuación 18 y se despeja el parámetro
(𝑃𝑃)
2 ∗ 𝐹𝐹𝑇𝑇 − � � 𝑃𝑃 ∗ 𝑆𝑆𝐸𝐸𝐸𝐸2(𝜃𝜃) ∗ 𝐸𝐸 ∗ 𝑑𝑑𝜃𝜃 ∗ 𝑑𝑑𝐿𝐿 = 0 𝜃𝜃2
𝜃𝜃1
𝐿𝐿
0 𝑃𝑃 =
2 ∗ 𝐹𝐹𝑇𝑇
𝐸𝐸 ∗ � ∫ 𝑆𝑆𝐸𝐸𝐸𝐸2𝜃𝜃2𝜃𝜃1
(𝜃𝜃)𝐿𝐿
0∗ 𝑑𝑑𝜃𝜃 ∗ 𝑑𝑑𝐿𝐿
𝑃𝑃 =2 ∗ 𝐹𝐹𝑇𝑇
𝐸𝐸 ∗ � ∫ 𝑆𝑆𝐸𝐸𝐸𝐸2𝜃𝜃2𝜃𝜃1
(𝜃𝜃)𝐿𝐿
0∗ 𝑑𝑑𝜃𝜃 ∗ 𝑑𝑑𝐿𝐿
Ec. 20
𝐹𝐹𝐸𝐸 = 𝜇𝜇𝑠𝑠 ∗ 𝑁𝑁 Ec. 21
𝑁𝑁 = � � 𝑝𝑝(𝜃𝜃) ∗ 𝐸𝐸 ∗ 𝑑𝑑𝜃𝜃 ∗ 𝑑𝑑𝐿𝐿𝜃𝜃2
𝜃𝜃1
𝐿𝐿
0
Capítulo III - Metodología Experimental y Cálculos
118
Sustituyendo la ecuación 17 y 20 en la expresión anterior, y luego
simplificando se tiene:
𝑁𝑁 = � �2 ∗ 𝐹𝐹𝑇𝑇∗𝑆𝑆𝐸𝐸𝐸𝐸(𝜃𝜃)
∫ 𝑆𝑆𝐸𝐸𝐸𝐸2(𝜃𝜃) ∗ 𝑑𝑑𝜃𝜃𝜃𝜃2𝜃𝜃1
� ∗ 𝑑𝑑𝜃𝜃
𝜃𝜃2
𝜃𝜃1
Ec. 22
𝐹𝐹𝐸𝐸 = 𝜇𝜇𝑠𝑠 ∗ 𝑁𝑁
.⇒ 𝐹𝐹𝐸𝐸 = 𝜇𝜇𝑠𝑠 ∗ �𝑁𝑁𝑔𝑔 + 𝑁𝑁𝑎𝑎�
𝐹𝐹𝐸𝐸 = 𝜇𝜇𝑠𝑠 ∗
⎝
⎜⎛� �
2 ∗ 𝐹𝐹𝑇𝑇∗𝑆𝑆𝐸𝐸𝐸𝐸(𝜃𝜃)
∫ 𝑆𝑆𝐸𝐸𝐸𝐸2(𝜃𝜃) ∗ 𝑑𝑑𝜃𝜃𝜃𝜃2𝜃𝜃1
� ∗ 𝑑𝑑𝜃𝜃 +
𝜃𝜃2
𝜃𝜃1
� �2 ∗ 𝐹𝐹𝑇𝑇∗𝑆𝑆𝐸𝐸𝐸𝐸(𝜃𝜃)
∫ 𝑆𝑆𝐸𝐸𝐸𝐸2(𝜃𝜃) ∗ 𝑑𝑑𝜃𝜃𝜃𝜃4𝜃𝜃3
� ∗ 𝑑𝑑𝜃𝜃
𝜃𝜃4
𝜃𝜃3 ⎠
⎟⎞
Ec. 23
De la ecuación 23 se despeja la variable (𝐹𝐹𝑇𝑇) luego de efectuar las
respectivas simplicaciones, y se tiene:
𝐹𝐹𝑇𝑇 =𝐹𝐹𝐸𝐸
2 ∗ 𝜇𝜇𝑠𝑠 ∗
⎣⎢⎢⎢⎡
⌡⎮⎮⌠
� 𝑆𝑆𝐸𝐸𝐸𝐸(𝜃𝜃)∫ 𝑆𝑆𝐸𝐸𝐸𝐸2(𝜃𝜃) ∗ 𝑑𝑑𝜃𝜃𝜃𝜃2𝜃𝜃1
� ∗ 𝑑𝑑𝜃𝜃 + � � 𝑆𝑆𝐸𝐸𝐸𝐸(𝜃𝜃)∫ 𝑆𝑆𝐸𝐸𝐸𝐸2(𝜃𝜃) ∗ 𝑑𝑑𝜃𝜃𝜃𝜃4𝜃𝜃3
� ∗ 𝑑𝑑𝜃𝜃
𝜃𝜃4
𝜃𝜃3
𝜃𝜃2
𝜃𝜃1 ⎦⎥⎥⎥⎤
Ec. 24
Se tiene en cuenta que los limites de integración que surgen en las
ecuaciones antes mostradas; están relacionados con la superficie de contacto
entre poste y gancho-abrazadera; limites que han sido determinado por medio
de gráficos trabajados sobre geometría plana, ya que son conocidos los dos
diámetros de postes que se incluyen en el estudio del presente trabajo; además
de sugerir una longitud de contacto constante (𝐿𝐿) entre los elementos en
Capítulo III - Metodología Experimental y Cálculos
119
estudio; a continuación se muestra una tabla resumen de los valores de (𝜃𝜃) y
(𝐿𝐿`).
Diámetro de poste (mm)
Elemento mecánico
(𝜽𝜽𝟎𝟎) 𝒆𝒆𝒏𝒏 𝒓𝒓𝒓𝒓𝒓𝒓𝒓𝒓𝒓𝒓𝒏𝒏𝒆𝒆𝒓𝒓
�𝜽𝜽𝒌𝒌� 𝒆𝒆𝒏𝒏 𝒓𝒓𝒓𝒓𝒓𝒓𝒓𝒓𝒓𝒓𝒏𝒏𝒆𝒆𝒓𝒓
(𝑳𝑳`) 𝒆𝒆𝒏𝒏 𝒎𝒎𝒆𝒆𝒎𝒎𝒓𝒓𝒎𝒎𝒓𝒓
88,9 Gancho de vida 𝜃𝜃1 = 13 ∗ �
𝜋𝜋36� 𝜃𝜃2 = 23 ∗ �
𝜋𝜋36� 0,05
Abrazadera P. 𝜃𝜃3 = 8 ∗ �𝜋𝜋
45� 𝜃𝜃4 = 37 ∗ �
𝜋𝜋45� 0,05
114,3 Gancho de vida 𝜃𝜃5 = �
𝜋𝜋6� 𝜃𝜃6 = 5 ∗ �
𝜋𝜋6� 0,05
Abrazadera G. 𝜃𝜃7 = 13 ∗ �𝜋𝜋
180� 𝜃𝜃7 = 167 ∗ �
𝜋𝜋180
� 0,05
Tabla 3-15 (tabla resumen limites de integración para determinar la fuerza de roce entre poste y
gancho- abrazadera)
Suponiendo una condición crítica a la que se solicite el sistema de
anclaje; se toma en cuenta que la carga máxima de diseño cuyo valor está
representado por la carga equivalente al impacto (𝑃𝑃𝑚𝑚 ), como carga externa
actúa de forma directa para mover el conjunto de anclaje sobre la superficie del
poste en dirección vertical para en centro de la tierra; entonces se debe verificar
que se cumpla la siguiente desigualdad:
𝐹𝐹𝐸𝐸 ≥ 𝜇𝜇𝑠𝑠 ∗ 𝑁𝑁 𝑝𝑝𝑎𝑎𝐸𝐸𝑎𝑎 𝑝𝑝𝑎𝑎 𝑐𝑐𝑝𝑝𝐸𝐸𝑑𝑑𝑝𝑝𝑐𝑐𝑝𝑝𝑝𝑝𝐸𝐸 𝑑𝑑𝐸𝐸 𝐸𝐸𝑒𝑒𝑢𝑢𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑏𝑏𝐸𝐸𝑝𝑝𝑝𝑝 𝐸𝐸𝑠𝑠𝑝𝑝𝑎𝑎𝑝𝑝𝑝𝑝𝑐𝑐𝑝𝑝
𝐹𝐹𝐸𝐸 = 𝜇𝜇𝑠𝑠 ∗ 𝑁𝑁 𝑝𝑝𝑎𝑎𝐸𝐸𝑎𝑎 𝑝𝑝𝑎𝑎 𝑐𝑐𝑝𝑝𝐸𝐸𝑑𝑑𝑝𝑝𝑐𝑐𝑝𝑝𝑝𝑝𝐸𝐸 𝑑𝑑𝐸𝐸 𝑚𝑚𝑝𝑝𝑣𝑣𝑝𝑝𝑚𝑚𝑝𝑝𝐸𝐸𝐸𝐸𝑝𝑝𝑝𝑝 𝑝𝑝𝐸𝐸𝑚𝑚𝑝𝑝𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝑝𝑝𝐸𝐸, 𝑐𝑐𝑝𝑝𝐸𝐸 𝐹𝐹𝐸𝐸 = 𝑃𝑃𝑚𝑚 = 17,5 𝑘𝑘𝑁𝑁
Sustituyendo (𝐹𝐹𝐸𝐸 = 𝑃𝑃𝑚𝑚 = 17,5 𝑘𝑘𝑁𝑁) en la ecuación 24 y efectuando para
valores de (𝜃𝜃) sacados de la tabla 3-14; con un valor de coeficiente de roce
estático (𝜇𝜇𝑠𝑠 = 0.6) “valor de coeficiente de roce tomado de Eugene Hecht
segunda edición; tabla 4.4”:
Capítulo III - Metodología Experimental y Cálculos
120
Fuerza del tornillo para el poste de diámetro (𝜑𝜑 = 8,89 𝑐𝑐𝑚𝑚)
𝐹𝐹𝑇𝑇1 =𝐹𝐹𝐸𝐸
2 ∗ 𝜇𝜇𝑠𝑠 ∗
⎣⎢⎢⎢⎢⎢⎡
⌡⎮⎮⎮⌠
⎝
⎜⎛ 𝑆𝑆𝐸𝐸𝐸𝐸(𝜃𝜃)
∫ 𝑆𝑆𝐸𝐸𝐸𝐸2(𝜃𝜃) ∗ 𝑑𝑑𝜃𝜃23𝜋𝜋36
13𝜋𝜋36 ⎠
⎟⎞∗ 𝑑𝑑𝜃𝜃 +
⌡⎮⎮⎮⌠
⎝
⎜⎛ 𝑆𝑆𝐸𝐸𝐸𝐸(𝜃𝜃)
∫ 𝑆𝑆𝐸𝐸𝐸𝐸2(𝜃𝜃) ∗ 𝑑𝑑𝜃𝜃37𝜋𝜋45
8𝜋𝜋45 ⎠
⎟⎞∗ 𝑑𝑑𝜃𝜃
37𝜋𝜋45
8𝜋𝜋45
23𝜋𝜋36
13𝜋𝜋36 ⎦
⎥⎥⎥⎥⎥⎤
𝐹𝐹𝑇𝑇1 = 6.653,11 𝑁𝑁
Fuerza del tornillo para el poste de diámetro (𝜑𝜑 = 11,43 𝑐𝑐𝑚𝑚)
𝐹𝐹𝑇𝑇2 =𝐹𝐹𝐸𝐸
2 ∗ 𝜇𝜇𝑠𝑠 ∗
⎣⎢⎢⎢⎢⎢⎡
⌡⎮⎮⎮⌠
⎝
⎜⎛ 𝑆𝑆𝐸𝐸𝐸𝐸(𝜃𝜃)
∫ 𝑆𝑆𝐸𝐸𝐸𝐸2(𝜃𝜃) ∗ 𝑑𝑑𝜃𝜃5𝜋𝜋6
𝜋𝜋6 ⎠
⎟⎞∗ 𝑑𝑑𝜃𝜃 +
⌡⎮⎮⎮⌠
⎝
⎜⎛ 𝑆𝑆𝐸𝐸𝐸𝐸(𝜃𝜃)
∫ 𝑆𝑆𝐸𝐸𝐸𝐸2(𝜃𝜃) ∗ 𝑑𝑑𝜃𝜃167𝜋𝜋180
13𝜋𝜋180 ⎠
⎟⎞∗ 𝑑𝑑𝜃𝜃
167𝜋𝜋180
13𝜋𝜋180
5𝜋𝜋6
𝜋𝜋6 ⎦
⎥⎥⎥⎥⎥⎤
𝐹𝐹𝑇𝑇2 = 4.230.56 𝑁𝑁
Es justo aplicar un factor de seguridad (𝐹𝐹. 𝑆𝑆.𝑇𝑇 = 1,5) a la fuerza del
tornillo obtenida de manera que la fuerza con que trabaja el tornillo aleje el
sistema de la condición de movimiento inminente.
𝐹𝐹𝑇𝑇1𝐶𝐶 = 𝐹𝐹𝑇𝑇1 ∗ 𝐹𝐹. 𝑆𝑆.𝑇𝑇
.⇒ 𝐹𝐹𝑇𝑇1𝐶𝐶 = 6.653,1128 𝑁𝑁 ∗ 1,5
.⇒ 𝐹𝐹𝑇𝑇1𝐶𝐶 = 9.979,66 𝑁𝑁
𝐹𝐹𝑇𝑇2𝐶𝐶 = 𝐹𝐹𝑇𝑇2 ∗ 𝐹𝐹. 𝑆𝑆.𝑇𝑇 .⇒ 𝐹𝐹𝑇𝑇2𝐶𝐶 = 4.230.56 𝑁𝑁 ∗ 1,5
.⇒ 𝐹𝐹𝑇𝑇2𝐶𝐶 = 6.345,85 𝑁𝑁
Capítulo III - Metodología Experimental y Cálculos
121
El torque necesario para lograr la respectiva fuerza del tornillo (𝐹𝐹𝑇𝑇1𝐶𝐶) se
calcula mediante la siguiente relación: 𝑇𝑇1 = 𝑘𝑘𝑇𝑇 ∗ 𝑑𝑑 ∗ 𝐹𝐹𝑇𝑇1𝐶𝐶 Ec. 25
El valor de (𝑘𝑘𝑇𝑇 = 0,20) que indica un factor de torsión propio de
pernos según su acabado superficial (para el caso en estudio corresponde a
galvanizado) se toma de la tabla 8-15 ubicada en (Shigley, Diseño en Ingeniería
Mecánica, 6ta edición pag.481) ver apéndice 3.
Se recomienda usar pernos �12𝑝𝑝𝑢𝑢𝑝𝑝𝑔𝑔. � ya que son los de menor diámetro
que la norma COVENIN 2015:1994 permite usar para la aplicación herrajes
ferrosos usados en la industria eléctrica, el hecho de poseer el menor diámetro
posible ofrece ventajas significativas respecto a que en consecuencia se genera
menor concentración de esfuerzos en la sección en donde se aplican dichos
pernos; y además poseen propiedades mecánicas de resistencia mínima a la
tracción y fuerza de corte mínima que exceden considerablemente a las que se
ha calculado estarán sometidos tales pernos en la aplicación estudiada.
Diámetro nominal del perno (𝒓𝒓) en 𝒎𝒎𝒎𝒎(𝒑𝒑𝒑𝒑𝒑𝒑𝒌𝒌. )
Resistencia mínima a la tracción en 𝒌𝒌𝑵𝑵 (𝑳𝑳𝑳𝑳𝒌𝒌)
Resistencia máxima a la
tracción aplicada al perno en 𝒌𝒌𝑵𝑵 (𝑳𝑳𝑳𝑳𝒌𝒌)
Fuerza de corte mínima en 𝒌𝒌𝑵𝑵 (𝑳𝑳𝑳𝑳𝒌𝒌)
Fuerza de corte máxima
aplicada la perno en 𝒌𝒌𝑵𝑵 (𝑳𝑳𝑳𝑳𝒌𝒌)
12,7 (1/2) 46,7 (10.500) 9,97 (2.241,35) 30,91 (6.950) 17,5 (3.934,16)
Tabla 3-16 (Comparación de propiedades mecánicas de pernos sugeridos para el diseño propuesto, y cargas máxima de tracción y corte aplicadas al perno; fuente COVENIN
2015:1994)
Capítulo III - Metodología Experimental y Cálculos
122
Sustituyendo valores en la ecuación 25 se tiene: 𝑇𝑇1 = 𝑘𝑘𝑇𝑇 ∗ 𝑑𝑑 ∗ 𝐹𝐹𝑇𝑇1𝐶𝐶
.⇒ 𝑇𝑇1 = 0,20 ∗ 0,0127 𝑚𝑚 ∗ 9979,66 𝑁𝑁
.⇒ 𝑇𝑇1 = 25,34 𝑁𝑁 ∗ 𝑚𝑚
𝑇𝑇2 = 𝑘𝑘𝑇𝑇 ∗ 𝑑𝑑 ∗ 𝐹𝐹𝑇𝑇2𝐶𝐶 .⇒ 𝑇𝑇2 = 0,20 ∗ 0,0127 𝑚𝑚 ∗ 6.345,85 𝑁𝑁
.⇒ 𝑇𝑇1 = 16,11 𝑁𝑁 ∗𝑚𝑚
Simplicando la ecuación 23 y corrigiendo parámetros el parámetro de
fuerza del tornillo queda:
𝐹𝐹𝐸𝐸1𝐶𝐶 = 2 ∗ 𝜇𝜇𝑠𝑠 ∗ 𝐹𝐹𝑇𝑇1𝐶𝐶
⎝
⎜⎛� �
𝑆𝑆𝐸𝐸𝐸𝐸(𝜃𝜃)
∫ 𝑆𝑆𝐸𝐸𝐸𝐸2(𝜃𝜃) ∗ 𝑑𝑑𝜃𝜃𝜃𝜃2𝜃𝜃1
� ∗ 𝑑𝑑𝜃𝜃 +
𝜃𝜃2
𝜃𝜃1
� �𝑆𝑆𝐸𝐸𝐸𝐸(𝜃𝜃)
∫ 𝑆𝑆𝐸𝐸𝐸𝐸2(𝜃𝜃) ∗ 𝑑𝑑𝜃𝜃𝜃𝜃4𝜃𝜃3
� ∗ 𝑑𝑑𝜃𝜃
𝜃𝜃4
𝜃𝜃3 ⎠
⎟⎞
𝐹𝐹𝐸𝐸1𝐶𝐶 = 26,25 𝑘𝑘𝑁𝑁
𝐹𝐹𝐸𝐸2𝐶𝐶 = 2 ∗ 𝜇𝜇𝑠𝑠 ∗ 𝐹𝐹𝑇𝑇2𝐶𝐶
⎝
⎜⎛� �
𝑆𝑆𝐸𝐸𝐸𝐸(𝜃𝜃)
∫ 𝑆𝑆𝐸𝐸𝐸𝐸2(𝜃𝜃) ∗ 𝑑𝑑𝜃𝜃𝜃𝜃6𝜃𝜃5
� ∗ 𝑑𝑑𝜃𝜃 +
𝜃𝜃6
𝜃𝜃5
� �𝑆𝑆𝐸𝐸𝐸𝐸(𝜃𝜃)
∫ 𝑆𝑆𝐸𝐸𝐸𝐸2(𝜃𝜃) ∗ 𝑑𝑑𝜃𝜃𝜃𝜃8𝜃𝜃7
� ∗ 𝑑𝑑𝜃𝜃
𝜃𝜃8
𝜃𝜃7 ⎠
⎟⎞
𝐹𝐹𝐸𝐸2𝐶𝐶 = 26,25 𝑘𝑘𝑁𝑁
𝐹𝐹𝐸𝐸1𝐶𝐶 = 𝐹𝐹𝐸𝐸2𝐶𝐶 > 𝑃𝑃𝑚𝑚 = 17,5 𝑘𝑘𝑁𝑁
3.2.8 Análisis de Esfuerzos
La geometría propuesta del elemento mecánico que se propone a usar
como componente principal del sistema de anclaje; se analizara
estructuralmente modelando su forma según la composición de dos segmentos
de interés; para estudiar un segmento del elemento mecánico se usara un
Capítulo III - Metodología Experimental y Cálculos
123
modelo físico y matemático conocido como de “viga en voladizo” con una
carga puntual aplicada en su extremo libre y un concentrador de esfuerzos en
forma de agujero a nivel de la sección empotrada y simétrico con respecto a su
eje neutro; mientras que otro segmento del elemento se modelara usando el
modelo físico y matemático de “recipiente a presión.”
Figura 3-20 (Ilustración de estructura planteada como diseño y modelos físicos visibles; viga en
voladizo y recipiente a presión con estado de esfuerzo triaxial; cuasiplano)
A continuación se procede a determinar el espesor de pared de la
abrazadera usando la teoría de falla de Von Misses, ya que se conoce la
propiedad de esfuerzo de fluencia del material (𝑆𝑆𝑦𝑦 = 1800 𝑀𝑀𝑃𝑃𝑎𝑎), y se propone
un factor de seguridad (𝐹𝐹. 𝑆𝑆. = 10)
Conocida la sección crítica del elemento mecánico, se identifica en esta
un estado de esfuerzo, resultando ser un estado de esfuerzo triaxial como se
muestra en la figura anterior; el mismo se identifica además como un estado
Capítulo III - Metodología Experimental y Cálculos
124
cuasiplano de esfuerzos ya que el esfuerzo normal (𝜎𝜎𝜃𝜃) es un esfuerzo
principal; la matriz de esfuerzos asociada se muestra a continuación:
𝜎𝜎 = �0 𝜏𝜏𝑑𝑑𝑦𝑦 0𝜏𝜏𝑦𝑦𝑑𝑑 𝜎𝜎𝐸𝐸 00 0 𝜎𝜎𝜃𝜃
�
𝜎𝜎𝜃𝜃 = 𝜎𝜎3 = 𝐸𝐸𝑠𝑠 𝑢𝑢𝐸𝐸 𝐸𝐸𝑠𝑠𝑓𝑓𝑢𝑢𝐸𝐸𝐸𝐸𝑣𝑣𝑝𝑝 𝑝𝑝𝐸𝐸𝑝𝑝𝐸𝐸𝑐𝑐𝑝𝑝𝑝𝑝𝑎𝑎𝑝𝑝
Con la ecuación 26 se determinan los esfuerzos principales restantes
𝜎𝜎1,2 = 𝜎𝜎𝑑𝑑 + 𝜎𝜎𝑦𝑦
2± ��
𝜎𝜎𝑑𝑑 − 𝜎𝜎𝑦𝑦2
�2
+ �𝜏𝜏𝑑𝑑𝑦𝑦 �22 Ec. 26
Modelo Físico “Recipiente a Presión”
Para el caso de estudio de recipientes a presión en donde se considera la
presión externa como nula (𝑃𝑃0 ≅ 0); las relaciones de esfuerzo quedan como
sigue:
𝜎𝜎𝐸𝐸 =𝐸𝐸𝑝𝑝2 ∗ 𝑃𝑃𝑝𝑝𝐸𝐸0
2 − 𝐸𝐸𝑝𝑝2 �1 −𝐸𝐸0
2
𝐸𝐸2 � 𝐸𝐸𝑠𝑠𝑓𝑓𝑢𝑢𝐸𝐸𝐸𝐸𝑣𝑣𝑝𝑝 𝐸𝐸𝑎𝑎𝑑𝑑𝑝𝑝𝑎𝑎𝑝𝑝
𝜎𝜎𝜃𝜃 =𝐸𝐸𝑝𝑝2 ∗ 𝑃𝑃𝑝𝑝𝐸𝐸0
2 − 𝐸𝐸𝑝𝑝2 �1 +𝐸𝐸0
2
𝐸𝐸2 � 𝐸𝐸𝑠𝑠𝑓𝑓𝑢𝑢𝐸𝐸𝐸𝐸𝑣𝑣𝑝𝑝 𝑝𝑝𝑎𝑎𝐸𝐸𝑔𝑔𝐸𝐸𝐸𝐸𝑐𝑐𝑝𝑝𝑎𝑎𝑝𝑝
Usando las relaciones de esfuerzo para recipientes a presión en función
de (𝐸𝐸), y evaluándolas en (𝐸𝐸 = 𝐸𝐸𝑝𝑝); que representa el lugar geométrico de
esfuerzo máximo debido a la presión interna, se tiene:
Capítulo III - Metodología Experimental y Cálculos
125
𝜎𝜎𝐸𝐸 = −𝑃𝑃𝑝𝑝 Ec. 27
𝜎𝜎𝜃𝜃 =(𝐸𝐸𝑝𝑝2 + 𝐸𝐸0
2)(𝐸𝐸0
2 − 𝐸𝐸𝑝𝑝2)∗ 𝑃𝑃𝑝𝑝 Ec. 28
𝜏𝜏𝑑𝑑𝑦𝑦 =𝐹𝐹𝐸𝐸𝑐𝑐𝑑𝑑𝑠𝑠
Ec. 29
Siendo (𝐸𝐸𝑝𝑝) el radio interno del recipiente a presión, el cual es
equivalente en el modelo real al radio interno de la abrazadera; mientras que
(𝐸𝐸0) será el radio externo del recipiente a presión, y su equivalente al modelo
real es el radio externo de la abrazadera.
𝜎𝜎𝑑𝑑 = 0 𝜎𝜎𝑦𝑦 = −𝑃𝑃𝑝𝑝 𝜏𝜏𝑑𝑑𝑦𝑦 =𝐹𝐹𝐸𝐸𝑐𝑐𝐸𝐸𝑝𝑝𝑝𝑝𝑑𝑑𝑠𝑠
𝑑𝑑𝑠𝑠 = �𝜃𝜃𝑔𝑔 − 𝜃𝜃𝑝𝑝� ∗ 𝐸𝐸𝑝𝑝 ∗ 𝐿𝐿 𝑐𝑐𝑝𝑝𝐸𝐸 𝜃𝜃𝑝𝑝 = 89 ∗ 𝜋𝜋180
𝑦𝑦 𝜃𝜃𝑔𝑔 = 91 ∗ 𝜋𝜋180
Ec. 30
𝐹𝐹𝐸𝐸𝑐𝑐𝐸𝐸𝑝𝑝𝑝𝑝 = 𝜇𝜇𝑠𝑠 ∗ 𝑁𝑁𝑐𝑐𝐸𝐸𝑝𝑝𝑝𝑝 Ec. 31
𝑁𝑁𝑐𝑐𝐸𝐸𝑝𝑝𝑝𝑝 = � �2 ∗ 𝐹𝐹𝑇𝑇1𝐶𝐶 ∗ 𝑆𝑆𝐸𝐸𝐸𝐸(𝜃𝜃)
∫ 𝑆𝑆𝐸𝐸𝐸𝐸(𝜃𝜃)2𝜃𝜃𝑔𝑔𝜃𝜃𝑝𝑝
∗ 𝑑𝑑𝜃𝜃�
𝜃𝜃𝑔𝑔
𝜃𝜃𝑝𝑝∗ 𝑑𝑑𝜃𝜃 𝑐𝑐𝑝𝑝𝐸𝐸 𝜃𝜃𝑝𝑝 = 88 ∗
𝜋𝜋180
𝑦𝑦 𝜃𝜃𝑔𝑔 = 92 ∗𝜋𝜋
180
Para determinar el espesor mínimo necesario que debe poseer el
elemento mecánico que rodea el poste, se estudiara el caso crítico que ocurre
Capítulo III - Metodología Experimental y Cálculos
126
entre las uniones de el “Gancho de Vida” y el poste de diámetro (𝜑𝜑 =
88,9 𝑚𝑚𝑚𝑚); asegurándose así que el espesor hallado, excederá el espesor
mínimo requerido para el resto de las uniones.
Sustituyendo la ecuación 30 y 31 en la expresión de (𝜏𝜏𝑑𝑑𝑦𝑦 ) se calcula el
respectivo valor de esfuerzo cortante para los casos de de estudio:
𝜏𝜏𝑑𝑑𝑦𝑦 =𝐹𝐹𝐸𝐸𝑐𝑐𝐸𝐸𝑝𝑝𝑝𝑝𝑑𝑑𝑠𝑠
𝜏𝜏𝑑𝑑𝑦𝑦 = 77,56 𝑀𝑀𝑃𝑃𝑎𝑎
Sustituyendo en la ecuación 26 los valores de (𝜎𝜎𝑑𝑑) ; (𝜎𝜎𝑦𝑦) 𝑦𝑦 (𝜏𝜏𝑑𝑑𝑦𝑦 ) y
usando la ecuación 20 para determinar (𝑃𝑃𝑝𝑝) con (𝐹𝐹𝑇𝑇1𝐶𝐶 = 10026,704 𝑁𝑁) como
(𝐹𝐹𝑇𝑇).
𝜎𝜎1,2 = −𝑃𝑃𝑝𝑝2
± ��𝑃𝑃𝑝𝑝2�
2
+ �𝐹𝐹𝐸𝐸𝑐𝑐𝐸𝐸𝑝𝑝𝑝𝑝𝑑𝑑𝑠𝑠
�22
𝜎𝜎1 = 72,98 𝑀𝑀𝑃𝑃𝑎𝑎 𝜎𝜎2 = −82,42 𝑀𝑀𝑃𝑃𝑎𝑎
Ya conocidos dos esfuerzos principales, el tercer esfuerzo principal se
puede expresar en función del espesor de recipiente; usando el cambio de
variable (𝐸𝐸0 = 𝐸𝐸𝑝𝑝 + 𝑝𝑝) siendo (𝑝𝑝) es espesor del recipiente a presión, y del
presente estudio real es el espesor del “Gancho de Vida”, para luego aplicar
superposición de efectos debido a los esfuerzos principales se procede a hallar
el espesor mínimo del gancho de vida.
𝜎𝜎3 = 𝜎𝜎𝜃𝜃 =(𝐸𝐸𝑝𝑝2 + (𝐸𝐸𝑝𝑝 + 𝑝𝑝)2)((𝐸𝐸𝑝𝑝 + 𝑝𝑝)2 − 𝐸𝐸𝑝𝑝2) ∗ 𝑃𝑃𝑝𝑝
Ec. 32
Capítulo III - Metodología Experimental y Cálculos
127
Teoría de Falla de Von Mises para un Estado Triaxial de Esfuerzos
(𝜎𝜎3 − 𝜎𝜎1)2 + (𝜎𝜎3 − 𝜎𝜎2)2 + (𝜎𝜎2 − 𝜎𝜎1)2 < 2 ∗ �𝑆𝑆𝑦𝑦𝐹𝐹. 𝑆𝑆.
� Ec. 33
Sustituyendo la ecuación 32 los valores de (𝜎𝜎1), (𝜎𝜎2), �𝑠𝑠𝑦𝑦� y (𝐹𝐹. 𝑆𝑆. ) en
la ecuación 33; se obtiene un polinomio de grado 4 en función de (𝑝𝑝), cuyas
raíces se muestra a continuación y indican el valor mínimo de espesor que debe
poseer en gancho según consideraciones de diseño.
𝑝𝑝 =
⎝
⎜⎛−0,0032557298−0.08564427010.0038150294−0,0927150294
⎠
⎟⎞
De las raíces antes listadas solo tiene sentido físico una cuyo valor es
𝑝𝑝 = 0,0038150294 𝑚𝑚 ó 𝑝𝑝 = 3,82 𝑚𝑚𝑚𝑚
Se propone un espesor mínimo de la abrazadera de (15 𝑚𝑚𝑚𝑚) en su
sección de menor grosor, esta dimensión conviene para lograr proporcionalidad
en la continuación del gancho, además que se considera una dimensión mas
cómoda de lograr ante cualquier proceso de fabricación. Para el espesor
sugerido se calcula su correspondiente de factor de seguridad (𝐹𝐹. 𝑆𝑆.𝑐𝑐 = 12,86)
Capítulo III - Metodología Experimental y Cálculos
128
Modelo Físico “Viga en Voladizo”
∑𝐹𝐹𝑦𝑦 = 0
−𝑃𝑃𝑚𝑚 − 𝑉𝑉 = 0 𝑉𝑉 = −𝑃𝑃𝑚𝑚
𝑉𝑉 = −17.500 𝑁𝑁
∑𝑀𝑀𝑐𝑐 = 0
𝑃𝑃𝑚𝑚 ∗ 𝑑𝑑 + 𝑀𝑀 = 0 𝑀𝑀 = −𝑃𝑃𝑚𝑚 ∗ 𝑑𝑑
𝑀𝑀 = −17.500 𝑁𝑁 ∗ 𝑑𝑑
𝜎𝜎𝑚𝑚𝑎𝑎𝑑𝑑 =|𝑀𝑀𝑚𝑚𝑎𝑎𝑑𝑑 | ∗ 𝑐𝑐
𝐼𝐼𝑑𝑑 Ec. 34
L
𝑃𝑃𝑚𝑚
A
B
x
y
𝑃𝑃𝑚𝑚 𝑉𝑉
𝑀𝑀
h
b
x
x
𝑉𝑉
𝑃𝑃𝑚𝑚
𝑀𝑀
−𝑃𝑃𝑚𝑚𝐿𝐿
𝐼𝐼𝑑𝑑 =𝑏𝑏 ∗ ℎ3
12
Por tratarse de una viga cuya relación
�ℎ𝐿𝐿≅ 0,1�; se analiza su resistencia con el
criterio de valor máximo de esfuerzo
normal en su superficie. Con sección
transversal rectangular.
Eje Neutro
c
h
b
Capítulo III - Metodología Experimental y Cálculos
129
𝑆𝑆 =𝐼𝐼𝑑𝑑𝑐𝑐
Ec. 35
Sustituyendo la ecuación 35 en la relación 34
𝜎𝜎𝑚𝑚𝑎𝑎𝑑𝑑 =|𝑀𝑀𝑚𝑚𝑎𝑎𝑑𝑑 |𝑆𝑆
Ec. 36
El momento flector máximo aplicado sobre la viga viene dado por
(𝑀𝑀𝑚𝑚𝑎𝑎𝑑𝑑 = −𝑃𝑃𝑚𝑚 ∗ 𝐿𝐿); tomando como distancia de la superficie mas esforzada al
eje neutro como (𝑐𝑐); y (𝐼𝐼𝑑𝑑) como momento de inercia de la sección transversal
respecto al eje x.
El valor de modulo de sección para la viga en estudio, cuya área de
sección es rectangular de altura (ℎ) y ancho (𝑏𝑏), se calcula a continuación:
𝑆𝑆 = 𝑏𝑏 ∗ℎ2
6
.⇒ 𝑆𝑆 =
(0,03 𝑚𝑚 ∗ (0,05 𝑚𝑚)2)6
.⇒ 𝑆𝑆 = 1,37 ∗ 10−5 𝑚𝑚3
𝜎𝜎𝑚𝑚𝑎𝑎𝑑𝑑 =|𝑃𝑃𝑚𝑚 ∗ 𝐿𝐿|
𝑆𝑆
.⇒ 𝜎𝜎𝑚𝑚𝑎𝑎𝑑𝑑 =
|−17.500 𝑁𝑁 ∗ 0,35 𝑚𝑚|1,37 ∗ 10−5𝑚𝑚3
.⇒ 𝜎𝜎𝑚𝑚𝑎𝑎𝑑𝑑 = 447,08 𝑀𝑀𝑃𝑃𝑎𝑎
Se tiene en cuenta que para la sección de estudio en donde ocurre el
máximo esfuerzo debido a la flexión de la viga; existe un concentrador de
esfuerzo en forma de agujero; cuya función radica en permitir el paso de un
perno de �12𝑝𝑝𝑢𝑢𝑝𝑝𝑔𝑔. �; por tal razón se consultó la bibliografía apropiada
(Peterson, R. E. (1974) Fig. 156) para determinar el respectivo valor de
concentrador de esfuerzo teórico (𝑘𝑘𝐸𝐸). Para el caso de una viga de sección
Capítulo III - Metodología Experimental y Cálculos
130
transversal rectangular sometida a flexión pura, con una perforación circular a
altura del eje neutro y simétrica, que atraviesa la menor longitud de la sección
rectangular y en dirección al momento (𝑀𝑀) aplicado; se investiga el respectivo
valor de concentrador de esfuerzo teórico (𝑘𝑘𝐸𝐸), usando la grafica mostrada en
el apéndice 1
Para usar la gráfica descrita en el párrafo anterior se usan las magnitudes
del diámetro del agujero denotado como (𝑎𝑎), y altura de la sección transversal
de la viga denotado como (𝑤𝑤), para hallar su relación �𝑎𝑎𝑤𝑤� y así ubicar la
coordenada horizontal a la que le corresponde un valor (𝑘𝑘𝐸𝐸) relacionado con la
curva usada.
Siendo (𝑎𝑎 = 15 𝑚𝑚𝑚𝑚) y (𝑏𝑏 = 50 𝑚𝑚𝑚𝑚) se tiene:
𝑎𝑎𝑤𝑤
= 0,3
Se observa que para una relación �𝒓𝒓𝒘𝒘
= 𝟎𝟎,𝟑𝟑� la gráfica usada no tiene
trazo; por lo que fue necesario indagar en el texto de donde se extrajo dicha
grafica y se encontró que según (Peterson, R. E. (1974), pagina 116) para los
valores de relación �𝒓𝒓𝒘𝒘
< 0,45� se puede usar un valor de concentrador de
esfuerzo teórico (𝒌𝒌𝒏𝒏 = 𝟏𝟏); la anterior consideración se sostiene n el hecho de
que concentradores de esfuerzos ubicados a alturas del eje neutro de una viga
sometida a flexión pura, generan menor concentración de esfuerzos ya que se
conoce que en una viga sometida a flexión pura los esfuerzos normales crecen
en forma lineal desde el eje neutro cuyo valor es cero, hasta la superficie de la
viga donde se encuentra la fibra más alejada del eje neutro, además donde su
valor es máximo.
Capítulo III - Metodología Experimental y Cálculos
131
Esfuerzo permisible
Usando la propiedad de esfuerzo de fluencia del material (𝑆𝑆𝑦𝑦 =
1800 𝑀𝑀𝑃𝑃𝑎𝑎) y un factor de seguridad (𝐹𝐹. 𝑆𝑆. = 4) para el diseño de la viga; se
determina continuación el esfuerzo de permisible del diseño:
𝜎𝜎𝑝𝑝𝐸𝐸𝐸𝐸𝑚𝑚 =𝑆𝑆𝑦𝑦𝐹𝐹. 𝑆𝑆.
Ec. 37
Sustituyendo valores en la ecuación 37 se tiene:
𝜎𝜎𝑝𝑝𝐸𝐸𝐸𝐸𝑚𝑚 =𝑆𝑆𝑦𝑦𝐹𝐹. 𝑆𝑆.
.⇒ 𝜎𝜎𝑝𝑝𝐸𝐸𝐸𝐸𝑚𝑚 =
1800 𝑀𝑀𝑃𝑃𝑎𝑎4
.⇒ 𝜎𝜎𝑝𝑝𝐸𝐸𝐸𝐸𝑚𝑚 = 450 𝑀𝑀𝑃𝑃𝑎𝑎
𝜎𝜎𝑚𝑚𝑎𝑎𝑑𝑑 = 447,08 𝑀𝑀𝑃𝑃𝑎𝑎 𝑦𝑦 𝜎𝜎𝑝𝑝𝐸𝐸𝐸𝐸𝑚𝑚 = 450 𝑀𝑀𝑃𝑃𝑎𝑎 .⇒ 𝜎𝜎𝑚𝑚𝑎𝑎𝑑𝑑 < 𝜎𝜎𝑝𝑝𝐸𝐸𝐸𝐸𝑚𝑚
Se cumple la desigualdad anterior, lo cual indica que la viga no falla
desacuerdo a su estudio de máximo esfuerzo flexionante.
Capítulo III - Metodología Experimental y Cálculos
132
Estudio de la “Viga con Resistencia Constante”
El momento flexionante y el modulo de sección a una distancia x desde
el extremo libre de la viga son:
En el extremo fijo de la viga (𝑋𝑋 = 𝐿𝐿), la altura de la sección transversal
de la viga (ℎ𝐴𝐴) es:
ℎ𝐴𝐴 = �6 ∗ 𝑃𝑃𝑚𝑚 ∗ 𝐿𝐿𝑏𝑏 ∗ 𝜎𝜎𝑝𝑝𝐸𝐸𝐸𝐸𝑚𝑚
2
Por lo tanto la relación se puede expresar (ℎ𝑑𝑑) como:
ℎ𝑑𝑑 = ℎ𝐴𝐴 ∗ �𝑑𝑑𝐿𝐿
2 Ec. 38
L
𝑃𝑃𝑚𝑚
A B
x
y
x
𝑀𝑀 = 𝑃𝑃𝑚𝑚 ∗ 𝑑𝑑 𝑦𝑦 𝑆𝑆 =𝑏𝑏ℎ𝑑𝑑
2
6
𝜎𝜎𝑝𝑝𝐸𝐸𝐸𝐸𝑚𝑚 =𝑀𝑀𝑆𝑆
=6 ∗ 𝑃𝑃𝑚𝑚 ∗ 𝑑𝑑𝑏𝑏 ∗ ℎ𝑑𝑑
2
ℎ𝑑𝑑 = �6 ∗ 𝑃𝑃𝑚𝑚 ∗ 𝑑𝑑𝑏𝑏 ∗ 𝜎𝜎𝑝𝑝𝐸𝐸𝐸𝐸𝑚𝑚
2
Donde ℎ𝑑𝑑 es la altura de la sección transversal
de la viga a la distancia x. Sustituyendo las
expresiones anteriores en la ecuación de
Flexión, se tiene:
Despejando el peralte la altura de viga en
función de x
Capítulo III - Metodología Experimental y Cálculos
133
De la ecuación 38 se deduce que para (𝑑𝑑 = 0) la altura de sección
transversal de la viga resulta (ℎ0 = 0); para que la viga en estudio no falle por
flexión.
Es posible realizar una reducción de la sección transversal de la viga,
conforme a que la sección a estudiar se separa de la sección empotrada; por lo
cual se plantea que para la sección transversal ubicada en (𝒙𝒙 = 𝟎𝟎) la altura de
la sección transversal será (𝟐𝟐𝟎𝟎 𝒎𝒎𝒎𝒎); de manera que se pueda realizar con
mayor comodidad un proceso de fabricación de doblado.
Superposición de Efectos
Se propone que la viga a estudiar forme en un ángulo (𝜃𝜃 =10º) entre su
arista superior y la horizontal; con el objetivo que la colocación de la línea de
vida sobre el “Gancho de Vida” en el segmento de seguridad, se facilite por
acción de la gravedad. En consecuencia la fuerza que es netamente vertical se
descompone con una componente que es paralela al eje de la viga (generando
esfuerzo axial), y una componente que es perpendicular a la viga (generando
esfuerzo flexionante).
El efecto que genera una fuerza que forma cierto ángulo con el eje de
una viga se estudia como una superposición de efectos debido a esfuerzo axial y
esfuerzo flexioannte.
Capítulo III - Metodología Experimental y Cálculos
134
Con (𝜃𝜃 = 7,5°) que es el ángulo que forma el eje de la viga con
respecto a la horizontal, se determina las componentes en dirección (𝑑𝑑) y (𝑦𝑦)
de la fuerza externa (𝑃𝑃𝑚𝑚 )
𝑃𝑃𝑦𝑦 = 𝑃𝑃𝑚𝑚 ∗ 𝐶𝐶𝑝𝑝𝑠𝑠(𝜃𝜃)
.⇒ 𝑃𝑃𝑦𝑦 = 17.500 𝑁𝑁 ∗ 𝐶𝐶𝑝𝑝𝑠𝑠(7,5°)
.⇒ 𝑃𝑃𝑦𝑦 = 17.350,28 𝑁𝑁
𝑃𝑃𝑑𝑑 = 𝑃𝑃𝑚𝑚 ∗ 𝑆𝑆𝐸𝐸𝐸𝐸(𝜃𝜃) .⇒ 𝑃𝑃𝑑𝑑 = 17.500 𝑁𝑁 ∗ 𝑆𝑆𝐸𝐸𝐸𝐸(7,5°)
.⇒ 𝑃𝑃𝑦𝑦 = 2.284,20 𝑁𝑁
𝜎𝜎𝐸𝐸𝑚𝑚𝑎𝑎𝑑𝑑 = 𝜎𝜎𝑓𝑓𝑝𝑝𝐸𝐸𝑑𝑑 + 𝜎𝜎𝑎𝑎𝑑𝑑𝑝𝑝𝑎𝑎𝑝𝑝 Ec. 39
Evaluando la ecuación 39 para la sección crítica de la viga, que tiene un
concentrador de esfuerzos, y además ocurre el momento flexionarte máximo; el
valor de concentrador de esfuerzo (𝑘𝑘𝐸𝐸𝑎𝑎 ) tomado de (Peterson, R. E. (1974)
figura 86 (ver apéndice 2) aplica solo para el esfuerzo axial sobre una viga con
un agujero circular ubicado de forma simétrica en dirección al momento
aplicado; ya que como se explico para el caso de flexión pura dicho
concentrador de esfuerzos se usa como la unidad.
x
y
𝑃𝑃𝑑𝑑 = 𝑃𝑃𝑚𝑚 ∗ 𝑆𝑆𝐸𝐸𝐸𝐸(𝜃𝜃)
𝑃𝑃𝑦𝑦 = 𝑃𝑃𝑚𝑚 ∗ 𝐶𝐶𝑝𝑝𝑠𝑠(𝜃𝜃) 𝑃𝑃𝑚𝑚 𝜃𝜃
𝜃𝜃
𝜃𝜃
Capítulo III - Metodología Experimental y Cálculos
135
Con �𝑎𝑎𝑤𝑤� = 0,3 se ubica un valor de concentrador de esfuerzo (𝑘𝑘𝐸𝐸𝑎𝑎 =
3,35)
𝜎𝜎𝐸𝐸𝑚𝑚𝑎𝑎𝑑𝑑 = �𝑃𝑃𝑦𝑦∗𝐿𝐿𝑆𝑆� + ��
𝑃𝑃𝑑𝑑𝑏𝑏 ∗ ℎ𝑏𝑏
� ∗ 𝑘𝑘𝐸𝐸𝑎𝑎 � Ec. 40
𝜎𝜎𝐸𝐸𝑚𝑚𝑎𝑎𝑑𝑑 = �17.350,28 𝑁𝑁 ∗ 0,35 𝑚𝑚
1,37 ∗ 10−5 𝑚𝑚3 � + ��2.284,20 𝑁𝑁
0,03 𝑚𝑚 ∗ 0,05 𝑚𝑚� ∗ 3,35�
.⇒ 𝜎𝜎𝐸𝐸𝑚𝑚𝑎𝑎𝑑𝑑 = 448,35 𝑀𝑀𝑃𝑃𝑎𝑎
𝜎𝜎𝐸𝐸𝑚𝑚𝑎𝑎𝑑𝑑 = 448,35 𝑀𝑀𝑃𝑃𝑎𝑎 𝑦𝑦 𝜎𝜎𝑝𝑝𝐸𝐸𝐸𝐸𝑚𝑚 = 450 𝑀𝑀𝑃𝑃𝑎𝑎 .⇒ 𝜎𝜎𝐸𝐸𝑚𝑚𝑎𝑎𝑑𝑑 < 𝜎𝜎𝑝𝑝𝐸𝐸𝐸𝐸𝑚𝑚
Se cumple la desigualdad anterior, lo cual indica que la viga no falla
desacuerdo a su estudio de máximo esfuerzo normal, debido a la superposición
del máximo esfuerzo flexionante y esfuerzo axial.
Deformación de la viga (Deflexión máxima de la viga)
𝑑𝑑1 =𝑃𝑃𝑚𝑚 ∗ 𝐶𝐶𝑝𝑝𝑠𝑠(7,5°) ∗ 𝐿𝐿3
3 ∗ 𝐸𝐸𝐴𝐴 ∗ 𝐼𝐼𝑑𝑑
.⇒ 𝑑𝑑1 = �
(17.500 𝑁𝑁 ∗ 𝐶𝐶𝑝𝑝𝑠𝑠(7,5°) ∗ (0,35 𝑚𝑚)3)3 ∗ 140 ∗ 109 ∗ 3,125 ∗ 10−7 𝑚𝑚4 �
.⇒ 𝑑𝑑1 = 5,6 𝑚𝑚𝑚𝑚
Deformación de la viga (Deformación axial)
𝛿𝛿 =(𝑃𝑃𝑚𝑚 ∗ 𝑆𝑆𝐸𝐸𝐸𝐸(7,5°) ∗ 𝐿𝐿)
𝐴𝐴 ∗ 𝐸𝐸𝐴𝐴
𝛿𝛿 = �(17.500 𝑁𝑁 ∗ 𝑆𝑆𝐸𝐸𝐸𝐸(7,5°) ∗ 0,35 𝑚𝑚)(0,03 𝑚𝑚 ∗ 0,05 𝑚𝑚 ∗ 140 ∗ 109𝑃𝑃𝑎𝑎)�
.⇒ 𝛿𝛿 = 3,807 ∗ 10−5 𝑚𝑚𝑚𝑚
Capítulo III - Metodología Experimental y Cálculos
136
Estudio de Resistencia de la Superficie del Poste “Diámetro 8,89
cm”
Se verifica que la pared del poste no cede ante la presión que aplica el
sistema de anclaje debido a los pernos para su instalación. Se usa la teoría de
recipientes a presión considerando una presión interna nula y una presión
externa equivalente a la presión interna que se empleo para el cálculo de
espesor de las abrazaderas y gancho del sistema de anclaje; también se usa un
esfuerzo cortante de igual magnitud y sentido contario que el empleado para el
cálculo de el espesor de abrazadera y “gancho de vida”; finalmente se ajusta el
estudio al poste que representa situación crítica; es decir, el poste que posee
menor diámetro, menor espesor de pared y además mayor presión externa
debido al sistema de anclaje a instalar, poste de diámetro (𝜑𝜑 = 8,89 𝑐𝑐𝑚𝑚).
Fig 3-21 Estado de Esfuerzo triaxial sobre la superficie del poste
x
y
z
𝜎𝜎𝐸𝐸
𝜏𝜏𝑑𝑑𝑦𝑦 𝜎𝜎𝜃𝜃
Capítulo III - Metodología Experimental y Cálculos
137
𝜎𝜎𝜃𝜃 =�𝑃𝑃𝑝𝑝 ∗ 𝐸𝐸𝑝𝑝2 − 𝑃𝑃𝑝𝑝 ∗ 𝐸𝐸𝑝𝑝2 − 𝐸𝐸𝑝𝑝2 ∗ 𝐸𝐸𝑝𝑝
2(𝑃𝑃𝑝𝑝 − 𝑃𝑃𝑝𝑝)𝐸𝐸2 �
𝐸𝐸𝑝𝑝2 − 𝐸𝐸𝑝𝑝2 Ec. 41
𝜎𝜎𝐸𝐸 =�𝑃𝑃𝑝𝑝 ∗ 𝐸𝐸𝑝𝑝2 − 𝑃𝑃𝑝𝑝 ∗ 𝐸𝐸𝑝𝑝2 + 𝐸𝐸𝑝𝑝2 ∗ 𝐸𝐸𝑝𝑝
2(𝑃𝑃𝑝𝑝 − 𝑃𝑃𝑝𝑝)𝐸𝐸2 �
𝐸𝐸𝑝𝑝2 − 𝐸𝐸𝑝𝑝2 Ec. 42
𝜎𝜎𝜃𝜃 = −88,7 𝑀𝑀𝑃𝑃𝑎𝑎 𝜎𝜎𝐸𝐸 = −𝑃𝑃𝑝𝑝 = −9,43 𝑀𝑀𝑃𝑃𝑎𝑎 𝜏𝜏𝑑𝑑𝑦𝑦 = 51,72 𝑀𝑀𝑃𝑃𝑎𝑎
𝜎𝜎1 = �𝜎𝜎𝑑𝑑 + 𝜎𝜎𝑦𝑦
2� + ��
𝜎𝜎𝑑𝑑 − 𝜎𝜎𝑦𝑦2
�2
+ 𝜏𝜏𝑑𝑑𝑦𝑦 22
.⇒ 𝜎𝜎1 = 47,22 𝑀𝑀𝑃𝑃𝑎𝑎
𝜎𝜎2 = �𝜎𝜎𝑑𝑑 + 𝜎𝜎𝑦𝑦
2� − ��
𝜎𝜎𝑑𝑑 − 𝜎𝜎𝑦𝑦2
�2
+ 𝜏𝜏𝑑𝑑𝑦𝑦 22
.⇒ 𝜎𝜎2 = −56,65 𝑀𝑀𝑃𝑃𝑎𝑎
𝜎𝜎3 = −88,7 𝑀𝑀𝑃𝑃𝑎𝑎
Sustituyendo en la ecuación 43 los respectivos valores de esfuerzos
principales hallados anteriormente; y el respectivo valor de esfuerzo de fluencia
(𝑆𝑆𝑦𝑦 = 241,08 𝑀𝑀𝑃𝑃𝑎𝑎) característico del material con que están hechos los postes
(AISI 1020); se procede a despejar el factor de seguridad.
(𝜎𝜎3 − 𝜎𝜎2)2 + (𝜎𝜎3 − 𝜎𝜎1)2 + (𝜎𝜎2 − 𝜎𝜎1)2 = 2 ∗ �𝐹𝐹𝑦𝑦𝐹𝐹𝑆𝑆�
2
Ec. 43
Al resolver la ecuación 43 se genera un polinomio de segundo grado
cuya solución es (𝐹𝐹. 𝑆𝑆. = −1,95 𝑦𝑦 𝐹𝐹. 𝑆𝑆. = 1,95) la solución negativa no
tiene sentido físico; por lo cual se puede afirmar que es sistema en estudio tiene
un (𝐹𝐹. 𝑆𝑆. = 1,95), con el que se asegura que la superficie del poste no cede a la
solicitación de diseño.
Capítulo IV – Resultados y Análisis
138
Capítulo IV
Resultados y Análisis
4.1 - Normas, Estándares de Seguridad y Construcción de unidades
Electro-Mecánicas
La actividad de escalada y subida de postes es considerada como
trabajos en alturas según la norma COVENIN 1042:2000; por lo cual existe una
normalización especifica, orientada a regular dicha actividad y mantener
estándares mínimos de seguridad para la ejecución de buenas prácticas para
trabajos en alturas.
Se presenta a continuación la tabla 4-1 como resumen de los
dispositivos de seguridad utilizados por los trabajadores de La Electricidad de
Caracas al realizar trabajos en alturas.
Equipos y Dispositivos de
Seguridad Uso y Funcionamiento Observaciones y/o Descripción
Casco (cúpula) de seguridad clase B
Utilizado para protección limitada contra impacto y penetración en la
parte superior de la cabeza y minimizar el riesgo de ocurrir contacto
eléctricos accidentales.
Es una coraza en forma de cúpula, tipo gorra de polietileno, con alta resistencia
dieléctrica (20 kV),
Barboquejo para casco de seguridad
Sostiene y mantiene al casco (cúpula y suspensión) en la cabeza del usuario.
Es una cinta de tela ajustable con una hebilla, la cual sirve para asegurar el casco
a la cabeza.
Lentes de protección
Se emplea para la protección de los ojos del usuario en trabajos donde esté
presente el riesgo de impacto de partículas sólidas y polvos.
Hechos de policarbonatos, ángulo de visión de 200°, con protección lateral; se pueden
hallar de tipo correctivo, oscuro de sol.
Guantes “ Cuero e´ Se usa para proteger al guante de cuero y dieléctrico de goma para baja
Posee 10 pulgadas de largo y ajuste en el puño, con vena en el pulgar y ribete de vinil
Capítulo IV – Resultados y Análisis
139
Chivo” tensión de objetos cortantes y filosos que puedan reducir sus propiedades
dieléctricas o continuidad del material.
en el puño
Zapatos de seguridad con puntera de acero
(tipo brodekin)
Se usa para proteger al usuario minimizando el riesgo de golpes y punteras a través de los pies, evitar torceduras en los tobillos y proteger
los dedos de los pies de fuerzas compresoras e impacto.
Este tipo de equipos debe de ser reemplazados al presentar cualquier tipo de
desgaste y/o deterioro
Arnés de protección
Dispositivo de sujeción del cuerpo destinado a parar caídas, es decir,
componente de un sistema de antiácidas.
Resistencia al impacto: 127 kg. En caída a 3 m. Los anillos en “D” y ovalados deben
resistir una carga de 2300 Kgf sin romperse y las hebillas de 1780 kgf sin romperse
Eslinga de protección
Es una línea flexible de longitud fija o variable (cuerda, banda, cable
metálico, cadenas, etc.) con elementos de sujeción, se utiliza para asegurar el arnés de protección a una línea de vida
o a un punto de anclaje fijo.
Elaborada con fibra sintética de alta resistencia (dos capas). Longitud de 1,8 m.
x 0,45 m.
Cincha de seguridad Equipo utilizado para la subida de
postes en trabajos realizados en líneas aéreas de alta o baja tensión
Cincha tejida en fibra de sisal en forma de crineja y entretejidas entre si, con recatillo de sisal, refuerzo de cuero ó goma en las
agarraderas.
Guantes de cuero con refuerzo en la palma de
las manos
Es usado para proteger las manos del usuario cuando se realicen
operaciones que impliquen riesgos de sufrir lesiones como excoriaciones y
golpes
Elaborado con vaqueta, con refuerzo en la palma de mano y dedos índice y pulgar
(tipo pistola). Dimensiones aproximadas 10” x 5,5”
Señalización vial de hombre trabajando y de
peligro
Equipos utilizados para alertar a conductores y peatones sobre áreas no
utilizables mientras es realicen trabajos en la vía pública. Además
delimitan un área de protección para los trabajadores que garantice su trabajo con un mínimo de riesgo.
Son de colores fluorescentes, reflexivos y contrastantes con los mensajes de
advertencia descritos en ellos. Generalmente se presentan en forma de
cintas plásticas, conos y siluetas con forma humana hechas de plástico armables.
Equipos de puesta a tierra temporal para la
red de distribución
Se usan para cortocircuitar y conectar a tierra un equipo o circuito aéreo para
disipar a tierra la corriente de cortocircuito: productos de eventos
tales como errores de maniobra, cierres accidentales, tormentas eléctricas, inundaciones, etc.,
Compuesto por 5 puentes cuya longitud total suma 19,9 m de conductor de cobre
multifilar extra flexible.
Capítulo IV – Resultados y Análisis
140
protegiendo al trabajador
Equipos de puesta a tierra personal para la
red aérea de distribución
Crea una zona equipotencial (diferencia de potencial cero) en el
área de trabajo del liniero
Se usa para proteger directamente al personal que trabaja directamente en
sistemas aéreos de distribución
Pértiga telescópica reforzada (aislada)
Equipo utilizado para efectuar operaciones a distancias, en alta,
media o baja tensión, con una herramienta aislada (abrir o cerrar
interruptores, protectores de líneas o de aisladores)
La pértiga consta de 8 secciones telescópicas fabricadas en plásticos y fibra
de vidrio
Chaleco reflectivo
Chaleco que cubre la zona del tronco del usuario, destinado especialmente
para mayor seguridad, de colores llamativos y fluorescentes que reflejan la luz para el usuario sea visto a largas
distancias cuando esté realizando trabajos en la vía publica
Hecho en tela plástica reflexiva, con cinta plateada cosida a todo lo largo, con sesgo negro cosido, cierre mágico y con logo de
la empresa en la parte trasera
Pértiga para operar interruptores
Se utiliza para efectuar operaciones a distancia, en alta, media o baja
tensión, con una herramienta aislada (abrir o cerrar interruptores,
protectores de línea y de aisladores)
Fabricada en epoxiglas, utilizada para abrir o cerrar interruptores, switches, etc., con cabeza de bronce de 1-1/4 de pulgada de
diámetro y 8 pies de largo y 1,00 kilogramos de peso.
Pértiga plegable
Equipo utilizado para efectuar operaciones a distancia, en alta, media
o baja tensión, con una herramienta aislada (abrir o cerrar interruptores, protectores de línea y de aisladores)
Para operar conectores vivos en circuitos aéreos de 1-1/4 de pulgada de diámetro, 10
pies 6 pulgadas de largo, totalmente extendida y 4,5 kilogramos de peso
Verificador de ausencia de tensión en líneas
aéreas
Equipo utilizado para verificar la ausencia de tensión antes de dar inicio a trabajos en líneas aéreas en cualquier
instalación y equipo que ha estado energizado o se sospeche.
Verificador de ausencia de tensión 5-36 kv, 60hz, con señal audible y visible, resistente a cambios atmosféricos, con ajuste tipo “k”,
de 500 grs. de peso
Radios de comunicación
Equipo móvil de comunicación útil para mantener comunicación activa y coordinar actividades con centro de
control de operaciones y cuadrillas de trabajadores de la empresa.
Equipo móvil alimentado con baterías recargables
Tabla 4-1 (Equipos de seguridad usados para realizar trabajos en alturas por personal de La Electricidad de Caracas)
Capítulo IV – Resultados y Análisis
141
En la tabla 4-1 se identifican equipos de protección personal y colectivo
(EPP) y (EPC) con una función específica; sin embargo; no existe un equipo de
protección orientado a evitar una caída por la acción de la gravedad a lo largo
de todo el recorrido del poste durante la escalada.
Existen normas nacionales, internacionales e internas de la empresa,
orientadas a estandarizar elementos de construcción usados para trabajos en
alturas; así como también los procedimientos adecuados para realizar
actividades en líneas aéreas de distribución de energía eléctrica. A continuación
se muestra la tabla 4-2 con un resumen de normas que aplican al diseño del
sistema de anclaje, y en la tabla 2-4; 2-5; 2-6 del marco teórico se muestra un
resumen de las características técnicas de las estructuras electro-mecánicas
asociadas al sistema de anclaje.
De acuerdo con la E-128-D-2208 los valores mínimos permisibles de
esfuerzo de fluencia y de resistencia a la tracción para el material que conforma
el poste son de 241.326 MPa y 413.982 MPa respectivamente.
Normativa Descripción
Constitución de la República Bolivariana de Venezuela (1.999)
Los artículos 87 y 89 de la Constitución Nacional es la base para el desarrollo de leyes orgánicas, ordinarias y normativas técnicas, dirigidas a la protección de
los trabajadores y trabajadoras de la República por parte del estado en su condición de ciudadanos venezolanos.
Ley Orgánica de Prevención, Condiciones y Medio Ambiente
de Trabajo (LOPCYMAT) 26 / 07 / 2005.
Representa el marco legal y la justificación jurídica del presente TEG; mediante sus artículos 53 y 56, que denotan los derechos de los trabajadores(as); y
deberes de los empleadores(as), respectivamente.
COVENIN 1042:2000 Arneses y Eslingas de Protección.
Requisitos.
Esta norma contempla las características mínimas que deben cumplir los arneses y eslingas de protección utilizados para resguardo del usuario ante el riesgo de
sufrir una caída de altura.
Capítulo IV – Resultados y Análisis
142
COVENIN 2523:1995 Herrajes Ferrosos Utilizados en Sistemas
Eléctricos y Telefónicos de Distribución. Definiciones.
Esta norma establece las definiciones de los términos más utilizados en relación a los herrajes manufacturados exclusivamente con materiales ferrosos y
utilizados en sistemas eléctricos y telefónicos de distribución.
COVENIN 3253:1996 Herrajes Ferrosos Utilizados en Sistemas
Eléctricos y Telefónicos de Distribución. Abrazaderas
Soporte de Trasformadores Tipo Poste.
Esta norma establece los requisitos mínimos que deben cumplir las abrazaderas soporte de transformadores tipo poste, las cuales son utilizadas en la
construcción de líneas aéreas de distribución así como los métodos de ensayo.
COVENIN 1212:1981 Recubrimientos con Zinc por Inmersión en Caliente para
Utilería de Acero y Fundición de Hierro.
Esta norma establece los requerimientos que debe cumplir el recubrimiento de zinc aplicado por inmersión en caliente, sobre utilería de acero y fundición de
hierro.
COVENIN 141:1992 Roscas. Definiciones y Símbolos.
Esta norma contempla las definiciones y simbología de los principales términos usados en los elementos de unión roscados.
COVENIN 2410:1994 Pernos Cabeza Redonda y Cuello Cuadrado (Perno Carruaje)
Esta norma establece los requisitos mínimos que deben cumplir los pernos de cabeza redonda y cuello cuadrado (pernos carruaje), los cuales son utilizados
frecuentemente en acoples de piezas en la industria eléctrica.
COVENIN 2954:2001 Seguridad en el Mantenimiento de Líneas y
Redes de Distribución Aérea.
Esta norma establece los procedimientos que se deben seguir para garantizar la seguridad en el mantenimiento de líneas y redes de distribución aéreas.
COVENIN 3344:1997 Seguridad en la Operación de Redes de
Distribución tipo Aéreo.
Esta norma establece las condiciones generales y los procedimientos de seguridad que se deben aplicar en la operación de redes de distribución tipo
aéreo. Establece además las distancias mínimas para el trabajo.
COVENIN 2015:1994 Pernos y Tuercas para Estructuras de
Acero Empleados en la Industria Eléctrica.
Esta norma establece los requisitos mínimos que deben cumplir los pernos de cabeza hexagonal y tuercas hexagonales, ambos de acero galvanizado en
caliente.
COVENIN 2935:0992 Herrajes Ferrosos Utilizados en Sistemas
Eléctricos y Telefónicos de Distribución. Abrazadera
Universal.
Esta norma establece los requisitos mínimos que debe cumplir la abrazadera universal así como los métodos de ensayo para verificar estos requisitos.
COVENIN 803:1989 Aceros. Definiciones y Clasificación.
Esta norma contempla las definiciones y clasificación de los aceros, basados en su composición química, procesos de obtención, grado de oxidación y su
principal aplicación.
ASTM A 931-96 Standard Test Esta norma contempla las especificaciones necesarias que deben tomarse en
Capítulo IV – Resultados y Análisis
143
Method for Tension Testing of Wire Ropes and Strand
cuenta para aplicar ensayos de tracción a cuerdas estáticas para determinar sus propiedades de esfuerzos de rotura, esfuerzo de fluencia, elongación y modulo
de elasticidad.
NFPA 70E National Fire Protection Association
Esta norma indica características y equipos recomendados para realizar trabajos y rescate en instalaciones eléctricas, y para lograr obtener una certificación
internacional de calidad para realizar trabajos industriales.
EN 355:2002 Personal Protective Equipment Against Falls from a
Height. Energy Absorbers.
Esta norma contempla la forma de uso de los equipos anticaídas deslizantes ASAP`SORBER (Petzl) y sus cualidades de funcionamiento.
OSHA Electrical Work Rules 1991.
Esta norma contempla las condiciones generales apropiadas para la realización de trabajos en instalaciones eléctricas; como por ejemplo los distintos
distanciamientos de seguridad que deben guardarse con respecto a líneas conductoras energizadas o no según condiciones ambientales y magnitudes de
tensión que se manejen en las mismas.
P-126-D-1206 Procedimiento para Cambio de Estructuras en
Postes de Media Tensión.
Procedimiento interno de la electricidad de Caracas utilizado como referencia para realizar cambios de estructuras y herrajes en postes de distribución de
energía eléctrica.
NO-NOR-D.005-92 Normas para el Mantenimiento de Líneas
Aéreas Energizadas de Distribución.
Normas interna de la electricidad de Caracas utilizada como referencia para realizar mantenimiento en líneas aéreas energizadas de distribución de energía
eléctrica.
NO-PRO-D-006-92 Procedimiento para el
Mantenimiento de líneas aéreas energizadas de Distribución.
Procedimiento interno de la electricidad de Caracas utilizada como referencia para realizar mantenimiento en líneas aéreas energizadas de distribución de
energía eléctrica.
Tabla 4-2 (Normativa que aplica al Diseño del Sistema de Anclaje)
De la revisión de las tablas antes mencionadas se puede asegurar que
para trabajos en alturas en el sector de distribución de energía eléctrica, existen
leyes y normas técnicas, que justifican y además resulta necesario apegarse para
la elaboración e implementación de algún dispositivo de seguridad que aplique
en dicho sector industrial.
Capítulo IV – Resultados y Análisis
144
4.2 –Respecto al Procedimiento actual de Escalada y Subida de
Postes
El procedimiento que actualmente realizan las cuadrillas de la
Electricidad de Caracas para la escalada y subida de postes se puede resumir en
cuatro fases tal como lo muestra la figura 4-1:
Figura 4-1 (Esquema resumen que identifica el procedimiento actual de escalada y subida de postes por parte de los linieros de La Electricidad de Caracas)
En la la fase I
Ubicación de la zona o estructura electro-mecánica a la cual se le
aplicara servicio.
se ajusta a la logística a emplear de manera previa a la
escalada. En general se observa la ejecución de las siguientes tareas.
Internalización de la falla o potencial servicio que se prestará en
la estructura de distribución aérea de energía eléctrica.
Fase I•Reconocimiento, preparación mental e inspección del área de trabajo
Fase II•Equipamiento del liniero con los instrumentos de trabajo y protección previo
a iniciar la escalada y subida de postes
Fase III•Proceso de abordo y escalada de poste, colocación en posición de trabajo,
ejecución de la tarea y descenso del poste
Fase IV•Finalización de la tarea y verificación de la efectividad del trabajo para la posterior recolección de material empleado para ejecutar el procedimiento
Capítulo IV – Resultados y Análisis
145
La segunda fase II
Inspección visual y táctil del estado de equipos de protección
individual y colectiva.
se identifica como la preparación pre-escalada, en
donde ya necesariamente existe contacto visual con los herrajes con los cuales
se aplicara la misión propuesta. En general se observa la ejecución de las
siguientes tareas.
Colocación de equipos de protección personal y colectiva por
parte de los linieros de la electricidad de Caracas.
Apertura del circuito de trabajo, seccionando el paso de corriente
mediante la apertura de cuchillas (SF) y con la ayuda de la
pértiga telescópica con la cual se alcanza la altura
correspondiente a la ubicación de tales interruptores.
Si en la estructura electro-mecánica que se desea trabajar no
existen interruptores de corrientes (SF), se debe proceder a
interrumpir el fluido de corriente en el interruptor más próximo
aguas arriba respecto a la unidad eletro-mecánica a la que se
aplicara el servicio; dicha tarea se ejecutara de la misma forma
como se ha descrito previamente.
Comunicación efectiva con el Centro de Control de Operaciones
(CCO) vía radio UHF (Ultra High Frequency), para verificar la
correcta apertura del circuito de trabajo.
Verificación de ausencia de tensión en el sistema con la ayuda de
la pértiga telescópica y dispositivo especial usado para tal tarea
(verificador de ausencia de tensión para líneas aéreas en media
tensión).
Capítulo IV – Resultados y Análisis
146
Revisión, elección, exploración mental y visual de la mejor ruta
de ascenso al punto de trabajo, teniendo en cuenta herrajes y
detalles colocados en el poste que pudieran facilitar o dificultar
el ascenso al punto de trabajo.
Reconocimiento de potenciales riesgos en la elaboración de la
tarea y características particulares de ese particular proceso de
escalada.
En la fase III
Inspección del buen estado de las cinchas y eslingas de
protección colocadas en la indumentaria de trabajo y verificación
de su correcto ajuste en la estructura del poste.
se realiza la escalada, la tarea operativa propuesta y el
descenso. En general se observa la ejecución de las siguientes tareas.
Colocación y ajuste de la cincha sobre el poste (ver figura 2-11).
Abordaje del poste y sujeción del liniero a la cincha, e inicio de
los movimientos psicomotores secuenciales para lograr el
ascenso hasta la altura de trabajo.
Si con el uso de cinchas se alcanza la altura de trabajo, se
procede a adoptar la posición más cómoda, intentando colocar el
área de trabajo del poste a la altura del pecho del liniero (ver
figura 1-1 a y b), para luego asegurarse con la eslinga de
protección, la cual debe rodear el poste dos veces. En caso
contrario el liniero debe liberarse de las cinchas en la altura del
poste que permita el obstáculo más próximo al punto de trabajo,
e iniciar la escalada de manera libre y sin mayor sujeción que
aquella que le puede ofrecer su propia fuerza.
Capítulo IV – Resultados y Análisis
147
Inspección del área de trabajo y verificación de la falla.
Inicio de la tarea para la cual fue convocada el servicio del
liniero y al mismo tiempo un proceso de comunicación entre el
liniero con su caporal; y supervisor si este se encuentra presente.
Culminado el trabajo, el liniero se libera del poste separando la
eslinga de protección del arnés de protección. En el caso de que
el liniero haya utilizado equipos de medición y/o herramientas
de trabajo, estos son colocados en la cesta de servicio,
seguidamente se desconecta el sistema de puesta a tierra
personal para iniciar el descenso de estos equipos con la línea de
servicio (mecate de peón).
Si el liniero mantuvo el uso permanente de las cinchas de
escalada, entonces iniciará el descenso de la estructura de forma
similar al ascenso. En caso de que el liniero haya tenido que
liberarse de sus cinchas de ascenso para alcanzar el punto de
trabajo; el liniero inicia el descenso sin sujeción extra a la que
ofrecen sus brazos y piernas hasta encontrar las cinchas, luego el
liniero se coloca las cinchas de trabajo e inicia el último tramo
de descenso.
Una vez que el liniero ha alcanzado el punto más bajo del poste,
este se libera de las cinchas ya colocando ambos pies en el piso,
y procede a desmontar las cinchas del poste.
En la fase IV
Verificación de la efectividad de la tarea realizada
se culmina el trabajo propuesto y verifica la efectividad
del mismo. En general se observa la ejecución de las siguientes tareas.
Capítulo IV – Resultados y Análisis
148
Se inicia la comunicación vía radio UHF (Ultra High Frequency)
con el Centro de Control de Operaciones u coordinador de
despacho de averías para dar a conocer el éxito de la operación y
ofrecer la disponibilidad de la cuadrilla en caso de existir una
avería que atender próximamente.
4.3 – Sistemas de Anclajes para uso Industrial
Los sistemas de anclaje usados para actividades industriales presentan
atributos característicos de la aplicación para la cual funcionan; sin embargo
comparten un principio de funcionamiento, y se usan junto a un grupo de
accesorios versátiles para diferentes sistemas de anclajes. Las siguientes
imágenes muestran sistemas de anclajes de diversas aplicaciones industriales, y
una breve descripción de los mismos.
Enrollador de cinta combinado
El anticaídas enrollador es un anticaídas con recogida automática que dispone de una reserva de cinta sobre un tambor.
La cinta se mantiene tensa mediante un resorte.
Se alarga y se acorta según los desplazamientos de la persona asegurada. En caso de caída el enrollador se bloquea automáticamente.
La absorción de energía se
Capítulo IV – Resultados y Análisis
149
realiza en parte en el propio dispositivo, completada con un pequeño absorbedor colocado en el extremo de la cinta. Longitud máxima de desplazamiento: 2,50 m. El punto de amarre debe estar situado al menos 80 cm por encima del nivel de trabajo.
Papillon
El papillon (mariposa) es un anticaida móvil. Su dispositivo está constituido por un soporte de seguridad flexible (cable de acero inoxidable de 5 mm), incluyendo un anticaída móvil con bloqueo automático. El elemento de disipación de energía está incorporado al anticaída.
El Papillon es el único anticaída con cable que funciona con poleas que se bloquean por sobrevelocidad; la absorción de la energía se hace por frotación del cable en la ranura en forma de V de la polea principal. El Papillon es el único dispositivo que tolera los cambios de ejes de desplazamiento.
Capítulo IV – Resultados y Análisis
150
Escalera Perroquet
El sistema está formado por un soporte de seguridad rígido en T, y escalones de progresión fijados a ambas partes del carril. Este sistema está indicado particularmente para los mástiles tabulares de 3 o más m.
Se instala de manera fija sobre los mástiles para evitar cualquier riesgo que se pueda encontrar en el momento del montaje y desmontaje de los sistemas movibles.
Su longitud de 50 mm le permite recibir cualquier carro. En el caso en el usuario no disponga de anticaidas adaptado, los escalones sirven de punto de anclaje y permiten escalar el poste con un elemento de amarre doble.
Capítulo IV – Resultados y Análisis
151
Línea de vida
Este dispositivo de anclaje está equipado con un soporte de seguridad flexible horizontal, un cable inoxidable de 8 mm de diámetro. Este {ultimo est{a sujeto por grapas estructurales intermedias y en cada extremo, por una grapa estructural terminal. El anclaje móvil, es decir, el carro franquea las grapas estructurales intermedias sin romper la seguridad. La línea de vida se adapta a cualquier tipo de recorrido con curvas, ángulos entrantes y salientes y tolera pendientes hasta 15°.
Una grapa estructural intermedia, deformada tras una caída puede ser cambiada sin deformar el cable.
Un buen montaje y un ajuste perfecto del cable son señalados por el piloto rojo del preregulador del externo.
Capítulo IV – Resultados y Análisis
152
Plaqueta de anclaje
Esta plaqueta está concebida para ser fijada sobre superficies verticales, horizontales o inclinadas, como columnas o dinteles.
Esta plaqueta de anclaje es ligera (100 gr), discreta, y no perjudica en nada la estética del edificio, se puede colocar en cualquier lugar y es fácil de instalar con un único tornillo o pasador de diámetro 12.
Ha sido concebida para resistir esfuerzos superiores a 2000 daN, y su forma le permite absorber los golpes importantes.
Con su deformación, evita que repercutan tensiones sobre su estructura de acogida.
Cinta de anclaje
Es un dispositivo de anclaje provisional, realizado de fibra sintética, muy flexible, puede enrollarse alrededor de cualquier estructura, repartiendo equitativamente los esfuerzos y/o la solicitación. Su anchura es de 44 mm.
Esta cinta necesita un control regular antes de cualquier utilización, sobre todo de los hilos de las costuras (en color diferente del de la cinta para poder examinar mejor su estado). La cinta no debe presentar zonas de desgaste o estar deshilachadas.
Capítulo IV – Resultados y Análisis
153
Trípode
Es un dispositivo de anclaje provisional y transportable.
Los montantes y los pies del Trípode son regulables para facilitar su adaptación a la combinación del terreno.
Los tres pies están unidos por una cadenilla, lo que asegura su perfecta rigidez.
Está realizado en aluminio, es ligero. La parte regulable de los montantes está unida a la estructura por un tensor, permaneciendo de este modo solidario durante las maniobras de ajuste.
Para más seguridad, el bloqueo se realiza con un pasador de bolas, el cual a su vez se fija al montante con un pequeño cable. Cuando está cerrado, el trípode se mantiene con un sistema de recogido con muelle y ranuras.
La parte superior puede recibir diferentes tipos de anticaídas o aparejos de poleas. Una platina, diseñada para ser fijada en el montante puede recibir diversos aparatos como anticaídas de cable con recogida automática, con o sin manivela de recuperación, o tomas manuales o eléctricas.
Capítulo IV – Resultados y Análisis
154
4.4 – Estudio de Usuario Aplicado a Personal de la EDC
Los resultados obtenidos al procesar la encuesta aplicada al personal de
la EDC (cuya muestra representativa de 16% abarca un total de 22 individuos
encuestados, entre el personal que realiza actividades de escalada y subida de
postes) se muestra a continuación ítems por ítems.
De las ponderaciones presentadas en la primera parte:
1) El proceso de escalada y subida de postes se realiza bajo óptimas
condiciones de seguridad
Opcion Totalmente de acuerdo
De Acuerdo
En Desacuerdo
Totalmente en
desacuerdo
No Contesto TOTAL
Numero de personas 12 6 3 0 0 21
57%29%
14%
1. El proceso de escalada y subida de postes se realiza bajo óptimas condiciones de seguridad.
TOTALMENTE DE ACUERDO
DE ACUERDO
EN DESACUERDO
TOTALMENTE EN DESACUERDO
NO CONTESTO
Capítulo IV – Resultados y Análisis
155
2) Estoy capacitado para hacer cualquier maniobra al momento de
realizar trabajos en estructuras aéreas de distribución
Opcion Totalmente de acuerdo
De Acuerdo
En Desacuerdo
Totalmente en
desacuerdo
No Contesto TOTAL
Numero de personas 16 5 0 0 0 21
3) Sugiero eliminar el uso de algún equipo de protección personal y/o
colectiva al momento de realizar tareas en estructuras aéreas de
distribución
Opcion Totalmente de acuerdo
De Acuerdo
En Desacuerdo
Totalmente en
desacuerdo
No Contesto TOTAL
Numero de personas 2 1 3 14 1 21
76%
24%
2 .Estoy capacitado para hacer cualquier maniobra al momento de realizar trabajos en estructuras aéreas de
distribución.
TOTALMENTE DE ACUERDO
DE ACUERDO
EN DESACUERDO
TOTALMENTE EN DESACUERDO
Capítulo IV – Resultados y Análisis
156
Los entrevistados coincidieron en que los arneses son incómodos, ya
que no se ajustan a la variedad de tamaño de los empleados que los utilizan, de
igual forma coincidieron en manifestar que los sistemas puesta a tierra son muy
pesadas.
57%29%
14%
3.Sugiero eliminar el uso de algún equipo de protección personal y/o colectiva al momento de
realizar tareas en estructuras aéreas de distribución
TOTALMENTE DE ACUERDO
DE ACUERDO
EN DESACUERDO
TOTALMENTE EN DESACUERDO
60%
40%
¿Cual o cuales equipos se sugieren eliminar?
ARNES
PUESTA A TIERRA
Capítulo IV – Resultados y Análisis
157
4) Sugiero incorporar el uso de algún equipo de protección personal y/o
colectiva al momento de realizar tareas en estructuras aéreas de
distribución
Opcion Totalmente de acuerdo
De Acuerdo
En Desacuerdo
Totalmente en
desacuerdo
No Contesto TOTAL
Numero de personas 11 3 1 4 2 21
Los equipos sugeridos por los encuestados son: bloom master, ya que
este dispositivo evita el disparo del circuito. Arneses que se ajusten a las tallas
de los usuarios porque esto les permitiría trabajar más cómodos. Una línea de
vida porque esta les brinda mayor seguridad. Eslingas que se mantengan en
todo momento sujetas a una estructura fija del poste. Pintura fluorescente en las
cuchillas y argollas para optimizar el trabajo en las horas de la noche. Patines,
porque su uso es cómodo y permite moverse con rapidez.
52%
14%
5%
19%
10%
Sugiero incorporar el uso de algún equipo de protección personal y/o colectiva al momento de realizar tareas en
estructuras aéreas de distribución
TOTALMENTE DE ACUERDO
DE ACUERDO
EN DESACUERDO
TOTALMENTE EN DESACUERDO
NO CONTESTO
Capítulo IV – Resultados y Análisis
158
5) El procedimiento que empleo para la escalada y subida de postes es
el más práctico y óptimo si se toman en cuenta aspectos de
seguridad personal y colectiva.
Opcion Totalmene de acuerdo
De Acuerdo
En Desacuerdo
Totalmente en
desacuerdo
No Contesto TOTAL
Numero de personas 14 5 2 0 0 21
6) Usaré cualquier sistema anti-caídas para trabajos en líneas aéreas de
distribución propuesto por SHA-EDC
Opcion Totalmente de acuerdo
De Acuerdo
En Desacuerdo
Totalmente en
desacuerdo
No Contesto TOTAL
Numero de personas 15 4 2 0 0 21
67%
24%
9%
5) El procedimiento que empleo para la escalada y subida de postes es el más práctico y óptimo si se toman en cuenta aspectos de seguridad personal y
colectiva
TOTALMENTE DE ACUERDO
DE ACUERDO
EN DESACUERDO
TOTALMENTE EN DESACUERDO
Capítulo IV – Resultados y Análisis
159
De la segunda parte de la encuesta los resultados obtenidos fueron:
1) ¿Qué atributos debe poseer un sistema anti-caídas para trabajos en
líneas de distribución de energía eléctrica?
Atributos del sistema anti caidas Numero de personas Práctico para su uso 19
Ligero 19 Confiable 18
Fácil de almacenar 15 Bajo mantenimiento 13
Ergonómico 9 Vistoso 4
De fabricación nacional 2 Robusto 0
71%
19%
10%
6) Usaré cualquier sistema anti-caídas para trabajos en líneas aéreas de distribución propuesto por SHA-EDC
TOTALMENTE DE ACUERDO
DE ACUERDO
EN DESACUERDO
TOTALMENTE EN DESACUERDO
NO CONTESTO
Capítulo IV – Resultados y Análisis
160
2) ¿En el proceso de escalada y subida de postes ¿qué etapa considera
usted es las mas riesgosa?
La respuesta más frecuente a esta pregunta estuvo relacionada con
los pases de cables que deben realizar al momento de subir al poste, con
un 66.66% del total, ya que para realizar los pases los linieros deben
soltarse de la eslinga que los asegura al poste. 9.52 % de los encuestados
consideran que todas las etapas del proceso de escalada son riesgosas,
4,76% consideran que el proceso es más riesgoso en los días lluviosos,
el mismo número considera que la etapa más riesgosa es cuando se
acercan a una fuente de tensión y el resto considera que no existen
riesgos siempre que se cumplan con las normas de seguridad.
3) ¿Qué sugerencias y recomendaciones propone para mejorar el
procedimiento de escalada y subida de postes?
28,57% de los encuestados sugieren cumplir a cabalidad las normas para
el proceso de escalada, 9.52% consideran que los procesos de
adiestramiento deben ser más estrictos, otros 9.52 % sugieren hacer
modificaciones al arnés, 4.76% consideran debe usarse una pesquilera
menos pesada, igual porcentaje considera que se deben mejorar las
condiciones de trabajo en los días lluviosos, utilizar una puesta a tierra
más liviana, colocar posaderas para los pies en los postes ,
específicamente cerca del área donde se encuentran los cables,
implementar un sistema de escalada diferente y utilizar cinturones de
seguridad, el resto sugirió utilizar patines.
Capítulo IV – Resultados y Análisis
161
4) ¿Qué sugerencias y recomendaciones propone para diseñar un
sistema anti-caídas para ser usado en el área de distribución?
23.81% de los encuestados recomiendan utilizar una eslinga adicional,
19’05% recomienda practicar constantemente la escalada del poste,
4,76% recomiendan un sistema donde la distancia entre los anillos sea
más corta en comparación con las del sistema actual, igual número de
encuestados sugieren utilizar un morral inverso guarda vida, utilizar una
eslinga de carrera, utilizar una línea de vida adicional, utilizar patines,
ser capaces de hacer los pases del cableado sin necesidad de liberar la
eslinga y utilizar siempre un sky master, el 14,28% considera que deben
realizarse cambios en el diseño de los equipos actuales.
Del estudio de usuario aplicado se extrae información importante para
realizar un diseño asertivo en función de sus futuros usuarios; por ejemplo se
determino que un atributo importante que debe poseer el diseño de sistema de
anclaje es que debe ser práctico para su uso, ligero, confiable y fácil almacenar.
Por otro lado se observa que el personal encuestado en una relación de 70% está
dispuesto a usar un sistema anticaidas que se diseñe para brindar mayor
comodidad; también se determino mediante entrevistas informales que los
sistemas puesta a tierras usados por el mismo personal son muy poco prácticos
e incómodos de instalar, lo cual le genera retrasos en sus actividades, mientras
que los arnés en uso no son cómodos para actividad y producen dolores
lumbares cuando se usan por tiempo prolongado.
Capítulo IV – Resultados y Análisis
162
4.5 – Ubicación adecuada del Sistema de Anclaje sobre el Poste
El sistema de anclaje diseñado debe ser ubicado a una altura específica
sobre el poste, la cual depende de la geometría del poste y la disposición de los
herrajes presentes sobre el poste; por lo cual se propone un segmento del poste
acotado desde el tope superior como se muestra en el anexo 8, y cuyo rango
especifico de colocación se detalla en la tabla 4-3
Cota Poste de diámetro (8,89 cm) Poste de diámetro (11,43 cm)
A 0,8 metros 0,6 metros
B 2,9 metros 2,9 metros Tabla 4-3 (Detalles de rango de ubicación del sistema de anclaje sobre en poste)
4.6 – Material seleccionado para la Construcción del Sistema de
Anclaje
El material seleccionado para la construcción del sistema de anclaje y
abrazaderas resulto ser un acero (AISI S1); ya que posee propiedades
mecánicas propias para la aplicación que se le pretende dar; posee un modulo
de elasticidad (𝐸𝐸𝐴𝐴) relativamente bajo; y propiedad de esfuerzo de fluencia (𝑆𝑆𝑦𝑦)
relativamente alto; además es de producción nacional y disponible en el
mercado nacional; este material cumple además con especificaciones de la
norma COVENIN 2935-92 (Herrajes Ferrosos utilizados en sistemas eléctricos
y telefónicos de distribución). El elemento de seguridad que complementa el
sistema de anclaje diseñado debe de ser de acero (AISI 1020) ya que dicho
material es de consigue fácilmente en el mercado nacional y es relativamente
económico, y indicado para ser maquinado; este dispositivo de seguridad no
está sometido a esfuerzos, por lo tanto su propiedad mecánica de fluencia y
modulo de elasticidad no será evaluada.
Capítulo IV – Resultados y Análisis
163
4.7– El Diseño Propuesto
El diseño propuesto para el sistema de anclaje costa de dos elementos
mecánicos principales; los cuales son: una estructura mecánica bautizada como
“Gancho de Vida”, la cual está conformada por un elemento mecánico que
funciona como gatillo asegurador colocado sobre un brazo que posee una
geometría propia como para completar en correcto ensamble sobre la estructura
de un poste genérico; y el segundo elemento es un par de abrazaderas que se
ajustan al mencionado gancho y poste para concretar el adecuado ensamble;
dichas abrazaderas se seleccionan para hacer juego en la instalación del sistema
de anclaje según la dimensión del diámetro externo del poste al que se le desee
instalar dicho sistema de de anclaje; en correcto ensamble del mencionado
sistema de completa con el uso de un par de pernos de carruaje de �12𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝. � de
diámetro nominal junto a sus respectivas tuercas, ajustándose así a las normas
COVENIN 2015:1994 (Pernos y Tuercas para Estructuras de Acero Empleados
en la Industria Eléctrica).
El diseño propuesto es consecuencia de un proceso creativo y evolutivo;
en el cual se selecciono un principio de funcionamiento entre muchas
propuestas obtenidas de sesiones de generación de ideas. El principio de
funcionamiento obtenido fue depurado según mecanismos de generación de
ideas y criterios de diseño establecidos e impuestos; resultando finalmente un
sistema de anclaje hibrido ante las propuestas de diseño más significativas
planteadas.
Capítulo IV – Resultados y Análisis
164
4.8 – La Carga Estática Equivalente
La magnitud de carga estática equivalente asociada al sistema de anclaje
es sensible a la capacidad de absorber energía en forma de deformación por
parte de los materiales, obteniéndose una magnitud mayor de carga estática
equivalente cuando se ensaya a impacto un material con poca capacidad de
absorción de energía en forma de deformación.
Otros parámetros que incrementan la magnitud de carga estática
equivalente son la masa asociada al impacto, y la velocidad instantánea al
momento de ocurrir el impacto. Mientras que una disposición adecuada de la
geometría del material respecto a la disposición de las cargas aplicadas al
material que absorbe el impacto, una propiedad de modulo de elasticidad (𝐸𝐸𝐴𝐴)
relativamente baja junto al volumen del material sometido a impacto generan
un efecto de disminución de la carga estática equivalente al impacto.
4.9 – Relación de Carga Estática Equivalente respecto al Trabajo
realizado para deformar el Sistema de Anclaje con sus elementos
La carga estática equivalente estimada (𝑃𝑃𝑚𝑚𝑚𝑚 ) , tomando en cuenta la
energía de deformación del sistema de anclaje, resulta ser (4,5) veces superior a
la carga estática equivalente (𝑃𝑃𝑚𝑚𝑚𝑚𝑝𝑝 ) asociada a la energía de deformación del
sistema de anclaje y la línea de vida.
𝑃𝑃𝑚𝑚𝑚𝑚𝑃𝑃𝑚𝑚𝑚𝑚𝑝𝑝
=77,5𝑘𝑘𝑘𝑘17,2 𝑘𝑘𝑘𝑘
= 4,5
La línea de vida propuesta para empelar junto al sistema de anclaje es
una línea de vida de marca (Blue Water Ropes de 11 mm de diámetro)
Capítulo IV – Resultados y Análisis
165
certificada por NFPA cuyas propiedades mecanicas fueron determinadas por
medio de ensayos de tracción usados por la Maquina de Ensayo Universal
Losenhausen, bajo los patamtreos que indica la norma ASTM A 931-96
(Standard Test Method for Tension Testing of Wire Ropes and Strand) y NFPA
70E (National Fire Protection Association).
4.10 – Ensayos de Tracción aplicados a las Líneas de Vida
Los ensayos de tracción aplicados a las líneas de vida evidencia el
progreso de la deformación elástica y plástica de dicho material, hasta
concretarse la ruptura de la línea de vida; tal como se evidencia en las graficas
carga vs deformación axial mostrada en el apéndice 4 al 7.
En las graficas carga deformación axial obtenidas por los ensayos
aplicados a las líneas de vida, se identifican en forma general 2 tramos de curva
fácilmente apreciables, el trozo de curva ubicado en el primer tramo está
relacionado con el rompimiento de la funda o camisa de la lineal de vida,
mientras que el segundo trozo de curva asociado al segundo tramo está
relacionado con el rompimiento del alma de la línea de vida. Se observa que la
forma de los trozos de curva estudiados no es lineal; por lo que la pendiente de
la curva en cada punto (cuyo significado físico es la constante de elasticidad de
la cuerda) no se mantiene constante.
Usando las graficas de carga versus deformación axial de las líneas de
vida, junto a un método iterativo de tanteo, se determino el par coordenado
(∆𝑥𝑥,𝑃𝑃) para el cual existe convergencia entre los valores de carga estatica
equivalente teorico (𝑃𝑃𝑚𝑚) y practico (𝑃𝑃), en cada ensayo valido; y a su vez el
Capítulo IV – Resultados y Análisis
166
correspondiente tramo de curva al que está contenido; a continuación se
muestra una tabla resumen de los mencionados valores.
Ensayo Punto de convergencia Error
relativo (%)
Tramo de la
Cuerda (∆𝒙𝒙)𝒄𝒄𝒄𝒄 𝑷𝑷𝒄𝒄 (𝒌𝒌𝒌𝒌)
1 0,21 9,1 1,01 3
3 0,225 8,5 0,54 2
4 0,165 11,4 1,69 2 Tabla 4-4 (Resumen del método de tanteo iterativo empleado bajo las curvas carga vs.
Deformación axial)
Los valores correspondientes de constantes de elasticidad (𝑘𝑘𝑛𝑛) de la
línea de vida, calculados por el método de aproximación lineal simple de las
curvas, en los tramos de convergencia, atrojan los siguientes resultados de
magnitud de carga estática equivalente (ver tabla 4-5); dichos valores de carga
estática equivalente discrepan significativamente de los valores obtenidos
anteriormente de carga estática equivalente hallados mediante tanteo. Por esta
razón resulta necesario aplicar un método para hallar la magnitud de carga
estática equivalente con el que se obtenga mayor certidumbre.
Ensayo Tramo (𝒌𝒌𝒏𝒏) 𝒌𝒌/𝒄𝒄 𝑷𝑷𝒄𝒄𝒏𝒏 (𝒌𝒌) 𝑷𝑷𝒄𝒄𝒎𝒎𝒎𝒎𝒏𝒏𝒎𝒎𝒎𝒎𝒎𝒎 (𝒌𝒌) 1 III 161.737,62 17.360,81 9.20149
3 III 54.671,13 10.265,49 8.605,53
4 II 154.922,46 17009,11 11.611,58
Tabla 4-5 (Resumen del valores obtenidos de carga estática equivalente mediante el método de aproximación lineal simple de las curva obtenida de los ensayos)
Los valores de carga estática equivalente (𝑃𝑃𝑚𝑚𝑛𝑛 ) obtenidos usando la
constante de elasticidad de la línea de vida, hallada por el método de
aproximación lineal simple del tramo de la curva de interés (𝑘𝑘𝑛𝑛), se comparan a
continuación con el valor obtenido de carga estática equivalente (𝑃𝑃𝑝𝑝𝑝𝑝) obtenido
Capítulo IV – Resultados y Análisis
167
usando la derivada del polinomio de Lagrange evaluada en el punto de
convergencia, como valor de constante elasticidad (𝑘𝑘𝑝𝑝𝑝𝑝 ).
𝒌𝒌𝒏𝒏 �𝒌𝒌𝒄𝒄� 𝒌𝒌𝒑𝒑𝒑𝒑 �
𝒌𝒌𝒄𝒄� 𝑷𝑷𝒄𝒄𝒏𝒏(𝒌𝒌) 𝑷𝑷𝒑𝒑𝒑𝒑(𝒌𝒌) Error
relativo (%) Ensayo 1- Tramo 3
161.737,62 155.324,99 17.360,81 17.032,44 1,92
Ensayo 3- Tramo 2
54.671,13 64.279,89 10.265,49 17.278,73 40,58
Ensayo 4- Tramo 2
154.922,46 162.552,72 17009,11 17.013,33 0,02
Tabla 4-6 (Comparación de valores de carga estática equivalente obtenidos usando constante de elasticidad por el método de aproximación lineal simple y evaluando la derivada del polinomio
en el punto de interés)
Los valores de (𝑃𝑃𝑝𝑝𝑝𝑝 ) obtenidos mediante la evaluación de la derivada
del polinomio de Lagrange en el punto de convergencia representan los valores
de las magnitudes de carga estática equivalente a considerar como parámetro de
diseño, ya que han sido obtenidas mediante el uso de métodos matemáticos
formales y muestran magnitudes similares ofreciendo un bajo nivel de
dispersión entre estos.
Se aproxima el mayor valor de carga estática equivalente (𝑃𝑃𝑝𝑝𝑝𝑝 ) a un
valor nominal ligeramente superior, para finalmente usar como valor de carga
estática equivalente como parámetro de diseño (𝑃𝑃𝑚𝑚 = 17,5 𝑘𝑘𝑘𝑘).
Capítulo IV – Resultados y Análisis
168
4.11 – Factor de Caída
El factor de caída critico relacionado con el proceso de escalada y
subida de postes usando el sistema de anclaje diseñado es (𝐹𝐹.𝐶𝐶. = 1,5); por lo
tanto se cumple que (𝐹𝐹.𝐶𝐶.≤ 1,5) de tal forma el proceso de escalada se realiza
bajo condiciones seguras según estándares de NFPA (National Fire Protecction
Asociation).
4.12 – Determinación de Límites de Contacto (Sistema de Anclaje-
Poste)
Los limites de contacto existentes entre sistema de anclaje y poste
mostrados en la tabla 4-6, se determinaron usando métodos de construcción de
geometría plana, partiendo de la necesidad de mantener la mayor cantidad de
contacto entre las superficies de trabajo, para favorecer la magnitud de fuerza
de roce y en consecuencia reducir el torque máximo y fuerza de tracción
necesarias a aplicar a los pernos ya que se requerirá menor presión entre el
contacto (Sistema de Anclaje – Poste). Además se debe respetar el compromiso
existente entre la necesidad expuesta anteriormente y la necesidad de mantener
una geometría compatible del sistema de anclajes y abrazaderas con su futura
construcción y ensamblaje sobre las estructuras de los postes.
𝝋𝝋𝒑𝒑𝒎𝒎𝒑𝒑𝒎𝒎𝒎𝒎 (𝒄𝒄𝒄𝒄) Elemento mecánico (𝜽𝜽𝟎𝟎) 𝒓𝒓𝒎𝒎𝒓𝒓. �𝜽𝜽𝒇𝒇� 𝒓𝒓𝒎𝒎𝒓𝒓. 𝒑𝒑 (𝒄𝒄)
88,9 Gancho de vida 𝜃𝜃1 = 13 ∗ �
𝜋𝜋36� 𝜃𝜃2 = 23 ∗ �
𝜋𝜋36� 0,05
Abrazadera P. 𝜃𝜃3 = 8 ∗ �𝜋𝜋
45� 𝜃𝜃4 = 37 ∗ �𝜋𝜋
45� 0,05
114,3 Gancho de vida 𝜃𝜃5 = �
𝜋𝜋6� 𝜃𝜃6 = 5 ∗ �
𝜋𝜋6� 0,05
Abrazadera G. 𝜃𝜃7 = 13 ∗ �𝜋𝜋
180� 𝜃𝜃7 = 167 ∗ �𝜋𝜋
180� 0,05
Tabla 4-7 (Tabla resumen limites de integración para determinar la fuerza de roce entre poste y gancho- abrazadera)
Capítulo IV – Resultados y Análisis
169
4.13 – Estudio de contacto Poste, “Gancho de Vida” y Abrazadera
La distribución de presiones generada debido al contacto poste – sistema
de anclaje, se modela según una función sinusoidal de la forma
𝑝𝑝(𝜃𝜃) = 𝑃𝑃 ∗ 𝑆𝑆𝑆𝑆𝑛𝑛(𝜃𝜃) + ℎ
Lo cual indica que la magnitud de presión máxima se genera para un
ángulo (𝜃𝜃 = 90°) ; y produce una valor de presión para máximo para los
ensamblajes estudiados de (𝑃𝑃1𝑝𝑝 = 9,43 𝑀𝑀𝑃𝑃𝑚𝑚) para ilustrar el presente análisis
se muestra la siguiente figura.
Figura 4-2 (Distribución de presiones de forma sinusoidal entre el contacto gancho de vida –poste y abrazadera- poste)
θ
r
Ft
Ft
P
Capítulo IV – Resultados y Análisis
170
4.14 – Estudio de Fuerza de Roce, Fuerza de los Pernos y Condición
de Movimiento Inminente del Sistema de Anclaje
La fuerza máxima necesaria que aplican los pernos sobre el sistema de
anclaje para mantener la condición de equilibrio estático sobre la estructura, se
determino a partir del estudio del caso contacto “Gancho de Vida” con el poste
de 8,89 cm de diámetro, ya que por existir menor área de contacto entre ambas
superficies la condición de movimiento inminente requiere mayor presión para
mantener el equilibrio estático bajo la solicitación de fuerza externa calculada
(𝑃𝑃𝑚𝑚 ).
La fuerza máxima del tornillo que se debe aplicar para mantener el
equilibrio estático es (𝐹𝐹𝑇𝑇1𝐶𝐶 = 9,97𝑘𝑘𝑘𝑘) considerando ya un factor de seguridad
de (𝐹𝐹. 𝑆𝑆. = 1,5)
El torque máximo requerido que se debe aplicar a los pernos de
(1/2 𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝. ) seleccionados, es de (𝑇𝑇1 = 25,34 𝑘𝑘 ∗ 𝑚𝑚); magnitud que se puede
lograr con un torquimetro común de uso industrial, cuya magnitud la puede
aplicar una persona adulta sin mayor esfuerzo.
4.15 – Análisis de Esfuerzo Sección Circular del Sistema de Anclaje
(Recipientes a Presión)
Usando los valores de factor de seguridad (𝐹𝐹. 𝑆𝑆. = 10) y esfuerzo de
fluencia (𝑆𝑆𝑦𝑦 = 1.800 𝑀𝑀𝑃𝑃𝑚𝑚) propio del material seleccionado, se determino el
espesor mínimo que debe poseer el “Gancho de Vida” para la condición crítica
de contacto (Poste – Gancho de Vida); ya que se conoce el estado de esfuerzo
triaxial (cuasiplano) en el punto más esforzado sobre la superficie del gancho de
Capítulo IV – Resultados y Análisis
171
vida; y mediante la relaciones matemáticas que se emplean para modelos físicos
de recipientes a presión, junto al principio de superposición de efectos se
empleo el criterio de fallas de “von Mises” para estimar finalmente un espesor
mínimo requerido de (𝑡𝑡 = 3,82 𝑚𝑚𝑚𝑚) que garantiza la estabilidad del material
bajo la posibilidad de falla por fluencia. Finalmente se propone usar un espesor
para el gancho de vida de (𝑡𝑡 = 15 𝑚𝑚𝑚𝑚); ofreciendo así mayor comodidad para
completar el proceso de fabricación del mismo y además se incrementa el factor
de seguridad a (𝐹𝐹. 𝑆𝑆. = 12,86).
4.16 – Análisis de Esfuerzo Sección rectangular del Sistema de
Anclaje (Viga en Voladizo)
Usando los valores de factor de seguridad (𝐹𝐹. 𝑆𝑆. = 4) y esfuerzo de
fluencia (𝑆𝑆𝑦𝑦 = 1.800 𝑀𝑀𝑃𝑃𝑚𝑚) propio del material seleccionado, se determino el
esfuerzo permisible (𝜎𝜎𝑝𝑝𝑆𝑆𝑝𝑝𝑚𝑚 . = 450 𝑀𝑀𝑃𝑃𝑚𝑚) de diseño para el segmento del
sistema de anclaje que se modela como una viga en voladizo; magnitud que se
comparo con el máximo esfuerzo debido a la flexión que ocurre en la sección
transversal de la viga estudiada, tomando en cuenta un factor de concentración
de esfuerzo geométrico (𝑘𝑘𝑛𝑛 = 1) (según Peterson, R. E. (1.74)) generado por la
perforación circular necesaria para colocar los pernos sobre el sistema; cuyo
efecto sobre el modelo de estudio resulto ser neutro debido a la ubicación
simétrica sobre el eje neutro de la sección transversal de estudio y sus
relaciones de dimensiones con respecto al área total de la sección de estudio.
El esfuerzo máximo debido a la flexión que actúa sobre la sección
transversal rectangular estudiada resulta ser (𝜎𝜎𝑚𝑚𝑚𝑚𝑥𝑥 = 446 𝑀𝑀𝑃𝑃𝑚𝑚); magnitud que
es ligeramente inferior al esfuerzo permisible de estudio, por lo que se asegura
Capítulo IV – Resultados y Análisis
172
que la configuración propuesta cumple con los parámetros de diseño
propuestos.
La relación que existe entre la altura mínima de la sección transversal
rectangular de la viga en estudio, conforme dicha sección se aleja de la sección
crítica ubicada en el empotramiento de la viga (sección B); es parabólica de la
forma:
ℎ𝑥𝑥 = ℎ𝐵𝐵 ∗ �𝑥𝑥𝑝𝑝
2
Relación que permite realizar un cambio se sección lineal a lo largo de
la viga para favorecer el proceso de fabricación del sistema de anclaje;
proponiéndose usar para la sección más alejada de la sección empotramiento
(sección B), una altura de sección transversal rectangular de (ℎ𝑥𝑥 = ℎ𝐵𝐵/5); lo
que determina una dimensión de (ℎ(0 ) = 10 𝑚𝑚𝑚𝑚).
Se propone que el eje de la viga forme un ángulo de 7,5° con respecto a
la horizontal, y de esta manera la arista superior más larga de la viga formara un
ángulo de 10° grados con respecto a la horizontal; tales ajustes geométricos se
justifican para la funcionalidad del sistema de anclaje, ya que con el ángulo
formado se favorece la colocación de la línea de vida sobre el gancho de vida
en el punto más alejado y seguro del mismo aprovechando la fuerza que genera
la aceleración de la gravedad; se destaca además que las aristas superiores del
L
𝑃𝑃𝑚𝑚
A
B
x
y
x
Capítulo IV – Resultados y Análisis
173
sistema de anclaje que se modela como Viga en Voladizo“ se le aplica un
proceso de fileteado de (2𝑚𝑚𝑚𝑚) para evitar el deterioro de la línea de vida,
debido al roce que ocurre entre esta y las aristas a filetear.
La superficie inferior de y lateral de la viga estudiada se debe forrar con
calcomanías refractivas para visión nocturna, para favorecer así el uso del
mencionado sistema durante trabajos nocturnos.
El efecto que genera la colocación del mencionado ángulo que
mantendrá la viga en estudio con respecto a la horizontal; es un efecto de
esfuerzos combinados (esfuerzo axial y esfuerzo por flexión pura); el cual
según estudios de superposición genera un esfuerzo normal máximo de
𝜎𝜎𝑛𝑛𝑚𝑚𝑚𝑚𝑥𝑥 = 448,35 𝑀𝑀𝑃𝑃𝑚𝑚 , resultado que se mantiene ligeramente inferior al
esfuerzo permisible de diseño; por tal razón el ángulo propuesto que formara la
viga con respecto a la horizontal no modifica la condición de seguridad que
ofrece l sistema de anclaje.
El efecto de concentrador de esfuerzo teórico asociado al área neta
critica en estudio que genera el agujero presente en la viga, produce un efecto
neutro sobre el estudio de flexión pura; pero para el estudio de esfuerzo axial si
es tomado en cuenta con un valor de (𝑘𝑘𝑛𝑛 = 3,35) según (Peterson, R. E.
(1974)); se determino que el efecto de concentración de esfuerzos para el caso
de estudio incrementa solo el esfuerzo generado por carga axial; por lo cual
para el caso de estudio resulto la superposición de efectos debido a esfuerzos de
flexión pura y carga axial contraproducentes, para determinar el esfuerzo
máximo normal; detalle que no es esperado para estudios de superposición
debido a flexión pura y carga axial.
Capítulo IV – Resultados y Análisis
174
4.17 – Deformación de la “Viga en Voladizo”
La configuración estudiada de viga en voladizo, según los parámetros
de: carga estática equivalente (𝑃𝑃𝑚𝑚 ) , geometría y ubicación del sistema de
anclaje sobre el poste; responde bajo la solicitación máximas aplicadas con una
deformación axial y flexionante; cuyas magnitudes son mostradas a
continuación:
𝐷𝐷𝑆𝑆𝐷𝐷𝑝𝑝𝑆𝑆𝑥𝑥𝐷𝐷𝐷𝐷𝑛𝑛 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑥𝑥𝐷𝐷𝑚𝑚𝑚𝑚: 𝑥𝑥 = 5,6 𝑚𝑚𝑚𝑚
𝐷𝐷𝑆𝑆𝐷𝐷𝐷𝐷𝑝𝑝𝑚𝑚𝑚𝑚𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝑛𝑛 𝑚𝑚𝑥𝑥𝐷𝐷𝑚𝑚𝑝𝑝: 𝛿𝛿 = 3,807 ∗ 10−5𝑚𝑚𝑚𝑚
Los valores de deformación axial son insignificantes respecto a las
dimensiones del sistema, y el valor de deflexión máxima es aceptable para la
configuración mostrada y cumple según parámetros que dicta COVENIN
2935:92 (Herrajes Ferrosos Utilizados en Sistemas Eléctricos y Telefónicos de
Distribución.) respecto a las deformaciones permisibles de tales herrajes.
4.18 – Resistencia del la Superficie del Poste ante la Instalación del
Sistema de Anclaje
Usando el modelo físico de recipientes a presión, con sus relaciones
matemáticas para un punto genérico sobre la superficie del poste, con estado
triaxial de esfuerzo conocido (cuasiplano); el cual se estudia bajo las
condiciones críticas de esfuerzos (máxima presión aplicada y menor espesor de
pared del poste, [poste de con diámetro 𝜑𝜑 = 8,89 𝐷𝐷𝑚𝑚 y espesor de pared
𝑡𝑡 = 4,5 𝑚𝑚𝑚𝑚]); se determina el factor de seguridad correspondiente que ofrece
el poste ante la solicitación para que esta sometido; usando la propiedad de
esfuerzo de fluencia del material (AISI 1020) como (𝑆𝑆𝑦𝑦 = 241,08 𝑀𝑀𝑃𝑃𝑚𝑚) y la
Capítulo IV – Resultados y Análisis
175
teoría de falla de von Misses. El resultado obtenido muestra un valor de factor
de seguridad (𝐹𝐹. 𝑆𝑆. = 1,95) lo que implica que el poste no cede por fluencia
ante las solicitaciones críticas a las que se somete debido a la uso del sistema
anclaje.
Capítulo V - Conclusiones y Recomendaciones
176
Capitulo V
Conclusiones y Recomendaciones
Conclusiones
Los trabajos en alturas para el personal de la EDC están regulados y
estandarizados bajo normas nacionales, internacionales e internas de la
empresa; por considerarse de actividades de alto riesgo según COVENIN
1040:2000.
La Ley Orgánica de Condiciones y Medio Ambiente de Trabajo
(LOPCYMAT), es un instrumento legal dedicado a regular las prácticas
industriales en pro del bienestar físico y mental de los trabajadores. Dicha ley
justifica el presente proyecto y rige como marco legal del mismo; mientras que
otras leyes nacionales e internacionales restringen el mismo.
El procedimiento interno de la EDC, para la escalada y subida de postes
se ejecuta como un protocolo necesario para garantizar las buenas prácticas de
trabajos en alturas en la distribución aérea de energía eléctrica.
Los linieros de la EDC usan dispositivos de seguridad EPP y EPC; sin
embargo no cuentan con un sistema de seguridad anticaidas con el que conecten
una línea de vida al realizar trabajos en alturas.
Existes diversos dispositivos de anclaje para diferentes actividades a
nivel industrial; pero no se encuentro dispositivo alguno dedicado a proteger a
Capítulo V - Conclusiones y Recomendaciones
177
sus usuarios de una caída producida al escalar postes, usando mediante una
línea de vida.
El personal encuestado y entrevistado en relación al presente TEG,
aporto directrices fundamentales para la elaboración del diseño de sistema de
anclaje.
La ubicación del sistema de anclaje sobre la estructura del poste es
justificada de manera estratégica en cuanto a practicidad de uso de dicho
sistema y seguridad prestada a su usuario.
Los materiales empleados para la elaboración del sistema de anclaje son
propios para su manufactura; si se toma en cuenta aspectos de: disponibilidad
de materia prima, propiedades mecánicas ajustadas los requerimientos del
sistema, factibilidad de construcción, respeto de normas nacionales y
compromiso costo – aplicación.
Se obtuvo un diseño de sistema de anclaje seguro, versátil, práctico,
ajustado a las necesidades de sus usuarios, respetando normas nacionales,
internacionales e internas de la empresa (EDC); y extrapolable a actividades
industriales diferentes a las de presente estudio, aplicándoles ajustes menores
según sea el caso.
La magnitud de carga estática equivalente obtenida según el presente
estudio de carga de impacto; depende de los parámetros de: la geometría del
sistema, la masa neta asociada al impacto (𝑚𝑚), la velocidad instantánea del
impacto (𝑣𝑣𝑓𝑓), la propiedad mecánica de elasticidad del material sometido a
Capítulo V - Conclusiones y Recomendaciones
178
impacto (𝐸𝐸𝐴𝐴 ,𝑘𝑘𝑛𝑛) y la cantidad de materia que absorbe el impacto
�𝑃𝑃𝑚𝑚 (𝑣𝑣𝑓𝑓 ,𝐸𝐸𝐴𝐴 , 𝐼𝐼𝑥𝑥 ,𝑚𝑚, 𝐿𝐿)�.
La energía cinética correspondiente a la caída de un liniero con las
condiciones estudiadas en el presente trabajo, es disipada en 77,8% debido al
trabajo mecánico invertido en la deformación de la línea de vida bajo las
condiciones planteadas en el presente estudio.
Las líneas de vida usadas para escalda y trabajos en alturas no obedecen
a la Ley de Hooke de elasticidad, por estar compuestas de diferentes materiales
(no son homogéneos) empaquetados de una forma irregular.
Un valor de constante de elasticidad de mayor confiabilidad para una
línea de vida sometida a una carga conocida, se determina reconstruyendo la
grafica Carga vs. Deformación axial en forma de ecuación y evaluando la
derivada de la misma en el punto de interés.
El factor de caída crítico al cual puede estar sometido el liniero es
físicamente tolerable por un hombre adulto.
El área de contacto entre la superficie del poste y gancho-abrazadera es
suficiente para garantizar la condición de equilibrio y correcto ensamble para el
sistema de anclaje. En la misma superficie se genera una distribución de
presiones en forma sinusoidal.
Capítulo V - Conclusiones y Recomendaciones
179
La fuerza necesaria para aplicar a los pernos usados en el sistema de
resulta ser manejable mediante el empleo de un torquimetro común de uso
industrial, manipulado por un adulto promedio.
El sistema de anclaje diseñado es seguro bajo condiciones críticas de
trabajo, ofreciendo un factor de seguridad (𝐹𝐹. 𝑆𝑆. = 4) como mínimo en sus
puntos esforzados.
La configuración geométrica del sistema de anclaje bajo una carga
puntual al extremo de su brazo; permite aplicar un cambio de sección en la
sección transversal de la viga sin perturbar su condición de resistencia
calculada.
Las deformaciones generadas sobre la viga del sistema de anclaje,
producto de las cargas aplicadas, no representan inconvenientes de inestabilidad
sobre el sistema en estudio.
La superficie de los postes en estudio es resistente a fallas por fluencia
debido al esfuerzo generado en condiciones críticas para el uso del sistema de
anclaje.
Capítulo V - Conclusiones y Recomendaciones
180
Recomendaciones
Se recomienda estudiar la factibilidad de adquisición de postes con
dispositivos de sujeción incorporados, que faciliten su escalada.
Se recomienda practicar ensayos destructivos a prototipos del Sistema
de Anclaje diseñado, para conocer su comportamiento ante las solicitaciones
planteadas.
Se recomienda practicar talleres de adiestramiento al personal que será
usuario del sistema de anclaje para familiarizarse con el nuevo procedimiento
de escalada y subida de postes usando el sistema de anclajes diseñado.
Se recomienda practicar un estudio de análisis de puesto de trabajo a
nivel ergonómico, aplicado al personal que realizada actividades de escala de
postes.
Se recomienda forrar el sistema de anclaje diseñado con calcomanías
reflectivas para facilitar el trabajo en horas de la noche por parte de los usuarios
del sistema de anclaje.
Se recomienda promover la importancia de respetar las condiciones de
uso propuestas para el sistema de anclaje, al personal que hará uso del mismo al
momento de la implementación del mismo.
Apendice
181
APENDICE
Apendice
182
Apendice 1. Grafica de concentrador de esfuerzo para vigas seccion rectanfular sometida a carga axial con perforaciones circular pasante en direccion de
momento aplicado (Peterson 1947)
Apendice
183
Apendice 2. Grafica de concentrador de esfuerzo para vigas seccion rectanfular sometida a flexion pural con perforaciones circular pasante en direccion de
momento aplicado (Peterson 1947)
Apendice
184
Apéndice 3. Factores del par de torsión (k) dependientes del acabado superficial del perno; para uso en el cálculo de torque mínimo necesario
aplicado a pernos (Shigley 2001)
Apendice
185
Apéndice 4. Grafica Carga vs Deformación axial aplicado a la línea de vida Ensayo Nº 1
Apendice
186
Apéndice 5. Grafica Carga vs Deformación axial aplicado a la línea de vida Ensayo Nº 2
Apendice
187
Apéndice 6. Grafica Carga vs Deformación axial aplicado a la línea de vida Ensayo Nº 3
Apendice
188
Apéndice 7. Grafica Carga vs Deformación axial aplicado a la línea de vida Ensayo Nº 4
Bibliografía
189
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Anexos
196
ANEXOS
Anexos
197
Anexo 1. Encuesta aplicada a los Linieros de la EDC
Anexos
198
Anexos
199
Anexo 2. Sistema de Escalada sobre línea de vida Autofrenante (ID).
Anexos
200
Anexo 3. Sistema de Escalada sobre línea de vida Autofrenante (ASAP).
Anexos
201
Anexo 4. Absorbedor de energía de cinta descocida con elemento de amarre integrado ASAP
Anexos
202
Anexo 5. Nudo “Vallestrinque” ”autobloqueante para anclajes.
Anexos
203
Anexo 6. Detalle de nudo “Vallestrinque” ”autobloqueante para anclajes.
Anexos
204
Anexo 7. Nudo “Vallestrinque” autobloqueante para anclajes probado con una carga.
Anexos
205
Anexo 8. Ubicación del sistema de anclaje sobre el poste.
Anexos
206
Anexo 9. Plano Gancho de Vida 1
Anexos
207
Anexo 10. Plano Gancho de Vida 2
Anexos
208
Anexo 11. Plano Gancho de Vida 3
Anexos
209
Anexo 12. Plano Seguro
Anexos
210
Anexo 13. Abrazadera 114,3mm
Anexos
211
Anexo 14. Abrazadera 89,9mm
Anexos
212
Anexo 15. Procedimiento propuesto para la escalada y subida de postes usando el sistema de anclaje diseñado
Para iniciar el procedimiento de escala y subida de postes, será
necesario aplicar los siguientes pasos:
1. Anudar de forma simple un extremo de la línea de vida en la
cabecera o gancho universal de las pértigas telescópicas de 12 m
de largo.
2. Se procede a aplicar la extensión necesaria de la pértiga
telescópica (arrastrando la línea de vida desde su extremo
anudado) hasta alcanzar la altura de ubicación sobre el poste del
sistema de anclaje empleado.
3. Se procede al enganche de la línea de vida a través del gancho de
vida, venciendo la oposición que genera el gatillo de seguridad
para dejar pasar la línea de vida.
4. Una vez insertada la línea de vida sobre la cavidad del gancho
dedicada al descanso de la línea de vida, se procede a bajar el
extremo anudado de la línea de vida arrastrándola al extremo
inferior del poste mediante se retrae la pértiga telescópica,
observándose un punto de apoyo de la línea de vida sobre la viga
del sistema anclaje.
5. Con los dos extremos libres de la línea de vida en la altura de
suelo y un punto de la misma apoyado sobre la viga del sistema
de anclaje; se procede a aplicar un nudo vallestrinque a un
extremo de la línea de vida sobre la estructura del postes como se
muestra en los anexos 5, 6 y 7; mientras que el otro extremo de
la línea de vida se conecta mediante un dispositivo absorbedor de
energía y anticaídas deslizantes, mostrados en los anexos 2 y 4,
Anexos
213
para a su vez lograr una conexión segura de la línea de vida
sobre el arnés del liniero en uno de sus anillos frontal o lumbar.
6. Una vez asegurado el linieiro como se describió anteriormente,
este debe proceder a aplicar el protocolo de escalada antiguo
para alcanzar la altura de trabajo sobre el poste; siempre que se
tenga en cuenta que mientras va escalando debe liberar línea de
vida para mantener la menor longitud de línea entre el punto de
apoyo más alto de la misma y su sistema anticaídas.