Verificación por cálculo de la columna de

Título del informe
Verificación por cálculo de la columna de acuerdo con la norma
EN 40-5.
Asunto: Verificación por cálculo de la columna de acuerdo con la norma EN 40-5 que a su vez
remite a las normas EN 40-3-3 y EN 40-3-1.
Denominación Báculo: LUMINARIAS PRISMA 420
Fecha: 09.05.2006
Código: GUIO-21494
Cliente
Cliente: ESCOFET 1886, S.A.
Atn.: GERARD FANECA
Dirección: c/ MONTSERRAT, 162
08760 MARTORELL
BARCELONA
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Índice
Descripción de los trabajos
1.
ASUNTO SOLICITADO ....................................................................................... 3
2.
MATERIAL RECIBIDO ........................................................................................ 3
3.
CARACTERÍSTICAS DEL BÁCULO ....................................................................... 3
4.
METODO DE ENSAYO........................................................................................ 4
5.
RESULTADOS ................................................................................................... 4
6.
CONCLUSIONES................................................................................................ 5
7.
DESCRIPCIÓN GEOMÉTRICA DE LA COLUMNA ................................................... 6
8.
CÁLCULO MEDIANTE ELEMENTOS FINITOS........................................................ 8
8.1.
OBJETIVO CÁLCULO ................................................................................ 8
8.2.
MEDIOS INFORMÁTICOS DE CÁLCULO ..................................................... 8
8.3.
MODELO F.E.M. UTILIZADO. MATERIALES Y PROPIEDADES ...................... 8
8.4.
CONDICIONES DE CONTORNO. ( NORMA EN–40-3-1 ) ............................ 10
8.5.
RESULTADOS. ....................................................................................... 12
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1.
ASUNTO SOLICITADO
Verificación por cálculo de la columna de acuerdo con la norma EN 40-5 que a su vez
remite a las normas EN 40-3-3 y EN 40-3-1.
2.
MATERIAL RECIBIDO
Documentación técnica de la columna de alumbrado modelo PRISMA 420-ESCOFET, incluida
en el apartado 7 del presente informe, según manifiesta el peticionario.
3.
CARACTERÍSTICAS DEL BÁCULO
El báculo verificado consta de las siguientes características:
•
Altura máxima del báculo es de 4.295 mm
•
La columna consta de las siguientes de secciones:
o
Sección rectangular constante de
□
160,00 mm y espesor 4,0 mm
•
1 luminaria vertical de peso unitario =9 Kg, área proyectada efectiva 0,142 m2
•
Placa base □ 250x250x10 mm, 4 cartelas triangulares de 70x45x8 mm y posición pernos
de anclaje □ 190x190 mm.
•
El material de la columna tiene las siguientes propiedades mecánicas:
Material
Módulo de
Elasticidad
Módulo
de
Poisson
Límite elástico
Carga de Rotura
Alargamiento
Rotura
A-42
210.000 MPa
0.30
255 MPa
420 MPa
24,0%
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4.
METODO DE ENSAYO
El cálculo estructural se ha realizado mediante un modelo de elementos finitos discretizando cada
uno de los elementos de su geometría incluyendo las luminarias. Una vez discretizada la
geometría se aplican las condiciones de contorno y la carga de viento definida por la norma
EN40-3-1. Las hipótesis consideradas en el cálculo son las siguientes:
•
Velocidad del viento de referencia puede estar comprendida entre los 37.57m/s y los
46.94m/s (dependiendo de la altura del modelo y según norma NBE-AE-88).
•
Terreno tipo II (norma EN 40-3-1)
•
Restricción de giros y desplazamientos de los puntos de fijación de los tornillos en la
placa base.
•
Representación de las luminarias mediante su peso propio y área efectiva al viento.
•
Flexión de la columna respecto al eje débil (caso más desfavorable).
•
La carga de viento se aplica en tramos de 2 m de altura de acuerdo con las
especificaciones de la norma EN 40-3-1.
•
Coeficientes de seguridad adoptados: 1.2 para peso propio y 1.4 para sobrecarga de
viento (según norma EN 40-3-1).
El cálculo de la carga de viento, el modelo de elementos finitos utilizado y los resultados
obtenidos se detallan en el apartado 8.5 del presente informe.
5.
RESULTADOS
A continuación se detallan los resultados más relevantes del cálculo.
Tabla 1. Deformación horizontal máxima y tensión máxima
ALTURA
Desplazamiento
máximo
Tensión característica
Tensión última
4.295 mm
3.9 mm
75.4 MPa
105 MPa
Los resultados anteriores permiten concluir que la deformación máxima horizontal de la columna
de iluminación es conforme a la CLASE 1 de las especificadas en la tabla 3 de la norma EN 40-33. Asimismo, los resultados del cálculo estructural, permiten garantizar que la columna estudiada
cumple con las exigencias para la verificación por cálculo según norma EN 40-3-3.
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6.
CONCLUSIONES
Los resultados obtenidos del cálculo permiten concluir que la columna de iluminación del
fabricante ESCOFET 1886 S. A., recogida en el apartado 8.5 del presente informe, cumple con
las exigencias de la norma EN 40-3-3 para su verificación por cálculo.
Francesc Rivillas Cañaveras
Cornelia Donciu
Responsable de Desarrollo de producto
Técnico Responsable
Los resultados se refieren exclusivamente a la muestra, producto o material recibidos en el Laboratorio, tal como
se indica en el apartado correspondiente a la descripción del material recibido, y ensayado en las condiciones
descritas en este informe de ensayo.
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7.
DESCRIPCIÓN GEOMÉTRICA DE LA COLUMNA
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8.
CÁLCULO MEDIANTE ELEMENTOS FINITOS
8.1. OBJETIVO CÁLCULO
El objetivo del estudio es conocer el comportamiento estructural de la columna bajo el cuaderno
de cargas indicado en la norma EN-40-3-1 de enero de 2003.
8.2. MEDIOS INFORMÁTICOS DE CÁLCULO
8.2.1.
HARDWARE
Se ha utilizado una Estación de Trabajo Pentium IV con 2Gb de RAM.
8.2.2.
SOFTWARE
Modelado y mallado: I-Deas 11
Solver: ABAQUS 6.5
8.3. MODELO F.E.M. UTILIZADO. MATERIALES Y PROPIEDADES
Dada la topología de la columna, el modelo F.E.M. presenta las siguientes características:
•
Elementos Shell: utilizados en los perfiles tubulares de la columna así como en la base.
•
Elementos Lumped Mass: utilizados para modelizar la luminarias
•
Dependiendo de la región, se aplica a los respectivos elementos el espesor
correspondiente, así como el offset correspondiente a la fibra neutra.
•
El espesor de las placas y su offset se define en base a los planos suministrados por el
peticionario.
•
Las características mecánicas del material se definen en el régimen no lineal.
•
Todos los elementos respetan los criterios de calidad ( ASPECT RATIO, WARP, SKEW y
TAPER) exigidos por el solver de cálculo ABAQUS.
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El modelo F.E.M. correspondiente a la geometría:
Detalle de la luminaria
Detalle de la base
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8.4. CONDICIONES DE CONTORNO. ( NORMA EN–40-3-1 )
El cuaderno de cargas asociado al modelo viene definido en la normativa EN-40-3-1.
Las condiciones de contorno consideradas son:
EMPOTRAMIENTO: Se restringen los desplazamientos y los giros de
correspondientes a los tornillos de unión de la peana de la columna con el suelo.
los
nudos
GRAVEDAD: Se aplica el peso propio a la estructura ( columna + luminarias)
PRESIÓN: Se aplica la presión definida en la norma EN 40-3-1 sobre la superficie de la columna
expuesta al viento. ( ver tabla. )
Presión del viento
Presión del viento de referencia (N/m2)
3
450,80
Densidad del aire (Kg/m )
1,25
Coeficiente de probabilidad
0,96
Velocidad media del viento en 10 minutos (m/s2)
28,00
Coeficiente de altitud
1,00
Características mecánicas del báculo
Altura máxima [milímetros]
4.295
Primera frecuencia natural [Hz]
11,52
Coeficiente del tamaño del Báculo
0,96
Coeficiente de comportamiento dinámico
1,04
Coeficiente topográfico
1,00
Tramo
Coeficiente del terreno
Presión característica del viento
(N/m2)
0-4 m
1,80
807,47
4-6 m
2,04
915,13
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Tramo
Velocidad del viento (m/s2)
0-4 m
37,57
4-6 m
39,99
Tramo
Número de Reynolds
0-4 m
3,980E+05
Tramo
Coeficiente de forma del Báculo
0-4 m
1,51
Tramo
Presión Báculo (N/mm2)
0-4 m
1,221E-03
FUERZA: Teniendo en cuenta el valor de la presión característica del viento y la superficie de la
luminaria, obtenemos la fuerza aplicada en la misma: 195.93 N.
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8.5. RESULTADOS.
Adjuntamos a continuación una tabla con los resultados tensionales, de deformación y
deformación plástica obtenidos para cada caso de carga: CARACTERÍSTICO y de TENSIÓN
ÚLTIMA.
8.5.1.
DESPLAZAMIENTO MÁXIMO EN EL CASO DE CARGA CARATERÍSTICA
Desplazamiento debido a la carga de viento. Desplazamiento Máximo: 3,9 mm
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8.5.2.
DIAGRAMA DE TENSIONES EN EL CASO DE CARGA ÚLTIMA.
Adjuntamos a continuación unas imágenes con el resultado tensional en el pie de la columna
para el caso de carga última.
Tensión Máxima: 105 Mpa.
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