INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL - tesis.ipn.mxtesis.ipn.mx/jspui/bitstream/123456789/10488/1/3.pdf · La principal ventaja de los helicópteros viene originada por el rotor, que proporciona

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECNICA Y ELCTRICA UNIDAD AZCAPOTZALCO

DESARROLLO DE PROYECTO HELIPUERTO

TESINA

QUE PARA OBTENER EL TITULO DE INGENIERO MECNICO

P R E S E N T A OLGUN SUREZ DIONICIO

ASESORES:

ING. JOS LUIS GONZLEZ ING. LUIS CASTILLO OLIVARES

MXICO, D.F. NOVIEMBRE 2011


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AGRADECIMIENTOS

A Dios:

Le agradezco inmensamente la bendicin de estar con vida, de tener una hermosa familia y de iluminar siempre mi camino para poder realizar mis sueos y obtener grandes satisfacciones como la de culminar una carrera.

AL IPN: Porque me brind la oportunidad de formar parte de una de las instituciones educativas como lo es

ESIME AZCAPOTZALCO, Y con ello adquirir conocimientos no slo a travs de los libros, si no tambin de los profesores quienes adems de ser excelentes docentes son grandes amigos.

A MIS PADRES: Les agradezco inmensamente, por que donde quiera que estn siempre sent su apoyo, compresin, nunca olvide su cario, y nada de lo que hasta hoy he logrado, hubiera sido posible los recuerdo y los llevo dentro de mi corazn.

A MI ESPOSA E HIJAS:

Que este triunfo ms que mo, es de ustedes. Por comprenderme y estar a mi lado apoyndome incondicionalmente, son lo ms importante en mi vida, ya que ustedes inyectaron esa fortaleza y fueron mi motivacin para realizar este proyecto de vida. Gracias con mucho amor especialmente para ustedes.


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INTRODUCCIN

El propsito fundamental es realizar el diseo de un helipuerto, que pueda ser utilizado en cualquier tipo de estructura capaz de soportarlo, ya sea para hospitales, edificios particulares y otros. Con las caractersticas suficientes para el resguardo de la seguridad de las personas que viajan en el transporte antes mencionado. Con el fin principal de aportar una mejora econmica, en tiempo de duracin de mantenimiento, emplazamiento y seguridad, todo bajo el cumplimiento normativo correspondiente.

Se realizarn los procedimientos, requerimientos, as como el anlisis constitutivo del helipuerto con el fin de lograr un mejoramiento econmico, tcnico y de cualquier tipo que se pueda lograr en base al diseo y a la cotizacin de los materiales ms viables para su construccin. De igual forma se revisar la normatividad que el proyecto requiera a fin de lograr una actualizacin y optimizacin en cuestiones de seguridad, calidad, construccin y operacin.


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JUSTIFICACIN

Disear un helipuerto con las necesidades que ste tendra que llegar a cumplir, para complacer de manera satisfactoria las exigencias para las cuales fue diseada.

El diseo del helipuerto tiene como fin ser utilizado en diversos sectores tanto privados, como sociales, ya que puede ser utilizado en un sector pblico (como lo sera en asuntos de seguridad, para hospitales, estaciones de bomberos, y servicios de emergencia), o en un sector propiamente privado o productivo (medio de transporte, cadenas televisivas, etc.)

Esto con el fin de agilizar los medios de transporte existentes, la seguridad de las personas que se van a transportar, y disminuir los rigurosos tiempos entre reuniones o cualquier otro tipo de situacin, trabajando bajo condiciones de seguridad establecidas en las normas correspondientes por las autoridades de la aeronutica.


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NDICE

TEMA PGINA Introduccin. 4 Justificacin. 5 ndice. 6 CAPITULO I MARCO TERICO 8

1.1 Tipos de Helipuertos. 18 1.2 Normas Oficiales. 27 1.3 Conceptos. 27 1.4 Helipuerto. 28 1.5 Abreviaturas de las normas utilizadas. 28

CAPITULO II DESCRIPCIN DEL PROYECTO 30 2.1 Desarrollo. 31 2.2 Requerimientos fsicos. 31 2.3 Requerimientos de servicio. 36 2.4 Diseo geomtrico. 40 2.5 Especificaciones de estructura. 43 2.6 Anlisis por transportacin. 47 2.7 Diseo estructural. 48 CAPITULO III DESARROLLO DEL PROYECTO 49 3.1 Memoria de clculo. 50 3.2 Simulacin de estructura. 65 3.3 Plano General. 69 3.4 Materiales. 80 3.5 Costos de mano de obra 82


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CAPITULO IV ANLISIS ECONMICO 85 Conclusiones. 86 Anexo. 87 Bibliografa 88


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CAPTULO I

MARCO TERICO


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INTRODUCCIN

Hace muchos aos la humanidad en su afn por encontrar formas ms rpidas para transportarse, dise y construy aparatos muy sofisticados para su poca (automvil, ferrocarril, etc.), pero estos aparatos tienen un gran limitante, que su desplazamiento se limita al nivel del terreno y a las irregularidades que ste presenta.

Los helicpteros son aeronaves muy complejas en su aerodinmica, pero esto les ha dado la cualidad de poder realizar operaciones tales como el vuelo estacionario, operacin imposible de realizar por la gran mayora de los aviones. Este tipo de ventajas han sido aprovechadas por el hombre para desplazarse de forma area sobre, desde y hacia territorios densamente pobladas.

Existe una historia que dice que en el ao 500 A. C., tcnicos chinos ya haban diseado un "trompo volador", juguete que consista en un palo con una hlice acoplada a un extremo que, al girar entre las manos, se elevaba rpidamente.

Hacia el ao 1490, Leonardo da Vinci fue la primera persona que dise y dibuj en unos bocetos un artefacto volador con un rotor helicoidal, figura 1.1. Pero hasta la invencin del avin motorizado en el siglo XX no se iniciaron los esfuerzos dirigidos para lograr una aeronave de este tipo. Personas como Federico Cantero, Stepanovic e Igor Sikorsky desarrollaron este tipo de aparato, a partir del autogiro de Juan de la Cierva, inventado en 1923. El primer vuelo de un helicptero medianamente controlable fue realizado por el argentino Ral Pateras de Pescara en 1916 en Buenos Aires, Argentina figura 1.2. En 1931 los ingenieros aeronuticos soviticos Boris Yuriev y Alexei Cheremukhin comenzaron sus experimentos con el helicptero TsAGI 1-EA, el primer aparato conocido con un rotor simple, el cual alcanz una altitud de 605 metros el 14 de agosto de 1932, con Cheremukhin en los controles.

http://es.wikipedia.org/wiki/1490http://es.wikipedia.org/wiki/Leonardo_da_Vincihttp://es.wikipedia.org/wiki/Federico_Cantero_Villamilhttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Stepanovic_Sikorsky&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Igor_Sikorskyhttp://es.wikipedia.org/wiki/Juan_de_la_Cierva_y_Codorn%C3%ADuhttp://es.wikipedia.org/wiki/Juan_de_la_Cierva_y_Codorn%C3%ADuhttp://es.wikipedia.org/wiki/Juan_de_la_Cierva_y_Codorn%C3%ADuhttp://es.wikipedia.org/wiki/1923http://es.wikipedia.org/wiki/Argentinahttp://es.wikipedia.org/wiki/Ra%C3%BAl_Pateras_de_Pescarahttp://es.wikipedia.org/wiki/1916http://es.wikipedia.org/wiki/Buenos_Aireshttp://es.wikipedia.org/wiki/Buenos_Aireshttp://es.wikipedia.org/wiki/Buenos_Aireshttp://es.wikipedia.org/wiki/Argentinahttp://es.wikipedia.org/wiki/URSShttp://es.wikipedia.org/wiki/14_de_agostohttp://es.wikipedia.org/wiki/1932


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FIGURA 1.1 BOCETO DE HELICPTERO

FIGURA 1.2 DISEO ANTIGUO DE HELIPUERTO


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Al paso del tiempo los helicpteros han ido evolucionando de tal forma que en la actualidad existen alrededor de 400 tipos de helicpteros en todo el mundo.

La principal ventaja de los helicpteros viene originada por el rotor, que proporciona sustentacin sin que la aeronave se est desplazando, esto permite realizar despegues y aterrizajes verticales sin necesidad de pista. Por esta razn, los helicpteros se usan a menudo en zonas congestionadas o aisladas donde los aviones no pueden despegar o aterrizar. La sustentacin del rotor tambin hace posible que el helicptero pueda mantenerse volando en una zona de forma mucho ms eficiente de la que podra otra aeronave VTOL (de despegue y aterrizaje verticales), pudiendo realizar tareas que una aeronave de ala fija no podra, como se muestra la figura 1.3.

FIGURA 1.3 PARTES DE UN HELICPTERO

http://es.wikipedia.org/wiki/Despeguehttp://es.wikipedia.org/wiki/Aterrizajehttp://es.wikipedia.org/wiki/VTOLhttp://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a0/Partes_de_un_helic%C3%B3ptero.svg


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Lo anterior implica que se requiera contar con instalaciones debidamente equipadas para las operaciones de estos equipos, estas instalaciones son llamadas helipuertos.

Un helipuerto es un pequeo aeropuerto apto slo para el uso de helicpteros. Helipuertos suelen contener una o ms plataformas de helicpteros y puede haber escasez de instalaciones, como el combustible, la iluminacin, e incluso hangares. En una gran metrpoli, un helipuerto puede servir a pasajeros con necesidad de moverse rpidamente dentro de la ciudad o para las regiones perifricas, como se muestra la figura 1.4.

FIGURA 1.4 HELIPUERTO

http://en.wikipedia.org/wiki/Metropolishttp://en.wikipedia.org/wiki/Passenger


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Generalmente los helipuertos pueden situarse ms cerca de una ciudad o en el centro de la ciudad. La ventaja de volar en helicptero a un destino o incluso al principal aeropuerto de la ciudad es que los viajes pueden ser mucho ms rpidos que la conduccin. Como ejemplo, el Downtown Manhattan Heliport en la ciudad de Nueva York ofrece un servicio regular con John F. Kennedy International Airport y se utiliza para mover a las personas ricas, y los bienes y productos con rapidez a destinos tan lejanos como Maryland.

As mismo por las caractersticas de operacin de estos aparatos y por la poca disposicin de espacio en las grandes ciudades (tal es el caso de la ciudad de Mxico, entre otras grandes urbes), se empezaron a reemplazar en las azoteas de edificios altos, los cuales se denominaron helipuertos, figura 1.5.

FIGURA 1.5 VISTA HELIPUERTO MXICO D.F. En un helipuerto elevado es necesario poner mucho ms nfasis en la seguridad de las instalaciones y el diseo de las mismas, toda vez que por el tipo de emplazamiento,

http://en.wikipedia.org/wiki/City_centrehttp://en.wikipedia.org/wiki/Drivinghttp://en.wikipedia.org/wiki/Downtown_Manhattan_Heliporthttp://en.wikipedia.org/wiki/John_F._Kennedy_International_Airporthttp://en.wikipedia.org/wiki/Maryland


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que en la mayora de los casos son zonas densamente pobladas, no se cuenta con reas para efectuar aterrizajes de emergencia a diferencia de los helipuertos de superficie.

Algunos rascacielos cuentan en sus azoteas con helipuertos para atender las necesidades de transporte de ejecutivos o clientes. Los departamentos de polica utilizan helipuertos como base para helicpteros de la polica, figura 1.6.

FIGURA 1.6 FOTO AREA DE HELIPUERTO

http://en.wikipedia.org/wiki/Skyscraperhttp://en.wikipedia.org/wiki/Helipadhttp://en.wikipedia.org/wiki/Police_helicopter


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Los helipuertos cuentan con caractersticas comunes para hospitales en donde facilitan el servicio de ambulancia area, transferencia de emergencia de los pacientes, unidades o de aceptar a los pacientes de reas remotas sin hospitales locales o instalaciones capaces de proporcionar el nivel de atencin de emergencia requerido. Por lo general en las zonas urbanas, estos helipuertos estn ubicados en la azotea del hospital, figura 1.7.

FIGURA 1.7 HELIPUERTO DE HOSPITAL NGELES (PUEBLA, MXICO)

http://en.wikipedia.org/wiki/Hospitalhttp://en.wikipedia.org/wiki/Air_ambulancehttp://en.wikipedia.org/wiki/Emergency_care


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Los Helipuertos no tienen una orientacin y no estn numeradas de forma estndar como pistas de aterrizaje. En algunas ciudades de los EE.UU es estndar para pintar el peso mximo permitido de un helicptero en miles de kilos, en un crculo que se designa el peso de aterrizaje mxima 6000 kg, figura 1.8.

FIGURA 1.8 PISTA DE ATERRIZAJE HELICPTERO


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Los Helipuerto de iluminacin normalmente se componen de un crculo o un cuadrado de luces con un recuadro alrededor de la superficie llamada TLOF (toma de contacto y el despegue de rea) y otra alrededor de la zona de aterrizaje en general se llama la FATO (rea de aproximacin final y despegue). Este ltimo abarca la TLOF as y las luces pueden ser de color elevadas o de insercin. Ambos conjuntos de luces ahora son recomendados para ser verde por la Organizacin de Aviacin Civil Internacional y la Administracin Federal de Aviacin. Amarillo (mbar) fue la norma anterior y todava es preferido en muchos lugares. Existe una gran variacin en el color dependiendo del propietario y la jurisdiccin, figura 1.9.

FIGURA 1.9 VISTA HELIPUERTO DE ILUMINACIN


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1.1 TIPOS DE HELIPUERTOS Helipuerto de superficie de hormign

La construccin tradicional de un helipuerto permanente de obra en asfalto u hormign. Van desde los ms sencillos como helisuperficies provisionales, hasta bases permanentes de operacin.

Finalidad: Bases permanentes o provisionales.

Iluminacin: Con iluminacin para vuelo nocturno, opcionalmente con mando a distancia.

Accesorios: separador de agua/combustible, extintor de incendios, surtidores de combustible, botiqun, etc.

HELIPUERTO DE HORMIGN


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Helipuerto de superficie en aluminio

Ms verstiles que sus equivalentes en hormign, las estructuras de aluminio se instalan en unos das y con muy poca obra. No requiere mantenimiento, no deja huella en el terreno, es desmontable y puede equiparse con sistemas de deshielo. Las mismas prestaciones que uno tradicional, con la ventaja de su adaptabilidad. Miles de modelos vendidos por todo el mundo respaldan este producto.

Una helisuperficie en aluminio tiene un ciclo de vida prcticamente ilimitado, frente a los diez aos tpicos del hormign. Adems se trata de una estructura rpida de desplegar, que no requiere de mucha obra y puede cambiar de localizacin.

Hasta 16,000 kg.

Para bases permanentes o de emergencias, vuelo diurno o nocturno.

Como sustitucin o reparacin de superficies de hormign, muchos clientes ya las usan para eliminar el costoso mantenimiento.

Ventajas frente al hormign y acero:

Adaptabilidad: Disponibles en cualquier tamao.

Mantenimiento nulo: Fabricadas en aleacin de aluminio, resistente a la corrosin. No necesita mantenimiento, lo que las hace muy superiores a las superficies de hormign que deben ser reconstruidas al cabo de unos aos.

Rpido montaje sin obra: Operativo en 4 semanas, tpicamente. Slo necesita una base de tierra compactada o superficie lisa.

Redituable: En slo unos das es posible desmontarla y situar la helisuperficie en otro lugar sin daar el terreno.

Accesorios: sistemas antihielo, redes de seguridad, separador de agua/combustible, extintor de incendios, surtidores de combustible, botiqun, etc.

Personalizable con logotipos e imgenes.

Ahorra instalando superficies de aluminio:

A corto plazo con una instalacin rpida y barata, sin grandes obras.

A largo plazo evitando reconstruir peridicamente o sanear la helisuperficie.


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HELIPUERTO DE ALUMINIO


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Helipuerto Elevado

Construidos sobre edificios nuevos o existentes, se montan helipuertos con estructura de acero y aluminio adaptados ntimamente al edificio.

Las helisuperficies metlicas tienen como ventajas:

Edificios de nueva construccin o existentes pueden incorporar helipuertos elevados con un mnimo de obras.

Se integran a la organizacin todos los pasos: estudio previo, proyecto e instalacin sobre el edificio.

Habilita edificio u hospital para el trfico areo en slo un mes.






Accesorios: sistemas antihielo, redes de seguridad, separador de agua/combustible, extintor de incendios, surtidores de combustible, botiqun, etc.





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HELIPUERTO ELEVADO


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Helipuerto Porttil

El novedoso Portapad es la primera solucin porttil para bases provisionales o semipermanentes. Construido en aleacin de aluminio, desmontable, transportable, con iluminacin OACI, sistemas de deshielo, personalizable con el logotipo de su organizacin.

El novedoso PortaPad, recientemente presentado en la Feria Area de Dubi, es una helisuperficie porttil: despliega su base para eventos especiales, ayuda, rescata y tiene extintor de incendios.

Se est usando en:

Empresas tursticas, como apoyo a los helicpteros en sus rutas de aventura.

Cuerpos de emergencias, para prevencin de desastres como incendios, atentados terroristas y desastres naturales.

Talleres de helicpteros, para reparaciones y en hangares.

Redes sanitarias, como medio flexible para bases provisionales de emergencias.

El ejrcito norteamericano, como apoyo en maniobras militares y de entrenamiento.


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HELIPUERTO PORTTIL


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Helipuerto Martimo

Estructuras metlicas de bajo peso adaptadas para puertos, estaciones martimas o barcos. Fcilmente instalables, ligeras y sin problemas de corrosin.

Hasta 16,000 kg.

Pintura antideslizante con el logotipo de tu organizacin, para cualquier condicin climatolgica.

Sistema anti hielo integrado, con glicol o elctrico.

Protegido contra corrosin y vibraciones con juntas de neopreno amortiguadoras.






Accesorios: sistemas anti hielo, redes de seguridad, separador de agua/combustible, extintor de incendios, surtidores de combustible, botiqun, etc.





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HELIPUERTO MARTIMO


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1.2 NORMAS OFICIALES

NMX-H-074-1996-SCFI

Industria Siderrgica - Productos de hierro y acero recubiertos con zinc (galvanizados por inmersin en caliente) Especificaciones y mtodos de prueba

NOM-008-SCFI-2002

Sistema General de Unidades de Medida

NRF-003-PEMEX-2000

Diseo y evaluacin de plataformas marinas fijas en la Sonda de Campeche

NRF-041-PEMEX-2003

Carga, amarre, transporte e instalacin de plataformas costa afuera

1.3 CONCEPTOS

Anclaje

Conjunto de elementos destinados a fijar firmemente los helicpteros al piso del helipuerto.

rea de contacto

rea resistente a la carga sobre el sitio de aproximacin final o despegue, o en un lugar independiente separado, sobre la cual el helicptero pueda realizar la toma de contacto o la elevacin inicial.

Carga de viento

Efecto de presin o succin sobre las superficies expuestas de las construcciones. La magnitud de esta carga esta determinada por la velocidad del viento y su variacin con la altura, la magnitud de las rfagas, las condiciones locales de la superficie del terreno circunvecino, la forma de la superficie expuesta al viento y la zona o regin.

Carga muerta

Pesos de todos los elementos constructivos, de los acabados y de todos los elementos que ocupan una posicin permanente y tienen un peso que no cambia con el tiempo.


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Carga viva

Se consideran cargas vivas a las fuerzas que se producen por el uso y ocupacin de las estructuras y que no tienen carcter permanente.

1.4 HELIPUERTO

Aerdromo o rea definida sobre una estructura artificial destinada a ser utilizada, total o parcialmente, para la llegada, salida o el movimiento de superficie de los helicpteros.

Helicptero de diseo

Helicptero cuyas caractersticas fsicas: peso, dimensiones y tipo del tren de aterrizaje; sirven de referencia para el diseo del helipuerto.

Turbulencia

Perturbacin del comportamiento del flujo laminar del viento, originada por diferentes factores (fsicos, termodinmicos, etc.), la cual da como resultado la formacin de remolinos y cambios en los componentes horizontales y verticales del mismo.

Zona libre de obstculos

rea definida sobre la superficie ms all de la distancia de despegue y bajo el control de la autoridad competente, seleccionada y, o, preparada como rea adecuada sobre la cual un helicptero pueda acelerar y llegar a una altura especificada donde slo se permiten objetos de poco peso y frgiles.

1.5 ABREVIATURAS DE LAS NORMAS UTILIZADAS

AISC

American Institute of Steel Construction (Instituto Americano de la Construccin en Acero)

API

American Petroleum Institute (Instituto Americano del Petrleo)

ASTM

American Society for Testing and Materials (Sociedad Americana para Pruebas y Materiales)


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AWS

American Welding Society (Sociedad Americana de Soldadura)

IMCA

Instituto Mexicano de la Construccin en Acero

NRF

Norma de Referencia

OACI

Organizacin de la Aviacin Civil Internacional

PEMEX

Petrleos Mexicanos y Organismos Subsidiarios

PEP

PEMEX-Exploracin y Produccin


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CAPTULO II

DESCRIPCIN DEL PROYECTO


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2.1 DESARROLLO

El helipuerto debe ser considerado como una cubierta ms de la plataforma marina, sin embargo, si se presenta el caso en que el diseo del helipuerto deba ser realizado en forma aislada, como puede ser para el paquete habitacional, se deben considerar las acciones pertinentes para que en la interface entre el helipuerto plataforma helipuerto-modulo-plataforma, se incluyan los efectos a la estructura del helipuerto.

2.2 REQUERIMIENTOS FSICOS

Accesos y escaleras

El helipuerto debe contar por lo menos con dos rutas de acceso o egreso; hacia la plataforma, uno principal y otro secundario. Se podrn usar accesos con anchos iguales, en las salidas, siempre que se utilicen tres, o ms salidas con separacin equidistante. Adems stas deben estar fuera de las rutas de aterrizaje/despegue del Helicptero, ver fig. 1.

El pasillo y escalera principal de acceso al helipuerto debe tener un ancho de 2 m, el pasillo secundario debe tener un ancho no menor de 1.5 m y ambos localizarse en el permetro del helipuerto; para helipuertos de estructuras mnimas (Trpodes y Sea Horse, entre otros) las dimensiones de los accesos pueden ser menores, hasta 0,90 m como mnimo. Se debe ubicar un descanso o pasillo a una altura de 1.5 m por debajo del nivel superior de la cubierta del helipuerto.

Las escaleras deben tener un ancho mnimo de 1.5 m, estar formadas de escalones de rejilla galvanizada, con barra dentada.

Las escaleras deben estar diseadas con la carga viva de 500 kg/m2, fabricadas de escalones de rejilla de acero electro forjada de acuerdo a la NAAMM MBG 531 o equivalente, galvanizados por inmersin en caliente de acuerdo a la NMX-H-074-1996-SCFI y complementndola con ASTM A 153/A-03 o equivalente y fijados con tornillos a las alfardas, los tornillos deben ser galvanizados.

Las escaleras tendran un ancho mnimo de 1.5 m, un peralte de 0.18 m y huellas de 0.25 m. Colocaran barandales fijos a cada lado de la escalera, los cuales estarn constituidos de dos elementos, longitudinales, el superior o pasamanos, ubicndose a una altura de 1.05 m y la barra media, la cual debe ubicarse a una altura de 0.55 m. La separacin mxima de los postes verticales de 1.5 m. La seccin tubular tpica de los pasamanos y postes darn un dimetro de 0.048 m (1.9 pulgadas) y un espesor de 0.005 m (0.2 pulgadas). La dimensin mnima de los descansos ser de 1.5 m. Los barandales estarn galvanizados por inmersin en caliente y todos los daos causados al mismo deben ser reparados con un recubrimiento rico en Zinc.


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Malla perimetral

Toda la periferia de la cubierta del helipuerto debe ir protegida por una malla de seguridad, sta debe tener un ancho mnimo de 1,5 m, se podr exceptuar el permetro de las escaleras. La malla debe extenderse hacia afuera y hacia arriba en relacin 8 a 1 (8 hacia afuera 1 hacia arriba), los paneles de apoyo para la malla de seguridad, deben ser de secciones tubulares y soportadas desde el permetro del helipuerto, y diseadas para soportar un mnimo de 100 kg concentrados en cualquier punto, se deben localizar los puntos donde se pueda generar la mxima concentracin de esfuerzos, su borde exterior no debe alzarse ms de 0,15 m por encima de la cubierta. La malla debe ser de alambre galvanizado sin soldaduras con recubrimiento de Poli cloruro de Vinilo (PVC), ver figura 1, letra A.

Plataformas para equipo contra incendio

Debe proveerse de plataformas para el equipo de extincin de fuegos, ubicadas a una altura de 1,5 m por debajo del nivel superior de la cubierta del helipuerto, se deben localizar en puntos estratgicos para su correcta operacin durante una contingencia, las dimensiones y nmero de plataformas dependern del equipo que ser instalado.

Seales visuales

Se deben colocar las siguientes caractersticas de trazado y sealizacin en el helipuerto, la codificacin de colores debe ser conforme al catlogo de la especificacin tcnica de PEP P.3.0403.01

rea de aterrizaje y despegue.

Debe pintarse en color verde institucional (cdigo 302), ver figura 1, letra B

Lmite del rea de aterrizaje y despegue.

Esta seal debe delimitar el rea de aterrizaje y despegue, consistiendo en una lnea contina de 0,45 m de ancho como mnimo, formando un rectngulo en la cubierta de aterrizaje, el color debe ser blanco (cdigo 002), ver figura 1, letra C

rea de contacto.

Las dimensiones mnimas del rea de contacto deben ser igual a un crculo cuyo dimetro es la longitud total del helicptero de diseo (D), siendo este el helicptero ms crtico que utilice el helipuerto, para estos helipuertos coincide con el rea de aterrizaje y despegue, debe pintarse de color verde institucional (cdigo 302), ver figura 1, letra D

Se puede colocar una red o malla sobre el rea de contacto, la cual debe cumplir lo especificado en 2.3.1.11 al 13, del Manual de Helipuertos de la OACI. Las redes de


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cables o cables de seguridad no son apropiados para algunos trenes de aterrizaje, por lo que se debe tener cuidado con ciertas aeronaves, los cables de seguridad y redes no deben almacenarse o mantenerse en la cubierta del helipuerto.

Seal del rea de contacto.

Debe indicarse un crculo situado en el centro del rea de aterrizaje y despegue. Dicho crculo debe tener un dimetro interior de 6 m o la mitad de la longitud total del helicptero de diseo, lo que resulte mayor, debe trazarse con lnea continua y con un ancho de 0.60 m en color amarillo (cdigo 624), ver figura 1, letra E

Marca de rea de aterrizaje.

Se debe pintar una letra H situada en el centro del crculo, la cual identifica el rea como zona de aterrizaje de helicpteros y sus dimensiones son: 3 m de largo, por 1.70 m de ancho, con lnea continua y un ancho de 0.40 m en color blanco (cdigo 002), la orientacin debe ser hacia el norte magntico, ver figura 1 letra F

Marcas para accesos. El helipuerto debe tener dos rutas de acceso de personal, una principal y otra secundaria que se debe marcar cuando el trnsito normal de pasajeros est prohibido. Esta seal debe ser para control y seguridad del acceso de pasajeros al helicptero supervisados por el piloto, consiste en andadores de 0.45 m de ancho que van desde la escalera al rea de contacto, en color amarillo (cdigo 624), ver figura 1, letra G Lmite de peso. Este nmero indica la capacidad mxima de carga que puede soportar el rea de aterrizaje y despegue del helipuerto, este valor indica el peso en miles de libras del helicptero de diseo, se debe ubicar en la esquina superior derecha, con respecto a la direccin principal de aproximacin, el nmero es de color gris institucional (cdigo 008), ver figura 1, letra H Lmite del dimetro del rotor principal. Debajo del indicador del lmite de peso debe indicarse el dimetro del rotor principal del helicptero de diseo, anotando este valor en pies, en color gris institucional (cdigo 008), ver figura 1, letra I Siglas de identificacin. En la esquina superior izquierda, con respecto a la direccin principal de aproximacin, se deben ubicar las siglas de identificacin del helipuerto, formada por tres letras que determine la autoridad aeronutica, en color gris institucional (cdigo


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008), los nmeros y las siglas deben tener una altura de 1.50 m y el trazo debe ser conforme a la figura 8 de la P.3.0403.01, ver figura 1 letra J Se debe colocar el logotipo de PEMEX, en el lado inferior central, de la cubierta del helipuerto, conforme a las figuras 4, 4A y 3G, de la P.3.0403.01, ver figura 1, letra K Anclajes. Debe instalarse un mnimo de cuatro anclajes para sujetar a los helicpteros despus del aterrizaje. El nmero de puntos de anclaje deben ser determinados, considerando el helicptero de diseo, los anclajes deben ser de tipo empotrado a la placa de la cubierta, pueden estar formados de elementos tubulares y/o barras circulares, en forma de omegas, todo el material usado debe ser acero ASTM A 36 o equivalente, deben evitar la acumulacin de agua, deben estar ubicados a distancias iguales del centro del punto de toma de contacto del helipuerto y no ms de 5 m de distancia entre s, deben estar indicados con un circulo de 0.60 m de dimetro en color rojo institucional (cdigo 102), ver figura 1, letra L Todas las seales antes mencionadas deben delinearse con una lnea de 0.05 m de ancho, en color negro (cdigo 001). Indicador de la direccin del viento. Debe instalarse un cono de viento, conforme al 5.2.1.2 del Manual de Helipuertos de la OACI, en forma tal que el piloto en aproximacin de aterrizaje pueda observarlo de da y de noche, quedar situado en concordancia con los requerimientos de espacios libres y obstrucciones, es necesario asegurarse que d indicaciones correctas de la direccin del viento en la plataforma. El cono de viento estar iluminado de noche y localizado en forma que no ponga en peligro el acceso y egreso de los helicpteros. Iluminacin. Se deben proveer ayudas luminosas, conforme al 5.3.3 del Manual de Helipuertos de la OACI, que lo hagan fcilmente distinguible de otras configuraciones luminosas que puedan producir confusin. Para uso nocturno, las luces del permetro del helipuerto deben ser usadas para delinear la cubierta de aterrizaje. Las obstrucciones que no son obvias se deben marcar con luces rojas omnidireccionales, los obstculos indicadores de direccin de aterrizaje y de viento deben iluminarse tambin.


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A Malla perimetral G Marca para accesos B rea de aterrizaje y despegue H Lmite del peso C Lmite del rea de aterrizaje y despegue I Lmite del dimetro del rotor principal D rea de contacto J Siglas de identificacin del helipuerto E Seal del rea de contacto K Logotipo F Marca del rea de aterrizaje L Anclajes

Figura 1.- Trazado y sealizacin del helipuerto


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2.3 REQUERIMIENTOS DE SERVICIO Viento El principio bsico de diseo debe ser el de localizar el helipuerto de tal manera que el aterrizaje sea libre de obstculos y el despegue tenga el sector ms favorable en direccin de los vientos prevalecientes. El impacto del flujo del viento cerca del helipuerto debe ser evaluado para varias direcciones y condiciones.

Turbulencia La turbulencia en la zona de aterrizaje y despegue es inaceptable, las emisiones de aire caliente como los escapes de enfriadores y otros tipos de maquinaria instalada en la plataforma pueden causar turbulencia, para evitar los efectos anteriores el helipuerto debe ser colocado por encima del ltimo nivel y dejar un espacio vaco de 2 m como mnimo, en su caso no se debe colocar la cubierta del helipuerto directamente sobre el techo de los mdulos habitacional. Se debe analizar cuando se instalen nuevos mdulos en estructuras existentes para evitar cualquier turbulencia no deseada en las rutas de acceso y egreso del helipuerto.

Ubicacin del helipuerto En plataformas tripuladas, el helipuerto debe estar localizado por encima o adyacente al mdulo habitacional, el acceso del personal al helipuerto debe estar libre de obstrucciones. Antes de seleccionar la ubicacin final del helipuerto; se debe considerar un espacio libre de obstculos, respetando las condiciones de seguridad del personal y condiciones ambientales; proximidad de la zona de entrada y salida a materiales peligrosos e inflamables, escapes de maquinaria como la descarga de enfriadores. La orientacin del helipuerto debe ser determinada por la configuracin de la plataforma, arreglo de equipo y vientos prevalecientes. Obstrucciones La zona de aterrizaje y despegue debe quedar libre de obstculos en al menos un arco de 210, slo se permitirn algunos elementos esenciales como: iluminacin o equipos contra incendio, entre otros, pero su altura no debe exceder los 26 cm. Adicionalmente se limitarn los obstculos hasta una distancia de 0.62D (D = longitud total del helicptero de diseo) con una altura mxima de 0.05D y una superficie ascendente 1:2 (vertical a horizontal) hasta una distancia de 0.83D, ver figura 2. Por consideraciones de diseo, un helicptero estacionado apropiadamente en un multi-helipuerto no constituye un obstculo.


37

Figura 2.- Zona de salida y aproximacin, cubierta de aterrizaje y zona libre de obstculos


38

Deben elegirse trayectorias de aterrizaje y despegue de modo que proporcionen las trayectorias ms ventajosas hasta el rea de aterrizaje. Estas trayectorias empiezan en el borde del rea de aterrizaje y despegue, estn orientadas lo ms directamente posible en la direccin de los vientos dominantes. Dichas trayectorias deben estar separadas por un arco de por lo menos 135. En el caso de requerir una trayectoria curva, el radio debe ser de 450 m a una distancia de cuando menos 120 m en lnea recta medidos a partir del rea de aterrizaje y despegue, ver figura 3, letra A Se deben verificar los planos de franqueamiento de obstculos, orientados de acuerdo con la direccin de las trayectorias de aproximacin y despegue, dichos planos deben extenderse hacia fuera y hacia arriba desde el borde del rea de aterrizaje y despegue hasta la altitud en ruta, con una pendiente de 1:8, ver figura 3, letra B, el ancho de la superficie del plano inclinado, debe coincidir con la dimensin del rea de aterrizaje y despegue en el lmite del helipuerto y ensancharse uniformemente hasta alcanzar un ancho de 150 m a los 1 200 m del rea de aterrizaje. Las superficies inclinadas deben extenderse hacia fuera y hacia arriba, desde los bordes laterales del rea de aterrizaje y despegue y desde la superficie de franqueamiento de obstculos para la aproximacin o salida con una pendiente de 1:8, ver figura 3, letra C


39

Figura 3.- Franqueamiento de obstculos


40

2.4 DISEO GEOMTRICO En el diseo geomtrico del helipuerto, se deben considerar las caractersticas fsicas del helicptero de diseo, como son: el peso neto del helicptero, distribucin de la carga de aterrizaje, dimetro del rotor (RD), longitud total del helicptero de diseo (D) y caractersticas del tren de aterrizaje, al igual que el rea de aterrizaje y nmero de helicpteros que sern acomodados. La forma del helipuerto puede ser cuadrada, rectangular, hexagonal, circular, de otras formas o el que PEP estipule en especial en sus bases de licitacin, debiendo siempre satisfacer los requerimientos fsicos y de operacin. La filosofa de operacin del helipuerto debe ser indicada en las bases de licitacin y pueden ser: Para un helicptero simple o multi-helicptero, en ambos casos se deben respetar los requerimientos fsicos, espacios y reas de aterrizaje mnimas que se mencionan enseguida, asimismo se debe evaluar la ubicacin de anclajes adicionales para el rea del helicptero estacionado, segn sea el caso. En helipuertos para cuya filosofa de operacin sea para un helicptero simple, el rea de aterrizaje debe cubrir un crculo cuyo dimetro es la longitud total del helicptero de diseo (D), como se muestra en la figura 4


41

Figura 4.- Tamao mnimo de helipuerto


42

Para helipuertos cuya filosofa de operacin es multi-helicptero, el helipuerto debe ser de dimensiones tales que permita alojar a un helicptero de diseo en operacin y otro igual estacionado, a menos que en las bases de licitacin se indique otra cosa, la separacin mnima que se debe tener entre los aparatos es 1/3 de dimetro del rotor (RD) adicional a la longitud total, medido desde cualquier punto del helicptero propiamente estacionado sobre el helipuerto, ver figura 5. El rea de aterrizaje debe ser igual al del helicptero simple.

Figura. 5.- Separacin entre helicpteros, en helipuertos multi-helicptero


43

2.5 ESPECIFICACIONES DE ESTRUCTURA Para el desarrollo del diseo estructural el contratista debe cubrir los siguientes puntos: Datos del sitio de instalacin Datos operacionales Helicptero de diseo Cargas de diseo Datos ambientales Proteccin contra corrosin Sistema estructural Requerimientos especficos de diseo Anlisis estructurales requeridos Factores de incremento de esfuerzos permisibles, seguridad y de contingencia Materiales estructurales Cubierta del helipuerto La superficie de la cubierta del helipuerto debe ser de placa de acero, con recubrimiento anticorrosivo y antiderrapante, todos los materiales, capas o recubrimientos usados para proporcionar este tipo de superficie deben estar fijados o adheridos estructuralmente a la cubierta con agentes adhesivos que no se alteren o degraden qumicamente en presencia de combustible o aceite o por el ambiente marino. En el diseo de la cubierta se debe tomar en cuenta, la seccin compuesta por la placa y los perfiles que la soportan. El coeficiente de friccin mnimo permisible de la superficie debe ser de 0.65 en todas direcciones con la cubierta del helipuerto mojada, el fabricante debe verificar este coeficiente usando un mtodo reconocido de medicin, el cual debe ser documentado. La cubierta debe tener una inclinacin hacia los lados, para permitir el desage de la misma, la inclinacin debe ser del 1%, incluso bajo la deflexin provocada por el peso del o los helicpteros estacionados. En los bordes de la cubierta debe tener un sistema de recoleccin conectado al sistema de drenaje. Tendr un sistema de drenajes perimetrales, para recoleccin del agua y derrames de combustibles sobre la cubierta del helipuerto, este drenaje debe estar interconectado con el sistema de drenajes aceitosos de la plataforma.


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Cargas de diseo Carga muerta. Se deben considerar como cargas muertas todas aquellas cargas que no cambian su magnitud durante la vida til de la estructura, entre otras: el sistema contra incendio, luces de sealizacin, advertencia y emergencia, drenaje, equipo auxiliar y seales, malla de seguridad, unidad de control elctrico, peso propio. Para su definicin se debe aplicar lo referente a la seccin del o equivalente. Carga viva. La carga viva se debe distribuir uniformemente sobre toda la cubierta del helipuerto incluyendo la malla de seguridad (cuando sea una superficie slida). Para el diseo durante el aterrizaje se debe usar una carga viva o carga total sper impuesta, para helicptero en aterrizaje (SHa) de 0,5 kN/m2 (50 kg/m2). Cuando se est diseando para un helicptero estacionado (reposo), la carga viva o carga total sper impuesta, para helicptero en reposo (SHb) qu se debe considerar vara de 1.5 kN/m2 a 3 kN/m2 (150 a 300 kg/m2), dependiendo de la categora del helicptero, como est indicado en la tabla 1-2 del Manual de Helipuertos de la OACI, Doc 9261-AN/903, o equivalente. Carga de viento. Se deben calcular de acuerdo a lo indicado en la seccin 2.3.2c del API RP 2AWSD o equivalente, los coeficientes de forma mencionados en la seccin 2.3.2c se calculan con lo estipulado en la seccin 2.3.2e. La velocidad del viento utilizada para los anlisis en sitio por operacin y tormenta, debe ser la velocidad de una hora, la cual se obtiene de 10.1.1 y 10.2.1 de la NRF-003-PEMEX-2000 respectivamente, y se ajusta por altura con lo indicado en la seccin 2.3.2b del API RP 2A WSD o equivalente. Para la revisin individual de elementos estructurales se debe usar la velocidad de rfaga de 3 segundos, la cual se obtiene del Anexo A de la NRF-003-PEMEX-2000. PEP tiene delimitada un rea de trabajo para el diseo de las plataformas de perforacin considerado en el campo de aplicacin de la NRF-003-PEMEX-2000. Para localizaciones no comprendidas en la norma antes citada; PEP debe definir en sus bases de licitacin lo procedente para determinar los parmetros ambientales. Cargas de aterrizaje. La carga de diseo por aterrizaje normal o carga lmite de servicio debe ser 1,5 veces la masa mxima de despegue, del helicptero de diseo, como se indica en la tabla 1-2 del Manual de Helipuertos de la OACI, como cargas puntuales que descargan a travs del tren de aterrizaje, ya sean neumticos o patn, la carga de diseo por aterrizaje de emergencia o carga ltima de servicio, ser la carga lmite de servicio factorizado por 1.66 de tal forma que la carga ltima de servicio es de 2.5 veces la


45

masa mxima de despegue del helicptero de diseo, se deben considerar como cargas puntuales que descargan a travs del tren de aterrizaje, ya sean neumticos o patn. Para cubiertas de helipuertos con uno o ms bordes de soporte libre o cantilver, se deben incrementar las cargas anteriores de aterrizaje por un factor de 1.3 adicionalmente, el rea de aterrizaje debe disearse para soportar una carga concentrada del 75% del peso bruto del helicptero de diseo. En reas de servicio situadas fuera de la zona de contacto, la carga de diseo debe ser la masa mxima de despegue, como se indica en la tabla 1-2 del Manual de Helipuertos de la OACI. La placa de la cubierta debe ser verificada por cortante, en el rea de contacto del neumtico o del patn, se debe considerar un rea de contacto de 0.0645 m2 (100 pulg2), del tren de aterrizaje, usando la carga ltima de servicio. La capacidad mnima de aterrizaje de diseo debe ser de 15 toneladas. Carga lateral.

Para disear los soportes del helipuerto se debe considerar la aplicacin de una carga puntual horizontal de 0.5 veces la masa mxima de despegue del helicptero de diseo, junto con la carga debida al viento, aplicada en el sentido que produzca los mximos momentos de flexin como se indica en la tabla 1-2 del Manual de Helipuertos de la OACI. Combinaciones de carga. Para el anlisis estructural del helipuerto en forma aislada se deben considerar las siguientes combinaciones de carga: Para la condicin de operacin: 1.4 carga muerta + 1.6 carga viva + 1.4 carga de viento en operacin + 1.6 peso mximo de despegue del helicptero + 1.6 cargas de un segundo helicptero estacionado (en su caso). Para la condicin de aterrizaje: 1.4 carga muerta + 1.4 carga viva + 1.4 carga de viento en operacin + 1.6 carga lateral + carga de aterrizaje de emergencia (carga ltima de servicio) + 1.6 carga de helipuerto estacionado (en su caso). Verificacin por cortante: carga de aterrizaje de emergencia (carga ltima de servicio). Para el anlisis estructural del helipuerto en forma integral (en sitio) se debe considerar las siguientes combinaciones de carga: Para la condicin de operacin: 1.3 carga muerta + 1.3 carga viva + 1.3 carga de viento en operacin + 1.3 peso mximo de despegue del helicptero + 1.3 cargas de un segundo helicptero estacionado (en su caso). Para la condicin de tormenta: carga muerta + carga viva + carga de viento en tormenta.


46

Anlisis estructurales. Los anlisis estructurales deben realizarse de forma aislada para el diseo local de los elementos estructurales (vigas, columnas y otros) y en el caso de que se trate de un diseo integral (toda la plataforma) se debe realizar adicional una verificacin integral en conjunto con la estructura (mdulo habitacional o estructura de soporte), para esto se aplicar un factor de 1.3 para considerar los efectos dinmicos de respuesta. Los modelos estructurales deben ser tridimensionales por computadora. Los modelos deben ser detallados debiendo representar todas las caractersticas de todos los elementos estructurales. La conectividad de las juntas debe ser modelada tomando en cuenta lo indicado en la seccin 4.3.1c, en su caso 4.3.2 y 4.3.3 del API RP 2A-WSD o equivalente. Para las condiciones de anlisis de instalacin (carga a la barcaza, transportacin e izaje) los modelos deben ser ajustados para poder representar las condiciones reales de las maniobras. El modelo electrnico estructural debe tener la cualidad de ser exportado e integrado al Modelo Electrnico Tridimensional Inteligente (METI) de toda la plataforma. Anlisis en sitio. Consisten en anlisis estticos usando un modelo elstico lineal. Las condiciones de carga (ambientales, vivas y muertas) se deben combinar entre s, para obtener las combinaciones de carga que rigen el diseo de la estructura del helipuerto. Las combinaciones de carga que deben tomarse para el diseo del helipuerto se indican en el 8.4.3 de este documento. Las combinaciones de carga que deben tomarse en cuenta en al verificacin integral por operacin y tormenta son las indicadas en el 8.4.3 de este documento, segn sea el caso. El diseo de los elementos y juntas tubulares se deben efectuar de acuerdo con lo indicado en el 8.4.5 de este documento. La deflexin mxima admitida en cantilver durante el aterrizaje ser de 1/180 veces el claro. Anlisis por fabricacin.

Se debe verificar la ingeniera de fabricacin durante las fases de este proceso, debiendo cumplir con la seccin o equivalente. Las condiciones de carga que se deben aplicar son las cargas muertas. Anlisis por carga a la barcaza. Para el caso en donde el helipuerto tiene que ser transportado en forma independiente, se debe realizar un anlisis por carga a la barcaza, ya sea por medio de izaje directo o por arrastre y se deben tener en cuenta los siguientes requerimientos:


47

Carga a la barcaza mediante arrastre. Se deben identificar los pasos de carga ms crticos para la estructura debiendo tomar las acciones preventivas necesarias para evitar que durante la maniobra se presente alguna condicin no deseada. Se debe demostrar la integridad de la estructura mediante un anlisis de carga a la barcaza de acuerdo con A.1.1 de la NRF-041-PEMEX-2003 y la seccin. Se deben realizar anlisis estructurales estticos para evaluar el comportamiento de la estructura en sus distintas fases de carga. El prestador de servicio debe proporcionar a PEP un procedimiento de carga genrico, el cual debe describir de manera secuencial todas las etapas por las que podra atravesar la estructura, debiendo identificar aquellas posiciones que tengan una alta probabilidad de presentarse durante la maniobra de carga. Cada etapa de carga debe considerar la modelacin de las condiciones de apoyo que simulen los movimientos inducidos por la barcaza. Carga a la barcaza mediante izaje. Se debe demostrar mediante un anlisis de izaje que la estructura cumple con las condiciones de seguridad para desarrollar dicha maniobra. Cuando los accesorios y equipos de izaje sean los mismos en patio que para un izaje costa afuera, con el anlisis de izaje costa afuera (en instalacin), ser suficiente. Cuando la carga mediante izaje se realice en lugares protegidos, se debe usar un factor de carga dinmico de 1.5 para elementos y accesorios de izaje que conectan directamente con los puntos de izaje y de 1.15 para los dems elementos. 2.6 ANLISIS POR TRANSPORTACIN. Se debe verificar el comportamiento estructural del helipuerto durante la transportacin al sitio de instalacin o a otro sitio, y debe cumplir con la NRF-041-PEMEX-2003. Las cargas de transportacin deben ser calculadas segn lo dispuesto en la NRF-041-PEMEX-2004 y NRF-003-PEMEX-2000 Anlisis de instalacin. A todas las maniobras de izaje se les debe aplicar un anlisis de izaje. El centro de gravedad debe verificarse de acuerdo a lo especificado en la NRF-041-PEMEX-2003 Cuando se trate de un izaje costa afuera se aplican los factores de carga dinmica indicados. Para elementos (orejas de izaje, elementos estructurales u otros) que conectan directamente a los puntos de izaje un factor de 2. Para los dems elementos se aplica un factor de 1.35 Los factores de carga dinmica deben ser aplicados a las cargas estticas de diseo. En el caso de tratarse de un izaje dentro de la costa. En lugares protegidos se podr usar los factores de carga dinmica. Para elementos y accesorios de izaje que conectan directamente con los puntos de izaje 1.5. Para los dems elementos se aplica un factor de 1.15


48

Las eslingas o estrobos deben de cumplir con un factor de seguridad de 4 veces la carga esttica, tal como lo marca la seccin. Los grilletes deben ser seleccionados para una carga de trabajo igual o mayor que la carga esttica, el factor de seguridad mnimo especificado por el fabricante debe ser de por lo menos 3. 2.7 DISEO ESTRUCTURAL. Diseo de elementos. Cada elemento estructural debe ser diseado para la condicin o combinacin de cargas que produzcan el mximo esfuerzo en el elemento estructural, empleando el criterio de diseo por esfuerzos permisibles. El diseo de todos los elementos estructurales deben ser de acuerdo a lo especificado en las secciones 1.5 a 1.11 del Manual de Construccin de Acero IMCA o equivalente a excepcin de lo indicado en la seccin 3 del API RP 2A-WSD o equivalente, para elementos tubulares. Diseo de juntas. Todas las juntas tubulares deben disearse con lo indicado en la seccin 4 del API RP 2A-WSD o equivalente. Las juntas no tubulares deben disearse con la seccin 2 del AWS D1.1, o equivalente. Los materiales de acero estructural, incluyendo los metales de aporte empleados en la soldadura y la tornillera, deben cumplir con la P.4.0131.01. El diseo de las conexiones atornilladas debe cumplir con el Manual de Diseo en Acero del AISC o equivalente.


49

CAPTULO III

DESARROLLO DEL PROYECTO


50

3.1 MEMORIA DE CLCULO.

Para el clculo de la estructura del helipuerto en particular, se emplearon diversos clculos as como la simulacin por elemento finito por medio de un programa CAD/CAM (Inventor 2010), a continuacin se proceder a mostrar la memoria de clculo junto con todas las condiciones que se tomaron para cada caso en particular. Como el diseo de la estructura est basado en uniones de vigas con columnas en su mayora, la memoria de clculo se concentrar en los clculos y anlisis de estos elementos, posteriormente el programa CAD/CAM se encargar de realizar el ensamble y llevar a cabo la simulacin de las fuerzas con los componentes ya en conjunto, para as poder crear un reporte donde nos mostrar las caractersticas de la estructura, y si est es capaz de resistir para lo que fue diseada. Clculo de vigas.

El primer concepto a calcular son las vigas de la estructura, la estructura consta de 24 vigas, de dos claros de diferente longitud, pero las condiciones a las que estarn expuestas sern las mismas para todas ellas. Las vigas que se encuentran en la estructura son de las siguientes magnitudes: VIGA1.-Con un claro de 8.606m y perfil W360X551 VIGA2.-Con un claro de 7.697m y perfil W360X551 Ambas estructuras sern hechas de acero estructural (ASTM A36), ya que se considero que ste es uno de los materiales ms adecuados para estructuras, y tambin el aspecto comercial, ya que tambin es uno de los ms comerciales y de ms fcil distribucin. Clculo de viga 1. Para el anlisis de la primer viga se tomaron los siguientes valores del libro de Mecnica de Materiales 3ra Ed. Beer & Johnston.

E= 200Gpa Como se trata de una viga estticamente determinada, el primer punto a considerar es el obtener las reacciones en sus extremos.


51

DIAGRAMA DE VIGA

(5) , y por consiguiente

Una vez habiendo obtenido nuestras reacciones, se procede a evaluar cmo se comporta el elemento con respecto a la carga, en este punto se toman en consideracin las condiciones de frontera, as como las ecuaciones que representen a las cargas dependiendo de lo que se quiera obtener, en este caso sern, el momento mximo y el cortante mximo.

(6)

(7) Una vez habiendo desarrollado el procedimiento necesario, se tendr una ecuacin como la siguiente:

(8) Una vez obtenido la ecuacin, anterior lo siguiente es determinar nuestras condiciones de frontera, que estas sern consideradas en el punto donde el elemento sufra la mayor deflexin, para nuestro ejercicio ste ser al centro de la viga, ya que la fuerza se encuentra concentrada en ese punto, y es donde sufrir la deflexin mayor.

Para X= 4.303


52

Utilizando

Utilizando

El clculo se realiza con los dos momentos de inercia del perfil, para de este modo saber en qu eje es donde va a sufrir mayor deflexin, en el caso de esta viga se observa que ser en el eje y, ya que su momento de inercia es menor al del eje x. Una vez habiendo terminado el anlisis tambin se obtendrn los diagramas de fuerzas cortantes y de momentos flexionan ts, donde se mostraran las ubicaciones de los mayores esfuerzos

FIGURA 4.2 DIAGRAMA DE FLEXIONANTES

Calculo de viga 2

Para el anlisis de la primer viga se tomaron los siguientes valores del libro de Mecnica de Materiales 3ra Ed. Beer & Jhonson

E= 200Gpa Como se trata de una viga estticamente determinada, el primer punto a considerar es el obtener las reacciones en sus extremos.


53

DIAGRAMA DE VIGA

(9)

, y por consiguiente

Una vez habiendo obtenido nuestras reacciones, se procede a evaluar cmo se comporta el elemento con respecto a la carga, en este punto se toman en consideracin las condiciones de frontera, as como las ecuaciones que representen a las cargas dependiendo de lo que se quiera obtener, en este caso sern, el momento mximo y el cortante mximo.

(10)

(11)

Una vez habiendo desarrollado el procedimiento necesario, se tendr una ecuacin como la de a continuacin.

(12) Una vez obtenido la ecuacin anterior lo siguiente es determinar nuestras condiciones de frontera, que estas sern consideradas en el punto donde el elemento sufra la mayor deflexin, para nuestro ejercicio este ser al centro de la viga, ya que la fuerza se encuentra concentrada en ese punto, y es donde sufrir la deflexin mayor.


54

Para X= 3.8485

Utilizando

Utilizando

El clculo se realiza con los dos momentos de inercia del perfil, para de este modo saber en qu eje es donde va a ocurrir mayor deflexin, en el caso de esta viga se observa que ser en el eje y, ya que su momento de inercia es menor al del eje x. Una vez habiendo terminado el anlisis tambin se obtendrn los diagramas de fuerzas cortantes y de momentos flexionantes, donde se mostrarn las ubicaciones de los mayores esfuerzos.

DIAGRAMA DE FLEXIONANTES


55

Clculo de tornillos. Para la unin de los tornillos con las vigas, y con las columnas, se requerir de un ngulo de acero estructural (ASTM A36) con un perfil L 102X89X9.5 Para saber el esfuerzo de los tornillos se tomarn esfuerzos de tornillos ordinarios para despus poder hacer la seleccin del tornillo adecuado, estos esfuerzos son:

El clculo de los tornillos, nos dar las caractersticas de los tornillos en ciertos esfuerzos. Como lo son: por aplastamiento, por cortante y por tensin, que el tornillo va a sufrir junto con la viga, con una fuerza especfica.

; (13-4)

Suponiendo una fuerza de 6000 kg Esfuerzo cortante

Falla por ruptura a tensin

Falla por aplastamiento

Falla por desgarramiento a corte


56

Una vez teniendo las ecuaciones necesarias para poder llevar a cabo los clculos de los tornillos, se toman ciertas consideraciones, el ngulo que se tomar ser de perfil L 102X89X9.5, con un acomodo de cuatro tornillos por cara, (el cul se mostrar en los planos de construccin), este acomodo se corroborar con los clculos posteriores. Clculo de tornillos (conexin entre ngulos y alma de la viga) Esfuerzo cortante

N= nmero de tornillos

Si N= 4 tornillos

Esfuerzo de aplastamiento en el centro de la viga

t=67.6mm N= 4 tornillos

d= 1.03 mm Esfuerzo de aplastamiento de los tornillos sobre los ngulos. N= 4 tornillos

d= 4.55 mm

4.1.2.2. Anlisis de la conexin atornillada (conexin al patn de la columna) Para las conexiones de los ngulos a los patines de la columna se toman las mismas consideraciones que los tornillos ajustados al alma de la viga. Esfuerzo cortante


57

;

Aplastamiento de los tornillos sobre los ngulos

;

Para N= 4 tornillos

Como se pudo observar en el anlisis anterior el acomodo de cuatro tornillos en cada cara de un ngulo es capaz de de soportar la fuerza ejercida, para asuntos comerciales se tomarn medidas estndar y dimetros nominales, para mantener un mayor factor de seguridad sobre la estructura se optar por la aplicacin de tornillos de alta resistencia, ya que stos aparte de soportar mayores esfuerzos, son ms resistentes a la corrosin que un tornillo normal, la medida que se ocupar ser un tornillo TR12, con una medida de 12mm, ya que es el ms aproximado a los resultados obtenidos en los clculos anteriores.


58

Tabla Tornillos de Resistencia

Tornillo Dimetro de la

caa

d

mm

Vstago Cabeza Dimetro del

agujero

a

mm

Longitud roscada b en

funcin

de la longitud total

Longitud

de la

salida

x

mm l

mm b

mm l

mm b

mm Espesor

k

mm

Medida

entre

caras

s

mm

Medida

entre

aristas

e

mm

Dimetro

exterior

d

mm

Radio

del

acuerdo

r

mm

TR 12

TR 16

TR 20

TR 22

TR 24

TR 27

12

16

20

22

24

27

< 40

< 70

< 85

< 85

< 85

45

> 75

> 90

> 90

> 90

>

100

23

28

33

34

37

39

2,5

3

4

4

4,5

4,5

8

10

13

14

15

17

22

27

32

36

41

46

25,4

31,2

36,9

41,6

47,3

53,1

20

25

30

34

39

43,5

1,6

1,6

2

2

2

2,5

14

18

22

24

26

29

Clculo de carga crtica en columnas

Como la estructura del helipuerto va a estar descansando sobre columnas, se debe de calcular las cargas crticas que stas son capaces de soportar, ya que es una parte importante en el diseo, el pandeo de la columna puede significar crucial para el diseo, ya que si la carga sobrepasa la carga crtica de la columna, el pandeo de la columna puede ser tal, que lo ms probable es que llegue a una ruptura y a una cada de la estructura. Para calcular la carga crtica de las columnas, se tomar como base las ecuaciones de Euler:

(18-1) La siguiente consideracin que se debe de tomar es el cmo va a estar unida la columna, en nuestro caso la columna se comportar, como una tipo mstil, ya que estar empotrada en la parte inferior, y de manera articulada en la parte superior, con esta consideracin se toma en cuenta la longitud del pandeo de la columna.


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PANDEO DE COLUMNAS

Una vez teniendo todas las caractersticas de la columna, solo falta adicionar las caractersticas del material y del perfil de la columna. Las columnas tendrn una altura de 2m, sern de acero estructural (ASTM A-36), y de un perfil W920X446. Se tomaron los siguientes valores del libro de Mecnica de Materiales 3ra Ed. Beer & Jhonson

E= 200Gpa

Una vez sustituyendo los valores se obtendr la siguiente ecuacin

Utilizando


60

Utilizando

La carga que cada una de las columnas debe de cargar en la estructura es aproximadamente de 60000N, por lo que se puede observar los perfiles, as como el material de las columnas pueden soportar la fuerza aplicada sin ningn problema. Cargas vivas en las columnas. El siguiente punto a calcular son las cargas vivas de las columnas, una carga viva son las cargas que siempre van a estar presente en la estructura en todo momento, que en el caso del helipuerto seria el peso del helicptero, junto con el de la placa de aluminio. Se considera al helicptero como carga viva ya que puede permanecer estacionado por un tiempo indefinido o no. Para ello se emplea la siguiente frmula:

Donde:

Es la carga viva que carga cada columna Es la carga tributaria o carga efectiva, que cubre cada columna


61

DIAGRAMA DE REAS TRIBUTARIAS DE ESTRUCTURA

Carga viva en columnas centrales

DIAGRAMA DE FUERZAS DE CARGAS VIVAS

Carga viva en columnas en los extremos


62

Clculo de las cargas sobre estructura. El clculo de las cargas sobre la estructura es para determinar qu tanta fuerza va a recibir cada uno de los apoyos de la estructura, en este caso, en cada unin de las vigas y las columnas, sta es una forma de ver cmo se comportan las cargas en la estructura, y por lo mismo si las columnas son capaces de soportar tales esfuerzos, y para saber qu tipo de sistema de direccin tiene la estructura. El sistema de direccin se realiza con el fin de ver cmo se comportan las cargas, como su nombre indica en qu direccin se presentan las cargas en la estructura. Existen dos tipos de direcciones, los de una direccin y los de dos direcciones, estas direcciones vienen dadas por la relacin que existe entre los claros de las estructuras.

En este caso el sistema corresponde a una direccin (21-7)

En este caso el sistema corresponde a dos direcciones (22-7)

DIAGRAMA DE DISTRIBUCIN DE FUERZAS


63

A continuacin se mostraran los clculos realizados a la estructura

Para la carga distribuida se considera como en los casos anteriores, pero para efecto de este anlisis se analizar solo un cuadro de la estructura, el cual se compone de las dimensiones de 8.63m x 8.63m

DIAGRAMA DE FUERZAS SOBRE ESTRUCTURA


64

Las cargas mostradas en la figura anterior son las cargas que soportar la estructura en la parte lateral, mientras que en la parte central de la estructura, esa carga se duplicar, ya que stas tendrn la carga tributaria completa.

DIAGRAMA DE CARGAS TRIBUTARIAS

Siendo por lo tanto las reacciones

En los extremos: Y en las partes centrales


65

3.2 SIMULACIN DE ESTRUCTURA Como se coment al inicio del captulo, como complemento del anlisis de la estructura mediante un programa de CAD/CAM se realizar el anlisis por elemento finito de la estructura ya en su conjunto, tomando en cuenta las uniones con tornillos, ngulos la placa de aluminio, las vigas y dems componentes. El programa realizar el anlisis por medio del esfuerzo de Von Misses, el cual nos va a dar los resultados de fallo con respecto a la elasticidad de los materiales, una vez aplicada la carga del helicptero.

Como podemos observar en la imagen anterior el programa nos da las caractersticas de los materiales utilizados en la simulacin.


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En este punto el programa nos dice en donde se van a aplicar las cargas, en este caso se esta ejerciendo sobre el eje z.

IMAGEN DE SIMULACIN


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Lo siguiente que la simulacin nos ofrece son los resultados, los cuales son por desplazamiento en cada eje y por Von Misses, los cuales se muestran a continuacin.


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Las tablas antes mostradas son las tabulaciones de las simulaciones, a continuacin tendremos las imgenes de la simulacin cuando se aplica la fuerza a la estructura.

ANLISIS VON MISSES


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3.3 PLANO GENERAL


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PLANO DE CONSTRUCCIN


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PLANO DE DETALLES


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PLANO ESTRUCTURAL


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COLUMNA PERFIL W920x446


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COLUMNA PERFIL W920x446


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VIGA PERFIL W360x551


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ANGULO 108X89X9.5


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TORNILLO DE RESISTENCIA TR12


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TUERCA PARA TORNILLO TR12


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REJILLA IS-06 3/16 X 2-1/2


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3.4 MATERIALES Todos los materiales usados en el diseo del helipuerto objeto de esta norma de referencia, deben ser de acero estructural, incluyendo los metales de aporte empleados en la soldadura y la tornillera, deben cumplir con los requerimientos establecidos. Cotizacin No.1 (FERRECABSA) Vigas perfil W360X551 12,580 pesos cada viga de 12 metros, por lo tanto se requieren 24 vigas para nuestro diseo. Columna perfil W920X446 35,288 pesos cada viga de 12 metros, por lo tanto se requieren 3 columnas para nuestro diseo. ngulo de acero estructural (ASTM A36) con un perfil L 102X89X9.5 126.36 cada uno y se requieren 96 para nuestro diseo Tornillos 9 pesos cada uno y se necesitan 576 para nuestro diseo Tuercas 1.8 pesos cada una y se necesitan 576 para nuestro diseo Rondanas .55 pesos y se requieren 576 para nuestro diseo Plancha de aluminio 195.36 pesos el metro cuadrado y se requieren 729 metros para nuestro diseo. Pintura total 16,000 Total de costos

Tabla Cotizacin de materiales (FERRECABSA) Concepto Viga Columna Angulo Tornillo Tuerca Rondana Plancha Pintura Precio c/u 12,580 35,288 126.36 9 1.8 .55 195.36 16,000 cantidad 24 3 96 576 576 576 729 1 total 301,920 105,864 12,130.56 5,184 1,036.8 316.8 142614.27 16,000

Costo total de la cotizacin $585,066.44 pesos

Cotizacin No. 2 (ACEROS CONSOLIDADA) Vigas perfil W360X551 14,026 pesos cada viga de 12 metros, por lo tanto se requieren 24 vigas para nuestro diseo. Columna perfil W920X446 33,907 pesos cada viga de 12 metros, por lo tanto se requieren 3 columnas para nuestro diseo.


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ngulo de acero estructural (ASTM A36) con un perfil L 102X89X9.5 210.11 cada uno y se requieren 96 para nuestro diseo Tornillos 8 pesos cada uno y se necesitan 576 para nuestro diseo Tuercas 1.5 pesos cada una y se necesitan 576 para nuestro diseo Rondanas .50 pesos y se requieren 576 para nuestro diseo Plancha de aluminio 196.36 pesos el metro cuadrado y se requieren 729 metros para nuestro diseo. Pintura total 16,000 Total de costos

Tabla Cotizacin de materiales (ACEROS CONSOLIDADA) Concepto Viga Columna Angulo Tornillo Tuerca Rondana Plancha Pintura

Precio c/u 14,026 33,907 210.11 8 1.5 .50 195.36 16,000 cantidad 24 3 96 576 576 576 729 1

total 336,624 101,721 20,170.56 4,608 864 288 142,614.27 16,000

Costo total de la cotizacin $ 622,889.83 pesos

Cotizacin No. 3 (ABINSA)

Vigas perfil W360X551 16,000 pesos cada viga de 12 metros, por lo tanto se requieren 24 vigas para nuestro diseo. Columna perfil W920X446 36,500 pesos cada viga de 12 metros, por lo tanto se requieren 3 columnas para nuestro diseo. ngulo de acero estructural (ASTM A36) con un perfil L 102X89X9.5 180 pesos cada uno y se requieren 96 para nuestro diseo Tornillos 12 pesos cada uno y se necesitan 576 para nuestro diseo Tuercas 2.5 pesos cada una y se necesitan 576 para nuestro diseo Rondanas 1 pesos y se requieren 576 para nuestro diseo Plancha de aluminio 196.36 pesos el metro cuadrado y se requieren 729 metros para nuestro diseo.


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Pintura total 16,000 Total de costos

Tabla Cotizacin de materiales (ABINSA) Concepto Viga Columna Angulo Tornillo Tuerca Rondana Plancha Pintura

Precio c/u 16,000 36,500 180 12 2.5 1 195.36 16,000 cantidad 24 3 96 576 576 576 729 1

total 384,000 109,500 17,280 6,912 1,440 576 142,614.27 16,000

Costo total de la cotizacin $ 678,322.27 pesos 3.5 COSTO DE MANO DE OBRA Se considera que la mano de obra la realizar un contratista debido a que nosotros no contamos con el capital humano ni las herramientas necesarias. Contratista No.1 La cotizacin total del ensamble del proyecto es de $80,000 pesos y el tiempo de entrega es de 15 das a partir de que ya se tenga la cimentacin civil de la estructura. Contratista No.2 La cotizacin total del ensamble del proyecto es de $ 63,000 pesos y el tiempo de entrega es de 27 das a partir de que ya se tenga la cimentacin civil de la estructura Considerando que tenemos el capital humano y las herramientas necesaria nuestro costo de mano de obra sera de $ 45,000 pesos y un tiempo de entrega de 15 das. Costos de permiso para construccin

Slo se necesita un permiso para construir helipuertos el cual es de $1,750 pesos Considerando todo lo anterior un valor tentativo del proyecto podra ser de: $ 696,139.83 pesos sin considerar los honorarios del ingeniero diseador del proyecto.

Costo a cliente

El costo que se le presentar al cliente est dado por todas las consideraciones anteriormente vistas, sin embargo hay costos extras que se deben de considerar, como los son: Transporte de mercanca Improvistos de planta y en el lugar de emplazamiento


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Stock de piezas de repuesto Fondo contra contingencias Etc.

Estos costos pueden variar significativamente, ya que todos los emplazamientos son distintos, para poder absorber todo esto, por tal motivo se consider tener un porcentaje del costo del emplazamiento para cubrirlo, suponiendo que el costo de fbrica para el helipuerto sea de $700,000.00 pesos, se tendr un 30% de este costo para el fondo contra contingencias, dndonos un valor de $210,000.00 pesos. Tales costos de fabricacin nos indican que el producto se debe de vender en aproximadamente $1, 200,000.00 pesos. Del precio de $1, 200,000.00 pesos se obtendr el capital suficiente para una inversin futura, as como para cubrir el fondo para contingencias y para innovacin de materiales y maquinaria

Plazos de pago

Los plazos de pago que se manejarn al cliente son de cinco formas diferentes: 1.- Pagos de una exhibicin En el caso de que el cliente haga el pago de una sola exhibicin, al precio de la estructura se le descontar un 10%, quedando con un costo de final de $1, 000,000.00 pesos 2.- Plazo de pagos a 5 aos En el caso de que el cliente prefiera realizar el pago del helipuerto a 5 aos, el precio se ver afectado con un aumento del 5%, dando esto un costo final de $1, 260,000.00 3.- Plazo de pagos a 10 aos En el caso de que el cliente prefiera realizar el pago del helipuerto a 5 aos, el precio se ver afectado con un aumento del 8%, dando esto un costo final de $1, 296,000.00 4.- Plazo de pagos mayor a 10 aos En el caso de que el cliente prefiera realizar el pago del helipuerto a un plazo mayor de 10 aos, el precio se ver afectado con un aumento del 5%, durante los primeros 10 aos, y un aumento del 3% por cada ao que transcurra despus de los 10 aos.


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5.- Plazo de pagos a menor tiempo En el caso de que el cliente ste realizando un pago determinado tiempo, ste podr liquidar la deuda de una sola exhibicin del faltante, en este caso no se realizara ningn tipo de descuento o aumento al precio. Inversin Inicial

Habiendo tenido en cuenta todos los datos anteriores, se calcula que la inversin inicial para la construccin de un helipuerto es de aproximadamente $2, 000,000.00 de pesos. Cabe mencionar que el monto de la inversin inicial se ver afectado por la cantidad de emplazamientos que se realicen en aproximadamente 2 aos, ya que el retorno de la inversin de $2, 000,000.00 de pesos se lograra en un tiempo de dos aos, con pagos de contado. Si los pagos se realizan en un perodo de cinco aos el tiempo aproximado de la recuperacin es de 8 aos. Si los pagos se realizan en un periodo de diez aos el tiempo aproximado de la recuperacin es de 15 aos y 4 meses. El tiempo de recuperacin de la inversin se puede ver afectado por la cantidad de helipuertos por emplazar, las cantidades antes mencionadas son en relacin a una sola venta del producto.


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CAPTULO IV

ANLISIS ECONMICO


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CONCLUSIONES

Uno de los lados negativos de los helipuertos son los altos costos que se requieren para adquirirlos, ya que son estructuras complejas, y su precio puede llegar a estar por encima del milln de pesos, pero en muchas ocasiones son necesarias para la productividad de la empresa que lo adquiere, ya sea por ahorro de tiempo en los viajes, transporte de mercanca o emergencias, actividades que por tierra pueden repercutir en el desempeo de la empresa. Pero los tiempos que se viven en la actualidad, y el crecimiento desproporcionado de las poblaciones, hace de manera casi indispensable el uso de plataformas para vehculos areos, ya que la tecnologa de hoy en da nos ubica en un futuro donde los medios de transporte ms importantes no sean los que viajen por tierra, si no, los que lo hagan por aire, y que algunas actividades se realicen indispensablemente en este espacio.


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ANEXOS Firmas de ingeniera, proveedores, contratistas y/o licitantes Las firmas de ingeniera, proveedores y/o contratistas deben cumplir como mnimo con las especificaciones de este documento, para el diseo de accesorios y miscelneos, adems: La ingeniera que entreguen a PEP debe ser por medios electrnicos e impresos, segn requerimientos de la licitacin, dicha documentacin debe cumplir con la NOM 008-SCFI-2002 y debe estar en idioma espaol, asimismo debe estar validada con sello y rbrica del responsable de la compaa. Tambin deben entregar los archivos de la base de datos creados dentro del software requerido, libreras, macros, hojas de respaldo, entre otros. Tambin todos los archivos relacionados con el uso del software de verificacin, como son: informes de comparacin, archivos transferidos, entre otros. Libros de proyecto. En caso de que PEP lo solicite, la elaboracin de las bases tcnicas para licitacin deben incluir los siguientes anexos como mnimo: Anexo __ Relacin de planos y/o croquis Anexo __ Normas y especificaciones generales. Anexo __ Alcances y especificaciones particulares Anexo __ Catlogo de conceptos y cantidades de obra Anexo __ Programa calendarizado de obra Anexo __ Equipo y software disponible por el contratista para la ejecucin de los trabajos La nomenclatura de los anexos ser de acuerdo a los requerimientos de PEP. Los controles de ingeniera (control de planos y control de materiales), presupuesto interno, acompaado de dos cotizaciones de proveedores para equipos y materiales. Las condiciones no cubiertas en esta norma de referencia requeridas para el anlisis y diseo, deben ser establecidas por el contratista o prestador de servicios y presentadas a PEP para su aprobacin.


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BIBLIOGRAFA

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NAAMM MBG 531 Metal bar grating manual For steel, stainless steel, and aluminum gratings and stair treads (Manual de rejilla de barras metlicas Para rejillas de acero, acero inoxidable y aluminio y escalones de rejilla) AISC - Manual of steel construction-Allowable stress design American Institute of Steel Construction, 9 edition 1989 (Manual de constriccin en acero, Diseo por esfuerzos permisibles, Instituto Americano de la Construccin en Acero, 9a edicin 1989)

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