Memoria de Cálculo Taller Mecanico Rev.2

Cliente: MAS ERRÁZURIZ Proyecto: Taller Mecánico Mas Errázuriz Fecha: 18/03/2015

Memoria de Cálculo Taller Mecánico Mas Errázuriz

REV.

TIPO

FECHA

EJECUTÓ

REVISÓ

1 2

C C

03/03/2015 18/03/2015

DFR DFR

CPQ CPQ

 Tipo de Emisión:

(A) Preliminar

(B) Para cotización o propuesta

APROBÓ

DESCRIPCIÓN PARA APROBACIÓN PARA APROBACIÓN

(C) Para aprobación

(D) Aprobado

Cristóbal Paul, M.Sc. Ingeniero Civil Estructural UC

Contenido 1.

Generalidades .................................................................................................................... 3 1.1.

......................................................................................................................... ....................................................... 3  Alcance..................................................................

1.2.

Referencias .........................................................................................................  ................................................................................................................. ........ 3

1.3.

Códigos de diseño ...................................................................................................... ..................................................................................................... 3

1.4.

Materiales ............................................................ ................................................................................................................... ....................................................... 4

2.

Descripción de la estructura ...................................................................................  ........................................................................................... ........ 4

3.

...................................................................................................... 5 Descripción de cargas .......................................................................................................

3.1.

Peso propio (D) .......................................................................................................... ......................................................................................................... 5

3.2.

........................................................................................ ................... 5 Sobrecarga de Techo (Lr) .....................................................................

3.3.

Nieve (S) ...................................................................................................................... 5

3.4.

..................................................................................................................... ........................................................ 5 Sismo (E) .............................................................

3.4.1.

Coeficiente Sísmico Horizontal ...................................................................  ........................................................................... ........ 5

3.4.2.

Coeficiente Sísmico Vertical ................................................................................ 6

3.5.

Viento (W) ................................................................................................................... .................................................................................................................. 6

4.

................................................................................................ 6 Combinaciones de cargas .................................................................................................

5.

Esquemas del modelo ....................................................................................................... ...................................................................................................... 7

5.1. 6.

 ....................................................................................................................... ................... 7 Modelo 3D .................................................................................................... ........................................................................................................... 8 Esquemas de carga ............................................................................................................

6.1.

Sobrecarga de Techo (kgf/m) ..................................................................................... 8

6.2.

Sobrecarga de Nieve (kgf/m) ...................................................................................... 9

6.3.

Sismo Horizontal (/g) ...........................................................................................  ................................................................................................... ........ 9

6.4.

Viento (kgf/m) ............................................................................................................. 12

7.

Elementos estructurales ................................................................................................ 13

.............................................................................................................................. ................................................................. 15 8.  Análisis .............................................................

8.1.

Verificación de elementos estructurales ................................................................ 15

8.2.

.............................................................................................. 16 Diseño de Fundaciones ...............................................................................................

8.3.

Cálculo de Placas Base ................................................................................................ ............................................................................................... 31

8.4.

Cálculo de Pernos de Anclaje .................................................................................... 37

8.5.

Cálculo de Llave de Corte ........................................................................................... 43

8.6.

Diseño de Conexiones Principales ........................................................................... 44

Contenido 1.

Generalidades .................................................................................................................... 3 1.1.

......................................................................................................................... ....................................................... 3  Alcance..................................................................

1.2.

Referencias .........................................................................................................  ................................................................................................................. ........ 3

1.3.

Códigos de diseño ...................................................................................................... ..................................................................................................... 3

1.4.

Materiales ............................................................ ................................................................................................................... ....................................................... 4

2.

Descripción de la estructura ...................................................................................  ........................................................................................... ........ 4

3.

...................................................................................................... 5 Descripción de cargas .......................................................................................................

3.1.

Peso propio (D) .......................................................................................................... ......................................................................................................... 5

3.2.

........................................................................................ ................... 5 Sobrecarga de Techo (Lr) .....................................................................

3.3.

Nieve (S) ...................................................................................................................... 5

3.4.

..................................................................................................................... ........................................................ 5 Sismo (E) .............................................................

3.4.1.

Coeficiente Sísmico Horizontal ...................................................................  ........................................................................... ........ 5

3.4.2.

Coeficiente Sísmico Vertical ................................................................................ 6

3.5.

Viento (W) ................................................................................................................... .................................................................................................................. 6

4.

................................................................................................ 6 Combinaciones de cargas .................................................................................................

5.

Esquemas del modelo ....................................................................................................... ...................................................................................................... 7

5.1. 6.

 ....................................................................................................................... ................... 7 Modelo 3D .................................................................................................... ........................................................................................................... 8 Esquemas de carga ............................................................................................................

6.1.

Sobrecarga de Techo (kgf/m) ..................................................................................... 8

6.2.

Sobrecarga de Nieve (kgf/m) ...................................................................................... 9

6.3.

Sismo Horizontal (/g) ...........................................................................................  ................................................................................................... ........ 9

6.4.

Viento (kgf/m) ............................................................................................................. 12

7.

Elementos estructurales ................................................................................................ 13

.............................................................................................................................. ................................................................. 15 8.  Análisis .............................................................

8.1.

Verificación de elementos estructurales ................................................................ 15

8.2.

.............................................................................................. 16 Diseño de Fundaciones ...............................................................................................

8.3.

Cálculo de Placas Base ................................................................................................ ............................................................................................... 31

8.4.

Cálculo de Pernos de Anclaje .................................................................................... 37

8.5.

Cálculo de Llave de Corte ........................................................................................... 43

8.6.

Diseño de Conexiones Principales ........................................................................... 44

1. Generalidades 1.1.

 Alcance

La siguiente memoria describe el análisis y diseño estructural del Taller Mecánico Mas Errázuriz con sus respectivas fundaciones. El galpón en cuestión es utilizado en trabajos de mantención de maquinaria y debe ser capaz de resistir las solicitaciones a la que se verá afectada en operación. Para esto se ha verificado que los elementos estructurales que lo componen resistan dichas cargas de acuerdo a las normas vigentes. Se analizará la estructura para cargas de Peso Propio, Sobrecargas de Techo, Nieve, Sismo, Viento y un Tecle de Mantención.

1.2.

Referencias

Los cálculos que se presentan a continuación se complementan con los siguientes documentos: Ref [1] Información recibida por correo electrónico proveniente de Mas Errázuriz. Ref [2] Planos N° ME-137-2015-ES-01 Rev.C ME-137-2015-ES-02 Rev.C ME-137-2015-OC-01 Rev.C ME-137-2015-OC-02 Rev.C

1.3.

Códigos de diseño

Los elementos de acero serán diseñados con las recomendaciones de la norma AISC 360-05. Los cálculos se complementan con las normas chilenas: Ref [3] NCh2369 .Of2003: Diseño sísmico de estructuras e instalaciones industriales. Ref [4] NCh1537.Of86: Diseño Estructural de Edificios – Cargas permanentes y sobrecargas de uso. Ref [5] NCh3171.Of2010: Diseño Estructural – Disposiciones generales y combinaciones de carga. Ref [6] NCh427.cR1977: Especificaciones para el cálculo de estructuras de acero para edificios. Ref [7] NCh431.Of77: Construcción – Sobrecargas de nieves. Ref [8] NCh432.Of.71: Calculo de la acción del viento sobre las construcciones.

La resistencia de materiales se detalla en los documentos: -

ASTM A36, A325 AWS D1.1

1.4.

perfiles y pernos soldadura estructural

Materiales

-  ASTM A36 o equivalente equivalente para perfiles y planchas. -  ASTM A325 para pernos de conexión.

2. Descripción de la estructura La estructura consiste en un galpón de acero con marcos arriostrados en el sentido longitudinal y marcos de momento en el sentido transversal como se aprecia en la Figura 1. Dicha estructura posee recubrimiento exterior y un portón de ingreso para maquinaria. La estructura se ancla en sus respectivas fundaciones que se ubican por todo el contorno de la estructura bajo las columnas principales que la componen.

Figura 1: Esquema de Taller Mecánico Mas Errázuriz

3. Descripción de cargas 3.1.

Peso propio (D)

Corresponde al peso del acero de los elementos con que se construye la estructura. Se considera un peso específico del acero igual a 7850 kgf/m3. En el modelo estructural, esta carga es considerada internamente por el programa de cálculo.

3.2.

Sobrecarga de Techo (Lr)

La sobrecarga de techo utilizada en el modelo es de 300 kgf/m² según lo indicado en Ref en Ref [1]. La [1]. La resultante de la carga aplicada sobre el área de techo es de 48600 kgf .

3.3.

Nieve (S)

Según lo requerido en la Ref la Ref [1] se considera una altura de nieve para el cálculo de 7m, lo que según la Ref la  Ref [7] equivale a 700 kgf/m². Adicionalmente, se tiene que la inclinación de techo es de 38°, por lo que según la misma referencia es posible disminuir la sobrecarga de nieve por un factor K=0.8, lo que otorga una carga de nieve final de 560 kgf/m². La carga resultante de nieve sobre el techo de la estructura es de 90720 kgf . Adicionalmente se considera un 25% de la carga total de nieve como masa sísmica.

3.4.

Sismo (E)

El cálculo se realiza según Ref.[2]. El detalle de los datos considerados se muestra a continuación. La aplicación de las cargas sísmicas se puede apreciar en el punto 6 del presente documento. [3], donde: El corte basal se calculó de la siguiente forma: Qo=C∙I∙P punto 5.3.2 Ref [3], donde: -

Qo: Esfuerzo de corte en la base C: Coeficiente sísmico (conservadoramente se establece el coeficiente sísmico máximo establecido por la normativa, ver Ref ver Ref [3]) I: Coeficiente de importancia P: Peso total estructura

3.4.1.Coeficiente 3.4.1. Coeficiente Sísmico Horizontal



Zona Sísmica: 2 Factor de Modificación de la Respuesta: R = 3 Coeficiente de Importancia: I = 1



Razón de Amortiguamiento Sísmico: ξ = 0.02



Cmáx: 0.3 Tabla 5.7 Ref 5.7 Ref [3]

 

3.4.2.Coeficiente Sísmico Vertical

Cz = 2/3*Ao/g = 2/3*0.3 = 0.2 Cz: Ao/g:

Coeficiente Sísmico Vertical Aceleración Máxima Efectiva

3.5.

Viento (W)

Según la Ref [1] se especifica una velocidad de viento de 140 km/hr, lo que equivale a una carga de viento de 95 kgf/m2  según Ref [8] aplicada sobre la estructura. Según se indica en la misma referencia se estipula un factor 1.2 de amplificación para estructuras con caras planas, por lo que se tiene un valor final para carga de viento de 114 kgf/m2.

4. Combinaciones de cargas A partir de la Ref [5],  se definieron las siguientes combinaciones de carga, utilizando el método de las tensiones admisibles (ASD): 1)

D

2)

D

+

Lr

3)

D

+

S

4)

D

+

Wx

5)

D

+

Wy

6)

D

-

Wx

7)

D

-

Wy

8)

D

+

Ex

+

Ez

9)

D

+

Ex

-

Ez

10)

D

+

Ey

+

Ez

11)

D

+

Ey

-

Ez

12)

D

-

Ex

+

Ez

13)

D

-

Ex

-

Ez

14)

D

-

Ey

+

Ez

15)

D

-

Ey

-

Ez

16)

D

+

0.75Wx

+

0.75Lr

17)

D

+

0.75Wy

+

0.75Lr

18)

D

-

0.75Wx

+

0.75Lr

19)

D

-

0.75Wy

+

0.75Lr

20)

D

+

0.75Wx

+

0.75S

21)

D

+

0.75Wy

+

0.75S

22)

D

-

0.75Wx

+

0.75S

23)

D

-

0.75Wy

+

0.75S

24)

D

+

0.75Ex

+ 0.75Ez +

0.75S

25)

D

+

0.75Ex

-

0.75Ez +

0.75S

26)

D

+

0.75Ey

+

0.75Ez +

0.75S

27)

D

+

0.75Ey

-

0.75Ez +

0.75S

28)

D

-

0.75Ex

+ 0.75Ez +

0.75S

29)

D

-

0.75Ex

-

0.75Ez +

0.75S

30)

D

-

0.75Ey

+ 0.75Ez +

0.75S

31)

D

-

0.75Ey

-

0.75S

0.75Ez +

32) 0.6D +

Wx

33) 0.6D +

Wy

34) 0.6D

-

Wx

35) 0.6D

-

Wy

36) 0.6D +

Ex

+

Ez

37) 0.6D +

Ex

-

Ez

38) 0.6D +

Ey

+

Ez

39) 0.6D +

Ey

-

Ez

40) 0.6D

-

Ex

+

Ez

41) 0.6D

-

Ex

-

Ez

42) 0.6D

-

Ey

+

Ez

43) 0.6D

-

Ey

-

Ez

5. Esquemas del modelo 5.1.

Modelo 3D

Figura 2: Imagen 3D de la estructura en extrusión

Figura 3: Imagen 3D de la estructura

6. Esquemas de carga 6.1.

Sobrecarga de Techo (kgf/m)

Figura 4: Sobrecarga de techo aplicada en la estructura

6.2.

Sobrecarga de Nieve (kgf/m)

Figura 5: Sobrecarga de nieve aplicada en la estructura

6.3.

Sismo Horizontal (/g)

Figura 6: Sismo Horizontal Estructura Eje X

Figura 7: Sismo Horizontal Estructura Eje Y

Figura 8: Sismo Vertical Estructura Eje Z

Figura 9: Sismo Horizontal Nieve Eje X 

Figura 10: Sismo Horizontal Nieve Eje Y

Figura 11: Sismo Vertical Nieve Eje Z 

6.4.

Viento (kgf/m)

Figura 12: Carga de Viento Eje X 

Figura 13: Carga de Viento Eje Y 

7. Elementos estructurales

Figura 14: Identificación de Elementos en 3D

Figura 15: Identificación de Elementos Elevaciones Laterales

Figura 16: Identificación de Elementos Elevación Frontal

Figura 17: Identificación de Elementos Elevación Posterior 

8.  Análisis Para el análisis de la estructura se construyó un modelo computacional tridimensional con un software especializado en el cálculo y verificación de estructuras de acero, en el cual se incorporaron los perfiles principales del sistema y las correspondientes solicitaciones actuantes sobre éstos. Todos los perfiles mencionados previamente fueron modelados con elementos uniaxiales en el programa. Se modelan tanto perfiles como planchas consideradas estructurales, y sobre éstas se aplican las cargas correspondientes, de manera que los esfuerzos sean repartidos internamente por el software en función de las rigideces de los elementos modelados. Las vistas y elevaciones de las estructuras se pueden apreciar en el Anexo II. El diseño de los elementos se realiza según el código AISC 360-05.

8.1.

Verificación de elementos estructurales

A continuación se presentan los factores de utilización de los elementos de la estructura estudiada con sus respectivos esfuerzos de diseño: Perfil

Axial kgf

IPE300 IPE180 IPE100 O-150/150/4 O-200/200/5 C-100/50/3 L-80/80/8 TL-200/100/10 IC-150/150/5

-8290 -11450 -825 -3785 -12027 4256 -3942 -12416 132

Momento x-x kgf -cm

813276 8560 -3025 117834 -298859 -840 662 11391 126000

Momento y-y kgf -cm

568 2 113 -2759 12859 -2676 0 0 37236

Corte y-y kgf

-3232 7 37 131 2266 -10 0 0 369

Corte x-x kgf

-24 0 0 -48 -33 -24 0 0 -186

Torsión

Fu

Combinación

0.96 0.97 0.50 0.74 0.93 0.82 0.51 0.63 1.05

D+0.75(S-Ex-Ez) D+S D+0.75(S+Ey-Ez) D+S D+0.75(S+Ex-Ez) D+S D+0.75(S+Ey-Ez) D+S D+S

kgf -cm

392 0 -5 1761 25746 0 0 -46 -5

8.2. -

Diseño de Fundaciones

Marcos IPE300

-

Marcos O-150/150/4

-

Columnas de Viento O-200/200/5

8.3. -

Cálculo de Placas Base

Marcos IPE300

-

Marcos O-150/150/4

-

Columnas de Viento O-200/200/5

8.4. -

Cálculo de Pernos de Anclaje

Marcos IPE300

-

Marcos O-150/150/4

-

Columnas de Viento O-200/200/5

8.5. -

Cálculo de Llave de Corte

Marcos IPE300 y O-150/150/4

8.6.

Diseño de Conexiones Principales