Memoria de Calculo

Memoria de Cálculo Galpón Industrial

Nombre: Profesor: Ayudante: Fecha de Entrega:

INDICE

Pablo Uribe Cáceres Pablo González M. Pablo González C. 09 de Julio de 2015

1 INTRODUCCIÓN……………………………………………………………………………….4 2 OBJETIVOS……………………………………………………………………………………..4 3 ANTECEDENTES………………………………………………………………………………5 3.1 Documentos…………………………………………………………………………………..5 3.2 Planos……………………………………………………………………………….…………5 4 DESCRIPCIÓN DE LA ESTRUCTURA………………………………………………………6 5 BASES DE CALCULO…………………………………………………………………………7 5.1 Normas y criterios de diseño………………………………………………………………..7 5.2 Materiales……………………………………………………………………………………..7 5.3 Cargas de diseño…………………………………………………………………………….8 5.4 Combinaciones de carga……………………………………………………………………27 5.4.1 Combinaciones de carga para diseño de elementos………………………………….27 5.4.2 Combinaciones de carga para verificación de deformación………………………….28 5.5 Deformaciones admisibles……………………………………………………………...….29 6 MODELACIÓN ESTRUCTURAL……………………………………..……………………..30 6.1 Descripción de la estructura………………………………………….……………………30 6.2 Resultados del modelo estructural………………………………………………………..33 6.2.1 Factores de utilización……………………………………………………………………33 6.2.2 Deformaciones…………………………………………………………………………….36 7 ANEXOS……………………………………………………………………………………….37

LISTA DE FIGURAS

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Figura 4-1 Descripción estructura....................................................................................................6 Figura 5-1: Peso propio costaneras.................................................................................................8 Figura 5-2: Peso propio revestimiento.............................................................................................9 Figura 5-3: Sobrecarga de techo...................................................................................................10 Figura 5-4: Sismo costaneras según dirección X..........................................................................12 Figura 5-5: Sismo costaneras según dirección Y..........................................................................13 Figura 5-6: Sismo costaneras según dirección Z..........................................................................14 Figura 5-7: Sismo revestimiento según dirección X......................................................................15 Figura 5-8: Sismo revestimiento según dirección Y......................................................................16 Figura 5-9: Sismo revestimiento según dirección Z......................................................................17 Figura 5-10: Sismo marco X..........................................................................................................18 Figura 5-11: Sismo marco Y...........................................................................................................19 Figura 5-12: Sismo marco Z...........................................................................................................20 Figura 5-13: Sismo lucarna X........................................................................................................21 Figura 5-14: Sismo lucarna Y.........................................................................................................22 Figura 5-15: Sismo lucarna Z.........................................................................................................23 Figura 5-16: Carga de viento izquierda-derecha...........................................................................24 Figura 5-17: Carga de viento derecha-izquierda...........................................................................25 Figura 5-18: Carga de viento frontal.............................................................................................26 Figura 6-1: Modelo estructural.......................................................................................................30 Figura 6-2: Disposición de perfiles de la estructura......................................................................31 Figura 6-3: Envolvente de Carga axial en marco de eje 8 (más solicitado).................................33 Figura 6-4: Envolvente de Momento en eje Fuerte en Marco de eje 8 (más solicitado)............33 Figura 6-5: Factores de utilización.................................................................................................34

LISTA DE TABLAS

Tabla 6-1: Perfiles de la estructura................................................................................................31 Tabla 6-2 Resumen Diseño de Perfiles.........................................................................................32 Tabla 6-3: Factores de utilización perfiles......................................................................................32 Tabla 6-4: Deformaciones máximas y admisibles.........................................................................35 Tabla 6-5 Deformaciones Sísmicas Admisible..............................................................................35 Tabla 6-6 Valores parámetros........................................................................................................36 1 INTRODUCCIÓN

Se ha solicitado el diseño estructural, a nivel de ingeniería de detalles, de un galpón en la comuna de Mejillones cuya construcción está a cargo de la Vicepresidencia de Proyectos de CODELCO.

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Dentro de las instalaciones del proyecto, se encuentran las áreas relativas a la planta de procesos, tales como, lixiviación, precipitación de cobre, tostación, briquetadora, ferro- molibdeno, limpieza de gases, ácido sulfúrico, renio, amonio, y servicios generales.

Las estructuras a verificar son:

-

Marcos principales del galpón industrial.

2 OBJETIVOS El objetivo del presente documento es presentar la verificación y el diseño estructural del Galpón que se construirá en Mejillone

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3 ANTECEDENTES

Se utilizan como antecedentes los siguientes planos:

3.1

Documentos ➢ IDMOLY-I1-FOSTER-00000-CRTES02-3400-001-0 Criterio de diseño estructural. ➢ IDMOLY-I1-FOSTER-00000-CRTES02-3400-002-0

Criterio

de

diseño

sísmico estructural. 3.2 Planos Planos de planta, elevaciones, secciones y detalles de edificio de Nave Renio SX1:

!

MOLYCOR-F1-AMEC-34100-201AR02-3410-001

!

MOLYCOR-F1-AMEC-34100-201AR02-3410-002

5

4 DESCRIPCIÓN DE LA ESTRUCTURA La estructura a modelar es un galpón de acero de 20 m. de ancho por 35 m. de largo, de 12,01 m. altura total y 8,64 m. altura de hombro, de 8 marcos separados a 5 m. cada uno. La Figura 4-1 a continuación, muestra lo anteriormente señalado:

Figura 4-1 Descripción estructura.

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5 BASES DE CÁLCULO A continuación se indican las normas y criterios adoptados en el análisis de la estructura. 5.1 Normas y criterios de diseño



Manual de Diseño estructural, CINTAC, 1993.



NCh 432.Of2010

Diseño estructural. Cargas de viento.



NCh 1537 Of.2009

Diseño estructural – Cargas permanentes y cargas de uso.



NCh2369.Of2003

Diseño sísmico de estructuras e instalaciones industriales.



NCh 3171 Of.2010

Diseño estructural- Disposiciones generales y

combinaciones de carga.

Materiales

5.2



Acero estructural A36

fy= 2530 [kg/cm²]

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5.3 Cargas de diseño

La estructura se verifica en el programa de diseño estructural Sap 2000. Las cargas aplicadas a la estructura son:

o

Carga Muerta (D)

Para los aceros (A36) el peso propio de los perfiles, es entregado por el programa estructural Sap 2000 automáticamente. Las costaneras y revestimientos se ingresan como c a r g a s p u n t u a l e s sobre los marcos y columnas del galpón. El peso de las costaneras utilizadas corresponde a 5.54 2 kgf/m y para el revestimiento (PV-6, e=0,6mm) se consideró una carga de 8 kgf/m . Las cargas aplicadas en el modelo estructural se observan en las Figuras 5-1 y 5-2.

8

Figura 5-1: Peso propio costaneras.

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Figura 5-2: Peso propio revestimiento.

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o

Sobrecarga de techo (Lr)

La sobrecarga de techo se obtiene de acuerdo a lo indicado en la NCh 1537, donde 2 esta corresponde a 100 kgf/m y se ve reducida por la pendiente de techo de un 15% y 2 un área tributaria mayor a 50 m , con esto el factor de reducción f es de 0,39, con lo 2 que se obtiene una sobrecarga de techo de 39 kgf/m . Las cargas aplicadas en el modelo estructural se observan en la Figura 5-3.

Figura 5-3: Sobrecarga de techo.

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o

Sismo (E)

Según la NCh 2369 se tiene lo siguiente: -

Zona sísmica 3 Ao=0,4g Factor de modificación a la respuesta R = 5, marco arriostrado con anclajes dúctiles.

-

Razón de amortiguamiento ξ = 0,03, marco de acero con uniones de terreno apernadas, con o sin arriostramiento.

-

Factor de importancia I = 1,0. Coeficiente sísmico horizontal máximo Cmáx. = 0,23 (NCh2369 tabla 5.7). Coeficiente sísmico vertical Cv = 0,27 (NCh2369 punto 5.5.1.b).es

Este valor se ingresa directamente al programa a través del valor 0,23 en la dirección de los de los ejes X y Z, respectivamente. Del mismo modo se aplica el valor del sismo vertical en el eje Y (Cv = 0,27).

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Figura 5-4: Sismo costaneras según dirección X.

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Figura 5-5: Sismo costaneras según dirección Y.

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Figura 5-6: Sismo costaneras según dirección Z

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Figura 5-7: Sismo revestimiento según dirección X

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Figura 5-8: Sismo revestimiento según dirección Y.

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Figura 5-9: Sismo revestimiento según dirección Z

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Figura 5-10: Sismo Marco según dirección X

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Figura 5-11: Sismo Marco según dirección Y

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Figura 5-12: Sismo Marco según dirección Z

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Figura 5-13: Sismo Lucarna según dirección X

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Figura 5-14: Sismo Lucarna según dirección Y

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Figura 5-15: Sismo Lucarna según dirección Z

o

Viento (W) 24

Según NCh 432 Of. 1971, la presión básica del viento par la ubicación del proyectó es la siguiente: Se debe obtener una velocidad máxima instantánea del viento por medio de estadísticas directas o indirectas, como en este caso no se cuenta con la estadística, se utilizó la Tabla 1 de la norma, teniendo en cuenta que la estructura se encuentra en el campo abierto. Esto nos arrojaría un valor de presión básica del viento, dependiendo de la altura del elemento. MARCO:

h=10,14 m

q v =106,34 kg /m2

LUCARNA:

h=12,01m

q v =110,82 kg /m2

Para poder obtener la carga distribuida en la estructura, esta se calculara por las ecuaciones de la Figura g que se encuentra en la norma, donde se debe obtener un ángulo de elevación, el cual será de

α =8,53 ° .

Con el valor obtenido anteriormente se debe ingresa la carga de viento como una carga distribuida dependiendo del largo tributario, es decir, de un largo ya sea de marco y lucarnas interiores y de

5 m para

2,5[m] para marco y lucarnas exteriores.

Se debe ingresar una carga de viento tanto cuando va de derecha a izquierda, como cuando va de izquierda a derecha, por lo que solo cambiara la figura de las cargas, es decir, se deben solo dar vuelta las cargas. Las presiones anteriormente señaladas son aplicadas en forma de cargas distribuidas aplicada sobre vigas y columnas según se muestra en las siguientes figuras.

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Figura 5-16:Viento en dirección izquierda-derecha

Figura 5-17:Viento en dirección derecha-izquierda

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Figura 5-18:Viento frontal

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5.4 Combinaciones de carga

De acuerdo al punto 9.1.1 de la NCh 3171, al punto 4.5 de la NCh 2369 y al punto 3.10 del AISE 13, las combinaciones de carga utilizadas para el diseño por tensiones admisibles son:

5.4.1 Combinaciones de carga para diseño de elementos

NCh 3171.Of2010: 1) DL + L 2) DL + Lr 3) DL + 0.75 Lr + 0.75 L 4) DL + W 5) DL + 0,75Lr + 0,75W 6) 0,60DL + W NCh 2369.Of2003: 7) 0,75DL + 0,75E

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5.4.2 Combinaciones de carga para verificación de deformación

NCh 3171.Of2010: 1) DL + L 2) DL + Lr 3) DL + Lr + L 4) DL + W 5) DL + Lr + W NCh2369.Of2003: 6) DL + E

Dónde: D: carga permanente. Lr: sobrecarga de techo según NCh 1537. E: carga sísmica según NCh2369. W: carga de viento según NCh 432.

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5.5 Deformaciones admisibles Las deformaciones de elementos estructurales se limitarán a los siguientes valores:

 Vigas en general

L/300

NCh427.cR76

 Columnas

L/200

NCh427.cR76

 Costaneras, columnas cortaviento y sus revestimientos L/200 NCh427.cR76  Deformación Sísmica

0,015xh

NCh2369.Of2003:

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6 MODELACIÓN ESTRUCTURAL 6.1 Descripción de la estructura. La verificación estructural se realiza utilizando el software de diseño estructural SAP 2000. Mediante el método de tensiones admisibles se verifican las dimensiones de los perfiles y los esfuerzos respectivos de cada elemento. La modelación de la estructura a verificar queda indicada en la Figura 6-1.

Figura 6-1: Modelo estructural

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Figura 6-2: Perfiles utilizados

Tabla 6-1: Perfiles de la estructura. Element o COLUMNA VIGA PUNTAL DIAGONAL V DIAGONAL H COLUMNA LUCARNA VIGA LUCARNA PUNTAL LUCARNA DIAGONAL V LUCARNA DIAGONAL H LUCARNA 32

Perfil IN50X123 IN50X123 AST100X8,96 O15X15X18.0 O15X15X18.0 IN20X13.8 IE15X10,8 O7.5X7.5X6.6 O5X5X4,25 O10X10X8,96

6.2 Resultados del modelo estructural A continuación, la Tabla 6-2, muestra que los perfiles utilizados en la modelación cumplen con el diseño y las deformaciones admisibles.

Tabla 6-2: Resumen diseño de elementos. Eleme nto COLUMNA

Per fil IN50X123

VIGA IN50X123 PUNTAL ASTM DIAGONAL V O15X15X18.0 DIAGONAL H O15X15X18.0 COLUMNA LUCARNA IN20X13.8 VIGA LUCARNA IE15X10,8 PUNTAL LUCARNA O7.5X7.5X6.6 DIAGONAL V LUCARNA O5X5X4,25 DIAGONAL H O10X10X8,96 (*) Los perfiles fueron escogidos por forma.

F.U Combin Def. Combin Esbeltez Perfil Global KL/r KL/r Diseñado Máx./ . ación ación 0.853 3 1,94 3 7,75 18,99 Esbeltez Global 0,902 0.263 0.462 0.380 0.848 0.115 0.423 0.453 0.311

3 4 3 3 3 3 3 3 3

1,83 2,7 1,42 2,35 3,7 3.9 3,87 3,58 3,6

3 4 3 3 3 3 3 3 3

6,81 127,202 130,605 118,93 15,1033 10,1815 83,6274 62,532 143,191

16,69 126,252 128,605 118,93 67,5703 45,4295 84,6274 162,132 142,191

Deformación Esbeltez (*) (*) Deforma Deforma Esbeltez Esbeltez Esbeltez

6.2.1 Factores de Utilización Para que los perfiles resistan las solicitaciones de carga impuestas, los factores de utilización de los perfiles deben tener un valor menor a 1. Aplicadas las cargas indicadas en el punto 5.3 y las combinaciones de carga del punto 5.4 se obtienen los factores de utilización máximos de cada uno de los elementos estructurales. Los factores de utilización máximos para la envolvente de combinaciones de carga, son los siguientes:

Elemento COLUMNA VIGA PUNTAL DIAGONAL V DIAGONAL H COLUMNA LUCARNA VIGA LUCARNA PUNTAL LUCARNA DIAGONAL V LUCARNA DIAGONAL H LUCARNA

Perfil IN50X123 IN50X123 ASTM 100X8,96 O15X15X18.0 O15X15X18.0 IN20X13.8 IE15X10,8 O7.5X7.5X6.6 O5X5X4,25 O10X10X8,96

F.U. 0.853 0,902 0.263 0.462 0.380 0.848 0.115 0.423 0.453 0.311

Tabla 6-3: Factores de Utilización Perfiles 33

Combinación 3 3 4 3 3 3 3 3 3 3

Se adjuntan las siguientes figuras con la envolvente de carga axial y de momento en eje fuerte generados en el marco más solicitado.

Figura 6-3: Envolvente de Carga Axial en Marco más Solicitado

Figura 6-4: Envolvente de Momento en Eje Fuerte en Marco más Solicitado 34

Se muestran los factores de utilización de los elementos indicados

Figura 6-5: Factores de utilización

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6.2.2 Deformaciones Para las deformaciones de los elementos, se debe cumplir lo indicado en punto 5.5 de la presente memoria de cálculo. De realizar el análisis se tiene lo siguiente: Tabla 6-4: Deformaciones Máximas y Admisibles Def. Adm. (mm) Perf Largo Def. Def.Máx. Combinació il (mm) Máx. (mm) n4(*) IN50X150 8635 L/3 15.01 28,78 00 8 VIGA IN50X150 10111,9 L/3 37.37 33,70 3 7 5.4.2 "Com binaciones de (*) Com binación de Carga que controla el dis 00 eño , ver punto Carga para verificación de deformaciones ". Eleme nto COLUMNA

Realizada la modelación estructural se verifica que los perfiles mostrados cumplen con las deformaciones admisibles indicadas en la normativa vigente.

6.2.3 Deformaciones sísmicas

La deformación sísmica máxima para estructuras metálicas, de acuerdo a la NCh 2369 es: δ = 0,015xh Tabla 6-5: Deformaciones Sísmicas Admisibles Alto (mm) 8635

Def. Adm. (mm) 129,525

De acuerdo a la NCh2369.Of2003; punto 6 “Deformaciones Sísmicas”, cuando el análisis se hace con las deformaciones sísmicas reducidas por el factor R, las deformaciones se deben determinar de acuerdo a la siguiente expresión: d= do+R1*d1

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Donde: d= deformación sísmica do= deformación debida a cargas de servicio no sísmicas R1= factor de modificación de la respuesta d1= deformación calculada con solicitaciones sísmicas reducidas directamente por el factor R. Los valores obtenidos son los siguientes: Tabla 6-6: Valores Parámetros Parámetro Valor (mm) d 64.1 d0 4.35 R1 5 dd 11.95 De acuerdo a lo anterior, la estructura cumple con la deformación sísmica máxima.

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Anexo A Perfiles IN50x123

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