Memoria de Cálculo Taller Mecanico Rev.2

(1)

Cristóbal Paul, M.Sc.

Ingeniero Civil Estructural UC

Cliente: MAS ERRÁZURIZ

Proyecto: Taller Mecánico Mas Errázuriz

Fecha: 18/03/2015

Memoria de Cálculo

Taller Mecánico Mas Errázuriz

REV.

REV. TIPO TIPO FECHA FECHA EJECUTÓ EJECUTÓ REVISÓ REVISÓ APROBÓ APROBÓ DESCRIPCIÓNDESCRIPCIÓN

1

1 C C 03/03/2015 03/03/2015 DFR DFR CPQ CPQ PARA PARA APROBACIÓNAPROBACIÓN

2

2 C C 18/03/2015 18/03/2015 DFR DFR CPQ CPQ PARA PARA APROBACIÓNAPROBACIÓN

Tipo de Emisión:

(2)

Contenido

1.

1. Generalidades

Generalidades

... 3 ... 3

1.1.

1.1. Alcance

Alcance

... ... 33

1.2.

1.2. Referencias

Referencias

... ... ... 33

1.3.

1.3. Códigos de diseño

Códigos de diseño

... ... ... 33

1.4.

1.4. Materiales

Materiales

... 4... 4

2.

2. Descripción de la estructura

Descripción de la estructura

... ... ... 44

3.

3. Descripción de cargas

Descripción de cargas

... ... ... 55

3.1.

3.1. Peso propio (D)

Peso propio (D)

... ... ... 55

3.2.

3.2. Sobrecarga de Techo (Lr)

Sobrecarga de Techo (Lr)

... 5... 5

3.3.

3.3. Nieve (S)

Nieve (S)

... 5 ... 5

3.4.

3.4. Sismo (E)

Sismo (E)

... 5... 5

3.4.1.

3.4.1. Coeficiente Sísmico Horizontal

Coeficiente Sísmico Horizontal

... ... ... 55

3.4.2.

3.4.2. Coeficiente Sísmico Vertical

Coeficiente Sísmico Vertical

... 6 ... 6

3.5.

3.5. Viento (W)

Viento (W)

... ... ... 66

4.

4. Combinaciones de cargas

Combinaciones de cargas

... ... ... 66

5.

5. Esquemas del modelo

Esquemas del modelo

... ... ... 77

5.1.

5.1. Modelo 3D

Modelo 3D

... ... ... 77

6.

6. Esquemas de carga

Esquemas de carga

... ... ... 88

6.1.

6.1. Sobrecarga de Techo (kgf/m)

Sobrecarga de Techo (kgf/m)

... 8 ... 8

6.2.

6.2. Sobrecarga de Nieve (kgf/m)

Sobrecarga de Nieve (kgf/m)

... 9 ... 9

6.3.

6.3. Sismo Horizontal (/g)

Sismo Horizontal (/g)

... ... ... 99

6.4.

6.4. Viento (kgf/m)

Viento (kgf/m)

... 12 ... 12

7.

7. Elementos estructurales

Elementos estructurales

... 13 ... 13

8. 8. Análisis

Análisis

... 15... 15

8.1.

8.1. Verificación de elementos estructurales

Verificación de elementos estructurales

... 15 ... 15

8.2.

8.2. Diseño de Fundaciones

Diseño de Fundaciones

... ... ... 1616

8.3.

8.3. Cálculo de Placas Base

Cálculo de Placas Base

... ... ... 3131

8.4.

8.4. Cálculo de Pernos de Anclaje

Cálculo de Pernos de Anclaje

... 37 ... 37

8.5.

8.5. Cálculo de Llave de Corte

Cálculo de Llave de Corte

... 43 ... 43

8.6.

(3)

Contenido

1.

1. Generalidades

Generalidades

... 3 ... 3

1.1.

1.1. Alcance

Alcance

... ... 33

1.2.

1.2. Referencias

Referencias

... ... ... 33

1.3.

1.3. Códigos de diseño

Códigos de diseño

... ... ... 33

1.4.

1.4. Materiales

Materiales

... 4... 4

2.

2. Descripción de la estructura

Descripción de la estructura

... ... ... 44

3.

3. Descripción de cargas

Descripción de cargas

... ... ... 55

3.1.

3.1. Peso propio (D)

Peso propio (D)

... ... ... 55

3.2.

3.2. Sobrecarga de Techo (Lr)

Sobrecarga de Techo (Lr)

... 5... 5

3.3.

3.3. Nieve (S)

Nieve (S)

... 5 ... 5

3.4.

3.4. Sismo (E)

Sismo (E)

... 5... 5

3.4.1.

3.4.1. Coeficiente Sísmico Horizontal

Coeficiente Sísmico Horizontal

... ... ... 55

3.4.2.

3.4.2. Coeficiente Sísmico Vertical

Coeficiente Sísmico Vertical

... 6 ... 6

3.5.

3.5. Viento (W)

Viento (W)

... ... ... 66

4.

4. Combinaciones de cargas

Combinaciones de cargas

... ... ... 66

5.

5. Esquemas del modelo

Esquemas del modelo

... ... ... 77

5.1.

5.1. Modelo 3D

Modelo 3D

... ... ... 77

6.

6. Esquemas de carga

Esquemas de carga

... ... ... 88

6.1.

6.1. Sobrecarga de Techo (kgf/m)

Sobrecarga de Techo (kgf/m)

... 8 ... 8

6.2.

6.2. Sobrecarga de Nieve (kgf/m)

Sobrecarga de Nieve (kgf/m)

... 9 ... 9

6.3.

6.3. Sismo Horizontal (/g)

Sismo Horizontal (/g)

... ... ... 99

6.4.

6.4. Viento (kgf/m)

Viento (kgf/m)

... 12 ... 12

7.

7. Elementos estructurales

Elementos estructurales

... 13 ... 13

8. 8. Análisis

Análisis

... 15... 15

8.1.

8.1. Verificación de elementos estructurales

Verificación de elementos estructurales

... 15 ... 15

8.2.

8.2. Diseño de Fundaciones

Diseño de Fundaciones

... ... ... 1616

8.3.

8.3. Cálculo de Placas Base

Cálculo de Placas Base

... ... ... 3131

8.4.

8.4. Cálculo de Pernos de Anclaje

Cálculo de Pernos de Anclaje

... 37 ... 37

8.5.

8.5. Cálculo de Llave de Corte

Cálculo de Llave de Corte

... 43 ... 43

8.6.

(4)

1. 1. Generalidades

Generalidades

1.1.

1.1. Alcance

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.

1.2. Referencias

Referencias

Los cálculos que se presentan a continuación se complementan con los siguientes

documentos:

Ref [1]

Ref [1] Información recibida por correo electrónico proveniente de Mas Errázuriz.

Información recibida por correo electrónico proveniente de Mas Errázuriz.

Ref [2]

Ref [2] Planos

Planos N°

N° ME-137-2015-ES-01

ME-137-2015-ES-01 Rev.C

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.

1.3. Códigos de diseño

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]

Ref [3] NCh2369 .Of2003: Diseño sísmico de estructuras e instalaciones

NCh2369 .Of2003: Diseño sísmico de estructuras e instalaciones

industriales.

Ref [4]

Ref [4] NCh1537.Of86: Diseño Estructural de Edificios

NCh1537.Of86: Diseño Estructural de Edificios

–

Cargas permanentes y

sobrecargas de uso.

Ref [5]

Ref [5] NCh3171.Of2010: Diseño Estructural

NCh3171.Of2010: Diseño Estructural

–

Disposiciones generales y

combinaciones de carga.

Ref [6]

Ref [6] NCh427.cR1977: Especificaciones para el cálculo de estructuras de acero

NCh427.cR1977: Especificaciones para el cálculo de estructuras de acero

para edificios.

Ref [7]

Ref [7] NCh431.Of77: Construcción

NCh431.Of77: Construcción

–

Sobrecargas de nieves.

Ref [8]

(5)

La resistencia de materiales se detalla en los documentos:

--

ASTM

ASTM A36,

A36, A325

A325

perfiles

perfiles y

y pernos

pernos

--

AWS

AWS D1.1

D1.1

soldadura

soldadura estructural

estructural

1.4.

1.4. Materiales

Materiales

--

ASTM A36 o equivalente

ASTM A36 o equiv

alente

para

para perfiles

perfiles y

y planchas.

planchas.

--

ASTM A325

para

para pernos

pernos de

de conexión.

conexión.

2. 2. Descripción de la estructura

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:

(6)

3. 3. Descripción de cargas

Descripción de cargas

3.1.

3.1. Peso propio (D)

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/m

33

_{. En el modelo}

estructural, esta carga es considerada internamente por el programa de cálculo.

3.2.

3.2. Sobrecarga de Techo (Lr)

Sobrecarga de Techo (Lr)

La sobrecarga de techo utilizada en el modelo es de

300 kgf/m²

según lo indicado

en

en Ref [1].

Ref [1]. La resultante de la carga aplicada sobre el área de techo es de

La resultante de la carga aplicada sobre el área de techo es de

48600

kgf

..

3.3.

3.3. Nieve (S)

Nieve (S)

Según lo requerido en la

Según lo requerido en la Ref [1]

Ref [1] se considera una altura de nieve para el cálculo de

se considera una altura de nieve para el cálculo de

7m, lo que según la

7m, lo que según la Ref [7]

Ref [7] equivale a

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.

3.4. Sismo (E)

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.

El corte basal se calculó de la siguiente forma: Qo=C∙I∙P punto 5.3.2

Ref [3],

Ref [3], donde:

donde:

--

Qo:

Esfuerzo

Esfuerzo de

de corte

corte en

en la

la base

base

--

C:

Coeficiente sísmico

Coeficiente

sísmico (conservadoramente

(conservadoramente se

se establece

establece el

el coeficiente

coeficiente

sísmico máximo establecido por la normativa, ver

sísmico máximo establecido por la normativa, ver Ref [3])

Ref [3])

--

I:

Coeficiente

Coeficiente de

de importancia

importancia

--

P:

Peso total

Peso

total estructura

estructura

3.4.1. 3.4.1.Coeficiente Sísmico Horizontal

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



(7)

3.4.2.Coeficiente Sísmico Vertical

Cz = 2/3Ao/g = 2/30.3 = 0.2

Cz:

Coeficiente Sísmico Vertical

Ao/g:

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/m

2

_{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/m

2

_.

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

(8)

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 - 0.75Ez + 0.75S 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

(9)

Figura 3:

Imagen 3D de la estructura

6. Esquemas de carga

6.1. Sobrecarga de Techo (kgf/m)

(10)

6.2. Sobrecarga de Nieve (kgf/m)

Figura 5:

Sobrecarga de nieve aplicada en la estructura

6.3. Sismo Horizontal (/g)

(11)

Figura 7

:

Sismo Horizontal Estructura Eje Y

(12)

Figura 9

:

Sismo Horizontal Nieve Eje X

(13)

Figura 11

:

Sismo Vertical Nieve Eje Z

6.4. Viento (kgf/m)

(14)

Figura 13

:

Carga de Viento Eje Y

7. Elementos estructurales

(15)

Figura 15:Identificación de Elementos Elevaciones Laterales

Figura 16:Identificación de Elementos Elevación Frontal

(16)

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 Momento x-x Momento y-y Corte y-y Corte x-x Torsión Fu Combinación kgf kgf -cm kgf -cm kgf kgf kgf -cm IPE300 -8290 813276 568 -3232 -24 392 0.96 D+0.75(S-Ex-Ez) IPE180 -11450 8560 2 7 0 0 0.97 D+S IPE100 -825 -3025 113 37 0 -5 0.50 D+0.75(S+Ey-Ez) O-150/150/4 -3785 117834 -2759 131 -48 1761 0.74 D+S O-200/200/5 -12027 -298859 12859 2266 -33 25746 0.93 D+0.75(S+Ex-Ez) C-100/50/3 4256 -840 -2676 -10 -24 0 0.82 D+S L-80/80/8 -3942 662 0 0 0 0 0.51 D+0.75(S+Ey-Ez) TL-200/100/10 -12416 11391 0 0 0 -46 0.63 D+S IC-150/150/5 132 126000 37236 369 -186 -5 1.05 D+S

(17)

8.2. Diseño de Fundaciones

(18)

(19)

(20)

(21)

(22)

(23)

(24)

(25)

(26)

(27)

(28)

(29)

(30)

(31)

(32)

8.3. Cálculo de Placas Base

(33)

(34)

(35)

(36)

(37)

(38)

8.4. Cálculo de Pernos de Anclaje

(39)

(40)

(41)

(42)

(43)

(44)

8.5. Cálculo de Llave de Corte

(45)

(46)

(47)

(48)

(49)

(50)

(51)