Cristbal Paul, M.Sc. Ingeniero Civil Estructural UC

Cliente: MAS ERRZURIZ Proyecto: Taller Mecnico Mas Errzuriz Fecha: 18/03/2015

Memoria de Clculo

Taller Mecnico Mas Errzuriz

REV. TIPO FECHA EJECUT REVIS APROB DESCRIPCIN

1 C 03/03/2015 DFR CPQ PARA APROBACIN

2 C 18/03/2015 DFR CPQ PARA APROBACIN

Tipo de Emisin: (A) Preliminar (B) Para cotizacin o propuesta (C) Para aprobacin (D) Aprobado

Contenido

1. Generalidades .................................................................................................................... 3

1.1. Alcance......................................................................................................................... 3

1.2. Referencias ................................................................................................................. 3

1.3. Cdigos de diseo ...................................................................................................... 3

1.4. Materiales ................................................................................................................... 4

2. Descripcin de la estructura ........................................................................................... 4

3. Descripcin de cargas ....................................................................................................... 5

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

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

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

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

3.4.1. Coeficiente Ssmico Horizontal ........................................................................... 5

3.4.2. Coeficiente Ssmico Vertical ................................................................................ 6

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

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

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

5.1. Modelo 3D ....................................................................................................................... 7

6. Esquemas de carga ............................................................................................................ 8

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

8. Anlisis .............................................................................................................................. 15

8.1. Verificacin de elementos estructurales ................................................................ 15

8.2. Diseo de Fundaciones ............................................................................................... 16

8.3. Clculo de Placas Base ................................................................................................ 31

8.4. Clculo de Pernos de Anclaje .................................................................................... 37

8.5. Clculo de Llave de Corte ........................................................................................... 43

8.6. Diseo de Conexiones Principales ........................................................................... 44

1. Generalidades

1.1. Alcance

La siguiente memoria describe el anlisis y diseo estructural del Taller Mecnico

Mas Errzuriz con sus respectivas fundaciones. El galpn en cuestin es utilizado

en trabajos de mantencin de maquinaria y debe ser capaz de resistir las

solicitaciones a la que se ver afectada en operacin. Para esto se ha verificado que

los elementos estructurales que lo componen resistan dichas cargas de acuerdo a

las normas vigentes. Se analizar la estructura para cargas de Peso Propio,

Sobrecargas de Techo, Nieve, Sismo, Viento y un Tecle de Mantencin.

1.2. Referencias

Los clculos que se presentan a continuacin se complementan con los siguientes

documentos:

Ref [1] Informacin recibida por correo electrnico proveniente de Mas Errzuriz.

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. Cdigos de diseo

Los elementos de acero sern diseados con las recomendaciones de la norma

AISC 360-05.

Los clculos se complementan con las normas chilenas:

Ref [3] NCh2369 .Of2003: Diseo ssmico de estructuras e instalaciones

industriales.

Ref [4] NCh1537.Of86: Diseo Estructural de Edificios Cargas permanentes y

sobrecargas de uso.

Ref [5] NCh3171.Of2010: Diseo Estructural Disposiciones generales y

combinaciones de carga.

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

para edificios.

Ref [7] NCh431.Of77: Construccin Sobrecargas de nieves.

Ref [8] NCh432.Of.71: Calculo de la accin del viento sobre las construcciones.

La resistencia de materiales se detalla en los documentos:

- ASTM A36, A325 perfiles y pernos

- AWS D1.1 soldadura estructural

1.4. Materiales

- ASTM A36 o equivalente para perfiles y planchas.

- ASTM A325 para pernos de conexin.

2. Descripcin de la estructura

La estructura consiste en un galpn 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 portn 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 Mecnico Mas Errzuriz

3. Descripcin 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 especfico del acero igual a 7850 kgf/m3. En el modelo

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

3.2. Sobrecarga de Techo (Lr)

La sobrecarga de techo utilizada en el modelo es de 300 kgf/m segn lo indicado

en Ref [1]. La resultante de la carga aplicada sobre el rea de techo es de 48600

kgf.

3.3. Nieve (S)

Segn lo requerido en la Ref [1] se considera una altura de nieve para el clculo de

7m, lo que segn la Ref [7] equivale a 700 kgf/m. Adicionalmente, se tiene que la

inclinacin de techo es de 38, por lo que segn 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/m. 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 ssmica.

3.4. Sismo (E)

El clculo se realiza segn Ref.[2]. El detalle de los datos considerados se muestra a continuacin. La aplicacin de las cargas ssmicas se puede apreciar en el punto 6 del presente documento. El corte basal se calcul de la siguiente forma: Qo=CIP punto 5.3.2 Ref [3], donde:

- Qo: Esfuerzo de corte en la base - C: Coeficiente ssmico (conservadoramente se establece el coeficiente

ssmico mximo establecido por la normativa, ver Ref [3]) - I: Coeficiente de importancia - P: Peso total estructura

3.4.1. Coeficiente Ssmico Horizontal

Zona Ssmica: 2 Factor de Modificacin de la Respuesta: R = 3 Coeficiente de Importancia: I = 1 Razn de Amortiguamiento Ssmico: = 0.02 Cmx: 0.3 Tabla 5.7 Ref [3]

3.4.2. Coeficiente Ssmico Vertical

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

Cz: Coeficiente Ssmico Vertical Ao/g: Aceleracin Mxima Efectiva

3.5. Viento (W)

Segn 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 segn Ref [8] aplicada sobre la estructura. Segn se indica en la misma referencia se estipula un factor 1.2 de amplificacin 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 mtodo 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 - 0.75Ez + 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

Figura 2: Imagen 3D de la estructura en extrusin

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: Identificacin de Elementos en 3D

Figura 15: Identificacin de Elementos Elevaciones Laterales

Figura 16: Identificacin de Elementos Elevacin Frontal

Figura 17: Identificacin de Elementos Elevacin Posterior

8. Anlisis

Para el anlisis de la estructura se construy un modelo computacional

tridimensional con un software especializado en el clculo y verificacin de

estructuras de acero, en el cual se incorporaron los perfiles principales del sistema

y las correspondientes solicitaciones actuantes sobre stos. Todos los perfiles

mencionados previamente fueron modelados con elementos uniaxiales en el

programa. Se modelan tanto perfiles como planchas consideradas estructurales, y

sobre stas se aplican las cargas correspondientes, de manera que los esfuerzos

sean repartidos internamente por el software en funcin de las rigideces de los

elementos modelados. Las vistas y elevaciones de las estructuras se pueden

apreciar en el Anexo II. El diseo de los elementos se realiza segn el cdigo AISC

360-05.

8.1. Verificacin de elementos estructurales

A continuacin se presentan los factores de utilizacin de los elementos de la

estructura estudiada con sus respectivos esfuerzos de diseo:

Perfil Axial

Momento x-x

Momento y-y

Corte y-y

Corte x-x

Torsin Fu Combinacin

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

8.2. Diseo de Fundaciones

- Marcos IPE300

- Marcos O-150/150/4

- Columnas de Viento O-200/200/5

8.3. Clculo de Placas Base

- Marcos IPE300

- Marcos O-150/150/4

- Columnas de Viento O-200/200/5

8.4. Clculo de Pernos de Anclaje

- Marcos IPE300

- Marcos O-150/150/4

- Columnas de Viento O-200/200/5

8.5. Clculo de Llave de Corte

- Marcos IPE300 y O-150/150/4

8.6. Diseo de Conexiones Principales