memoria calculo galpón residuos peligrosos

PREPAR : EDUARDO QUEZADA LARENAS

REVIS : EDUARDO QUEZADA LARENAS

APROB :EDUARDO QUEZADA LARENAS

MEMORIA DE CLCULO PGINA 1 de 35

MEMORIA DE CLCULO ESTRUCTURAL

CLIENTE : CODELCO DIVISIN CHUQUICAMATA

PROYECTO: PROVISIN DE GALPONES PARA ALMACENAMIENTO DE

RESIDUOS PELIGROSOS

FECHA: 13 DE AGOSTO DE 2013

A EQL EQL EQL 13.08.13 Emitido para Aprobacin

Revisin Calcul Revis Aprob Fecha Observacin





TABLA DE CONTENIDOS

1. GENERAL ........................................................................................... 4

2. DESCRIPCIN DEL PROYECTO ....................................................... 4

3. MODELACIN ESTRUCTURAL ......................................................... 7

4. CRITERIOS DE DISEO ..................................................................... 8

4.1 MATERIALES .................................................................................................................................. 8

4.1.1 ACERO ESTRUCTURAL ............................................................................... 8

4.1.2 REVESTIMIENTO .......................................................................................... 8

5. MTODO DE ANLISIS ...................................................................... 8

6. ESTADOS DE CARGA ........................................................................ 9

6.1 CARGAS PERMANENTES ............................................................................................................. 9

6.2 SOBRECARGAS ............................................................................................................................. 9

6.3 CARGAS EVENTUALES SSMICAS .............................................................................................10

6.4 CARGAS EVENTUALES DE VIENTO ..........................................................................................12

7. DEFORMACIONES ........................................................................... 13

8. COMBINACIONES DE CARGA ........................................................ 15

9. CARGAS APLICADAS SOBRE EL GALPON .................................. 16

10. DISEO DE PERFILES ..................................................................... 22

10.1 INTERACCIN DE ESFUERZOS AXIALES+ FLEXIN EN COLUMNAS TUB_150X150X3 ......22

10.2 INTERACCIN DE ESFUERZOS AXIALES+ FLEXIN EN COLUMNA I2C 150X50X3 .............22

10.3 INTERACCIN DE ESFUERZOS AXIALES+ FLEXIN EN CERCHAS C 150X50X3 ................23

10.4 INTERACCIN DE ESFUERZOS AXIALES + FLEXIN EN PERFIL ESPECIAL

COMBINADO CANALES C 150X50X3 + C 150X50X3 ...............................................................................23

10.5 INTERACCIN DE ESFUERZOS AXIALES + FLEXIN EN CERCHA CENTRAL T2L

80X80X4 .......................................................................................................................................................24





10.6 INTERACCIN DE ESFUERZOS AXIALES+ FLEXIN EN CERCHAS C 150X50X3 ................24

10.7 INTERACCIN DE ESFUERZOS AXIALES EN DIAGONALES Y MONTANTES T2L

30X30X5. ......................................................................................................................................................25

10.8 INTERACCIN DE ESFUERZOS AXIALES EN ARRIOSTRAS L40X40X3 ................................25

11. DESPLAZAMIENTOS ....................................................................... 26

11.1 DESPLAZAMIENTOS SSMICOS EN DIRECCIN X ..................................................................26

11.2 DESPLAZAMIENTOS SSMICOS EN DIRECCIN Z ..................................................................28

11.3 DESPLAZAMIENTOS POR VIENTO EN DIRECCIN X ..............................................................29

11.4 DESPLAZAMIENTOS POR VIENTO EN DIRECCIN Z ..............................................................30

11.5 DESPLAZAMIENTOS VERTICALES ............................................................................................32

12. DISEO DE CONEXIONES .............................................................. 33

13. ANLISIS BAJO CONDICIN DE TRANSPORTE ........................... 34

CONCLUSIN Y OBSERVACIONES ....................................................... 35

BIBLIOGRAFA: ....................................................................................... 35

La nomenclatura usada en esta memoria es la siguiente:

o : Tensin axial.

Am : rea de corte.

m : Tensin de corte

yf : Tensin de fluencia.

: Peso especfico del material.

E : Modulo de elasticidad del material.

: Coeficiente de Poisson del material.

alG : Modulo de corte





1. GENERAL

La presente memoria de clculo describe los criterios, mtodos y materiales empleados en el

dimensionamiento de la estructura de un galpn industrial de almacenaje de material

peligroso, ubicado en la localidad minera de Chiquicamata, II Regin, Chile.

2. DESCRIPCIN DEL PROYECTO

El proyecto contempla la construccin de un galpn industrial de almacenaje para material

peligroso, en toneles. Est compuesto de dos mdulos prefabricados en taller, y

posteriormente montados in situ, tal como se muestra en la figura. La techumbre es a un

agua, con pendiente de un 12%. Los elementos que lo conforman corresponden a columnas,

cerchas de techumbre, costaneras laterales y de techo y sus respectivos colgadores.

Figura 1:- Mdulos prefabricados. Vista 3D.





Figura 2:- Galpn. Vista 3D.

Las principales caractersticas geomtricas del galpn son:

Dimensiones de Planta : 5.0 x 5.0 [m]

Altura del hombro : 2.30 m

Altura de cumbrera : 3.35 m

Pendiente del techo : 12.0 %





Figura 2:-Esquema tridimensional

Figura 3:-Elevacin lateral.





3. MODELACIN ESTRUCTURAL

Para la obtencin de los esfuerzos se realiza un anlisis estructural mediante elementos

finitos, considerando una modelacin tridimensional, que toma en cuenta las condiciones de

apoyo existentes y la forma de la estructura. Las fuerzas corresponden a los diferentes

estados de cargas que se aplican en las barras o en los nudos, segn sea el caso,

calculadas segn sus reas tributarias. Se determinan los esfuerzos mximos para cada

elemento para las diferentes combinaciones de cargas, con los cuales se realiza la

verificacin de los mismos.

Para el anlisis estructural, se realiz un modelo en el programa RAM Elements v.10. Este

programa se basa en la utilizacin de elementos del tipo barra de seis grados de libertad por

nodo. A nivel elemental permite definir secciones y materiales diferentes para cada barra.





4. CRITERIOS DE DISEO

4.1 Materiales

4.1.1 Acero Estructural

Los perfiles metlicos se han considerado como un acero de calidad ASTM A36, el cual

presenta las siguientes caractersticas de diseo:

Tensin de fluencia yf = 2350 [kg/cm2]

Peso especfico a = 7850 [kg/m3]

Modulo de elasticidad aE = 2.1 x 106 [kg/cm2]

Coeficiente de Poisson = 0.3

4.1.2 Revestimiento

Se utilizar un revestimiento PV6, con e = 0.5 mm con un peso de 5.1 kg/m.

5. MTODO DE ANLISIS

La estructura se disea utilizando el mtodo de diseo elstico ASD (Allowable Stress

Design), segn los criterios de la norma norteamericana AISC 360-05 para perfiles

laminados.





6. ESTADOS DE CARGA

6.1 Cargas Permanentes

Peso Propio (pp):

Adems de los pesos propios de columnas, vigas, y cerchas que conforman las estructuras

resistentes de las edificaciones, se consideran las siguientes cargas permanentes segn el

tipo de recinto:

Nivel de Techumbre.

Estructura metlica Segn software

Cubierta PV6 10 kgf/m

Costaneras 2 kg/m

PP 12 kgf/m

6.2 Sobrecargas

Segn Norma Chilena NCh1537 Of. 2009, se tienen las siguientes cargas mnimas de

uso segn el destino de los recintos:

Techumbre (Lr):

La carga de uso para techos accesibles slo para mantencin, puede ser reducida por

pendiente y por rea tributaria de acuerdo a lo siguiente:

Carga de uso de techo Lr, reducida por metro cuadrado (m) de proyeccin horizontal:

Lr = Lo Si R1*R2 0.84

Lr = Lo*R1*R2 Si 0.3 < R1*R2 < 0.84

Lr = 0.3*Lo Si R1*R2 0.3





Los factores de reduccin por reas tributaria y por pendiente, R1 y R2 respectivamente,

deben ser determinados como se indica a continuacin:

Reduccin por rea tributaria At:

R1 = 1-0.008*At Para At < 50 m

R1 = 0.6 Para At 50 m

Donde

At: rea tributaria soportada por el elemento estructural expresada en m.

Reduccin por pendiente de F:

R2 = 1 - 0.0233*F Para F < 30%

R2 = 0.3 Para F 30%

Donde

F: pendiente expresada en porcentaje (%)

En este caso, At1 = 12.5 m y At2 = 6.25 m; F = 12%.

R1 = 1 - 0.008*12.5 = 0.90

R2 = 1 - 0.0233*12 = 0.72

R1*R2 = 0.65

Segn NCh 1537, Lo = 100 kg/m.

Por lo tanto la sobrecarga de techo es LLr = 65 kg/m

6.3 Cargas eventuales ssmicas

Sismo (Sx):

El anlisis de esfuerzos por carga ssmica se hace utilizando el mtodo de anlisis elstico-

esttico. La fuerza lateral producida por sismo se determina segn Norma NCh 2369 of.2003.

Los parmetros que determinan este anlisis son los siguientes:





Clasificacin del Edificio: C1

Coeficiente de importancia (I): 1.2

Zona ssmica: Zona 2

Aceleracin Efectiva (A0): 0.3g

Galpn:

Coeficiente de ductilidad [R] = 3. Segn NCh 2369.Of2003 Tabla 5.6 N 3.5 Edificios

industriales de un piso, sin puente-gra, sin arriostramiento continuo de techo.

Coeficiente amortiguamiento critico [] = 0.03

Coeficiente Ssmico [CMAX] = 0.32. Por estar ubicado en zona ssmica 2, se debe

multiplicar por 0.75. Cmax = 0.24.





6.4 Cargas eventuales de viento

Segn la Norma Chilena NCh 432.Of71, para construcciones situadas en campo abierto,

ante el mar, o en sitios asimilables a estas condiciones, la presin bsica de viento ser:

Altura sobre el suelo [m] Presin bsica, qk en [kg/m]

0 70

4 70

7 95

10 106

15 118

20 126

30 137

40 145

50 151

La NCh 432.Of71, establece los siguientes coeficientes para la carga de viento.

Figura 4:- Coeficientes de forma para la direccin del viento x positiva.





7. DEFORMACIONES

La NCh 2369.of2003 en la seccin 6.1 indica que la deformacin ssmica se determina:

Donde:

d: deformacin ssmica;

d0: deformacin debido a cargas de servicio no ssmicas;

R1: factor que resulta de multiplicar el valor de R por un coeficiente que en nuestro caso

ser igual a uno;

dd: deformacin calculada con solicitaciones ssmicas reducidas por el factor R.

Se debe cumplir que:

La NCh 2369 of.2003 en la seccin 6.3 indica que la deformacin ssmica mxima (maxd )

para el caso que se analiza, no debe exceder 0.015*h, donde h es la altura del piso o dos

puntos sobre una misma vertical.

Para el control de deformaciones de diferentes elementos se utilizar la norma chilena NCh

427of.77. De la seccin 13 Flechas y Contraflechas, se utilizarn las tablas 45 y 46, de las

cuales se puede extraer lo siguiente:

ddRdd 10

maxdd





Tabla 1:- Deformaciones admisibles.





8. COMBINACIONES DE CARGA

Para el anlisis de la estructura se utilizaron los siguientes estados de carga:

PP: Peso propio de la estructura

SCt: Sobrecarga de techo

Vx: Viento en direccin x

Vz: Viento en direccin z

Sx: Sismo en direccin x

Sz:: Sismo en direccin z

Tabla 2: Simbologa utilizada para cada estado de carga.

Las combinaciones utilizadas por mtodo ASD, segn lo que establece la NCh 3171.of2010:

Para el diseo de las estructuras de Acero

4.2.2 Para diseo por resistencias admisibles

C1: PP

C2: PP + SCt

C3: PP + 0.75SCt

C4-C5: PP Vx

C6-C7: PP Vz

C8-C9: PP + 0.75SCt 0.75Vx

C10-C11: PP + 0.75SCt 0.75Vz

C12-C13: PP Sx

C14-C15: PP Sz

C16-C17: PP 0.75Sx

C18-C19: PP 0.75Sz

C20-C21: 0.6PP Vx

C22-C23: 0.6PP Vz

C24-C25: 0.6PP Sx

C26-C27: 0.6PP Sz





9. CARGAS APLICADAS SOBRE EL GALPON

Peso Propio (PP): peso de costaneras + cubierta

Figura 5: Carga muerta en modelo de Ram Elements

Clculo de valores indicados en la figura 5:

m

kgmmkgSPPPP pvt 60)(0.5)/(126cos

Donde:

S: Distancia longitudinal correspondiente al rea tributaria (m)

PP: Peso propio indicado en 6.1





Sobrecarga de techo (SCt):

Figura 6:-Sobrecarga de techo en modelo Ram Advanse


m

kgSQscSC reducida 3250.565

Donde:

S: Distancia longitudinal correspondiente al rea tributaria (m).

reducidaQsc : Peso proporcionada por la sobrecarga de techo (kg/m).





Carga debido al viento en Z (Vz): direccin longitudinal

Figura 7: Carga de viento en modelo Ram Advanse


m

kgSPCVz b 1400.5708.0

m

kgsenSPCVz b 4.9833.59.102)4.0)8.6(2.1(

Donde

C: es el coeficiente de forma para la direccin del viento Z positiva (adimensional).

Pb: Presin bsica del viento (kg/m).

S: Distancia longitudinal correspondiente al rea tributaria (m).





Carga debido al viento en X (Vx): direccin transversal

Figura 8: Carga de viento en direccin frontal en modelo Ram Elements





Carga debido al sismo en X (Sx): direccin transversal

Figura 9: Carga por sismo en direccin lateral en modelo Ram Elements





Clculo del esfuerzo de corte basal en la base a partir de la siguiente frmula:

Donde:

SQ : Esfuerzo en la base.

I : Coeficiente de importancia de la estructura, se obtiene de 4.3.2.

P : Peso total de la estructura sobre el nivel basal. No se incluir las sobrecargas presentes

en nuestro proyecto, como ya se indic slo tenemos SC de techo. Esto segn lo sealado

por esta seccin 5.3 de la Nch2369.Of2003.

Figura 10: Carga por sismo en direccin frontal en modelo Ram Elements

PICQS max





10. DISEO DE PERFILES

10.1 Interaccin de esfuerzos axiales+ flexin en columnas TUB_150X150X3

Figura 11: Interaccin de esfuerzos en columnas, C6 = PP + Vz

10.2 Interaccin de esfuerzos axiales+ flexin en columna I2C 150x50x3

Figura 12: Interaccin de esfuerzos en columnas, C10 = PP + 0.75SCt + 0.75Vz





10.3 Interaccin de esfuerzos axiales+ flexin en cerchas C 150x50x3

Figura 13: Interaccin de esfuerzos en cercha, C6 = PP + 0.75SCt + 0.75Vx

10.4 Interaccin de esfuerzos axiales + flexin en perfil especial combinado

canales C 150x50x3 + C 150x50x3

En esta zona se utiliz un perfil combinado de 2 canales dispuestos en forma perpendicular: uno que

cierra la cercha frontal y el otro que cierra la cercha lateral. Trabajando en forma conjunta logran el

factor de interaccin indicado.

Figura 14: Interaccin de esfuerzos en perfil especial doble canal, C6 = PP + 0.75Vz





10.5 Interaccin de esfuerzos axiales + flexin en cercha central T2L 80x80x4

Figura 15: Interaccin de esfuerzos en cercha C2 = PP + SCt

10.6 Interaccin de esfuerzos axiales+ flexin en cerchas C 150x50x3

Figura 16: Interaccin de esfuerzos en vigas, C2 = PP + SCt





10.7 Interaccin de esfuerzos axiales en diagonales y montantes T2L 30x30x5.

En este caso se ha considerado la diagonal o montante como un solo elemento en el

software, compuesto por dos perfiles ngulo L 30x30x5 separados a 114 mm.

Figura 17: Interaccin de esfuerzos en diagonales, C2 = PP + SCt

10.8 Interaccin de esfuerzos axiales en arriostras L40X40X3

Figura 18: Interaccin de esfuerzos en arriostras, C9 = PP + 0.75SCt 0.75Vx





11. DESPLAZAMIENTOS

11.1 Desplazamientos ssmicos en direccin X

Figura 21:- Desplazamientos horizontales generados por el sismo en direccin X

Figura 22:- Desplazamientos horizontales generados por cargas de servicio en direccin X





Como se observa en las figuras 21 y 22, el mximo desplazamiento horizontal para la carga

ssmica es de 0.32 cm. El mximo desplazamiento por carga de servicio es de -0.01 cm.

El desplazamiento admisible en direccin X, para la altura al hombro de 3.36 m es de;

cmdRdd d 95.032.0301.010

cmd 04.5336015.0max

maxdd Cumple





11.2 Desplazamientos ssmicos en direccin Z

Figura 23:- Desplazamientos horizontales generados por el sismo en direccin Z

Figura 24:- Desplazamientos horizontales generados por cargas de servicio en direccin Z





Como se observa en las figuras 23 y 24 el mximo desplazamiento horizontal para la carga

ssmica es de 1.34 cm. El mximo desplazamiento por cargas de servicio es de -0.27 cm

(direccin opuesta).

El desplazamiento admisible en direccin Z, para la altura al hombro de 3.36 m es de:

cmdRdd d 75.334.1327.010

cmd 04.5336015.0max

maxdd Cumple

11.3 Desplazamientos por viento en direccin X

Figura 25:- Desplazamientos horizontales generados por el viento en direccin X

Como se observa en la figura 25, el mximo desplazamiento horizontal para la carga de

viento es de 0.49 cm.





De la Tabla N1 Deformaciones Admisibles, se tiene que la mxima deformacin para

columnas es H/200, con H = Altura de columna. En este caso, H/200 = 336/200 = 1.68 cm.

d = 0.49 cm

dmax = 1.68 cm

maxdd Cumple

11.4 Desplazamientos por viento en direccin Z

Figura 26:- Desplazamientos horizontales generados por el sismo en direccin Z

De la Tabla N1 Deformaciones Admisibles, se tiene que la mxima deformacin para

columnas es H/200, con H = Altura de columna. En este caso, H/200 = 336/200 = 1.68 cm.





d = 1.71 cm

dmax = 1.68 cm

Si bien es cierto en el punto de mayor altura, el criterio de la Tabla 1 no se cumple, la

diferencia se considerar insignificante para efectos prcticos (0.3 mm), por lo que se valida.

maxdd Cumple





11.5 Desplazamientos verticales

.

Figura 27:- Desplazamientos verticales generados por peso propio y sobrecarga de techo

El desplazamiento vertical generado por peso propio y sobrecarga, en el punto ms

desfavorable en la viga tipo cercha es de 0.28 cm. Este desplazamiento es equivalente a

L/1785, donde el largo L es igual a 500 cm.

Segn la tabla 1 del presente informe la deformacin admisible en vigas tipo cercha debe ser

menor a adm = L/700 = 0.71 cm, por lo tanto la deformacin vertical cumple con la norma.





12. DISEO DE CONEXIONES

Se verifica conexin apernada entre mdulos, que une ambas cerchas con perfil L 80x80x4 y con

canales C 150x50x3, formando la cercha central del galpn. Para esto se considerar la capacidad al

corte del perfil L y se compara con la resistencia a la rotura del perno.

Se asegura que la conexin tendr como mnimo la capacidad de los perfiles presentes en ella.

Fu Vadm

En que Fu es la resistencia ltima a la traccin de los pernos, y Vadm es la capacidad al corte del perfil

L 80x80x4.

Para pernos A307 de 3/8, se tiene una resistencia a la traccin de 4220 kg/cm.

La capacidad al corte del perfil L 80x80x4 se calcula con la siguiente ecuacin:

Vadm1 = 0.4 x (B x e) x fy

Siendo (B x e) el rea de corte, que en este caso es (8.0 cm) x (0.4 cm) = 3.2 cm

De esta manera, el corte admisible del perfil es Vadm1 = 3238 kgf.

Como Fu > Vadm1, entonces se asegura que en cada punto de unin se transmite efectivamente la

capacidad al corte de los perfiles ngulo L 80x80x4.

La capacidad al corte del perfil C 150x50x3 se calcula con la siguiente ecuacin:

Vadm2 = 0.4 x (B x e) x fy

Siendo (B x e) el rea de corte, que en este caso es (15.0 cm) x (0.3 cm) = 4.5 cm

De esta manera, el corte admisible del perfil es Vadm2 = 4554 kgf.

Como Fu > Vadm2, entonces se asegura que en cada punto de unin se transmite efectivamente la

capacidad al corte de los perfiles ngulo C 150x50x3.





13. ANLISIS BAJO CONDICIN DE TRANSPORTE

Luego de realizar el anlisis estructural y verificar que el estado de carga que controla el diseo es el

viento, se puede afirmar que la condicin de transporte ser ms favorable que la de terreno.

El viento provoca grandes tensiones internas dentro de los perfiles producto del revestimiento de la

estructura, aumentando su rea tributaria y por ende reacciona con ms fuerza sobre la estructura

metlica. Si quitamos el revestimiento, como sera en transporte, la carga de viento baja

ostensiblemente y se tendra de esta manera una condicin de diseo ms favorable. El viento

impactara slo sobre la cara del perfil que est orientada al viento, cuya ancho tributario es

claramente mucho menor que una estructura cerrada.

memoria calculo galpón residuos peligrosos

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