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CAPITULO I CÁLCULOS NAVE INDUSTRIAL

1

1.

CARGA VIVA

Según el reglamento de edificaciones del Perú, en el artículo 7.1 (d) se considera para techos de coberturas livianas, la siguiente carga viva: 

(ver ANEXO N°1 “cargas vivas de techo”).

2. CARGA DE VIENTO Dimensiones a considerar Vista frontal de la nave industrial

Figura: 2.1 Calculo de altura neta 

(Según “ASCE-6-2005 figura 6-3 nota 5-h” en descripción escrita). Dónde: hp: es la altura de pared o de pórtico. ht: es la altura de techo o tijeral.

Entonces  

Cálculo de Velocidad de diseño Considerando capítulo 5.3 de la norma técnica de edificaciones “E-20 cargas” 

( ) 2

Dónde: Ve: velocidad extrema de viento sobre el suelo 

(ver ANEXO N°2 “mapa eólico del Perú”, y ubicación requerida).

Entonces. 

( )

Calculo de Carga exterior del viento Considerando Capítulo 5.4 de la norma técnica de edificaciones “E-20 cargas” 

Se determina el factor de forma de Tabla 5.4 de la norma E-20 cargas. TABLA: 2.1 Factores de forma (Ce)

Tomamos los valores superficies inclinadas a menor de 15° por lo que el factor “Ce” toma los valores de +0.3 y -0.7 en Barlovento; y -0.6 en Sotavento. Entonces.

Carga exterior del viento en BARLOVENTO  

Carga exterior del viento en SOTAVENTO  3

Phe=

Calculo de Carga interiores de viento Considerando Capítulo 5.5 de la norma técnica de edificaciones “E-20 cargas” 

Se determina el factor de forma de Tabla 5.5 de la norma E-20 cargas. TABLA: 2.2 Factores de forma para determinar carga adicionales en elementos de cierre (Ci)

Considerando que las aberturas se encuentran en el lado a sotavento o en los costados, entonces el facto “Ci” será de -0.6. Entonces. 

Por lo tanto: La carga total de viento será la diferencia entre presión externa e interna; en unidades de .   

Cálculo de carga sobre los muros Esta carga lateral sobre los muros nos servirá para cálculos de cimentación, y otros que lo requieran. Consideraremos la norma “Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures 2010 ASCE standard” (MDLBOS) a) Factor de direccionalidad (Kd): De la tabla 26.6-1 de la norma MDLBOS.

4

TABLA: 2.3 Factores de direccionalidad (Kd)

b) Coeficiente de Presión interna (GCpi): De la tabla 26.11-1 de la norma MDLBOS.

TABLA: 2.4 Coeficiente de presión interna (GCpi)

Como la estructura se encontrara parcialmente cerrada se seleccionó: GCpi = +/- 0.55 c) Categorías de exposición (Exposure Category): Como la estructura tiene altura nominal h=8 según el “Artículo 26.7.3” está en una categoría B, que entran al rango todas las estructuras, hasta 9.1m de altura nominal. 5

d) Velocidad del viento: Se utiliza la velocidad de viento según el mapa eólico que es 85 km/h = 23.61 m/s. e) Factor Topográfico (Kzt): Según “Articulo 26.7.3” Para superficies llanas, que no se encuentren sobre cambios en el relieve que podrían acelerar al viento se utiliza el valor Kzt=1 f)

Efecto de ráfaga (G): Según el “Artículo 26.9.1” se puede utilizar para todas las estructuras rígidas el valor de G=0.85

g) Coeficiente de exposición de la presión de velocidad (kz / kh): Donde kz para la altura del muro y kh es para la altura nominal. De la tabla 27.3-1 de la norma MDLBOS.

TABLA: 2.5 Coeficiente de exposición de la presión de velocidad (kz/kh)

Para altura de los muros de 7m interpolando kz = 0.644 Para altura nominal 8m interpolando kh = 0.671 h) Presión de velocidad (qz / qh): Según el Artículo 27.3.2 de la norma MDLBOS.   

6

 i)

Coeficiente de presión externa (Cp): De la tabla 27.4-1 de la norma MDLBOS.

TABLA: 2.6 COEFICIENTE DE PRESIÓN EXTERNA (Cp)

Dónde:

Si: L/B = 1.2 Entonces el Coeficiente de presión externa será Cp=-0.5; y se usara la Presión de velocidad “qh” j)

Carga de viento sobre los muros (Pmuro): Según el Artículo 27.4.1 de la norma MDLBOS. 



(

(

)

)

(

) (

)



7

3.

CARGA DE SISMO

Para el cálculo de esta carga tendremos en cuenta las consideraciones generales de las edificaciones NORMA GE. 010 Generalidades (III.2 ESTRUCTURAS, capítulo 2, artículo 14 procedimiento de análisis): Según “Articulo 14.2” nuestra estructura es considerada REGULAR al no ser mayor a 45m de altura Periodo fundamental (III.2 ESTRUCTUEAS, capítulo 2, artículo 17.2 Periodo fundamental): El coeficiente Ct=35, para edificios cuyos elementos resistentes en la dirección considerada sea únicamente pórticos. 

Fuerza cortante en la base (III.2 ESTRUCTUEAS, capítulo 2, artículo 17.3 fuerza cortante Base):  Considerar el valor mínimo

Cálculo del valor Z De la NORMA E.030 diseño sismo resistente, capitulo II, parámetros de sitio, articulo 5.zonificación figura N°1.

8

Figura: 3.1 De NORMA E.030 diseño sismo resistente, capitulo II, parámetros de sitio, articulo 5.zonificación tabla N°1. TABLA: 3.1 Factores de zona

Para el departamento de Arequipa se encontraría en la zona 3 con un factor de zona Z=0.4 Cálculo del valor U De NORMA E.030 diseño sismo resistente, capitulo III, requisitos generales, articulo 10.categoría de las edificaciones Tabla N°3 TABLA: 3.2 Categoría de las edificaciones

9

Al ser la estructura una instalación industria, entraría en la categoría C de edificaciones comunes con un valor U=1.

Cálculo del valor R De NORMA E.030 diseño sismo resistente, capitulo III, requisitos generales, articulo 12.sistemas estructurales Tabla N°6. TABLA: 3.3 Sistemas estructurales

La estructura cuenta con arriostres en cruz, tendría un coeficiente de reducción R=6. Cálculo del valor S De NORMA E.030 diseño sismo resistente, capitulo II, parámetros de sitio, articulo 6.condiciones geotécnicas Tabla N°2 TABLA: 3.4 Parámetros de suelo

10

El terreno elegido entraría a un suelo intermedio ya que la se utilizaba para sembríos. Parámetros del suelo (Tp(s)=0.6 y S=1.2) Cálculo del valor C De NORMA E.030 diseño sismo resistente, capitulo II, parámetros de sitio, articulo 7.factor de Amplificación sísmica. 

( )



(

)

 Dónde. Tp: parámetro del suelo 0.6 T: periodo fundamental 0.214

Cálculo del valor P (peso propio) Este factor, depende directamente del perfil seleccionado, para cada parte de la estructura; y para el inicio del cálculo, debe ser asumido. Este peso propio asumido se debe comparar con el peso real del perfil, luego de la selección, si se aproxima, se deja el cálculo como correcto, y es muy lejano, se cambia este factor, esto ara cambiar las cargas de sismo y muerta, y se re-seleccionara el perfil. Esta re-selección se realizara siempre y cuando la carga de sismo “E” intervenga en la ecuación LRFD de máxima carga. 

Peso propio asumido para diseño de Correas:



Peso propio asumido para diseño de Tijerales:

Finalmente Carga de SISMO   

11

4.

CARGA MUERTA

Carga por sistema eléctrico: Esta carga incluye peso de luminarias, lámparas y cables para su instalación; Asumido: Carga por paneles metálicos para cobertura de techo: Parámetros de selección: 

Se usaran coberturas tipo TR-7 de la marca PRECOR.



Si se considera una cobertura simplemente apoyada entre dos correas.

Figura: 4.1 

Y si también, la cobertura deberá soportar como mínimo

(P)

Selección de cobertura: TABLA: 4.1 Cargas de coberturas TR-7, simplemente apoyadas

Probando cobertura TR-7 de 3m de largo (L), y de 0.35-0.40mm de espesor (e), y soporta >

cumple.

Entonces genera una carga de 3.70 Carga muerta adicional (Ca) Esta carga adicional dependerá de que parte de la estructura se analice.  Para el análisis de las correas y la cumbrera no se tomaran cargas adicionales.  Para el análisis de los tijerales, se tomaran como cargas adicionales el peso de las correas y la cumbrera ya calculadas.  Para el análisis de los pórticos; que incluyen vigas y columnas; se tomaran como cargas adicionales los pesos de cumbrera, correas y el peso propio de los tijerales.

12

Entonces: 

5.

COMBINACIONES DE CARGAS

Para la norma LRFD “Load and Resistance Factor Design Specifications”, y el AISC “American Institute of Steel Construcion” prescribe las siguientes ecuaciones de cargas mayoritarias.      

1.4D 1.2D + 1.6L + 0.5R 1.2D + 1.6R + (0.5L 0.8W) 1.2D + 1.3W + 0.5L + 0.5R 1.2D + 1.0E + 0.5L + 0.2S 0.9D + (1.3W 1.0E)

Las cargas de lluvia (R) y de nieve (S) se consideran cero, por la ubicación y forma de la nave industrial. El cálculo de estas ecuaciones, y la selección de la carga mayor o mayoritaria; se especifica de forma completa en un programa de Microsoft Excel, para cada caso particular, al hacer una análisis progresivo de la nave industrial (ver ANEXO N°4).

6.

SELECCIÓN DE PERFILES

Para la selección de perfiles, se usaran tablas del “AISC”, y para el cálculo de elementos a compresión y a tracción se usará el programa “multiphysics simulation autodesk”, también se tendrá en cuenta el libro “Diseño de Estructuras de Acero método LRDF, Jack C. McCormac, 2da edición”; y por lo tanto se adjuntaran o anexaran sus tablas, imágenes, nomogramas, etc. 6.1 selección de correas. Se diseñara las correas como si fueran vigas, se harán cálculos para dos tipos de perfiles; un perfil tipo “tubo cuadrado” y otro tipo “zeta”; luego se escogerá una de ellos, teniendo en cuenta su resistencia, costo, y factibilidad de unión al tijeral. CALCULO DE CARGA DISTRIBUIDA Esta carga distribuida influirá en los dos tipos de perfiles, que se seleccionaran luego. A esta carga distribuida se le aplicaran los factores de la correspondiente ecuación del LRFD. CARGAS DE INFLUENCIA   

Viva: Muerta: Peso Propio:

L = 30 kg/m2 (por norma) D = 3.7 kg/m2 (solo de coberturas) P = 7 kg/m2 (asumida) 13

LONGITUD DE LA VIGA 

Long = 4 m = 157.48 in

(distancia entre tijerales)

AREA TRIBUTARIA 

A = (1.5+1.5)*4 m2 = 12 m2

CARGA DISTRIBUIDA 

(



(

) (

) ) (

)



Al usar las tablas del “AISC”, cambiaremos la carga distribuida a unidades inglesas 

CALCULO DE PARÁMETROS BASE   

SELECCIÓN DE CORREA CON PERFIL DE TUBO CUADRADO PRUEBA # 1: “Tubo cuadrado 7 x 3 x 1/8” De manual AISC, tabla de Structural Tubing, pagina 139. TABLA: 6.1

14

Datos importantes (el perfil se tomara echado, entonces su eje de base será el eje “y”. -

W = 8.16 lb/ft S y-y = 2.64 in3 I y-y = 3.96 in4

COMPROBACIÓN Se debe cumplir que:  



¡SI CUMPLE!

COMPROBANDO RESISTENCIA   ENTONCES PERFIL SELECCIONADO:

¡CUMPLE!

Tubo cuadrado 7 x 3 x 1/8

 W = 8.16

PRUEBA #2: “Tubo cuadrado 6 x 4 x 1/8” De manual AISC, tabla de Structural Tubing, pagina 139. TABLA: 6.2

15

Datos importantes (el perfil se tomara echado, entonces su eje de base será el eje “y”). -

W = 8.16 lb/ft S y-y = 3.29 in3 I y-y = 6.57 in4

COMPROBACIÓN Se debe cumplir que:   

¡CUMPLE!

COMPROBANDO RESISTENCIA   ENTONCES PERFIL SELECCIONADO:

¡CUMPLE!

Tubo cuadrado 6 x 4 x 1/8

 W = 8.16

SELECCIÓN DE CORREA CON PERFIL ZETA PRUEBA # 1: “Perfil Z 7 x 3 x 4.5”

16

Figura: 6.1 De catálogo de perfiles Zetas de alas atiesadas “FIERRO TRADI. S.A.” TABLA: 6.3

Datos importantes. -

W = 8.038 lb/ft S = 1.44 in3 I = 4.19 in4

COMPROBACIÓN Se debe cumplir que:   

¡CUMPLE!

COMPROBANDO RESISTENCIA 

 ENTONCES PERFIL SELECCIONADO:

¡CUMPLE!

Perfil Z 7 x 3 x 4.5

 W = 8.038

SELECCIÓN DE CORREA FINAL 17

Se tendrá que seleccionar una de las tres correas calculadas; para esto, primero calcularemos, la carga que genera por su peso propio; y los compararemos con la carga asumida, y seleccionaremos la que más se aproxime. Longitud total de las correas 

CARGA DE CORREA CON PERFIL DE TUBO CUADRADO 7 x 3 x 1/8 

Peso Total de las correas tubo cuadrado



Peso de las Correas

CARGA DE CORREA CON PERFIL DE TUBO CUADRADO 6 x 4 x 1/8 

Peso Total de las correas tubo cuadrado



Peso de las Correas

CARGA DE CORREA CON PERFIL Z 7 X 3 X 4.5 

Peso Total de las correas tubo



Peso de las Correas

Son 8 correas con una longitud de 78.74 pies (24 m, distribuidas en 489.51 m 2. Esto nos da un peso por área de 4.7 Kg/m2, que es menor a 7 Kg/m2 asumido.

Se seleccionará la correa de perfil Z 7 X 3 X 4.5, que genera una carga a la estructura ligeramente menor que la que generan las correas de perfil cuadrado 7x3x1/8 y 6x4x1/8. También la forma de su sección transversal facilita la conexión de la correa al tijeral. 18

6.2 selección de armadura de tijeral ANTECEDENTES: 1. el acero a utilizar será de la empresa “Aceros Arequipa” que son del tipo A-36   2. Para calcular los valores a compresión de la armadura se tomara Valor del coeficiente K (condiciones de apoyo) con un valor de 1

TABLA 7.1



K = 1.0

3. Nuestro factor de carga viva del elemento será 1 para el cálculo del tijeral ya pertenece a otros miembros no especificados , entonces el área tributaria es el área de influencia sobre los miembros analizados TABLA 7.2

19

CARGAS SOBRE LOS TIJERALES Selección de tijeral crítico o de diseño Para la selección de los elementos de los tijerales se seleccionó un tijeral intermedio ya que los extremos tienen con la menor área influencia

1 2

3

4 5

6

7

Figura: 7.1 20

Las dimensiones del tijeral intermedio son las siguientes: 

Se estableció una distancia de 3 entre nodos en la mayoría de estos para instalar el calaminon completo, así se reducirá la cantidad de cortes en este para reducir costos en material desperdiciado y en mano de obra para realizar las operaciones de corte.

3m

3m

1m

1,2m

10m

Figura: 7.2 Distribución de la carga sobre los tijerales La distribución de carga calculada máxima del LRFD, se distribuirá según el área influencia sobre el área del tijeral intermedio area de influencia sobre el tijeral intermedio = 81.58 m^2

1

2

3

4

5

6

7

Fig. 7.3 Carga muertas Perfil tubo cuadrado D - Carga Muerta Carga Calaminon = Carga Cumbrera = Carga Largueros (perfil Z 7 X 3 X 4.5) =

3.7 kg/m^2 1.66 kg/m^2 4.7 kg/m^2

21

Carga Ins. Elec. = Total Cargas sin factorizar D - Carga Muerta = L - Carga Viva = W - Carga Viento = E - Carga Sismo = S - Carga Nieve = R - Carga Lluvia =

5 kg/m^2 15.06 kg/m^2

15.06 30 29.48 2.8 0 0

Cargas factorizadas RLFD a) 1,4*D = b) 1,2*D+1,6*L+0,5*R = c) 1,2*D+1,6*R+0,5*L = 1,2*D+1,6*R+0,5*W = d) 1,2*D+1,3*W+0,5*L+0,5*R = e) 1,2*D+1*E+0,5*L+0,2*S = f) 0,9*D+1,3*W = 0,9*D+1*E = seleccionada en N = 

kg/m^2 kg/m^3 kg/m^4 kg/m^5 kg/m^6 kg/m^7

21.084 66.072 33.072 32.812 71.396

kg/m^2 kg/m^2 kg/m^2 kg/m^2 kg/m^2

35.872 kg/m^2 51.878 kg/m^2 16.354 kg/m^2 700.39476 N/m^2

Carga Sobre el tijeral intermedio en área influencia : 87607.03 N

Distribución de carga por nodo Se distribuyó la carga según el área de influencia de sobre cada nodo. Tijeral intermedio:

22

9

area de influencia sobre nodo 9

8


7


6 5 4 3 2 1

area de influencia sobre nodo 6 area de influencia sobre nodo 5 area de influencia sobre nodo 4


area de influencia sobre nodo 2 area de influencia sobre nodo 1

Figura: 7.4 Se diseñó una tabla que muestra la carga en cada nodo, estas cargas luego serán analizadas en el programa “multiphysics simulation autodesk”. TABLA: 7.2 Cargas en cada nodo del tijeral intermedio Tijeral Intermedio nodo area influencia (m^2) carga x nodo (N) 1 6 4202.36856 2 12 8404.73712 3 12 8404.73712 4 8.39 5876.312036 5 4.79 3354.8909 6 8.39 5876.312036 7 12 8404.73712 8 12 8404.73712 9 6 4202.36856 carga total 57131.20057

23

ANALISIS DEL ESFUERZO INTERNO EN LA ARMADURA Utilizando “Autodesk simulation Multiphysics” nos dio los siguientes resultados, al aplicar las cargas en los tijerales. Tijeral intermedio :

Figura: 7.5  

Valor máximo diseño a Compresión: -55.574 KN Valor máximo diseño a Tracción: 47.659 KN

(en el borde de la armadura) (en el cuerpo de la armadura)

6.2.1 Armadura externa a compresión Con base en los resultados obtenidos en el “autodesk multiphysics simulation”, se encontró que el máximo esfuerzo y la longitud:  

Calculo por el método de RLFD. I. Calculo de KL correspondiente:   II. Realizando suposiciones: Ser debe realizar suposiciones, y por un método iterativo, se llegara al perfil más óptimo; la suposición de la esbeltez nos dará como resultado un valor de “ el cual se obtendrá de la TABLA 3-36, del manual AISC. i.

Primera suposición

.

24



TABLA 3-36



Selecciona un perfil que cumpla con un área mayor

PRUEBA # 1: “Perfil C 6 x 13” De manual AISC, tablas de American Standard Channels (C), pagina 55. Nota: el radio de giro que controla es el ry al ser el menor en todos los perfiles C TABLA: 3.16

-

Comprobamos esbeltez  

ii.

¡NO CUMPLE!

Segunda suposición 

. TABLA 3-36

25



Seleccionara perfil “C 8x11.5” ya que se puede adquirir por la empresa “aceros Arequipa” PRUEBA # 3: “Perfil C 8x11.5” De manual AISC, tablas de American Standard Channels (C), pagina 55. TABLA: 3.17

-

Comprobamos esbeltez  ¡CUMPLE!

III. Comprobamos área y esfuerzo :

Aproximamos la esbeltez del perfil “C 8x11.5”, para comprobar el área requerida.  

TABLA 3-36

26



¡CORRECTO!

Finalmente comprobamos  

*Ag

 PERFIL SELECCIONADO: C 8 x 11.5 W = 11.5

6.2.2 Armadura interna a tracción Con base en los resultados obtenidos en el “autodesk multiphysics simulation”, se encontró que el máximo esfuerzo y la longitud:  

Calculo de área mínima Por fluencia:  

Calculo de área mínima Por ruptura:  

Entonces si se usaran dos perfiles tipo ángulo; el área mínima será. Agmin=Max[Agruptura;Agfluencia] Agmin=Max[0.2463;0.331]in2 Nota: Ya que se usara doble ángulos para que cada uno se conecte a un ala del perfil C



SELECCIONAMOS PERFIL “L20x20x3” aceros arequipa 27

Características del perfil 

Comprobando 

¡CORRECTO!

 PERFIL SELECCIONADO: L20x20x3 (SI)    W = 0.733

28

6.3. comprobación con peso muerto de la estructura 6.3.1 metrado de la estructura Las distancia de los elementos se establecieron del esquema del diseño del tijeral, todo la estructura externa es del perfil C8x11.5 y la estructura interna de L 20x20x3 (SI)

perfil peso (lb/ft) longitud (m) peso (lb) C 8x11.5 11.5 10.2 384.744 C 8x11.5 11.5 10.2 384.744 C 8x11.5 11.5 1 37.72 C 8x11.5 11.5 1 37.72 C 8x11.5 11.5 10 377.2 C 8x11.5 11.5 10 377.2 L 20x20x3 0.733 3.22 7.7416528 L 20x20x3 0.733 3.22 7.7416528 L 20x20x3 0.733 2.77 6.6597448 L 20x20x3 0.733 2.77 6.6597448 L 20x20x3 0.733 3.66 8.7995184 L 20x20x3 0.733 3.66 8.7995184 L 20x20x3 0.733 2.18 5.2412432 L 20x20x3 0.733 2.18 5.2412432 L 20x20x3 0.733 3.34 8.0301616 L 20x20x3 0.733 3.34 8.0301616 L 20x20x3 0.733 1.59 3.8227416 L 20x20x3 0.733 1.59 3.8227416 L 20x20x3 0.733 3.11 7.4771864 L 20x20x3 0.733 3.11 7.4771864 29

total 1 tiejral 1694.8725 7 tijerales 11864.1075 11864.1075lb =5381.47 kg El área a distribuirse será en toda la superficie plana del techo que tiene un área de 480 m2 Tendrá una carga por m2 de 11.21 kg/m2 D - Carga Muerta Carga Calaminon = Carga Cumbrera = metrado estructura= Carga Largueros (perfil Z 7 X 3 X 4.5) = Carga Ins. Elec. = Total

3.7 1.66 11.21 4.7 5 26.46


Carga de sismo corregida: con carga muerta corregida  D - Carga Muerta = L - Carga Viva = W - Carga Viento = E - Carga Sismo = S - Carga Nieve = R - Carga Lluvia =

26.46 30 29.48 5.292 0 0

a) 1,4*D = b) 1,2*D+1,6*L+0,5*R = c) 1,2*D+1,6*R+0,5*L = 1,2*D+1,6*R+0,5*W = d) 1,2*D+1,3*W+0,5*L+0,5*R = e) 1,2*D+1*E+0,5*L+0,2*S = f) 0,9*D+1,3*W = 0,9*D+1*E = seleccionada en N =


37.044 kg/m^2 79.752 kg/m^2 46.752 kg/m^2 46.492 kg/m^2 85.076 kg/m^2 52.044 kg/m^2 62.138 kg/m^2 29.106 kg/m^2 834.59556 N/m^2

30

Comprobación con peso muerto real Se distribuyó la carga según el área de influencia de sobre cada nodo. Tijeral intermedio:

9


8


7


6 5 4 3 2 1

area de influencia sobre nodo 6 area de influencia sobre nodo 5 area de influencia sobre nodo 4


area de influencia sobre nodo 2 area de influencia sobre nodo 1

Figura: 7.5 Se diseñó una tabla que muestra la carga en cada nodo, estas cargas luego serán analizadas en el programa “multiphysics simulation autodesk”. TABLA: 7.3 Cargas en cada nodo del tijeral intermedio

nodo 1 2 3 4 5 6 7 8 9

tijeral intermedio area influencia (m^2) carga x nodo (N) 6 5007.57336 12 10015.14672 12 10015.14672 8.39 7002.256748 4.79 3997.712732 8.39 7002.256748 12 10015.14672 12 10015.14672 6 5007.57336 31

carga total

68077.95983

ANALISIS DEL ESFUERZO INTERNO EN LA ARMADURA Utilizando “Autodesk simulation Multiphysics” nos dio los siguientes resultados, al aplicar las cargas en los tijerales. Tijeral intermedio :

Figura: 7.7  

Valor máximo diseño a Compresión: -66.223 KN Valor máximo diseño a Tracción: 56.7916 KN

(en el borde de la armadura) (en el cuerpo de la armadura)

6.3.2 Armadura externa a compresión Con base en los resultados obtenidos en el “autodesk multiphysics simulation”, se encontró que el máximo esfuerzo y la longitud:  

Calculo por el método de RLFD. IV. Calculo de KL correspondiente:   V. Realizando comprobación:

32

Ser debe realizar suposiciones, y por un método iterativo, se llegara al perfil más óptimo; la suposición de la esbeltez nos dará como resultado un valor de “ el cual se obtendrá de la TABLA 3-36, del manual AISC.

iii.

Segunda suposición 

. TABLA 3-36



Seleccionara perfil “C 8x11.5” ya que se puede adquirir por la empresa “aceros Arequipa” PRUEBA # 3: “Perfil C 8x11.5” De manual AISC, tablas de American Standard Channels (C), pagina 55. TABLA: 3.17

-

Comprobamos esbeltez  33

¡CUMPLE!

VI. Comprobamos área y esfuerzo :

Aproximamos la esbeltez del perfil “C 8x11.5”, para comprobar el área requerida.  

TABLA 3-36



¡CUMPLE!

Finalmente comprobamos  

*Ag

 PERFIL SELECCIONADO: C 8 x 11.5 W = 11.5

6.3.3 Armadura interna a tracción Con base en los resultados obtenidos en el “autodesk multiphysics simulation”, se encontró que el máximo esfuerzo y la longitud:  



34

Entonces si se usaran dos perfiles tipo ángulo; el área mínima será. Agmin=Max[Agruptura;Agfluencia] Agmin=Max[0.2923;0.394]in2 Nota: Ya que se usara doble ángulos para que cada uno se conecte a un ala del perfil C 

SELECCIONAMOS PERFIL “L20x20x3” aceros arequipa

Características del perfil 

Comprobando 35



¡CUMPLE!

 PERFIL SELECCIONADO: L20x20x3 (SI)    W = 0.733

6.4 selección de vigas.

De las formulas del RLFD a) 1,4*D = b) 1,2*D+1,6*L+0,5*R = c) 1,2*D+1,6*R+0,5*L = 1,2*D+1,6*R+0,5*W = d) 1,2*D+1,3*W+0,5*L+0,5*R = e) 1,2*D+1*E+0,5*L+0,2*S = f) 0,9*D+1,3*W = 0,9*D+1*E = seleccionada en N =


Seleccionando el valor máximo de LRFD Carga = 834.59556 De la tabla 7.2 nuestro factor de carga viva del elemento será 1 para el cálculo del tijeral ya pertenece a otros miembros no especificados, entonces el área tributaria es el área de influencia sobre los miembros analizados

36

La Luz entre columnas que es la longitud de la viga es de 4m (13.12ft) donde se distribuirá la carga Pu

Asumiendo un el peso de la viga de 44lb/f

 

ENTONCES SE DEBE PROCURAR: 

37



√

√

SELECCIONAMOS M10X8 

¡CUMPLE!



¡CUMPLE!

CORRIGIENDO EL PESO DE LA VIGA DE 6.5 lb/f

 

 

¡CUMPLE! ¡CUMPLE!

38

CALCULO DE PESO TOTAL DE VIGAS



(

)



LRFD con carga de viga D - Carga Muerta Carga Calaminon = Carga Cumbrera = metrado estructura= carga de vigas= carga de columnas= Carga Largueros (perfil Z 7 X 3 X 4.5) = Carga Ins. Elec. = Total D - Carga Muerta = L - Carga Viva = W - Carga Viento = E - Carga Sismo = S - Carga Nieve = R - Carga Lluvia =

26.945 30 29.48 5.292 0 0


3.7 1.66 11.4 0.485

kg/m^2 kg/m^2 kg/m^2 kg/m^2 kg/m^2 4.7 kg/m^2 5 kg/m^2 26.945 kg/m^2 kg/m^2 kg/m^3 kg/m^4 kg/m^5 kg/m^6 kg/m^7

37.723 80.334 47.334 47.074 85.658

kg/m^2 kg/m^2 kg/m^2 kg/m^2 kg/m^2

52.626 kg/m^2 62.5745 kg/m^2 29.5425 kg/m^2 840.3049 N/m^2

39

6.5 selección de columnas.

AREA TRIBUTARIA COLUMNA EXTERNA:

COLUMNA INTERNA:

Con los valores del RLFD incluyendo la carga de las vigas podemos calcular

Area Carga columna externa Carga columna interna

N KLbf 20 16806.0996 3.78137241 40 33612.1992 7.56274482

40

SELECION DE COLUMNA EXTERNA: Utlizando la formulas de Dumonteil,1992 Para marcos no arriostrados

Para marcos arriostrados

GB=10 ya que todas las bases se encuentran empotradas

UNIONES PORTICO FRONTAL INTERMEDIO

41

UNIONES PORTICO FRONTAL EXTREMO

UNIONES PORTICOS LATERALES

42

CALCULOS DE COLUMNA EXTREMA portico lateral (arriostrado) carga sobre la viga IyC (W6x16) AC LC (6m) Ixg1 (M8x6.5) Lg1(4m) factor GA GB K ry KL/ry esfuerzo RLFD c*Fr(tabla 3.36 RLFD) carga permisible

7.56 4.43 4.74 19.69 18.1 13.12 1.5

klb in^4 in^2 ft in^4 ft factor 3/2

0.108723146 1 0.658638844 0.966 161.1006066 8.23 klb/in^2 39.0102 klb

Carga permisible > carga sobre la viga CUMPLE! portico frontal (no arriostrado) carga sobre la viga IxC (W6x16) AC LC (6m) Ixg1 (C8x11.5) Lg1 (20m) factor GA GB K

7.56 32.1 4.74 19.69 32.6 65.62 1 3.281541812 1 1.592446205

rx KL/ry esfuerzo RLFD c*Fr (tabla 3.36 RLFD) carga permisible

klb in^4 in^2 ft in^4 ft factor 3/2

2.6 144.7166112 10.29 klb/in^2 48.7746 klb

Carga permisible > carga sobre la viga CUMPLE! 43

CALCULOS DE COLUMNA INTERNA para los cálculos de la viga interna por sus apoyos no se puede calcular por de Dumonteil,1992 su usara la siguiente tabla

portico lateral (arriostrado) carga sobre la viga IyC (W6x16) AC LC (6m) Ixg1 (M8x6.5) Lg1(4m) K

7.56 4.43 4.74 19.69 18.1 13.12 0.8

ry

0.966

KL/ry esfuerzo RLFD c*Fr (tabla 3.36 RLFD) carga permisible

klb in^4 in^2 ft in^4 ft

195.677019 5.61 klb/in^2 26.5914 klb

Carga permisible > carga sobre la viga CUMPLE!

44

portico frontal (no arriostrado) carga sobre la viga IxC (W6x16) AC LC (6m) Ixg1 (C8x11.5) Lg1 (20m) K rx

7.56 32.1 4.74 19.69 32.6 65.62 2

klb in^4 in^2 ft in^4 ft

2.6

KL/ry esfuerzo RLFD c*Fr (tabla 3.36 RLFD) carga permisible

181.753846 6.48 klb/in^2 30.7152 klb

Carga permisible > carga sobre la viga CUMPLE!

7 columnas W6x16 de 19.69 pies nos da una longitud total de 137.83 ft que tiene un peso de 16 lb/ft   LRFD con carga de columnas D - Carga Muerta Carga Calaminon = Carga Cumbrera = metrado estructura= carga de vigas= carga de columnas= Carga Largueros (perfil Z 7 X 3 X 4.5) = Carga Ins. Elec. = Total

3.7 1.66 11.4 0.485 2.09 4.7 5 29.035

kg/m^2 kg/m^2 kg/m^2 kg/m^2 kg/m^2 kg/m^2 kg/m^2 kg/m^2

45

 D - Carga Muerta = L - Carga Viva = W - Carga Viento = E - Carga Sismo = S - Carga Nieve = R - Carga Lluvia =


29.035 30 29.48 5.807 0 0



6.6 cálculo de arriostres:.

46

…(*)

a) Tensión debida a carga de viento Altura del piso = 6 m = 19.685 ft Ancho del edificio perpendicular al viento = 20 m = 65.617 ft Áreas tributarias: (

)

(

)

Carga en el muro: Carga de viento a nivel de un piso:

Cortante total en el marco contraventeado, a nivel del suelo ( )

La tensión en la diagonal debida a carga de viento factorizada

47

De (*)…

(

)

b) Tensión debida a cargas de gravedad Área tributaria del nivel:

Utilizando los valores de la carga máxima sobre m2 de nuestra estructura, obtenida anteriormente en los cálculos para la columna interna. Carga total de gravedad factorizada en combinación =

= 3.502 kips

Carga total de gravedad:

(

)

* 0.02

Por lo tanto la fuerza de tensión adicional en la diagonal, inducida por los efectos desestabilizadores de las cargas de gravedad es: …(*)

Resistencia requerida





Entonces si se usaran dos perfiles tipo ángulo; el área mínima será. Agmin=Max[Agruptura;Agfluencia] Agmin=Max[0.0797;0.0594]in2 48

Se usara los mismos angulos que la armadura interna a tracción. SELECCIONAMOS PERFIL “L20x20x3” aceros arequipa

49

CAPITULO II CÁLCULOS CONEXIONES NAVE INDUSTRIAL

50

1. CALCULO DE LA PLACA DE ANCLAJE La dimensión de la placa de anclaje depende del perfil de la columna seleccionada; utilizamos un perfil W 6 x16 para las columnas.

Figura: 3.33 NEd: carga de la columna que es 7.56 Klb =33628.5N MEd: momento sobre la base de la estructura que se calcula de la siguiente forma:

Se separa la mitad del tijeral intermedio donde hay mayor carga tributaria y se toma la mitad suspendida, esa carga distribuida se transforma en una carga puntual y se calcula el momento que genera en la base.

51

CARGA DEL RLFD DE TODA LA ESTRUCTURA: 864.9 N/m^2 una carga de 34596 N F=34596 N= 7777.4 lbf Si la luz del pórtico es 20m el brazo de la fuerza es 20m/4= 5m Med=34596N*5m=7777.4lbf*16.4ft Med=172980 N*m = 127549.36 lbf*pie

Se debe de asumir un espesor; utilizaremos uno de los más usuales. ASUMIENDO un espesor de un espesor de 20mm para la placa de anclaje 1) ANÁLISIS TENSIÓN ADMISIBLE DEL HORMIGÓN 

52



Si:



Entonces  SELECCIÓN DEL TIPO DE HORMIGÓN PARA LA CIMENTACIÓN Escogeremos el hormigón estándar, o medio.

TABLA: 3.25 Resistencia de hormigos, por tipo

Entonces: escogemos Tipo H35  Si:  Finalmente:

¡CUMPLE!

2) ANÁLISIS COMPRESIÓN COMPUESTA Datos estándar 53

Entonces





√

√



Del Perfil de columna “W 6 x 16”

A por lo menos debe ser ancho del largo del perfil +4c d=6.28in = 160 mm

54

  bf=4 in = 101.6 mm 

Figura: 3.34 Se debe cumplir que :  Comprobando. 

¡CUMPLE!

3) CALCULO DE TENSIONES EN LA CIMENTACION  Ley de Nevier: “W 6x16”    

( (

) )

Entonces si: 55

 

COMPROBACIÓN Se debe cumplir que:

ENTONCES. 

¡CUMPLE!

Porlotanto el espesor asumido inicialmente de t=20mm, cumple con las condicionesde diseño.

2. PERNOS DE SUJECIÓN EN LA VIGA Esta conexión es empernada, y une a la viga M8X6.5 con la columna, con una placa en ángulo.

Figura: 3.31 Se analiza la viga tomando la mitad de su longitud 78.72 in y que se encuentre suspendida con la carga calculada de 0.573 klb/ft que es 47.75 lb/in.

56

Figura: 3.32 El momento de volcamiento sera

Figura: 3.33 Entonces el momento de volcamiento hallado es: 147950 lbf-pulg.

CALCULOS Usando 4 pernos, en total  La longitud de la plancha será de 7.9 pulg  Utilizamos el 75% de la resistencia a prueba del perno “A325 grado 2” es: 85720 lbf/pulg2   SELECCIONAMOS PERNO “A325 de 1/2”  COMPROBANDO 

>

¡CUMPLE!

57

3. PERNOS DE SUJECIÓN EN EL TIJERAL Se utilizaran dos placas, cada una previamente unida a la columna y al tijeral respectivamente; estas dos placas se unirán por pernos, luego del izaje del tijeral sobre las columnas, esta forma de unión es la más adecuada.

Figura: 3.32 La carga sobre los tijerales intermedio es 834.6 N/m^2, con un área tributaria del tijeral es 80 m^2, la carga es de 66768 N, la longitud del tijeral es de 20 m, también existe una carga destruida de 3338.4 N/m = 19.1 lbf/in. Se analiza la viga tomando la mitad de su longitud 394 in, y que se encuentre suspendida con la carga calculada de 19.1 lb/in.

Entonces el momento de volcamiento es: 1482504 lbf-pulg. CALCULOS Usando 4 pernos

 La longitud de la plancha será de 20cm =7.87 pulg



58

Utilizamos el 75% de la resistencia a prueba del perno “A325 grado N°2” es: 85720 lbf/pulg2   SELECCIONAMOS PERNO A325 de 1”  COMPROBANDO 

>

¡CUMPLE!

4. DISEÑO DE UNIONES SOLDADAS EN TIJERAL Para soldar calcular la longitud requerida del cordón se va requerir de la fuerza admisible para el cordón de 1/8 tomando el máximo cordón que se puede realizar en un perfil de ese espesor de la AISC. Utilizando la fuerza admisible en acero ASTM A36 soldado con un electrodo de AWS E7011 lb/pulgada por pulgada de lado entonces.

TABLA: 3.23

Libro Diseño de elementos de máquinas 4ta edición Autor Robert l. Mott 

59

La fuerza real sobre nuestra soldadura es de: 56.7916 KN =12.77 Klb

Despejando h:

5. CALCULO DE SOLDADURA DEL SOPORTE DE LA VIGA La viga se encuentra bajo una carga que va a generar un esfuerzo cortante, y flexión, la distancia se encuentra en “cm”. La carga y la distancia es la misma para el cálculo de los pernos.

100 cm

47.75 lb/in

Figura: 3.24 Para unir el soporte de la viga al patín de la columna se utilizara el método de soldadura SMAW la proyección del soporte será soldado como se muestra en la figura:

Figura: 3.25

60

Según diseño Estructural- Vinakota para soldaduras en filete el espesor máximo en una sola pasada con SMAW es de 5/16 el perfil de soporte es un C4x5.4 la soldadura será en todo el contorno

C4x5.4 Figura: 3.26

(

)

61

Figura: 3.27 Esfuerzo Flexión (σ flexión): Segundo momento unitario del área (IT):

Momento Flexión sobre la soldadura:

C = X= 0.8669 in

Esfuerzo por cortante (

)

62

Esfuerzo combinado por Von mises: (

)

(

(

)

)

Se toma ese valor ya que la carga tiene los factores del LRFD

61

6. SOLDADURA DE SUJECIÓN TIJERAL PLACA Y COLUMNA PLACA La carga sobre los tijerales intermedio es 834.6 N/m^2, con un área tributaria del tijeral es 80 m^2, la carga es de 66768 N, la longitud del tijeral es de 20 m, también existe una carga destruida de 3338.4 N/m = 19.1 lbf/in. Según diseño Estructural- Vinakota para soldaduras en filete el espesor máximo en una sola pasada con SMAW es de 5/16 el perfil de soporte es un C8x11.5 la soldadura será en todo el contorno

Se analiza la viga tomando la mitad de su longitud 394 in, y que se encuentre suspendida con la carga calculada de 19.1 lb/in.

63

Entonces el momento de volcamiento es: 1482504 lbf-pulg. CALCULOS

La longitud de la plancha será de 20cm =7.87 pulg



Utilizamos el 75% de la resistencia a tensión soldadura E7010 que es 70000 lbf/pulg^2

Utilizando el máximo filete proporcionado en una pasada según Vinakota que es 5/16 pulg.

3,94

AREA SOLDADURA PLACA-TIJERAL

8

Figura: 3.29

64

3.58 pulg^2 <5.55

pulg^2 SI CUMPLE

AREA SOLDADURA PLACA-COLUMNA Según diseño Estructural- Vinakota para soldaduras en filete el espesor máximo en una sola pasada con SMAW es de 5/16 el perfil de soporte es un W6x16 la soldadura será en todo el contorno

Figura: 3.30

3.58

ulg^2 <6.47 3.59

pulg^2 ¡CUMPLE!

7. CONEXIÓN A TOPE EN TIJERAL Según AWS D1.1 Structural Welding Code Steel, en la sección N°3, figura 3.3, para soldaduras a tope, la norma indica que para un espesor menor de 1/4” el tamaño de soldadura y apertura de raíz, será 1/2 del espesor. Entonces para el alma del perfil “C 8x11.5” se usara 0.12” de soldadura y de apertura de raíz.

65

CAPITULO III CÁLCULOS PUENTE GRUA

66

1 SELECCIÓN DE PUENTE GRUA: •

Las condiciones de diseño para la reparación de trenes de fuerza. – Una luz de 20m – Puente grúa de 10 t

Seleccionamos polipasto del puente grúa del catálogo de polipastos de HAWI.

La velocidad de elevación no es una condición de diseño para el tren de fuerza. Entonces se seleccionara la velocidad mínima de 3 m/min.

67

Del manual del fabricante obtuvimos los siguientes datos: -El diámetro de ruedas (J): 229 mm -La longitud total del sistema motriz (T): 662 mm Entonces la distancia entre centro de ruedas (d) es:

A. CARGAS HORIZONTALES

Carga máxima (Cl): 10 t = 10000 kg Peso del polipasto modelo HE72 (Pl): 732 kg Luz del puente grua(l) : 20 m Peso propio del puente (Pp): 10 lb/in (Dato asumido) = 178.6 kg/m Entonces, Pp*l = 3572 kg Margen por impacto (Mh):

(

)

B. CARGAS VERTICALES 68

Carga de impacto (Mi): (0.25)(Cl) = 2500 kg Carga vertical total (Ct):

Carga por ruedas (Cpr):

C. CARGA VERTICALES SOBRE EL MONOPUENTE Carga rodante simple: (

√ )

Entonces, del esquema siguiente de la viga donde se apoya el polipasto:

Momento máximo (Mmax): 73475.6 kg.m = 720795.6 N.m (a 9.785 m del apoyo de la izquierda) Reacciones en los apoyos: Rizq = Rder = 7509 kg

Utilizando un factor de seguridad según DIN 655, Fs=2 Esfuerzo a flexión admisible del acero (

): 165.5 MPa

Propiedad elástica S:

69

D. SELECCIÓN DEL PERFIL PARA LA VIGA DEL POLIPASTO Del perfil: W14x342

Sviga>S Sviga=559 in > 532 in3…CUMPLE 3

E. RECÁLCULO Peso propio del puente real (Pp’): 342 ppf = 508 kg/m Entonces, Pp’*l = 10160 kg

Margen por impacto real (Mh’):

(

)

Carga por ruedas real (Cpr’):

70

Entonces, Momento máximo real (Mmax’): 89591.5 kg.m = 878892.6 N.m (a 9.785 m del apoyo de la izquierda) Reacciones en los apoyos: Rizq = Rder = 9156 kg Propiedad elástica S:

Comprobando, Sviga=559 in3 > 648.1 in3 …NO CUMPLE SEGUNDO RECÁCLCULO Del perfil: W14x398

71


Peso propio del puente real (Pp’): 398 ppf = 592.3 kg/m Entonces, Pp’*l = 11846 kg


(

)


Entonces, Momento máximo real (Mmax’): 93715.8 kg.m = 919352 N.m (a 9.785 m del apoyo de la izquierda) Reacciones en los apoyos: Rizq = Rder = 9577.5 kg 72

Propiedad elástica S:

Del perfil seleccionado: W14x398 Sviga=656 in3 > 678 in3…NO CUMPLE TERCER RECÁCLCULO Del perfil: W14x426


Peso propio del puente real (Pp’): 426 ppf = 634 kg/m 73

Entonces, Pp’*l = 12680 kg


(

)


Entonces, Momento máximo real (Mmax’): 95756 kg.m = 939366.4 N.m (a 9.785 m del apoyo de la izquierda) Reacciones en los apoyos: Rizq = Rder = 9786 kg Propiedad elástica S:

Del perfil seleccionado: W14x398 Sviga = 707 in3 > 692.6 in3 …CUMPLE

74

Completo

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