MEMORIA CÁLCULO DISCIPLINA ESTRUCTURAL NAVE CENTRAL CHACABUCO A2019-013-SOICH-MEM-EST-001 C 19/06/2019 REV CLIENTE L.A.P. L.A.P. L.A.P. B 16/04/2019 REV CLIENTE L.A.P. L.A.P. L.A.P. - A 11/04/2019 REV INTERNA L.A.P. L.A.P. L.A.P. - FECHA EMITIDO PARA POR REVISADO POR APROBADO APROBADO POR POR REV N° SOICH INGENIERIA LTDA. Página 1 de 39 A2019-013-SOICH-MEM-EST-001 REV. C MEMORIA CÁLCULO DISCIPLINA ESTRUCTURAL NAVE CENTRAL CHACABUCO A2019-013-SOICH-MEM-EST-001 Contenido 1. INTRODUCCIÓN 4 2. ALCANCE 3. ANTECEDENTES 3.1 Emplazamiento nave industrial 4 3.2 Planos 4 4. NORMAS 5 4.1 General 5 4.2 Cargas Diseño 5 4.3 Hormigón Armado 5 4.4 Acero Estructural 5 5. MATERIALES 5 5.1 Acero estructural 5.2 Hormigón 5.3 Refuerzo acero 6 5.4 Revestimiento 6 6. SUELO FUNDACIÓN 7. COMBINACIONES DE CARGA 7 8. COEFICIENTE SISMICO (E) 9. DISEÑO COSTANERAS TECHO Y MURO 9.1 Costaneras de techo 9 9.2 Costaneras de muro 10 10. DISEÑO DIAGONALES 11 10.1 Diagonales de techo 11 10.2 Diagonales muro 12 11. DISEÑO VIGA PUENTE GRÚA 13 11.1 Momento resistente 13 11.2 Deformación máxima 15 12. COLUMNAS DE VIENTO 13. DISEÑO MARCO PRINCIPAL 17 13.1 Descripción y modelación 13.2 Cargas solicitantes 4 4 5 6 6 8 9 16 17 20 13.2.1 Carga permanente (D) 20 A2019-013-SOICH-MEM-EST-001_Rev.C, Pág. 2 MEMORIA CÁLCULO DISCIPLINA ESTRUCTURAL NAVE CENTRAL CHACABUCO A2019-013-SOICH-MEM-EST-001 13.2.2 Sobrecarga de techo (Lr) 13.2.3 Carga viento (W) 21 13.2.4 Carga de Nieve (S) 22 20 13.3 Modelo galpón 23 13.4 Cargas aplicadas 13.5 Esfuerzos de momento-compresión y corte 29 13.6 Verificación Columna Tubest 450x200x6x3 30 13.7 Verificación viga Tubest 300x200x5x3 31 13.8 Deformaciones máximas 14. DISEÑO PLACA BASE 33 15. DISEÑO PERNOS DE ANCLAJE 35 16. DISEÑO FUNDACION PRINCIPAL 36 16.1 Verificación estabilidad 36 16.2 Verificación por corte 16.3 Verificación por flexión 38 24 32 37 A2019-013-SOICH-MEM-EST-001_Rev.C, Pág. 3 MEMORIA CÁLCULO DISCIPLINA ESTRUCTURAL NAVE CENTRAL CHACABUCO A2019-013-SOICH-MEM-EST-001 1. INTRODUCCIÓN El presente documento corresponde a memoria de cálculo estructural, asociada a ingeniería de detalle de nave industrial con dimensiones en planta de 30,0 m de largo y 16,0 m de ancho, con techumbre de dos aguas con ángulo de 13,5° con respecto a la horizontal (Altura al hombro de 6,0 m y altura cumbre de 7,8 m). Se proyecta utilizando perfiles tipo TUBEST para la confección de los marcos principales. La estructura se ubica en Coyhaique, XI región. La nave cuenta con un puente grúa de operación manual, con una capacidad máxima de 3,2 ton de izaje. 2. ALCANCE El alcance de la presente memoria corresponde al desarrollo de los cálculos estructurales que permiten determinar el correcto dimensionamiento de los siguientes elementos. - Marcos principales. - Diagonales verticales y horizontales. - Pernos de anclaje y placas base. - Fundaciones (formas y armaduras). 3. ANTECEDENTES Para el desarrollo del presente proyecto se hace uso de los siguientes antecedentes: 3.1 Emplazamiento nave industrial Cliente hace entrega de dos archivos .kmz en los cuales se señala emplazamiento de la nave industrial. 3.2 Planos Las formas principales de la nave se muestran a partir de archivos .skp con los siguientes nombres: - Central CHACABUCO_V3 - Central CHACABUCO_V6 A2019-013-SOICH-MEM-EST-001_Rev.C, Pág. 4 MEMORIA CÁLCULO DISCIPLINA ESTRUCTURAL NAVE CENTRAL CHACABUCO A2019-013-SOICH-MEM-EST-001 4. NORMAS Se indican las normativas utilizadas para diseño estructura: 4.1 General - NCh2369.Of2003 – Diseño sísmico de estructuras e instalaciones industriales. - NCh1537.Of2009 – Diseño estructural – Cargas permanentes y cargas de uso. - NCh3171.Of2010 – Diseño estructural – Disposiciones generales y combinaciones de carga. 4.2 Cargas Diseño - NCh432.Of2010 – Diseño estructural – Cargas de viento - NCh431.Of2010 – Diseño estructural – Cargas de nieve. 4.3 Hormigón Armado - ACI 318-08 – Código de diseño de hormigón armado estructural. - NCh430.Of2007 – Requisitos de diseño y Cálculo. 4.4 Acero Estructural - ASCE 7-05 Minimum Design Loads for buildings and other Structures. - AISE 13 Guide for design of mill buildings 2003. - AISC 2005 Especificaciones y comentarios para edificios de acero 5. MATERIALES El Diseño de la estructura considera los siguientes materiales con sus respectivas propiedades. 5.1 Acero estructural - El diseño de Cerchas considera el uso de acero laminado tipo A270ES, con un límite de fluencia de 2700 kg/cm2 y un módulo de elasticidad de 2100000 lg/cm 2. A2019-013-SOICH-MEM-EST-001_Rev.C, Pág. 5 MEMORIA CÁLCULO DISCIPLINA ESTRUCTURAL NAVE CENTRAL CHACABUCO A2019-013-SOICH-MEM-EST-001 5.2 Hormigón Se utiliza hormigón, con las siguientes propiedades. 𝑓𝑐 = 250 𝑘𝑔/𝑐𝑚2 Resistencia mínima a la compresión a los 28 días. G25. 𝐸 = 15100√𝑓𝑐 = 15100𝑥√250 = 238751 𝑘𝑔/𝑐𝑚2 5.3 Módulo de elasticidad. Refuerzo acero El refuerzo de acero utilizado presenta calidad A630-420H. f y = 4200 kg / cm 2 Tensión de fluencia del acero. E = 2100000 kg / cm 2 Módulo de elasticidad. 5.4 Revestimiento Según recomendaciones de cliente, se estima un revestimiento con un peso propio de 20 kg/m 2. 6. SUELO FUNDACIÓN A la ejecución del presente documento no se cuenta con información de las tensiones admisibles del terreno. La construcción de las fundaciones se debe realizar en conjunto con las recomendaciones entregadas en la mecánica de suelos, verificando que las tensiones de trabajo indicadas en este documento sean menores a las admisibles. A2019-013-SOICH-MEM-EST-001_Rev.C, Pág. 6 MEMORIA CÁLCULO DISCIPLINA ESTRUCTURAL NAVE CENTRAL CHACABUCO A2019-013-SOICH-MEM-EST-001 7. COMBINACIONES DE CARGA Las combinaciones de carga utilizadas son las indicadas en la NCh3171.Of2010. Tabla 1.-Combinaciones de Carga – Método Tensiones admisibles Item 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Combinación D D+Lr+Cvs+Css+Cls D+S+Cvs+Css+Cls D+Wx D+Wz D+Lr D+W+Cvs D+0.75W+0.75Lr D+0.75W+0.75S D+0.75E+0.75S Fuente: Elaboración propia Donde: D: Cargas Permanentes Lr: Sobrecargas de uso W: Carga de viento E: Carga por sismo. S: Carga por nieve. Cvs: Carga muerta por puente grúa. Css: Carga lateral (impacto) puente grúa Cls: Carga tracción longitudinal (impacto) puente grúa (*) Debido al emplazamiento de la nave, la carga producto de la nieve se considera como carga permanente. A2019-013-SOICH-MEM-EST-001_Rev.C, Pág. 7 MEMORIA CÁLCULO DISCIPLINA ESTRUCTURAL NAVE CENTRAL CHACABUCO A2019-013-SOICH-MEM-EST-001 8. COEFICIENTE SISMICO (E) La estructura se emplaza en la zona sísmica 1, correspondiente a una nave industrial de acero con uniones apernadas y arriostramientos de techo y muros. Se considera un R=5 aplicable a naves de acero con puente grúa según NCh2369 punto 11.2.1. La razón de amortiguamiento corresponde a 0,03. Luego el coeficiente sísmico máximo corresponde a 0,115. Tabla 2.-Determinación Coeficiente sísmico – NCh2369.Of2003 A2019-013-SOICH-MEM-EST-001_Rev.C, Pág. 8 MEMORIA CÁLCULO DISCIPLINA ESTRUCTURAL NAVE CENTRAL CHACABUCO A2019-013-SOICH-MEM-EST-001 9. DISEÑO COSTANERAS TECHO Y MURO 9.1 Costaneras de techo En el sector del techo se disponen de costaneras tipo Z175x75x20x2 con una luz de 6,0 m y espaciadas a 1,0 m como máximo. Estas presentan un peso propio de 5,54 kg/m. Como solicitaciones se considera la situación más desfavorable entre D+Lr y D+S. Tabla 3.- Diseño Costanera techo Propiedades Geométricas Perfil 4 I w 352 39.2 cm cm3 Inercia Perfil Módulo Resistente Fy 2530 kg/cm2 Fluencia Perfil E 2100000 kg/cm2 Módulo Elasticidad L b 6 1 m m Largo Perfil Ancho aportante Cargas Permanentes (D) qpp 5.54 kg/m Peso Propio Perfil qrev 20 kg/m Peso Propio Revestimiento 60 kg/m Sobrecarga perfil Carga Nieve (S) qs Momento solicitante qtotal 86 kg/m Sobrecarga Total D+SC M δadm 384.93 3 Momento Solicitante Deformación admisible Inercia en eje fuerte requerida por deformación Wr 25.36 kg-m cm cm3 Ir 229.13 cm4 Wr<W Cumple Verificación Módulo Resistente Ir<I Cumple Verificación Inercia Perfil Modulo Resistente requerido por flexión Deformación Máxima δmax δmax<δadm 1.95 Cumple cm A2019-013-SOICH-MEM-EST-001_Rev.C, Pág. 9 MEMORIA CÁLCULO DISCIPLINA ESTRUCTURAL NAVE CENTRAL CHACABUCO A2019-013-SOICH-MEM-EST-001 9.2 Costaneras de muro En el sector de los muros se disponen de costaneras tipo Z175x75x20x2,5 con una luz de 6,0 m y espaciadas a 0,8 m como máximo. Estas presentan un peso propio de 6,87 kg/m. Como combinación de diseño se establece D+Wx. Tabla 4.- Diseño costanera muro Propiedades Geométricas Perfil 4 I w 435 48.3 cm 3 cm Inercia Perfil Módulo Resistente Fy 2530 kg/cm2 2 Fluencia Perfil E 2100000 kg/cm Módulo Elasticidad L b 6 1 m m Largo Perfil Ancho aportante Cargas Permanentes (D) qpp 0 kg/m Peso Propio Perfil qrev 0 kg/m Peso Propio Revestimiento 145.6 kg/m Sobrecarga perfil Carga Viento (W) qs Momento solicitante qtotal 146 kg/m Sobrecarga Total D+SC M δadm 655.20 3 Momento Solicitante Deformación admisible Wr 43.16 kg-m cm cm3 cm 4 Modulo Resistente requerido por flexión Ir 390.00 Inercia en eje fuerte requerida por deformación Wr<W Cumple Verificación Módulo Resistente Ir<I Cumple Verificación Inercia Perfil Deformación Máxima δmax δmax<δadm 2.69 Cumple cm A2019-013-SOICH-MEM-EST-001_Rev.C, Pág. 10 MEMORIA CÁLCULO DISCIPLINA ESTRUCTURAL NAVE CENTRAL CHACABUCO A2019-013-SOICH-MEM-EST-001 10. DISEÑO DIAGONALES Las diagonales de techo y muros se diseñan según las recomendaciones de la NCh2369 punto 8.7 verificando la esbeltez del elemento, así como la esbeltez local del mismo. Por otro lado, se establece la dimensión mínima del perfil considerando una relación L/90 según lo indica el punto C.8.3 de la NCh2369. 10.1 Diagonales de techo Las diagonales de techo corresponden a perfiles tipo cajón 75x75x3 con una longitud no arriostrada de 3,60 m y un radio de giro de 2,92 cm. Para una longitud de 360 cm la altura mínima del perfil corresponde 40 mm, menor a los 75 mm dispuestos. Se verifica la esbeltez global del perfil como se muestra a continuación, calculando la esbeltez admisible. 𝜆𝑒𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜_𝑎𝑑𝑚𝑖𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒 = 1.5 ∙ 𝜋 ∙ √ 𝐸 2.1 ∙ 106 = 1.5 ∙ 𝜋 ∙ √ = 131 𝐹𝑦 2700 Considerando un K=1 para un elemento bi rotulado se estima la esbeltez como: 𝜆𝑒𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 = 𝐾∙𝐿 𝐸 ≤ 1.5 ∙ 𝜋 ∙ √ = 131 𝑟𝑥 𝐹𝑦 Sustituyendo los valores en la expresión se tiene: 𝜆𝑒𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 = 1 ∙ 360 360 = = 123 < 131 𝑟𝑥 2,92 Para el cálculo de la esbeltez local del elemento, se utiliza la expresión para perfiles con alas atiesadas. 𝜆𝑒𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 = 1.49 ∙ √ 𝐸 2.1 ∙ 106 = 1.49 ∙ √ = 41.6 𝐹𝑦 2700 Por ser un elemento simétrico, la esbeltez del alma y ala es la misma, calculándose como la razón entre la altura y su espesor. 𝜆𝑙𝑜𝑐𝑎𝑙 = ℎ 75 − 2 ∙ 3 = = 23 < 41.6 → 𝐶𝑢𝑚𝑝𝑙𝑒. 𝑡𝑤 3 A2019-013-SOICH-MEM-EST-001_Rev.C, Pág. 11 MEMORIA CÁLCULO DISCIPLINA ESTRUCTURAL NAVE CENTRAL CHACABUCO A2019-013-SOICH-MEM-EST-001 Por tanto, el perfil cajón 75x75x3 cumple con los requerimientos de la normativa vigente. 10.2 Diagonales muro Las diagonales de techo corresponden a perfiles tipo cajón 100x100x3 con una longitud no arriostrada de 4,25 m y un radio de giro de 3,94 cm Se verifica la esbeltez global del perfil como se muestra a continuación, calculando la esbeltez admisible. 𝜆𝑒𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜_𝑎𝑑𝑚𝑖𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒 = 1.5 ∙ 𝜋 ∙ √ 𝐸 2.1 ∙ 106 = 1.5 ∙ 𝜋 ∙ √ = 131 𝐹𝑦 2700 Considerando un K=1 para un elemento bi rotulado se estima la esbeltez como: 𝜆𝑒𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 = 𝐾 ∙ 𝐿 1 ∙ 425 = = 107 < 131 𝑟𝑥 3,94 Para el cálculo de la esbeltez local del elemento, se utiliza la expresión para perfiles con alas atiesadas. 𝜆𝑒𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 = 1.49 ∙ √ 𝐸 2.1 ∙ 106 = 1.49 ∙ √ = 41.6 𝐹𝑦 2700 Por ser un elemento simétrico, la esbeltez del alma y ala es la misma, calculándose como la razón entre la altura y su espesor. 𝜆𝑙𝑜𝑐𝑎𝑙 = ℎ 100 − 2 ∙ 3 = = 31,3 < 41.6 → 𝐶𝑢𝑚𝑝𝑙𝑒. 𝑡𝑤 3 Por tanto, el perfil cajón 100x100x3 cumple con los requerimientos de la normativa vigente. A2019-013-SOICH-MEM-EST-001_Rev.C, Pág. 12 MEMORIA CÁLCULO DISCIPLINA ESTRUCTURAL NAVE CENTRAL CHACABUCO A2019-013-SOICH-MEM-EST-001 11. DISEÑO VIGA PUENTE GRÚA 11.1 Momento resistente La viga que sostiene el Puente grúa corresponde a una IN350X200X16X6 con una longitud entre apoyos de 6,0 m. Las tensiones máximas de trabajo y deformaciones se determinan considerando las cargas de diseño que se establecen a continuación: Tabla 5.-Cargas solicitantes viga puente grúa Carga vertical Carga lateral 4.62 0.84 ton ton El momento solicitante, considerando la viga como un elemento simplemente apoyado corresponde a 7,22 ton-m, mientras que el momento resistente corresponde a 14,7 ton-m. La determinación del momento resistente se resume en la siguiente tabla. Tabla 6.- Determinación momento resistente perfil IN350x200x16x6 Datos Perfil H B tw ts 350 200 6 16 mm mm mm mm Altura Ancho Ala Espesor Alma Espesor alas Iy 2130 cm4 Inercia eje débil Ix wx wy rx ry Zx Zy fy fy 19500 1110 213 15.3 5.07 1220 321 2530 35.42 4 cm cm3 cm3 cm cm cm3 cm Inercia eje fuerte Módulo plástico eje Fuerte 3 kg/cm ksi Módulo plástico eje débil 2 Fluencia en kg/cm2 Fluencia en ksi A2019-013-SOICH-MEM-EST-001_Rev.C, Pág. 13 MEMORIA CÁLCULO DISCIPLINA ESTRUCTURAL NAVE CENTRAL CHACABUCO A2019-013-SOICH-MEM-EST-001 L 600 cm Luz viga sin apoyos cm cm Luz viga Luz admisible sin riostras Espesor Ala Mínimo h/tw (h/tw)lim Verif. 58 128 OK Arriostras ala superior L Llim Verif. 600 1090 No requiere Ala Compacta b/t (b/t)lim Verif. 6.3 10.9 Compacta Alma Compacta h/t (h/t)lim Verif. 53.0 103.7 Compacta Al ser compacto ala y alma se clasifica como F2 Momento Crítico Pandeo Lateral Torsional J Cw G E 57.1 cm4 652312.5 cm6 840000 2100000 rts2 33.6 rts 5.8 Constante de torsión viga tipo IN/HN Constante de alabeo kg/cm 2 Módulo de corte acero kg/cm 2 Módulo Elasticidad acero A2019-013-SOICH-MEM-EST-001_Rev.C, Pág. 14 MEMORIA CÁLCULO DISCIPLINA ESTRUCTURAL NAVE CENTRAL CHACABUCO A2019-013-SOICH-MEM-EST-001 c 1 h0 33.4 cm Lr 871 cm Lp 257 cm Lb 600 cm Mp Cb Mn 3086600 1 2460102 kg-cm kg-cm Momento plástico entorno a X Conservador Cb=1 Momento nominal Mp Mn 30.9 24.6 ton-m ton-m Momento plástico Momento Nominal 7.22 14.7 Cumple ton-m ton-m Momento solicitante Momento resistente Ma Mn/Ω Verif. 11.2 Secciones H con simetría doble Distancia entre centroides de alas Deformación máxima La deformación máxima de la viga del Puente grúa se determina considerando las cargas de la Tabla 5. Se observa una deformación de 5,47 mm, menor a los 6,0 mm admisibles, cumpliendo con la normativa. Figura 1.- Deformación Viga Puente Grúa A2019-013-SOICH-MEM-EST-001_Rev.C, Pág. 15 MEMORIA CÁLCULO DISCIPLINA ESTRUCTURAL NAVE CENTRAL CHACABUCO A2019-013-SOICH-MEM-EST-001 12. COLUMNAS DE VIENTO Se disponen de tres columnas de viento en cada frontón de la nave considerando un perfil cajón 200x200x6, considerando una altura media de 7,0 m y un ancho aportante de 3,8 m con una carga de 553,3 kg/m. La columna se modela como una viga simplemente apoyada, la cual no recibe cargas verticales de compresión provenientes de la techumbre. 𝑀= 553,4 ∙ 7,52 = 3890 𝑘𝑔 − 𝑚. 8 El módulo resistente se determina como: 𝑤= 3890 ∙ 100 = 200 𝑐𝑚3 < 283 𝑐𝑚3 → 𝐶𝑢𝑚𝑝𝑙𝑒. 0.6 ∙ 3240 La inercia mínima requerida para cumplir con la deformación admisible de 3,5 cm (H/200) se determina como: 𝛿𝑚𝑎𝑥 = 5 ∙ 5,53 ∙ 7004 = 3,5 → 𝐼 > 2352 𝑐𝑚4 384 ∙ 2,1 ∙ 106 ∙ 𝐼 La inercia del perfil seleccionado corresponde a 2830 cm 4. Luego el perfil cumple con los requerimientos de diseño. A2019-013-SOICH-MEM-EST-001_Rev.C, Pág. 16 MEMORIA CÁLCULO DISCIPLINA ESTRUCTURAL NAVE CENTRAL CHACABUCO A2019-013-SOICH-MEM-EST-001 13. DISEÑO MARCO PRINCIPAL 13.1 Descripción y modelación El marco principal se estructura en base a perfiles tipo Tubest 450x200x6x3 en columnas, y Tubest 300x200x5x3 en vigas. El marco presenta una luz entre ejes de 16,0 m, con altura al hombro de 6,0 m y 7,9 m a la cumbrera. Los marcos se distancian entre ellos una distancia de 6,0 m, dando como resultado una nave de 30,0 m de largo. La unión de la columna con las fundaciones se proyecta y modela como unión empotrada con la finalidad de disminuir las deformaciones horizontales de las columnas; las uniones entre viga-columna se considera como empotrada. Figura 2.-Isométrico galpón modelado Las propiedades mecánicas de los perfiles principales se muestran en las siguientes tablas. A2019-013-SOICH-MEM-EST-001_Rev.C, Pág. 17 MEMORIA CÁLCULO DISCIPLINA ESTRUCTURAL NAVE CENTRAL CHACABUCO A2019-013-SOICH-MEM-EST-001 Tabla 7.-Propiedades perfil Tubest 450x200x6x3 A2019-013-SOICH-MEM-EST-001_Rev.C, Pág. 18 MEMORIA CÁLCULO DISCIPLINA ESTRUCTURAL NAVE CENTRAL CHACABUCO A2019-013-SOICH-MEM-EST-001 Tabla 8.-Propiedades perfil Tubest 300x200x5x3 A2019-013-SOICH-MEM-EST-001_Rev.C, Pág. 19 MEMORIA CÁLCULO DISCIPLINA ESTRUCTURAL NAVE CENTRAL CHACABUCO A2019-013-SOICH-MEM-EST-001 13.2 Cargas solicitantes En el presente punto se detallan los cálculos para la determinación de las cargas solicitantes sobre la nave. 13.2.1 Carga permanente (D) El revestimiento presenta un peso propio de 20,0 kg/m2. 13.2.2 Sobrecarga de techo (Lr) La sobrecarga de techo se determina según las recomendaciones de la norma NCh1537.Of2009 considerando que el techo tendrá acceso solo a mantención. La carga básica corresponde a 100 kg/m 2 la cual es reducida por factores que consideran la inclinación de la techumbre y el área tributaria del elemento a dimensionar. Se considera una inclinación de 13,5° con respecto a la horizontal. Tabla 9.- Sobrecarga de uso techumbre (Lr) Reducción Área tributaria (R1) b1 b2 L AT 3 3 7.5 22.5 R1 0.82 m m m 2 m Ancho izquierdo Ancho derecho Longitud elemento Área tributaria Factor reductor por área tributaria Reducción por pendiente techumbre (R2) α i R2 13.5 24.0 0.44 R1xR2 0.36 q qxR1xR2 qdist 100 36 216.8 ° % kg/m2 kg/m2 kg/m Ángulo techumbre Pendiente Factor reductor por pendiente techumbre Carga básica techumbre Carga solicitante Carga distribuida A2019-013-SOICH-MEM-EST-001_Rev.C, Pág. 20 MEMORIA CÁLCULO DISCIPLINA ESTRUCTURAL NAVE CENTRAL CHACABUCO A2019-013-SOICH-MEM-EST-001 13.2.3 Carga viento (W) La carga de viento se determina con base a las recomendaciones entregadas en la NCh432.Of2010. Los criterios de diseño con los cuales se determinan factores de diseño se resumen en la siguiente tabla. Tabla 10.-Coeficiente determinación carga básica diseño Velocidad Básica del Viento, V 50 Factor de Importancia, I 1.15 Factor direccionalidad del viento, Kd 0.85 Coeficiente de exposición, Kh 1.12 Factor Topográfico, Kzt 1 Factor Efecto Ráfaga, G 0.85 Distribución de velocidades, qz 167.78 Coeficiente de presión interna, GCpi 0.18 m/s Kg/m2 Tabla 11.- Presiones de diseño Presión Muro Barlovento, Pmb Presión Muro Largo Sotavento, Pms1 Presión Muro Corto Sotavento, Pms2 Presión Muro lateral, Pml Presión Techo Barlovento, Ptb Presión Techo Sotavento, Pts Presión Techo Paralelo, Ptp1 Presión Techo Paralelo, Ptp2 Presión Techo Paralelo, Ptp3 144.29 Kg/m2 -101.51 Kg/m2 -72.98 Kg/m2 -130.03 Kg/m2 -138.58 Kg/m2 -101.51 Kg/m2 112.41 Kg/m2 -101.51 Kg/m2 -72.98 Kg/m Viento Transversal Viento Longitudinal 2 A2019-013-SOICH-MEM-EST-001_Rev.C, Pág. 21 MEMORIA CÁLCULO DISCIPLINA ESTRUCTURAL NAVE CENTRAL CHACABUCO A2019-013-SOICH-MEM-EST-001 13.2.4 Carga de Nieve (S) La carga de nieve se determina en base a las recomendaciones de la NCh431.Of2010. Tabla 12.- Determinación solicitación nieve Altitud Latitud Sur 300 45 msnm ° Altitud geográfica Latitud geográfica sur Pg 50 kg/m2 Carga básica nieve En sectores del extremo sur de Chile, las sobrecargas de nieve se consideran como carga normal. α 13.5 ° I 1.2 adim. Inclinación techumbre Factor importancia NCh3171 Pf 60 kg/m2 Carga nieve solicitante Se establece una carga de nieve de 60 kg/m2, establecida como carga de carácter permanente. A2019-013-SOICH-MEM-EST-001_Rev.C, Pág. 22 MEMORIA CÁLCULO DISCIPLINA ESTRUCTURAL NAVE CENTRAL CHACABUCO A2019-013-SOICH-MEM-EST-001 13.3 Modelo galpón La modelación de la nave se realiza utilizando el programa RISA 3D en base a elementos finitos, con los cuales se estructuran tanto columnas, vigas, diagonales y puntales. Se disponen de seis marcos típicos espaciados según lo muestra la ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia.. Figura 1.-Isométrico - modelación nave A2019-013-SOICH-MEM-EST-001_Rev.C, Pág. 23 MEMORIA CÁLCULO DISCIPLINA ESTRUCTURAL NAVE CENTRAL CHACABUCO A2019-013-SOICH-MEM-EST-001 13.4 Cargas aplicadas En el presente punto se muestran las cargas aplicadas sobre la estructura. Figura 2.- Carga permanente (D) – Viga puente grúa Figura 3.- Cargas permanentes (D) – Revestimiento A2019-013-SOICH-MEM-EST-001_Rev.C, Pág. 24 MEMORIA CÁLCULO DISCIPLINA ESTRUCTURAL NAVE CENTRAL CHACABUCO A2019-013-SOICH-MEM-EST-001 Figura 4.- Cargas permanentes (D) – Costaneras Figura 3.-Carga sobrecarga acceso techumbre (Lr) A2019-013-SOICH-MEM-EST-001_Rev.C, Pág. 25 MEMORIA CÁLCULO DISCIPLINA ESTRUCTURAL NAVE CENTRAL CHACABUCO A2019-013-SOICH-MEM-EST-001 Figura 4.-Carga sobrecarga de nieve (S) Figura 5.-Carga de viento (Wx) A2019-013-SOICH-MEM-EST-001_Rev.C, Pág. 26 MEMORIA CÁLCULO DISCIPLINA ESTRUCTURAL NAVE CENTRAL CHACABUCO A2019-013-SOICH-MEM-EST-001 Figura 6.-Carga de puente grúa (Cvs) Figura 7.-Carga de puente grúa (Css) A2019-013-SOICH-MEM-EST-001_Rev.C, Pág. 27 MEMORIA CÁLCULO DISCIPLINA ESTRUCTURAL NAVE CENTRAL CHACABUCO A2019-013-SOICH-MEM-EST-001 Figura 8.-Carga de puente grúa (Cls) No se aplica la carga de sismo dado que las estructuras de acero son livianas, presentando una superficie importante en donde controla la carga de viento o la carga de nieve por sobre el sismo, que depende directamente de la masa de la estructura. A2019-013-SOICH-MEM-EST-001_Rev.C, Pág. 28 MEMORIA CÁLCULO DISCIPLINA ESTRUCTURAL NAVE CENTRAL CHACABUCO A2019-013-SOICH-MEM-EST-001 13.5 Esfuerzos de momento-compresión y corte A partir de las cargas y combinaciones de carga descritas anteriormente, se determinan los momentos, compresiones y cortes asociados a columnas y vigas. Figura 5.- Momento solicitante en ton-cm – D+W Figura 6.- Corte solicitante en ton – D+W A2019-013-SOICH-MEM-EST-001_Rev.C, Pág. 29 MEMORIA CÁLCULO DISCIPLINA ESTRUCTURAL NAVE CENTRAL CHACABUCO A2019-013-SOICH-MEM-EST-001 Figura 7.- Compresión en ton – D+S 13.6 Verificación Columna Tubest 450x200x6x3 A continuación, se realiza la verificación estructural de la columna proyectada. Esta presenta una altura máxima de 6,00 m con apoyo empotrado en la base y unión empotrada con la viga, permitiendo el desplazamiento lateral. A continuación, se realiza la verificación por flexión. 𝑀𝑐 = 14.50 𝑡𝑜𝑛 − 𝑚 > 𝑀𝑠𝑜𝑙𝑖𝑐𝑖𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 = 19.25 𝑡𝑜𝑛 − 𝑚 → 𝑅𝑒𝑞𝑢𝑖𝑒𝑟𝑒 𝑟𝑒𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜 Dado que el momento solicitante en la base es superior al momento soportado por el perfil, se dispone de refuerzo correspondiente a plancha de acero de 6 mm espesor, 160 mm de ancho y 1000 mm de largo. Lo anterior permite aumentar el momento flector resistente a 21,64 ton-m. La verificación al corte indica que el perfil resiste 7,28 ton, mientras que el corte solicitante 7,8 ton, considerándose aceptable. 𝑁 9.3 = = 0.11 < 0.15 → 𝐶𝑢𝑚𝑝𝑙𝑒 𝑃𝑦 84.9 La interacción entre el momento y la compresión (flexo-compresión) se verifica como: A2019-013-SOICH-MEM-EST-001_Rev.C, Pág. 30 MEMORIA CÁLCULO DISCIPLINA ESTRUCTURAL NAVE CENTRAL CHACABUCO A2019-013-SOICH-MEM-EST-001 19.25 9.3 + = 0.99 < 1.00 → −𝑐𝑢𝑚𝑝𝑙𝑒 21.64 84.9 13.7 Verificación viga Tubest 300x200x5x3 A continuación, se realiza la verificación estructural de la viga proyectada. Esta presenta una luz máxima de 7,70 m con apoyo empotrado en su unión con la columna. De aquí que los valores de Kx=0.5 y Ky=0.5. La longitud no arriostrada de la viga corresponde a 3,85 m. La longitud crítica para la sección corresponde a 13,00 m mayor a los 3,85 m que presenta la viga, por tanto, cumple con este requisito. A continuación, se realiza la verificación por flexión. 𝑀𝑐 = 6.99 𝑡𝑜𝑛 − 𝑚 < 𝑀𝑠𝑜𝑙𝑖𝑐𝑖𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 = 11.7 𝑡𝑜𝑛 − 𝑚 → 𝑅𝑒𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑜 Dado que el momento solicitante es superior al momento resistente de la viga, se disponen de planchas de acero de 160 mm de ancho, 6 mm de espesor y 1000 mm de largo, tanto en el ala superior como inferior, con lo cual el momento resistente corresponde a 11,80 ton-m. Para un KxxLx de 3,85 m se asocia una resistencia a la compresión de 81,6 tonf (tabla Tubest). Se tiene, por tanto: 𝑁 3.90 = = 0.05 < 0.15 → 𝐶𝑢𝑚𝑝𝑙𝑒 𝑃𝑦 81,6 La interacción entre el momento y la compresión (flexo-compresión) se verifica como: 11,7 3,85 + = 1.03 < 1.00 → 𝐴𝑐𝑒𝑝𝑡𝑎𝑏𝑙𝑒 11,8 81,6 A2019-013-SOICH-MEM-EST-001_Rev.C, Pág. 31 MEMORIA CÁLCULO DISCIPLINA ESTRUCTURAL NAVE CENTRAL CHACABUCO A2019-013-SOICH-MEM-EST-001 13.8 Deformaciones máximas Para el presente proyecto se establece una deformación admisible de L/300 para la viga y de H/250 para las columnas. En el caso de la viga, la deformación máxima se da para la combinación D+W, correspondiente a 46,75 mm, mientras que la deformación admisible es de 50,00 mm, cumpliendo con el criterio. En el caso de la columna, la deformación máxima de 25,9 mm se da para la combinación de carga D+W. Para una altura de 6,00 m la deformación admisible corresponde a 24,00 mm, considerándose aceptable. Figura 9.-Deformación máxima viga – combinación D+W Figura 10.-Deformación máxima en columna – combinación D+W. A2019-013-SOICH-MEM-EST-001_Rev.C, Pág. 32 MEMORIA CÁLCULO DISCIPLINA ESTRUCTURAL NAVE CENTRAL CHACABUCO A2019-013-SOICH-MEM-EST-001 14. DISEÑO PLACA BASE Para las columnas principales se disponen de placas base de 450x700x12, la cual es parte de un apoyo que se estructura para operar como unión empotrada. Tabla 13.-Diseño placa base DISEÑO PLACA BASE EMPOTRADA Datos Perfil H b ea eal 45 20 0,6 0,6 cm cm cm cm Alto Perfil, cm. Ancho perfil, cm. Espesor ala, cm. Espesor alma, cm. cm cm cm Largo placa base, cm. 80 cm Largo Pedestal, cm. Bp 40 cm Ancho Pedestal,cm. eg 2,5 cm Espesor Grout, cm. Datos Placa Base L B e 70 45 1,2 2 Apb 3150 cm Ap 3200 cm2 Ancho placa base, cm. Espesor placa base, cm. Datos Pedestal Lp Datos Materiales fy fc 2530 200 kg/cm2 kg/cm 2 Limite Fluencia pernos anclaje. Tensión máxima compresión Cargas Solicitantes Nodo Comb M P 1 16 2090000 -4500 10 4 1020000 9300 M kg-cm P kg A2019-013-SOICH-MEM-EST-001_Rev.C, Pág. 33 MEMORIA CÁLCULO DISCIPLINA ESTRUCTURAL NAVE CENTRAL CHACABUCO A2019-013-SOICH-MEM-EST-001 DISEÑO PLACA BASE EMPOTRADA Calculo Espesor Placa Base u a 13.6 49.6 cm cm Tracción T1 T2 T3 Reacción 44109.7 16569.2 0.0 kg kg kg R1 39609.7 R2 25869.2 R3 0.0 Tensión hormigón kg fc1 kg fc2 kg fc3 43.1 28.1 0.0 Veif. kg/cm2 kg/cm 2 kg/cm 2 Ok Ok Ok Tensión Admisible por Compresión en hormigón Fc 70.6 kg/cm2 Cálculo Momento Solicitante Ap Bp Ap/Bp my- 10.0 10.0 1.0 263.1 cm cm Ancho placa,cm. Largo placa, cm. Verificar factor según tabla losas kgxcm Momento máximo solicitante Cálculo Espesor Placa Base epb e≥epb 0.91 Ok cm Espesor requerido placa base, cm. Verificació espesor dispuesto A2019-013-SOICH-MEM-EST-001_Rev.C, Pág. 34 MEMORIA CÁLCULO DISCIPLINA ESTRUCTURAL NAVE CENTRAL CHACABUCO A2019-013-SOICH-MEM-EST-001 15. DISEÑO PERNOS DE ANCLAJE El diseño considera pernos ASTM F1554 Gr.36 con resistencia a la ruptura de 4080 kg/cm 2. La tracción máxima solicitante corresponde a 44109 kg. Se dispone de cuatro pernos de 1 3/8” con una capacidad a la tracción de 44000 kg. El cálculo se realiza como sigue. 𝑇= 0.75 ⋅ 𝐹𝑢 ⋅ 𝐴𝑡 0.75 ⋅ 4080 ⋅ 7.19 ∙ 4 = = 44000𝑘𝑔 𝛺(𝐴𝑆𝐷) 2 La longitud del perno de anclaje. Se calcula consideran la disposición de armadura vertical en el pedestal, con la capacidad de resistir la tracción generada por los pernos. La tracción mayorada corresponde a: 𝑇𝑢 = 1.6 ⋅ 44109 = 70574 𝑘𝑔 El área de acero requerida se calcula como: 𝐴𝑎 ⋅ 0.75 ⋅ 4200 = 70574 ⇒ 𝐴𝑎 = 22.4 𝑐𝑚2 Se disponen de 12 barras con diámetro 16 mm, con un área total de 24,12 cm2. Luego la longitud del perno será la distancia a la cual la proyección de un ángulo de 45° desde la arandela intercepte con la armadura vertical, permitiendo el desarrollo de la fluencia de esta ante la tracción solicitante. La longitud mínima requerida por un refuerzo de 10 mm, sin gancho, corresponde a 42 cm. Luego, la longitud del perno, considerando la disposición de una silla de 25 cm de alto, corresponde a 95 cm. La placa tipo arandela debe ser de 10x10 cm con un espesor de 12 mm. A2019-013-SOICH-MEM-EST-001_Rev.C, Pág. 35 MEMORIA CÁLCULO DISCIPLINA ESTRUCTURAL NAVE CENTRAL CHACABUCO A2019-013-SOICH-MEM-EST-001 16. DISEÑO FUNDACION PRINCIPAL 16.1 Verificación estabilidad La fundación principal se proyecta con base de 370 cm de largo, 220 cm de ancho y 100 cm de espesor. El pedestal presenta dimensiones de 80 cm de largo, 50 cm ancho y 90 cm de alto. Se observa que para las cargas solicitantes se observan porcentajes de compresión mínimo de 83,6%, superior a los 80% requeridos por norma. Tabla 14.- Diseño Estabilidad Fundación principal – Barlovento. Dimensiones Fundación a b c d e f h1 h2 A B A 0.825 0.55 0.825 1 0.8 1.9 0.9 1 3.7 2.2 m m m m m m m m m m Vhormigon 8.5 m3 Vrelleno 6.9 m ɣhormigon 2.4 ton/m 3 3 a 0.55 b 0.825 c B d 1 e 0.8 f 1.9 M(ton-m) 11.0 14.9 36.1 11.1 35.4 21.5 18.6 12.2 e (m) 0.29 0.38 1.27 0.30 1.20 0.68 0.57 0.33 Distribución Trapecial Triangular Triangular Trapecial Triangular Triangular Triangular Triangular 2.2 3 ɣrelleno 1.8 ton/m Peso fund. Peso Rell. 20.5 12.5 ton ton Combinacion 2 3 4 5 6 9 10 11 P(ton) 5.000 6.100 -4.500 4.000 -3.500 -1.500 -0.600 4.400 Apoyo 0.825 Solicitacion V(ton) 2.300 3.100 8.000 2.300 7.900 4.900 4.300 2.500 0.9 h1 1 h2 M(ton-m) 6.600 9.000 20.900 6.700 20.400 12.200 10.400 7.400 N(ton) 38.0 39.1 28.5 37.0 29.5 31.5 32.4 37.4 σmax 15.1 13.6 18.4 14.8 17.9 13.0 12.5 12.6 σmin 5.45 0.00 0.00 5.14 0.00 0.00 0.00 0.00 L´ (m) 3.7 5.8 3.1 3.7 3.3 4.8 5.2 5.9 %Compre. 100.0 100.0 83.6 100.0 89.0 100.0 100.0 100.0 A2019-013-SOICH-MEM-EST-001_Rev.C, Pág. 36 MEMORIA CÁLCULO DISCIPLINA ESTRUCTURAL NAVE CENTRAL CHACABUCO A2019-013-SOICH-MEM-EST-001 Tabla 15.- Diseño Estabilidad Fundación principal – Sotavento. Dimensiones Fundación a b c d e f h1 h2 A B A 0.825 0.55 0.825 1.9 0.8 1 0.9 1 3.7 2.2 m m m m m m m m m m Vhormigon 8.5 m 3 Vrelleno 6.9 m 3 ɣhormigon 2.4 ton/m3 a 0.55 b 0.825 c 0.9 h1 1 h2 B d 1.9 e 0.8 f 1 M(ton-m) 12.9 16.9 2.8 11.1 2.9 7.7 10.7 12.7 e (m) 0.31 0.40 0.09 0.30 0.08 0.23 0.31 0.34 Distribución Trapecial Triangular Triangular Trapecial Trapecial Triangular Trapecial Triangular 3 ɣrelleno 1.8 ton/m Peso fund. Peso Rell. 20.5 12.5 ton ton Combinacion 2 3 4 5 6 9 10 11 P(ton) 8.200 9.300 -2.400 4.000 1.800 0.100 1.000 4.400 Apoyo 0.825 Solicitacion V(ton) 2.700 3.500 0.900 2.300 1.000 1.800 2.400 2.600 M(ton-m) 7.800 10.200 1.100 6.700 1.000 4.300 6.100 7.800 N(ton) 41.2 42.3 30.6 37.0 34.8 33.1 34.0 37.4 σmax 16.8 28.1 15.6 14.8 10.7 18.9 13.9 23.5 σmin 5.46 0.00 0.00 5.14 8.12 0.00 4.51 0.00 L´ (m) 3.7 3.0 3.9 3.7 3.7 3.5 3.7 3.2 %Compre. 100.0 81.2 100.0 100.0 100.0 94.6 100.0 85.9 A continuación se realiza la verificación por corte y momento de la fundación. 16.2 Verificación por corte El diseño al cortante se realiza en base a las indicaciones entregadas por el código ACI 318-08. Las cargas solicitantes corresponden a las tensiones generadas contra el terreno, las cuales conservadoramente se mayoran por 1,6. La verificación al cortante, se realizan modelando el tramo entre el pedestal y el borde libre más largo de la fundación como una viga empotrada con borde libre. El corte mayorado corresponde a: 𝑽𝒖 = 1,6𝑥(8,9𝑥1,9 + 9,2𝑥1,9 ) = 𝟒𝟏. 𝟎𝟒 𝒕𝒐𝒏 2 La resistencia al corte de la fundación, considerando un recubrimiento de 5 cm se calcula como: A2019-013-SOICH-MEM-EST-001_Rev.C, Pág. 37 MEMORIA CÁLCULO DISCIPLINA ESTRUCTURAL NAVE CENTRAL CHACABUCO A2019-013-SOICH-MEM-EST-001 ∅ ⋅ 𝑽𝒄 = 𝟎. 𝟕𝟓 ⋅ 𝟎. 𝟓𝟑 ⋅ √𝟐𝟓𝟎 ⋅ 𝟏𝟎𝟎 ⋅ 𝟗𝟓 = 𝟓𝟗, 𝟕 𝒕𝒐𝒏 > 𝟒𝟏, 𝟎𝟒 𝒕𝒐𝒏 ⇒ 𝑪𝒖𝒎𝒑𝒍𝒆. 16.3 Verificación por flexión El diseño por flexión, al igual que al cortante, modela la sección de la fundación como una viga empotrada en un extremo, calculando el momento solicitante mayorado. El momento mayorado corresponde a: 8,9𝑥1,9𝑥1,9 ( 𝑀𝑢 = 1,6𝑥( + 2 9,2𝑥1,9 ) 𝑥1,9𝑥2 2 ) = 43,41 𝑡𝑜𝑛 ⋅ 𝑚 3 Se dispone de armadura Ø16@15 la cual permite desarrollar momento resistente de 49,8 ton-m. La siguiente tabla resume diseño. A2019-013-SOICH-MEM-EST-001_Rev.C, Pág. 38 MEMORIA CÁLCULO DISCIPLINA ESTRUCTURAL NAVE CENTRAL CHACABUCO A2019-013-SOICH-MEM-EST-001 Tabla 16.- Cálculo armadura Fundación principal Diseño Viga _ACI 318-08 Comentario Normativa Punto Propiedades Materiales Hormigón fc Ec H-25 250 276699.30 (kg/cm2) (kg/cm2) Resistencia máxima a la Compresión NCh170.Of85 4.1.1 Módulo de elasticidad del hormigón ACI 318-08 8.5.1 Acero estructural fy Es A630-420 H 4200 2100000 (kg/cm2) (kg/cm2) Límite de fluencia del acero ACI 318-08 8.5.1 ACI 318-08 9.5.2.1 NCh430.Of2008 7.7.1 Módulo elasticidad acero Condiciones de borde y exposición al medio ambiente Luz Altura mínima viga 350 100 (cm) (cm) Altura mínima viga sin verificar deformación Exposión M.A Recubrimiento min. Normal 5 (cm) Recubrimiento mínimo hormigón 100 95 5 100 (cm) (cm) (cm) (cm) Dimensiones Viga H d r B Momento mayorado solicitante Mu 43.41 (ton*m) 31.67 183.85 15.92 (cm2) (cm2) (cm2) Área mínima de acero ACI 318-08 10.5.1 Área máxima de acero ACI 318-08 R10.3.5 Ø N°Barras As Momento Nominal 16 7 14.07 (mm) Diámetro barras acero (cm2) Acero dispuesto en la viga Mn φ φMn Mu<=φMn 55.33 0.90 49.80 Ok!! (ton*m) Momento nominal sección Áreas limites de acero As,min As,max As,req Acero requerido Barras refuerzo Factor de seguridad (ton*m) Momento nominal factorizado Verificiación resistencia a la flexión Leonardo Aedo P. Ingeniero Civil en Obras Civiles 15.826.259-2 A2019-013-SOICH-MEM-EST-001_Rev.C, Pág. 39
