01 Marco Aisc Con Puente Grua

Facultad de Arquitectura, Construccin e Ingeniera Civil UCN 2003

IC-826 Diseo en Acero I Prof. Jorge Omerovic P. Ayudantes: Ursula Arenas O. & Cesar Caneo M.

MARCO AISC CON PUENTE GRUA:



Preguntas: 1. En el Plano del galpn industrial de la hoja anterior, reconozca al menos cinco elementos resistentes a las solicitaciones explicando el propsito de ellos (cmo trabajan: traccin, compresin, flexin, etc,, y bajo qu cargas deberan responder con su resistencia: pp, sc, viento, sismo, frenaje,, etc). R: PLANO: En la parte superior izquierda: 1/2 ROOF PLAN ( MEDIA PLANTA DE TECHO): Costaneras "do" de 26' ( 7925 mm) de longitud constitudas por perfiles W14 x 30 ( forma tipo IN con dimensiones aprox. 352 x 171 x 10 x 7) Trabajan en flexin, responden a peso propio, sobrecarga, viento (succin, por ser techumbre prcticamente plana). 1/2 BOTT. CHORD PLAN ( MEDIA PLANTA A NIVEL DE CUERDA INFERIOR): Diagonalizacin de arriostramiento horizontal a nivel de cuerda inferior constituda por ngulo 3 x 3 x ( forma tipo L con dimensiones aprox. 76 x 76 x 6) y por puntal W 6 x 16 (forma tipo IN con dimensiones aprox. 159x102x10x7) Trabajan en traccin y/o compresin, responden a la transmisin de fuerzas horizontales originadas por viento y sismo longitudinal al galpn a nivel de cubierta y cerchas:Reciben cargas a travs de la diagonalizacin vertical perpendicular del centro de la cercha y se encargan de transmitirla a la lnea de columnas del galpn. PLANO: En la parte superior central: SWAY FRAME (Literal: "MARCO CONTRA VIBRACIONES"- Interpretacin: ARRIOSTRAMIENTO VERTICAL BAJO CUMBRERA) Diagonalizacin constituda por ngulos 3x3x1/4 (forma tipo L con dimensiones 76x76x6) , por costanera que se hace trabajar como puntal superior, y por puntal inferior constitudo por ngulos 31/2x3x1/4 ( 89x76x6) colocado doble en disposicin TL ( o espalda-espalda ) Trabajan en traccin y compresin fijando la cumbrera de las cerchas (Cerchas=Truss), reciben cargas de viento y sismo longitudinal al galpn. PLANO: En la parte inferior central: ELEVATION ( ELEVACION ): Entre las columnas del galpn se observa: ELEVACION Parte superior: Costanera de techo en borde lateral W14x30 la que junto con diagonalizacin de L3x3x1/4 y el puntal 2 L31/2 x 3 x 1/4 inferior en disposicin TL ( o espalda-espalda), conforman un arriostramiento lateral de la cercha, semejante al "Sway-Frame". Su funcin es entregar las cargas de viento y sismo longitudinal a travs de tracciones y compresiones a las columnas, las que las reciben como corte y flexin longitudinal.



ELEVACION Parte intermedia: Crane Girder (Viga Porta-puente gra) Del detalle de la parte derecha del plano se puede apreciar que se trata de una viga compuesta con un alma formada por un perfil W 24 x 94 (Tipo IN con dimensiones aprox. 617 x 230 x 22 x 13) reforzado en el ala superior por un perfil canal C 15 x 33.9 (canal laminado con dimensiones aprox. 381 x 86 x 17 x 10). Esta viga trabaja a flexin tomando la carga vertical de la gra, impacto vertical y frenaje transversal (mediante el canal del ala superior) Tambin trabaja axialmente como puntal superior, del arriostramiento lateral vertical del galpn, en caso de frenaje longitudinal, sismo y viento longitudinal. ELEVACION Parte inferior: Arriostramiento lateral del galpn. Formado por diagonales en traccin y compresin constitudas por perfiles ngulos L 31/2 x 31/2 x 1/4 ( Angulos aprox. L 89x89x6) con un puntal intermedio formado por un perfil W 18x35 (Tipo IN con dimensiones aprox. 450 x152 x 11 x 8). Este arriostramiento cumple con tomar las fuerzas longitudinales de viento, sismo y frenaje, trasladndolas mediante cargas de traccin y compresin a las bases de las columnas. PLANO: En la parte inferior izquierda: CROSS SECTION ( SECCION TRANSVERSAL): Se muestra una cercha (truss) formando marco junto con columnas de inercia variable en dos tramos verticales . Ver detalle en parte superior derecha: primer tramo formado por perfil W12 x 50 ( Tipo IN aprox. 311 x 206 x 17 x 10) y segundo tramo formada por perfil W 27x 94 (Tipo IN aprox. 683 x254 x 19 x 13). Bajo la cercha, en el tramo ms robusto de las columnas se encuentra el Puente Gra (Crane) con una distancia entre apoyos (Crane Span) de 60' = 18288 mms. Para este Puente Gra el fabricante impone que exista una luz libre vertical entre la parte superior del riel (Top of rail) y la parte inferior de la cercha, de 6-2 ( 1880 mm). Se indica adems que cuando la mxima carga a levantar ( que es de 15 Tons cortas = 13.62 Ton mtricas) est ms prxima a la viga Porta puente-gra, el tren de carga queda constitudo por dos ruedas cargadas con 17.434 Ton cada una, separadas a una distancia de 11-2 (3404 mms), situacin que considera la carga a levantar ms el peso del Puente Gra. La cercha trabaja a flexin y corte soportando las cargas que le entrega la cubierta a travs de las costaneras de techo y junto con las columnas forma un marco que toma las cargas horizontales provenientes del viento, sismo y frenaje transversal de la gra. Para desarrollar su trabajo a flexin y corte los elementos que conforman la cercha deben trabajar a traccin y/o compresin. Las columnas trabajan a: Carga de compresin: proveniente de la descarga de techo, de la descarga vertical de las costaneras del revestimiento lateral, de la descarga vertical de la viga porta puente gra. Carga de flexin y Corte transversal: proveniente de la reaccin de las costaneras laterales frente a las cargas de viento y sismo, y proveniente del frenaje transversal del carro del puente gra. Carga de flexin y Corte Longitudinal: proveniente de los arriostramientos laterales bajo la accin del viento, sismo y frenaje longitudinal del puente gra.



Base (Placa Base: Formada por una Placa de 2x16x3-1 ( En notacin nacional: Placa 406mmx 940 mms e=50 mms) con 3 pernos 1-1/2 (aprox. 3 38 mms) La Placa Base entrega las cargas de Compresin de la columna de acero sobre un rea mayor al pedestal de hormign de la fundacin donde est instalada. La distribucin de los pernos de la Placa Base genera una gran capacidad para tomar flexin con respecto al eje fuerte de la seccin de la columna (columna queda empotrada en el Plano Transversal del Galpn), en cambio, con respecto al eje dbil de la columna prcticamente no genera capacidad a flexin ( uno de los pernos est en el eje y al otro lado, los dos pernos estn muy prximos, por lo que se puede estimar que en el plano del eje dbil- Plano Longitudinal del Galpn- la columna est rotulada). Seguramente se colocaron dos pernos en el lado exterior para soportar el corte que entregan en la base los arriostramientos verticales que estn en ese plano. Materializando lo indicado en el Plano usando Visual Analysis:

Figura 01: Figura 02:

Figura 03: En las Figuras se muestra los tres mdulos que aparecen en el PLANO, con luz de 18.96 m y distancia entre marcos de 7.925 m. Se cubicar con los perfiles que aparecen en el PLANO: Con los tres mdulos se cubre una superficie de 450.774 m2. Figura 01: Muestra la estructuracin bsica PP= 31410 Kg pp= 69.68 Kg/m2 Figura 02: Se han agregado las costaneras de cubierta y revestimiento lateral. PP= 43340 Kg pp= 96.15 Kg/m2 Figura 03: Se han incorporado las vigas porta-puente gra. PP= 52410 Kg pp= 116.27 Kg/m2 Se debe considerar que este peso propio corresponde al hecho que se trata de un galpn industrial de CATEGORIA PESADA por la existencia del puente gra.



Anlisis Dinmico de un Galpn similar, ocupando cinco mdulos revestido con Instapanel:

Primer Modo: Tx=0.435 seg

Segundo Modo: T =0.154 seg Tercer Modo: T =0.152 seg

Cuarto Modo: T =0.151 seg Quinto Modo: T =0.150 seg Sexto Modo: T =0.146 seg

Sptimo Modo: T =0.146 seg

Octavo Modo: T =0.138 seg

Noveno Modo: Ty =0.124 seg

Dcimo Modo: T =0.096 seg

Undcimo Modo: T =0.095 seg

Duodcimo Modo:T=0.095 seg

Se muestran los primeros 12 modos de vibrar, y su respectivo periodo, para la estructura del galpn obtenida con Visual Anlisis. Del anlisis dinmico se aprecia que los periodos de vibrar que comprometen la estructura global corresponden a los modos 1, 2, 7, 8, 9, siendo el resto formas vibratorias locales. En la direccin x (direccin transversal en que el galpn es ms flexible pues las columnas trabajan fuertemente a flexin) se obtiene Tx=0.435 seg. En la direccin y, en que la estructura es arriostrada y muy rgida, se obtiene Ty=0.124 seg. Los modos 2, 7 y 8 corresponden a modos torsionales. Cubicado con revestimiento, el peso propio total del galpn analizado de 18.96mx39.625 m= 751.29 m2, corresponde a: PP= 91.89 Ton , lo que da: pp= 122.3 Kg/m2. Cubicado sin revestimiento, el peso propio corresponde a: PP= 83.64 Ton , lo que da: pp= 111.34 Kg/m2.



2. Cmo evaluara la fuerza ssmica que se debera aplicar para su diseo sismo-resistente y dnde debera aplicarse esta fuerza? R: Se debe aplicar la Norma de Diseo Ssmico de Edificios Industriales: Esta establece al menos cuatro metodologas, de las que se considerar en este caso slo la correspondiente a la que usa Coeficientes ssmicos horizontales y verticales, aplicables a los pesos de las diversas partes en que se ha considerado dividido el conjunto estructural para su anlisis elstico esttico. El esfuerzo de corte horizontal Qo en la base se debe calcular con:

CIPQo = I = coeficiente de importancia de la estructura: Se trata de una obra normal (Categora C2: I = 1 ), que puede tener fallas menores susceptible de reparacin rpida que no causan detenciones prolongadas ni prdidas importantes de produccin y que tampoco pueden poner en peligro otras obras de la Categora C1. C = coeficiente ssmico

4.0no 05.0

*T'T

RgA75.2

C

= Macrozonificacin: Supuesto el galpn se ubique en Antofagasta (Zona 3) Ao= 0.40 g Microzonificacin: Supuesto que se ubique sobre arena densa: Suelo Tipo II :T=0.35 n=1.33 Amortiguamiento: Marcos de acero soldados, con o sin arriostramiento: 02.0= Factor de modificacin de la respuesta: Edificio industrial de un piso, con o sin puente gra, y con arriostramiento continuo de techo: R=5 Para sismo en direccin X:

T*= 0.435 seg 238.01*02.005.0

435.035.0

5*gg*4.0*75.2CI

4.033.1=

=

Para sismo en direccin Y:

T*= 0.124 seg )7.5Tabla(1*26.0262.11*02.005.0

124.035.0

5*gg*4.0*75.2CI

4.033.1=

=

26.0CI = En ningn caso el valor de C ser menor que 0.25 Ao/g= 0.25*0.4*g/g= 0.10 Para el clculo de las fuerzas de inercias horizontales durante un sismo, las sobrecargas de operacin se pueden reducir de acuerdo a su probabilidad de ocurrencia simultnea con el sismo de diseo. Independientemente de lo anterior, las sobrecargas de uso se pueden reducir multiplicndolas por los coeficientes siguientes: - Techos, plataformas y pasarelas tanto de operacin como de mantencin: 0 - Bodegas de almacenamiento, salas de archivo y similares : 0.5 En este caso entonces, la estructura debera quedar sometida a los siguientes cortes basales: Segn X: Ton87.21Ton89.91*238.0Qox == Segn Y: Ton89.23Ton89.91*260.0Qoy ==



Las fuerzas ssmicas que originan estos cortes deberan ser aplicadas a la altura de los centros de masa del galpn, tpicamente estos se suelen ubicar a nivel del encuentro columna cercha. Adems, como el galpn posee puente gra, se debera considerar una fuerza horizontal adicional correspondiente al peso del puente gra (sin carga) multiplicado por el mismo coeficiente ocupado antes. Esta fuerza horizontal debera aplicarse sobre el galpn a la altura de la viga porta puente gra. 2. De qu variables depende la accin del viento sobre la estructura del Galpn analizado? R: La accin del viento sobre la estructura de galpn analizado en el punto anterior, depende tericamente de al menos los siguientes antecedentes: 2.1. Velocidad mxima instantnea del viento medida en 20 aos de registros en el lugar de emplazamiento del galpn a la altura del borde superior de su pared lateral. 2.1.a.En reemplazo de lo anterior se pueden usar tablas provista por la Norma de Viento y sera necesario saber si el emplazamiento del galpn ser en ciudad o en campo abierto. 2.2. La altura del borde superior de la pared lateral del galpn. 2.3. Porcentaje de aberturas en el rea total de revestimiento que enfrenta la accin del viento, para saber si se considera como construccin cerrada, abierta o intermedia. 2.4. El ngulo de inclinacin de los revestimientos de techo en relacin a la accin del viento supuesta horizontal y perpendicular al revestimiento lateral.

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