Ejemplo memoria de calculo estructural

Casilla Nº 52 San Pedro de La Paz. Concepción. Fonos:(41) 2234123-2282221 Fax: (41) 2282271

0

GALPÓN ALMACENAMIENTO xxxxxxxxxxx

xxxxxxx, VIII REGIÓN

MEMORIA DE CÁLCULO ESTRUCTURAL

Preparado por: JMS Ingenieros Consultores Ltda.

C- 1111 R Preparó Revisó Aprobó Fecha Observaciones

A BGO BGO JMS 11/07/12 Emitido para Revisión.

Casilla Nº 52 San Pedro de La Paz. Concepción. Fonos:(41) 2234123-2282221 Fax: (41) 2282271 1

GALPÓN DE ALMACENAMIENTO xxxxxxxxxxxxx

xxxxxxxx, VIII REGIÓN

1. GENERAL

La presente memoria de cálculo, describe los criterios, métodos y materiales empleados en el dimensionamiento de la ampliación que la Empresa xxxxxxxxx planea construir en sus dependencias, ubicado en xxxxxxxxxxxxxxx, xxxxx, VIII región. El proyecto de arquitectura fue desarrollado por yyyyyyyyyyyyyyyy. El proyecto contempla la ampliación de galpón de un nivel para almacenar Materias Primas, un galpón de menores dimensiones adosado al galpón antes mencionado, para almacenas Sustancias peligrosas, ambos considerados en estructura metálica y un galpón que almacena Sustancias Inflamables, estructurado en Hormigón Armado. También se contempla la construcción de un patio techado, para carga y descarga de camiones y una oficina ubicada al lado del Taller existente. Las fundaciones de esta edificación corresponden a zapatas corridas bajo muros en el galpón de almacenamiento de sustancias inflamables y zapatas aislada bajo columnas metálicas unidas mediante vigas de fundación. El sistema estructural se compone de muros 20 cm, y pórticos metálicos compuesto por columnas IPE 300 e IPE 500 y vigas reticuladas. La modelación realizada corresponde a una del tipo tridimensional, que permite incorporar los efectos de continuidad, restricciones de desplazamiento, efectos de torsión, etc. Se verifica un análisis sísmico dinámico de acuerdo a la norma Nch 2369 of 03’. El diseño se realiza empleando los métodos y criterios indicados en los puntos siguientes. 2. MATERIALES UTILIZADOS 2.1. Hormigón estructural Para las fundaciones y muros se empleará un hormigón, grado H-25 con una resistencia característica R28>= 250 kgf/cm2 a los 28 días y 90 % de nivel de confianza. El diseño de los elementos de Hormigón armado se realiza según el código ACI 318–08. Las características principales del hormigón empleado son:

Peso específico: 2500 kgf/m3

Módulo de Elasticidad: 210190 kgf/cm2

Coeficiente de Poisson: 0.25 Resistencia de diseño (f’c) 210 kgf/cm2


2.2. Acero Estructural Los perfiles utilizados en el diseño corresponden a perfiles de calidad A 42-27 ES, de acuerdo a las siguientes características:

Tensión de fluencia: 2700 kg/cm2 (A42-27ES) Peso específico: 7850 kg/m3

Módulo de Elasticidad: 2100000 kg/cm2

Coeficiente de Poisson: 0.25

2.3. Suelo de fundación La tensión admisible considerada en este proyecto, tanto para su condición estática como eventual, son las que se muestran a continuación, a partir de los resultados entregados por la empresa Terrasonda, que fue quienes realizaron la mecánica de suelos:

Tensión admisible estática: 1.2 kg/cm2

Tensión admisible dinámica: 1.6 Kg/cm2

2.4. Pernos y Soldadura

La verificación y diseño de las uniones se realiza considerando soldadura tipo MIG calidad E70-XX (AWS). Las dimensiones del filete vienen dadas según las siguientes tablas: Tabla Nº1. Espesor del filete según el espesor de las placas a unir.

Espesor de la placa más gruesa Espesor del filete

(mm) (mm)

<= 6.25 Igual al espesor

> 6.26 Espesor menos 1.6 mm (favorece la inspección)

Tabla Nº2. Espesor del filete mínimo

Espesor de la mayor placa a unir Tamaño mínimo del lado del filete

(mm) (mm)

e<=6.25 3

6.25 < e < 12.7 5

12.7 < e < 19 6

e > 19 8

Las características de la resistencia teórica al corte de la soldadura se rigen según la siguiente tabla:


Tabla Nº3: Esfuerzo admisible a corte de la soldadura

Espesor del filete Esfuerzo admisible E60-XX Esfuerzo admisible E70-XX

(mm) (T/cm) (T/cm)

3 0.202 0.285

4 0.268 0.313

5 0.447 0.522

6 0.537 0.626

8 0.716 0.835

10 0.896 1.046

12 1.070 1.255

16 1.430 1.67

Se debe considerar el 75% de eficiencia de unión soldada. Los pernos de unión considerados, en los casos indicados, son del tipo ASTM A325, de acero de medio carbono templado y revenido, con las siguientes características: Resistencia a la tracción (T/cm2) 2.80 Resistencia al corte (T/cm2) (F,N) 1.05 Resistencia al corte (T/cm2) (X) 1.55 F: Unión tipo fricción N: Unión tipo aplastamiento, con hilo en el plano de corte. X: Unión tipo aplastamiento, sin hilo en el plano de corte. En el diseño de las uniones se consideran de tipo N (aplastamiento con hilo incluido en el plano de corte). 3. CARGAS SOLICITANTES 3.1. Peso propio y cargas muertas

Las cargas de peso propio son las producidas por la aceleración de gravedad sobre los elementos metálicos y de hormigón armado de la estructura. Para ello se utiliza el peso específico de los materiales, indicado en 2.1 y 2.2 y la aceleración de gravedad con un valor de 9.8 m/s2. El programa RAM Advanse v5.1 y Etabs 9.7.2, utilizados en la modelación, calculan de manera interna el peso de la estructura. Además se consideran en este ítem las cargas de peso propio de las cubiertas de techo. 3.2. Sobrecargas

La sobrecarga de uso para techos corresponde a 100 Kg/m2 según el Capítulo 6 de Nch1537 y ha sido reducida hasta un valor de 31.6 Kg/m2 según el punto 7.2 de la misma normativa. Esta sobrecarga se considera sobre la estructura como fuerzas distribuidas en las vigas de madera laminada que conforman la estructura de techo.


3.3. Cargas de Viento Se ha considerado en este caso una velocidad del viento de 120 km/h, de acuerdo a lo señalado en el Capítulo 6 de Nch432. Estas velocidades generan presiones sobre los elementos, las que deben ser modificadas según los factores de forma dados por las características de la estructura según Nch 432 capítulo 9. 3.4. Combinaciones de carga: Se utiliza el análisis de tensiones admisibles, por lo que se utilizan las siguientes combinaciones de carga: Para tensiones, cálculo de elementos metálicos, deformaciones:

1) 1,0 pp 2) 1,0 pp + 1,0 sc

3) 1,0 pp 1,0 vx

4) 1,0 pp 1,0 vz

5) 1,0 pp 1,0 sx

6) 1,0 pp 1,0 sz 7) 1,0 pp + 0,75 sc

8) 1,0 pp + 0,75 sc 0,75 vx

9) 1,0 pp + 0,75 sc 0,75 vz

10) 1,0 pp + 0,75 sc 0,75 sx

11) 1,0 pp + 0,75 sc 0,75 sz

12) 0,6 pp 1,0 vx

13) 0,6 pp 1,0 vz

14) 0,6 pp 1,0 sx

15) 0,6 pp 1,0 sz Para el diseño de hormigón armado:

16) 1.4 pp 17) 1.2 pp + 1.6 sc 18) 1.2 pp + 1.0 sc ± 1.4 sx 19) 1.2 pp + 1.0 sc ± 1.4 sy 20) 0.9 pp ± 1.4 sx 21) 0.9 pp ±1.4 sy

Donde:

pp = peso propio sc = sobrecarga de uso vx = viento en dirección x vz = viento en dirección z sx = sismo en dirección x sy = sismo en dirección y


4. MÉTODO DE CÁLCULO

Análisis matricial tridimensional de estructuras, considerando modelaciones de los distintos ejes que componen la estructura resistente, que toman en cuenta las condiciones de apoyo existentes, la forma de los elementos (pilares, columnas, muros y vigas), con su área e inercia asociados, trechos rígidos, además de las fuerzas correspondientes a los diferentes estados de carga considerados. En el análisis se empleó el programa de análisis y diseño estructural RAM Advanse v5.1 y Etabs 9.7.2, los cuales permiten modelar el comportamiento de la estructura bajo la acción de las diferentes combinaciones de carga. Estos programa se basan en la utilización de elementos del tipo barra y elementos finitos de seis grados de libertad por nodo, a nivel elemental permite definir secciones y materiales diferentes para cada barra. El programa trabaja asumiendo que en los elementos componentes de la estructura, se cumplen las siguientes hipótesis: ● Una relación entre desplazamientos y deformaciones de primer orden. ● Una relación entre tensiones y deformaciones del tipo elástica lineal e isotrópica. Las cargas solicitantes (peso propio y sobrecarga) descargan en las barras o en los nudos según corresponda, y se calculan por áreas tributarias. Con los esfuerzos de cada uno de los estados de carga se realizan las combinaciones de carga arriba indicadas. Con la combinación de carga máxima se determina el diseño de los elementos, verificando que el resto de las combinaciones esté bajo la combinación máxima seleccionada.


5. RESULTADOS DE LA MODELACIÓN 5.1. Análisis de Tensiones Se verifica que los elementos estructurales presentan interacción de tensiones que no sobrepasan los rangos admisibles considerando la geometría real de la estructura y las cargas arriba indicadas. Las tensiones máximas se dan en combinaciones de carga controladas por la acción del viento y sobrecarga. 5.1. Análisis de Deformaciones Las deformaciones de la estructura deben ser inferiores a los rangos dados por las normas Nch427 y Nch2369, para deformaciones por cargas de servicio y sísmicas, respectivamente. 5.1.1. Deformaciones por Cargas de Servicio Las deformaciones admisibles por cargas de servicio se encuentran en Nch427 tabla 45, donde se detallan diferentes valores admisibles según el tipo de elemento analizado. De este modo, se verifica que las deformaciones por cargas de servicio se encuentran por debajo de los rangos admisibles por la norma. 6. CONCLUSIONES La estructura proyectada, tanto metálica como de hormigón armado, se comporta de manera adecuada frente a las solicitaciones analizadas.


7. BIBLIOGRAFIA Y ANTECEDENTES - Norma NCh 1537.Of1986. “Diseño estructural de Edificios – Cargas Permanentes y

Sobrecargas de Uso” - American Institute of Steel Construction, AISC.

- Instituto Chileno del Acero, “Manual de diseño para estructuras de Acero”, Diciembre

del 2001.

- Norma Nch 2369.Of2003.”Diseño Sísmico de Estructuras e Instalaciones Industriales”

- Norma Nch 432.Of1979.”Cálculo de la Acción del Viento sobre las Construcciones”

- Norma Nch 427.Cr 77.”Construcción – Especificaciones para el cálculo, fabricación y

construcción de estructuras de acero”

- Norma Nch 433.Of’96 mod. ‘09.”Diseño sísmico de edificios”.

- Norma Nch 3171.Of’10.”Diseño Estructural – Disposiciones generales y

combinaciones de cargas”.

- Norma Nch 1128.Of’06. ”Maderas – Construcciones en madera - Cálculo”.

Juan Marcus Sch. Ingeniero Civil

JMS/MDE- BGO/bgo, Junio de 2012


ANEXOS


A.1 MODELACIÓN GENERAL La estructura correspondiente a la ampliación de bodega de materias primas y la nueva correspondiente a Sustancias peligrosas, se muestran en la imagen N°1 a continuación:

Figura Nº1: Modelación estructura Materias Primas y Sustancias Peligrosas


A.2 RESULTADOS DE LA MODELACIÓN A.2.1 APLICACIÓN DE CARGAS

Figura Nº2: Cargas debido a Peso propio de techumbre

Figura Nº2: Cargas debido a Sobrecarga de uso para techo


Figura Nº2: Cargas debido a viento en dirección X


A.2.2 INTERACCIÓN DE ELEMENTOS La interacción de los elementos que conforman la estructura metálica generado por la combinación más desfavorable de carga se detalla a continuación:


A.2.3 DISEÑO DE ELEMENTOS

RAM Advanse

Archivo : C:\Users\Samsung\Desktop\Oficina 04-06-12\1111 - Galpón Tapel Willamette\Modelo\Sustancias Peligrosas3.AVW

Unidades : Kg-M Fecha : 6/7/2012 2:19:56 PM

Diseño de Acero

Diseño por descripciones para carga gobernante

Norma de diseño A S D ____________________________________________________________________________________________________________________________________

C O D E C H E C K

RELACIONES MAXIMAS DE ESFUERZO POR DESCRIPCION REL.F = Relación de esfuerzos para flexión

REL.V = Relación de esfuerzos para corte

ESTAC.F = Estación a la cual ocurre Rel.f ESTAC.V = Estación a la cual ocurre Rel.v

NOTA.- Las descripciones de elementos no metálicos no son impresas Importante.- Se obtendrán los máximos solo entre los elementos seleccionados gráficamente.

____________________________________________________________________________________________________________________________________

RELACION MAXIMA PARA DESCRIPCION : CI

OCURRE EN MIEMBRO : 935

SECCION : C 150x50x3

OCURRE EN ESTADO : c6=pp+.75sc-.75vx ESTATUS DE DISEÑO : BIEN

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

REL.F Eqn ESTAC.F[M] Axial[Kg] M33[Kg*M] M22[Kg*M] 1.00 C5.2.1-2 0.00 -5980.12 1.21 24.94

REL.V Eqn ESTAC.V[M] V2[Kg] V3[Kg] Tor[Kg*M] 0.14 C3.3.1-1 0.00 0.49 -81.54 -0.01

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

RELACION MAXIMA PARA DESCRIPCION : CI2

OCURRE EN MIEMBRO : 180 SECCION : C 150x50x3

OCURRE EN ESTADO : c1=pp+sc

ESTATUS DE DISEÑO : BIEN -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

REL.F Eqn ESTAC.F[M] Axial[Kg] M33[Kg*M] M22[Kg*M]

0.14 C5.2.1-1 0.00 -1095.57 0.00 1.12

REL.V Eqn ESTAC.V[M] V2[Kg] V3[Kg] Tor[Kg*M]

0.00 C3.3.1-1 0.00 0.01 -3.58 0.01 -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------



SECCION : C 150x50x3 OCURRE EN ESTADO : c10=.6pp-vx

ESTATUS DE DISEÑO : BIEN

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- REL.F Eqn ESTAC.F[M] Axial[Kg] M33[Kg*M] M22[Kg*M]

0.20 C5.2.1-1 0.00 -1265.61 0.00 1.10


0.00 C3.3.1-1 0.00 0.00 -3.11 0.00

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------




OCURRE EN ESTADO : c5=pp+.75sc+.75vx



0.01 C5.2.1-2 1.04 35.20 0.00 0.60


0.00 C3.3.1-1 1.04 0.00 3.12 0.00 -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

RELACION MAXIMA PARA DESCRIPCION : COL1


SECCION : IPE 300 OCURRE EN ESTADO : c6=pp+.75sc-.75vx



0.42 H1-3 0.00 -2219.63 -2993.88 0.00


0.08 F4 0.00 -1771.47 -0.84 0.00

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

RELACION MAXIMA PARA DESCRIPCION : COL2


SECCION : Tubo d=8 in Sch 40

OCURRE EN ESTADO : c5=pp+.75sc+.75vx ESTATUS DE DISEÑO : BIEN

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

REL.F Eqn ESTAC.F[M] Axial[Kg] M33[Kg*M] M22[Kg*M] 0.16 H1-3 0.00 -880.96 721.97 0.00

REL.V Eqn ESTAC.V[M] V2[Kg] V3[Kg] Tor[Kg*M] 0.02 F4 0.00 460.50 0.02 0.00

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

RELACION MAXIMA PARA DESCRIPCION : CS


OCURRE EN ESTADO : c6=pp+.75sc-.75vx



0.72 C5.2.1-1 0.86 -3220.78 -2.69 -22.15

REL.V Eqn ESTAC.V[M] V2[Kg] V3[Kg] Tor[Kg*M] 0.12 C3.3.1-1 0.86 0.32 -148.91 0.00

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

RELACION MAXIMA PARA DESCRIPCION : CS2





0.11 C5.2.1-2 0.00 993.89 0.00 -1.31


0.00 C3.3.1-1 0.00 0.01 3.93 0.01

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------







0.69 C5.2.1-2 1.37 -108.02 0.00 -45.26


0.48 C3.3.1-1 1.37 0.00 -188.82 0.00 -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------



SECCION : C 150x50x3 OCURRE EN ESTADO : c5=pp+.75sc+.75vx



0.01 C5.2.1-2 0.00 -36.94 0.00 -0.48


0.00 C3.3.1-1 0.00 0.00 2.92 0.00

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

RELACION MAXIMA PARA DESCRIPCION : Diag3


SECCION : 2L 30x30x3 - c150 A

OCURRE EN ESTADO : c1=pp+sc ESTATUS DE DISEÑO : BIEN

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

REL.F Eqn ESTAC.F[M] Axial[Kg] M33[Kg*M] M22[Kg*M] 0.09 C5.2.1-1 0.37 -288.15 0.14 0.00

REL.V Eqn ESTAC.V[M] V2[Kg] V3[Kg] Tor[Kg*M] 0.00 C3.3.1-1 0.37 0.00 0.00 0.00

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

RELACION MAXIMA PARA DESCRIPCION : Diagonal1

OCURRE EN MIEMBRO : 496 SECCION : 2l 50x50x3 C= 150




0.52 H1-1 0.80 -2473.33 0.60 0.00


-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


OCURRE EN MIEMBRO : 102 SECCION : IC 150x100x3




0.06 C5.2.1-2 0.75 1145.80 0.00 -2.12


0.00 C3.3.1-1 0.75 0.00 0.00 0.00

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------



OCURRE EN MIEMBRO : 1059 SECCION : 2L 30x30x3 C= 150

OCURRE EN ESTADO : c5=pp+.75sc+.75vx



0.32 H1-1 0.44 -1067.96 0.20 0.00


0.00 F4 0.00 -0.92 0.00 0.00 -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------



SECCION : 2L 30x30x3 C= 150 OCURRE EN ESTADO : c6=pp+.75sc-.75vx



0.02 H1-3 0.36 -45.10 0.13 0.00


0.00 F4 0.72 0.70 0.00 0.00

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

RELACION MAXIMA PARA DESCRIPCION : Montante1


SECCION : IC 150x100x3

OCURRE EN ESTADO : c1=pp+sc ESTATUS DE DISEÑO : BIEN

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

REL.F Eqn ESTAC.F[M] Axial[Kg] M33[Kg*M] M22[Kg*M] 0.15 C5.2.1-2 0.78 -231.60 -103.99 -3.45

REL.V Eqn ESTAC.V[M] V2[Kg] V3[Kg] Tor[Kg*M] 0.01 C3.3.1-1 0.78 28.63 -8.58 0.00

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


OCURRE EN MIEMBRO : 139 SECCION : 2l 50x50x3 C= 150




0.12 H1-3 0.84 -295.06 -1.44 25.29


-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


OCURRE EN MIEMBRO : 252 SECCION : 2L 30x30x3 - c150 A




0.00 C5.2.1-1 0.50 -8.35 0.00 0.00


0.00 C3.3.1-1 0.00 0.00 0.00 0.00

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


RELACION MAXIMA PARA DESCRIPCION : VIGA1

OCURRE EN MIEMBRO : 942 SECCION : ICA 150x100x15x3

OCURRE EN ESTADO : vx=Viento en x



0.32 C5.2.1-1 0.00 -801.52 -10.39 0.91


0.00 C3.3.1-1 0.00 -1.97 -0.48 0.00 -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


18

A.2.4 DISEÑO DE FUNDACIONES Resumen de Dimensiones Fundación F2

DIMENSIONES

h1 = 0.700 (m) Armadura

h2 = 0.900 (m) Zapats f 16@18

h3 = 0.560 (m) Pedestal 14 f 12 mm

B (z) = 1.700 (m) 4 f 16.0

L (x) = 2.800 (m) E 10 @ 20.0

b (z) = 0.700 (m)

l (x) = 0.900 (m)

Fx max Porcentaje Fz max Porcentaje

kgf/cm2 % kgf/cm2 % FSvx FSvz FSdx FSdz

pp+sc 1.082 80.9 0.439 100.0 34.78 1441.61 2.86 1465.36

pp+vx 0.666 100.0 0.404 100.0 4.27 93.63 6.12 95.17

pp 0.668 100.0 0.407 100.0 72.78 643.94 6.07 654.55

pp+.75sc+.75vx 0.535 100.0 0.429 100.0 144.03 137.70 12.47 139.97

pp+.75sc-.75vx 1.953 45.0 0.447 100.0 17.89 193.19 1.92 196.38

0.6pp+vx 0.755 99.3 0.387 100.0 2.96 95.47 4.14 97.05

0.6pp-vx 1.268 63.4 0.411 100.0 18.55 126.74 2.36 654.55

Maximo 1.953 100.0 0.447 100.0

Mínimo 0.364 45.0 0.364 100.0 3.0 93.6 1.9 95.2

Medio 0.520 96.0 0.377 100.0

Fx, Fz : Tensiones Máximas en el Suelo en las direcciones X, Y

Combinaciones de Carga

Factores de Seguridad

Volcamiento Deslizamiento

L x B

h1

h2

h3

l x b

V

H

M


19

Detalle de cálculo F2

DIMENSIONES ESFUERZOS

V (Tf) Hx (Tf) Hz (Tf) Mz (Tfm)

h1 = 0.700 (m) 3.52 -2.92 0.00569 7.14

h2 = 0.900 (m)

h3 = 0.560 (m)

B (z) = 1.700 (m)

L (x) = 2.800 (m)

b (z) = 0.700 (m)

l (x) = 0.900 (m)

PESO FUNDACION

Wzap. = 8.330 (Tf)

Wped. = 2.300 (Tf)

Wterr. = 6.691 (Tf)

W TOTAL = 17.320 (Tf) 4.2518 (m³)

ESFUERZOS REFERIDOS AL SELLO DE FUNDACION

f = 0

V = 20.845 (Tf) 0.000

M = 13.435 (Tf·m) 0.000 3*(L/2-e)

Lc teorico= 2.266 m

e = 0.645 80.9

TENSION MAXIMA EN EL SELLO

Lc = 2.266 (m)

% compr. = 80.9 % F = 1.08 (Kgf/cm²)

FACTOR DE SEGURIDAD AL VOLCAMIENTO "FSv"

MOMENTO VOLCANTE "Mv"

Mv = 0.8390568 Tf·m

FSv = 34.78

MOMENTO RESISTENTE "Mr"

Mr = 29.182566

FACTOR DE SEGURIDAD AL DESLIZAMIENTO "FSd"

FUERZAS DESLIZANTES "Fs"

Fd = 2.9158

FSd = 2.86

FUERZAS RESISTENTES "Fr"

Fr = 8.34

L x B

h1

h2

h3

l x b

V

H

M

Ejemplo memoria de calculo estructural

Design

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